DE102008037114A1 - Ship propulsion system for propulsion of a ship, in particular a double-end ship, in two different directions of travel and method for its operation - Google Patents
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Abstract
Eine erste Vortriebseinheit dient zum Vortrieb des Schiffes in einer ersten Fahrtrichtung und eine zweite Vortriebseinheit zum Vortrieb des Schiffes in einer zweiten, zu der ersten Fahrtrichtung unterschiedlichen Fahrtrichtung des Schiffes. Eine erste Antriebseinheit umfasst eine erste Wellenanlage, eine erste Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb der ersten Wellenanlage, eine mit der ersten Wellenanlage mechanisch gekoppelte erste elektrische Maschine und eine erste Kupplungseinheit zur mechanischen Kopplung der ersten Wellenanlage mit der ersten Vortriebseinheit. Eine zweite Antriebseinheit umfasst eine zweite Wellenanlage, eine zweite Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb der zweiten Wellenanlage, eine mit der zweiten Wellenanlage mechanisch gekoppelte zweite elektrische Maschine und eine zweite Kupplungseinheit zur mechanischen Kopplung der zweiten Wellenanlage mit der zweiten Vortriebseinheit. Über eine elektrische Vergbindung zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine kann die erste elektrische Maschine im Motorbetrieb mit von der zweiten elektrischen Maschine im Generatorbetrieb erzeugter elektrischer Leistung versorgt werden und umgekehrt.A first propulsion unit is used to propel the ship in a first direction of travel and a second propulsion unit for propulsion of the ship in a second, different from the first direction of travel of the ship. A first drive unit comprises a first shaft system, a first internal combustion engine for driving the first shaft system, a first electric machine mechanically coupled to the first shaft system, and a first coupling unit for mechanically coupling the first shaft system to the first propulsion unit. A second drive unit comprises a second shaft system, a second internal combustion engine for driving the second shaft system, a second electric machine mechanically coupled to the second shaft system, and a second coupling unit for mechanically coupling the second shaft system to the second propulsion unit. By means of an electrical connection between the first and the second electric machine, the first electric machine can be supplied with engine-generated electric power generated by the second electric machine during generator operation, and vice versa.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schiffantriebssystem zum Antrieb eines Schiffes, insbesondere eines Doppelendschiff, in zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Schiffantriebsystems gemäß Anspruch 2.The The invention relates to a ship propulsion system for propelling a ship, in particular a double end ship, in two different directions according to claim 1 and a method of operating such a marine propulsion system according to claim Second
Im Folgenden wird ein Antriebssystem vorgeschlagen, das sich zum Antrieb eines Schiffes in zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen und somit insbesondere für die Installation auf großen Doppelendschiffen wie z. B. Doppelendfähren eignet. Dabei kann berücksichtigt werden, dass sich in derartigen Schiffen aufgrund der Schiffslänge oftmals ein mittschiffs angeordneter Maschinenraum mit in beide Richtungen führenden Wellenleitungen ungeeignet ist. Vielmehr können mit der Erfindung zwei symmetrische Maschinenräume in der Nähe der Schiffsenden eingerichtet werden.in the Below a drive system is proposed, which is to drive a ship in two different directions and thus in particular for the Installation on big Double Endships such. B. double end ferries is suitable. It can be considered be that often in such ships due to the length of the ship a midship-mounted engine room with in both directions leading Waveguides is unsuitable. Rather, with the invention two symmetrical machine rooms near the ship ends are set up.
Hauptsächlich kann dabei vermieden werden, dass in beiden Maschinenräumen jeweils die gesamte für den Vortrieb in einer Fahrtrichtung benötigte Antriebsleistung in Form von einer oder mehreren Verbrennungskraftmaschinen, üblicherweise Dieselmotoren, installiert werden muss, da in solchem Fall auf dem Schiff die doppelte benötigte Antriebsleistung vorgehalten wird und dadurch hohe Kosten, vor allem bei der Investition, entstehen.Mainly can while avoiding that in both engine rooms respectively the whole for the propulsion in a direction required drive power in the form of one or more internal combustion engines, usually Diesel engines, must be installed, since in such case on the Ship needed the double Drive power is kept and thus high costs, especially when investing, arise.
Eine weitere Möglichkeit, die Installation der doppelten benötigte Antriebsleistung zu vermeiden, bestände darin, in einem mittschiffs angeordneten Maschinenraum vermittelst mehrerer Dieselgeneratoren die Antriebsleistung in elektrischer Form zu erzeugen, die dann von elektrischen Fahrmotoren an die betreffende Propellerwelle weitergegeben wird. In diesem Fall ist zwar die installierte Antriebsleistung nicht doppelt vorhanden, allerdings werden insgesamt drei Maschinenräume benötigt und es müssen für die gesamte umgesetzte Leistung elektrische Wandlungsverluste in Kauf genommen werden.A another possibility avoiding the installation of twice the required drive power, in a midships arranged engine room by means of several Diesel generators to produce the drive power in electrical form, then the electric drive motors to the relevant propeller shaft is passed on. In this case, the installed drive power is not twice available, but a total of three engine rooms are needed and it must be for the whole converted power electrical conversion losses accepted become.
Das mit den Ansprüchen 1 und 2 beanspruchte und im Folgenden in einer vorteilhaften Ausgestaltung beschriebene Schiffantriebssystem bzw. Verfahren zum Betreiben eines derartigen Schiffantriebssystems vermeidet die oben beschriebenen Nachteile bzw. erzielt die beschriebenen Vorteile.The with the claims 1 and 2 claimed and hereinafter in an advantageous embodiment described ship propulsion system or method for operating a such marine propulsion system avoids the disadvantages described above or achieves the advantages described.
Es
werden im Bereich der Schiffsenden zwei identische Maschinenräume eingerichtet,
deren prinzipieller Aufbau in den
Wie
Zunächst werde
nun beschrieben, wie der Fahrzustand unter Dienstgeschwindigkeit
realisiert wird. Die Schaltung in
In
Hochfahren der AnlageStarting up the system
Das Hochfahren aus dem Stillstand bis zum Nennbetrieb setzt sich aus dem Starten der Antriebe und der anschließenden Lastaufnahme zusammen.The Starting up from standstill until nominal operation is suspended the starting of the drives and the subsequent load pickup together.
Zunächst wird der vordere Dieselmotor mit der eingekuppelten elektrischen Maschine angelassen. Anschließend wird die elek trische Maschine mit dem Netz synchronisiert und, zunächst lastfrei, aufgeschaltet. Der achterliche Strang kann auf drei verschiedene Weisen hochgefahren werden: 1. Der Dieselmotor wird alleine angelassen, (K1) und (K2) sind geöffnet. Anschließend wird zunächst die elektrische Maschine (unter geöffneter Netzverbindung) durch Schließen von (K1) und zuletzt der Rest des Stranges durch Schließen von (K2) beschleunigt. 2. Dieselmotor und elektrischer Rotor werden mit geschlossener Kupplung (K1) gemeinsam gestartet, anschließend Getriebe und Propeller durch Schließen von (K2) eingekuppelt. 3. Beide Kupplungen (K1) und (K2) werden im Stillstand geschlossen und dann der gesamte Strang über den Dieselmotor gestartet. Bei der Wahl des Verfahrens ist folgendes zu beachten: Lösung 1 ist für den Dieselmotor sehr schonend, weil nicht die gesamte Masse des Wellensystems einschließlich elektrischem Rotor, Getrieberädern und Propeller auf einmal beschleunigt werden muss. Lösung 3 hingegen schont die Kupplungen, da sie im Stillstand schließen und somit keine Schaltarbeit (Beschleunigen auf Synchrondrehzahl) aufgebracht werden muss. Lösung 2 stellt eine Kompromissvariante dar. Generell sind Dieselmotoren jedoch darauf ausgelegt, dass sie in ungekuppelten Systemen angelassen werden können, wobei jedesmal nebst Motor der ganze Antriebsstrang beschleunigt werden muss, so dass Lösung 3 als die geeignete angesehen werden kann. Nun kann auch die achterliche elektrische Maschine mit dem Netz synchronisiert und aufgeschaltet werden.First, will the front diesel engine with the engaged electric machine started. Subsequently the electrical machine is synchronized with the network and, at first load-free, switched. The aft strand can be on three different ones Ways to start up: 1. the diesel engine is started alone, (K1) and (K2) are open. Subsequently will be first the electric machine (under open network connection) by closing (K1) and finally the rest of the strand by closing (K2) accelerates. 2. become diesel engine and electric rotor started together with the clutch (K1) closed, then transmission and propellers by closing from (K2) engaged. 3. Both clutches (K1) and (K2) become closed at a standstill and then the entire strand over the Diesel engine started. When choosing the method is the following to note: solution 1 is for very gentle on the diesel engine because not the entire mass of the Including wave system electric rotor, gears and propellers must be accelerated at once. Solution 3, on the other hand protects the clutches as they close at standstill and thus no switching work (acceleration to synchronous speed) applied must become. solution 2 represents a compromise variant. In general, diesel engines however, they are designed to run in uncoupled systems can be every time along with the engine accelerates the whole drive train so must be solution 3 can be considered as appropriate. Now the afterthought can also be electrical machine synchronized with the network and switched become.
Anschließend wird der Antriebsstrang unter Last genommen, indem beide Dieselmotoren synchron und unter konstanter Drehzahl ihr Drehmoment erhöhen.Subsequently, will The powertrain is taken under load by both diesel engines increase their torque synchronously and at constant speed.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, zunächst beide Sätze zu starten, wie oben beschrieben. Die achterliche elektrische Maschine bleibt jedoch zunächst vom Netz getrennt. Zur Beschleunigung des Schiffes wird nun zunächst der achterliche Dieselmotor verwendet, wobei die elektrische Maschine frei mitdreht. In diesem Zustand kann die Beschleunigung auf der Kombinatorkurve erfolgen, ein Konstantdrehzahlbetrieb ist nicht erforderlich. Wenn der Dieselmotor seine Nennleistung bei Nenn(-netz-)drehzahl erreicht hat, wird die elektrische Maschine aufgeschaltet, um vom vorderen Strang Leistung aufzunehmen und der Wellenleitung zuzuführen, was dann im Konstantdrehzahlmodus geschieht.A different possibility is, first both sentences to start, as described above. The aft electric machine remains however first disconnected from the network. To speed up the ship is now first the used aft diesel engine, with the electric machine free rotates. In this condition, the acceleration on the combiner curve done, a constant speed operation is not required. If the diesel engine reaches its nominal power at rated (-netz-) speed has, the electric machine is switched to the front strand Power and supply the waveguide, which then happens in the constant speed mode.
Eine
dritte Möglichkeit
ist gegeben, wenn die elektrischen Maschinen (
Alle drei erwähnten Hochfahrvarianten sind dank des Verstellpropellers problemlos möglich.All three mentioned Start-up variants are easily possible thanks to the variable pitch propeller.
Aufstoppen des SchiffesStopping the ship
Wenn
der in aktueller Fahrtrichtung vorne liegende Propeller zum Aufstoppen
des Schiffes in Betrieb genommen werden soll, so kann das auf zwei Weisen
erfolgen. Dabei wird davon ausgegangen, dass der vordere Dieselmotor
läuft und
dessen elektrische Maschine noch am Netz befindlich ist, um den achterlichen
Strang mit Leistung zu versorgen. Da diese Leistung am achterlichen
Strang vorläufig
nicht mehr gebraucht wird, kann die vordere elektrische Maschine
vorerst vom Netz getrennt werden. Nun kann die Kupplung (K2) geschlossen
und die Wellenleitung mit Propeller beschleunigt werden, was der Schaltung
in
Vorteile
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schiffantriebsystems
bzw. Betriebverfahrens können gegenüber anderen
Schaltungen folgende Vorteile genutzt bzw. Probleme umgangen werden:
Die
elektrischen Maschinen müssen
für den
motorischen Betrieb nicht aus dem Stillstand unter Last hochgefahren
werden. Sie werden stattdessen lastfrei durch die Dieselmotoren
beschleunigt und anschließend
ans Netz geschaltet. Das ermöglicht
die Einsparung kostenaufwändiger
Leistungselektronik und erhöht
wesentlich die Lebensdauer der elektrischen Maschinen.Advantages With the aid of the ship propulsion system or operating method according to the invention, the following advantages can be used or problems avoided compared to other circuits:
The electric machines do not have to be raised from standstill under load for motor operation. Instead, they are accelerated by the diesel engines without load and then connected to the grid. This makes it possible to save costly power electronics and significantly increases the life of the electrical machines.
Bei
kleinen erforderlichen Antriebsleistungen kann der Antrieb ausschließlich dieselmechanisch erfolgen.
Die Schaltung der achterlichen Anlage für diesen Fall ist in
Für erforderliche Antriebsleistungen zwischen halber und voller Gesamtleistung kann sogar in Erwägung gezogen werden, den vorderen Hauptdieselmotor abzustellen und einen oder beide Hilfsdieselmotoren für die nötige Stromerzeugung zu verwenden, wenn der Bordstrombedarf das zulässt. Im Gegenzug kann der entsprechende Bordstrombedarf auch nur durch den vorderen Hauptdieselmotor mitgeneriert werden und folglich die Hilfsdieselmotoren abgestellt werden. Die Schaltung kann dann hinsichtlich der besten Wirkungsgrade im Nennpunkt der betreffenden Maschine optimiert werden.For required Drive power between half and full total power can even considering to turn off the front main diesel engine and one or both auxiliary diesel engines for the necessary To use power generation, if the on-board power requirement allows. In return The corresponding on-board power requirement can only by the front Main diesel engine are generated and therefore turned off the auxiliary diesel engines become. The circuit can then be considered for the best efficiencies be optimized in the nominal point of the machine in question.
Gegenüber der Stromerzeugung durch einen am Getriebe ange setzten PTO (Power Take Off) wird hier die Stromerzeugung direkt und damit ohne Getriebeverluste durchgeführt, was weiter zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad beiträgt.Opposite the Power generation by means of a PTO (Power Take Off) here is the power directly and thus without transmission losses carried out, what further to a higher Overall efficiency contributes.
Im Gegensatz zu dem rein dieselmechanischen Konzept, das in der Regel mindestens zwei Dieselmotoren pro Ende sowie mindestens einen PTO/PTI (Power Take Off/Power Take In) aufweist, kommt bei dem hiesigen Konzept ein einfaches Getriebe zum Einsatz, das lediglich aus einer Stirnradpaarung und nur zwei austretenden Wellen besteht. Im anderen Fall wären mindestens vier Wellendurchtritte und entsprechend viele Radpaarungen erforderlich.in the Contrary to the purely diesel-mechanical concept, which usually at least two diesel engines per end and at least one PTO / PTI (Power Take Off / Power Take In), comes with the local Concept to use a simple gearbox that only consists of one Spurradpaarung and only two exiting waves exists. In the other Case would be at least four shaft passages and correspondingly many wheel pairs required.
Durch die relativ kurze Baulänge der elektrischen Maschine sowie die Möglichkeit der hintereinander liegenden Anordnung beider Maschinen (E-Maschine und Dieselmotor) entsteht ein kurzer, aber vor allem sehr schlanker Maschinenraum, der sich gut in die Schiffsenden einpassen lässt.By the relatively short length the electric machine as well as the possibility of the one behind the other horizontal arrangement of both machines (electric motor and diesel engine) creates a short, but above all, very lean engine room, which fits well into the ship's ends.
Durch
die Möglichkeit,
den aktiven Antriebsstrang sowohl nur dieselmechanisch als auch
nur elektromechanisch anzutreiben, ist die Antriebsanlage vollständig redundant
ausgeführt.
Das wird in diesem Fall durch das Vorhandensein der beiden Schaltkupplungen
erreicht, siehe
Durch die Möglichkeit, sowohl mit beiden Hauptdieselmotoren als auch mit den zusätzlich installierten kleineren Hilfsdieselmotoren Strom für das Bordnetz zu erzeugen, ist auch die Stromerzeugung mit einer mehrfachen Redundanz sichergestellt.By the possibility, Both with both main diesel engines and with the additional installed smaller auxiliary diesel engines to generate electricity for the electrical system, It also ensures power generation with multiple redundancy.
Es muss dieselmotorisch nur die einfache benötigte Leistung vorgehalten werden es werden dabei nur zwei identische Maschinenräume benötigt. Andere Konzepte sind entweder mit der doppelten erforderlichen Leistung ausgestattet oder weisen einen mittschiffs angeordneten dritten Maschinenraum auf.It Diesel engine only needs to maintain the simple power required only two identical machine rooms will be needed. Other Concepts are either with twice the required performance equipped or have a third arranged amidships Engine room on.
Claims (3)
Priority Applications (2)
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WO (1) | WO2010017814A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
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-
2009
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Also Published As
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