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Abstract

Antriebsanlage für ein Schiff mit Bordnetz (7), wobei das Schiff einen aufgeladenen Großdiesel (1), der mit einer Propellerwelle mit einem Propeller (2) verbunden ist, als Hauptantriebsaggregat, und die Propellerwelle ein Tunnelgetriebe (3) aufweist, das mit einem Wellenende eines Generators (5) verbunden ist, wobei das andere Wellenende des Generators (5) über ein Untersetzungsgetriebe (12) mit Überholkupplung mit einer Abgasturbine (11) für nicht benötigte Abgase des Großdiesels (1) verbunden ist, um so Drehenergie für den Propeller (2) aus den Abgasen des Großdiesels (1) erzeugen zu können, und wobei der Generator (5) als Motor schaltbar ausgebildet ist, so dass wahlweise ein Betrieb als Motor oder als Generator möglich ist.Propulsion system for a ship with on-board power supply (7), the ship having a supercharged large diesel (1), which is connected to a propeller shaft with a propeller (2), as the main drive unit, and the propeller shaft has a tunnel gear (3) with one shaft end of a generator (5), the other shaft end of the generator (5) being connected via a reduction gear (12) with an overrunning clutch to an exhaust gas turbine (11) for unneeded exhaust gases from the large diesel (1), in order to generate rotational energy for the propeller ( 2) to be able to generate from the exhaust gases of the large diesel (1), and wherein the generator (5) is designed as a switchable motor, so that operation as a motor or a generator is possible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanlage für ein Schiff mit Bordnetz nach dem Anspruch 1.The invention relates to a drive system for a ship with electrical system according to claim 1.

Aus der Internet-Veröffentlichung www.abb.com/turbocharging „Waste heat recovery with ABB turbochargers arid power turbines for lower fuel consumption and emissions” ergibt sich in 3 auf Seite 6 ein System, bei dem ein großer Diesel über eine Abgasturbine einen Generator antreibt. Die von dem Generator erzeugte Elektroenergie wird ebenso wie Elektroenergie aus dem Bordnetz des Schiffes einem Elektromotor auf dem Propellerschaft des Schiffes aufgegeben, wobei dieser Motor auch als Generator arbeiten kann. Es handelt sich also um eine Motorgeneratoreinheit, die wahlweise Elektroenergie aufnehmen oder erzeugen kann. Des Weiteren sind noch die üblichen Dieselgeneratorsätze zur Speisung des Bordnetzes vorgesehen.From the Internet publication www.abb.com/turbocharging "Waste heat recovery with ABB turbochargers power turbines for lower fuel consumption and emissions" is reflected in 3 on page 6 a system in which a large diesel engine drives a generator via an exhaust gas turbine. The electric power generated by the generator is given as well as electrical energy from the electrical system of the ship an electric motor on the propeller shaft of the ship, this engine can also work as a generator. It is therefore a motor generator unit that can either record or generate electrical energy. Furthermore, the usual diesel generator sets are still provided for feeding the electrical system.

Bei dieser Art der Abgasausnutzung ist es nachteilig, dass neben den Generatoren der Dieselgeneratorsätze für das Bordnetz zwei weitere Generatoren benötigt werden, um Elektroenergie für das Schiff zu erzeugen.In this type of exhaust gas utilization, it is disadvantageous that in addition to the generators of the diesel generator sets for the electrical system two further generators are required to generate electric power for the ship.

Die DE 35 26 856 A1 offenbart eine Antriebsanlage für ein Schiff, wobei das Schiff einen Dieselmotor, der mit der Propellerwelle des Schiffes verbunden ist, als Hauptantriebsaggregat aufweist. Die Propellerwelle ist über eine Getriebeanordnung mit einem Wellenende eines Generators verbunden. Außerdem ist eine Abgasturbine über die Getriebeanordnung mit der Propellerwelle und mit dem Wellenende des Generators verbunden. Aus den Abgasen des Dieselmotors gewonnene Energie kann hierdurch sowohl dem Dieselmotor als auch dem Generator zugeführt werden.The DE 35 26 856 A1 discloses a propulsion system for a ship, the ship having a diesel engine connected to the propeller shaft of the ship as the main propulsion unit. The propeller shaft is connected via a gear arrangement with a shaft end of a generator. In addition, an exhaust gas turbine via the gear assembly to the propeller shaft and connected to the shaft end of the generator. Energy derived from the exhaust gases of the diesel engine can thereby be supplied to both the diesel engine and the generator.

Die EP 0 140 010 A2 offenbart eine Antriebsanlage für ein Schiff mit einer Propellerwelle, die ein Tunnelgetriebe aufweist, an das ein Generator angeschlossen ist.The EP 0 140 010 A2 discloses a propulsion system for a ship with a propeller shaft having a tunnel gear to which a generator is connected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanlage, bei der Abgasenergie zum Schiffsvortrieb und zur Stromerzeugung genutzt wird, einfach und kompakt zu gestalten.The invention has for its object to make a drive system, is used in the exhaust gas energy for ship propulsion and power generation, simple and compact.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the subject matter of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Es ergibt sich mit der Lösung gemäß der Erfindung eine bisher unerreicht einfache Ausbildung eines Schiffsantriebssystems mit Großdiesel und Abgasturbine.It follows with the solution according to the invention a hitherto unmatched simple design of a marine propulsion system with large diesel and exhaust gas turbine.

Es ist dabei vorgesehen, dass die Abgasturbine ungeregelt ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Abgasturbinenausführung. Eingeschaltet wird die Abgasturbine durch ein Auf/Zu-Ventil. Die Drehzahlführung übernimmt nach dem ungeregelten Hochdrehen die Hauptmaschine. Der Generator ist derart ausgebildet, dass er auch motorisch arbeiten kann, dass also eine Motor-Generatoreinheit entsteht.It is provided that the exhaust gas turbine is formed unregulated. This results in a particularly simple exhaust gas turbine design. The exhaust gas turbine is switched on by an on / off valve. The speed control takes over after the unregulated revving the main engine. The generator is designed such that it can also operate by motor, ie that a motor-generator unit is formed.

Des Weiteren ist der Generator über einen Frequenzumrichter mit dem Bordnetz des Schiffes verbunden. So kann aus dem Bordnetz sowohl Elektroenergie in die Motor-Generatoreinheit eingespeist als auch für das Bordnetz entnommen werden.Furthermore, the generator is connected via a frequency converter to the electrical system of the ship. So can be fed from the electrical system both electrical energy in the motor-generator unit as well as for the electrical system.

Als weitere Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Großdiesel eine Drehzahlregelung aufweist, die Drehzahlbereiche mit Schwingungsanregung auch des Tunnelgetriebes im Dauerbetrieb vermeidet. Bei zwei Drehenergieerzeugungseinheiten, die über ein Getriebe miteinander verbunden sind und eine unterschiedliche Charakteristik aufweisen, kann es gegebenenfalls zu Drehschwingungen kommen. Diese wären für das Getriebe sehr schädlich und Drehzahlbereiche, in denen die beiden Aggregate sich dauernd anregen könnten, würden zu Getriebeschäden führen. Daher werden diese Bereiche schnell durchfahren, wie es ja auch für den Großdiesel selbst üblich ist. Als Getriebe, die für die Aufgabe geeignet sind, sind bereits Tunnelgetriebe im Schiffbau bekannt, so dass hier kein technisches Neuland betreten wird.As a further embodiment it is provided that the large diesel has a speed control that avoids speed ranges with vibration excitation and the tunnel gear in continuous operation. If two rotational energy generating units, which are connected to each other via a gear and have a different characteristic, it may possibly lead to torsional vibrations. These would be very harmful to the transmission and speed ranges in which the two units could constantly stimulate, would lead to gear damage. Therefore, these areas are driven through quickly, as it is also common for the large diesel itself. As a transmission that are suitable for the task, tunnel gears are already known in shipbuilding, so that no new technical land is entered here.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasturbine, das Untersetzungsgetriebe mit Überholkupplung, der auch als Motor schaltbare Generator und das Tunnelgetriebe eine technisch funktionelle Einheit mit gemeinsamer Ölversorgung bilden. So wird eine weitere Kostensenkung erreicht. Gegebenenfalls wird in diese Einheit auch ein Torsionsschwingungsdämpfer integriert.In a further embodiment of the invention, it is provided that the exhaust gas turbine, the reduction gear with overrunning clutch, which can also be switched as a motor generator and the tunnel gear form a technically functional unit with common oil supply. Thus, a further cost reduction is achieved. Optionally, a torsional vibration damper is integrated into this unit.

Insgesamt ergibt sich durch den Generator der Abgasturbine des Großdiesels im Zusammenhang mit den weiteren einfachen Komponenten in Form einer technisch funktionellen Einheit eine deutliche Kostenreduktion, ohne dass von dem guten Wirkungsgrad eines aufgeladenen Großdiesels mit Abgasturbolader Abstriche gemacht werden müssten.Overall, results from the generator of the exhaust gas turbine of the large diesel in connection with the other simple components in the form of a technically functional unit a significant cost reduction, without having to make the good efficiency of a supercharged large diesel exhaust turbocharger.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, aus der, in Verbindung mit der Zeichnungsbeschreibung, weitere Einzelheiten entnehmbar sind.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing, from which, in conjunction with the drawing description, further details are removed.

Im Einzelnen:In detail:

Mit 1 ist ein aufgeladener Großdiesel bezeichnet, mit 2 ein Propeller eines Schiffes und mit 3 ein Tunnelgetriebe. 4 bezeichnet eine Generatorseite des Tunnelgetriebes, das beispielsweise ein Untersetzungsverhältnis von 1800 Umdrehungen/min auf 100 Umdrehungen/min aufweist. Weiterhin weist das Tunnelgetriebe eine Eingangswelle für einen Generator 5 auf, der typischerweise eine Leistung von 1000 bis 1500 Kilowatt haben kann. Diese Leistung kann erheblich variieren.With 1 is a charged large diesel engine, with 2 a propeller of a ship and with 3 a tunnel gearbox. 4 denotes a generator side of the tunnel gear, which has, for example, a reduction ratio of 1800 revolutions / min to 100 revolutions / min. Furthermore, the tunnel gearbox has an input shaft for a generator 5 on, which can typically have a power of 1000 to 1500 kilowatts. This power can vary considerably.

Mit dem Generator 5 ist ein Frequenzumrichter 6 verbunden, der mit einem Bordnetz 7 in Verbindung steht, das von Dieselgeneratoreinheiten 8 gespeist wird. Die einzelnen Teile des Bordnetzes sind durch schematisch angedeutete Schalter voneinander und von dem Frequenzumrichter getrennt.With the generator 5 is a frequency converter 6 connected with a wiring system 7 communicating, that of diesel generator units 8th is fed. The individual parts of the vehicle electrical system are separated from each other and from the frequency converter by schematically indicated switches.

Ein Teilstrom der Abgase des aufgeladenen Großdiesels 1 wird über ein Auf/Zu-Ventil 9 in einer Abgasleitung 10 einer Abgasturbine 11 aufgegeben, die über ein Untersetzungsgetriebe 12 mit Überholkupplung den Generator 5, der auch als Motor schaltbar ist, antreibt. Die Drehzahl der Abgasturbine beträgt etwa 20.000 Umdrehungen und wird im Untersetzungsgetriebe auf die für den Generator notwendige Drehzahl von 1800 herabgesetzt. Die Leistung der Abgasturbine beträgt, ebenso wie die Leistung des Generators, etwa 1000 bis 1500 Kilowatt, dies ist in etwa die Auslegung für ein großes Containerschiff. Es versteht sich, dass die Leistungen jeweils der Schiffsgröße angepasst werden. Das Prinzip der Abgasausnutzung bleibt jedoch gleich. Auch die einzelnen Komponenten sind prinzipiell gleich.A partial flow of the exhaust gases of the charged large diesel 1 is via an on / off valve 9 in an exhaust pipe 10 an exhaust gas turbine 11 abandoned, via a reduction gear 12 with overrunning clutch the generator 5 , which is also switchable as an engine drives. The speed of the exhaust gas turbine is about 20,000 revolutions and is reduced in the reduction gear to the necessary for the generator speed of 1800. The power of the exhaust gas turbine, as well as the power of the generator, about 1000 to 1500 kilowatts, this is about the design for a large container ship. It is understood that the services are adapted to the size of the ship. However, the principle of exhaust gas utilization remains the same. The individual components are basically the same.

Die Abgasturbine 11 wird, wenn sie in Betrieb gesetzt werden soll, einfach durch Öffnen des Auf/Zu-Ventils 9 in Betrieb genommen. Sie dreht dann ungeregelt hoch, bis die Überholkupplung sich schließt. Dies geschieht nach Erreichen der Drehzahl des Generators 5 selbsttätig. Es sind also sehr vorteilhaft keinerlei Regeleingriffe während des Startvorgangs bis zum Erreichen der Generatordrehzahl notwendig. Der Generator 5 wird vom Bordnetz 7 geführt. Für den Generator 5 ist keine separate Frequenzregelung notwendig. Die Generatorregelung ist also auf das Notwendigste beschränkt, so dass der Generator auch regeltechnisch äußerst einfach ausgeführt werden kann. Es ergibt sich also nicht nur ein erheblicher Kostenvorteil durch den Fortfall eines zweiten Generators, sondern auch durch eine besonders einfache Ausführung des verwendeten Generators und den Wegfall der Regelung bei der Abgasturbine. Dies wiegt die Kosten durch das Tunnelgetriebe 3 bei Weitem auf. Der Generator selbst kann wesentlich kleiner ausgeführt werden als ein bekannter Schaftgenerator, da er wesentlich höher dreht. Hierdurch wird also auch der Generator selbst kastengünstiger als bei dem bekannten Stand der Technik.The exhaust gas turbine 11 when it is to be put into operation, simply by opening the open / close valve 9 put into operation. It then turns up unregulated until the overrunning clutch closes. This happens after reaching the speed of the generator 5 automatically. So there are very advantageous no regulatory intervention during the boot process until reaching the generator speed necessary. The generator 5 is from the electrical system 7 guided. For the generator 5 no separate frequency control is necessary. The generator control is therefore limited to the bare minimum, so that the generator can also be executed extremely simple control technology. Thus, not only does a considerable cost advantage result from the omission of a second generator, but also from a particularly simple design of the generator used and the omission of the control in the exhaust gas turbine. This weighs the costs through the tunnel gearbox 3 by far. The generator itself can be made much smaller than a known shaft generator, since it turns much higher. As a result, therefore, the generator itself is box-lower than in the known prior art.

Die Vorteile, zu denen auch der Fortfall von Energieübertragungsleitungen etc. zu einem separaten Abgasturbogenerator kommt, überwiegen den Aufwand für das Getriebe bei Weitem.The advantages, which include the elimination of energy transmission lines, etc. to a separate exhaust gas generator, outweigh the expense of the transmission by far.

Claims (8)

Antriebsanlage für ein Schiff mit Bordnetz (7), wobei das Schiff einen aufgeladenen Großdiesel (1), der mit einer Propellerwelle mit einem Propeller (2) verbunden ist, als Hauptantriebsaggregat, und die Propellerwelle ein Tunnelgetriebe (3) aufweist, das mit einem Wellenende eines Generators (5) verbunden ist, wobei das andere Wellenende des Generators (5) über ein Untersetzungsgetriebe (12) mit Überholkupplung mit einer Abgasturbine (11) für nicht benötigte Abgase des Großdiesels (1) verbunden ist, um so Drehenergie für den Propeller (2) aus den Abgasen des Großdiesels (1) erzeugen zu können, und wobei der Generator (5) als Motor schaltbar ausgebildet ist, so dass wahlweise ein Betrieb als Motor oder als Generator möglich ist.Drive system for a ship with electrical system ( 7 ), with the ship carrying a supercharged large diesel 1 ), with a propeller shaft with a propeller ( 2 ), as a main drive unit, and the propeller shaft is a tunnel gear ( 3 ) connected to a shaft end of a generator ( 5 ), the other shaft end of the generator ( 5 ) via a reduction gear ( 12 ) with an overrunning clutch with an exhaust gas turbine ( 11 ) for unused exhaust gases of the large diesel ( 1 ) so as to rotate energy for the propeller ( 2 ) from the exhaust gases of the large diesel ( 1 ) and the generator ( 5 ) Is designed as a motor switchable, so that either an operation as a motor or as a generator is possible. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (11) ungeregelt ausgebildet ist.Drive system according to claim 1, characterized in that the exhaust gas turbine ( 11 ) is formed unregulated. Antriebsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abgasleitung (10) zwischen Großdiesel (1) und Abgasturbine (11) ein Auf/Zu-Ventil (9) angeordnet ist.Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that in an exhaust pipe ( 10 ) between large diesel ( 1 ) and exhaust gas turbine ( 11 ) an on / off valve ( 9 ) is arranged. Antriebsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (5) über einen Frequenzumrichter (6) mit dem Bordnetz (7) des Schiffes verbunden ist.Drive system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the generator ( 5 ) via a frequency converter ( 6 ) with the electrical system ( 7 ) of the ship. Antriebsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Großdiesel (1) eine Drehzahlregelung aufweist, die Drehzahlbereiche mit Schwingungsanregung des Tunnelgetriebes (3) im Dauerbetrieb vermeidet.Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the large diesel engine ( 1 ) has a speed control, the speed ranges with vibration excitation of the tunnel gear ( 3 ) avoids in continuous operation. Antriebsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Torsionsschwingungsdämpfer aufweist.Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a torsional vibration damper. Antriebsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsschwingungsdämpfer mit dem Tunnelgetriebe (3) in Verbindung steht.Drive system according to claim 6, characterized in that the torsional vibration damper with the tunnel gear ( 3 ). Antriebsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (11), das Untersetzungsgetriebe (12) mit Überholkupplung, der auch als Motor schaltbare Generator (5), und das Tunnelgetriebe (3) eine technisch funktionelle Einheit mit gemeinsamer Ölversorgung bilden.Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas turbine ( 11 ), the reduction gear ( 12 ) with overrunning clutch, which can also be switched as a motor generator ( 5 ), and the tunnel gear ( 3 ) one form a technically functional unit with common oil supply.
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ANNUAL REVIEW. In: Marine Propulsion, 1990, Jan./Febr., S. 14. Fig.. *
Firma ABB: "Waste heat recovery with ABB turbochargers and power turbines for lower fuel consumption and emissions". 2006. URL: http://www.abb.com/turbocharging [abgerufen am 03.04.2008]
Firma ABB: "Waste heat recovery with ABB turbochargers and power turbines for lower fuel consumption and emissions". 2006. URL: http://www.abb.com/turbocharging [abgerufen am 03.04.2008] *

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