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Vorrichtung zur Verstellung einer Schiffsschraube mit verstellbaren
Flügeln und mindestens einer die Schraube antreibenden Maschine Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Verstellung einer Schiffsschraube mit verstellbaren Flügeln
und mindestens einer die Schraube antreibenden, mit einem die Kraftmittelzufuhr
beeinflussenden Drehzahlregler verschenen Maschine. Es sind solche Vorrichtungen
bekannt, welche zwei handbediente Verstellorgane, nämlich ein erstes Verstellorgan
zur Änderung des Sollwertes der Drehzahl der Maschine und ein zweites Verstellorgan
zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel aufweisen.
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Der Drehzahlregler ist normalerweise unmittelbar an die Antriebsmaschine
angebaut. Er steht mit der Kommandobrücke durch ein Drehzahlverstellorgan in Verbindung.
Sein SteUglied beeinflußt die Füllung und stellt diese so ein, daß die Drehzahl
innerhalb eines vorgegebenen Bereiches gehalten wird. Dieses Regelsystem dient vorwiegend
zum Schutz der Antriebsmaschine vor überdrehzahl. Bei Drehzahlerhöhung wird die
Füllung, d. h. die Kraftmittelzufuhr, verkleinert, und bei Drehzahlabfall
wird sie vergrößert. Eine Füllungsvergrößerung ist jedoch unmöglich, wenn die Maschine
bereits voll ausgelastet ist.
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Durch das andere Verstellorgan wird normalerweise die Steigung der
Schraube von Hand eingestellt. Es fehlt aber eine Sicherung, eine überlastung der
Maschinen bei z. B. Ruderlegen oder Ausfall einer Maschine zu vermeiden.
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Die Erfindung löst nun die Aufgabe, eine derartige überlastung zu
verhüten. Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gemäß der
Erfindung dadurch erreicht, daß auch für die Verstellung der Schraubensteigung ein
Drehzahlregler, und zwar ein mindestens annähernd isodrom arbeitender Drehzahlregler
vorgesehen ist, dessen Drehzahlsollwert vom zweiten Verstellorgan vorgegeben wird,
und daß ferner der Drehzahlregler der Maschine mit verhältnismäßig großer Statik
ausgelegt ist, so daß bei der Zusammenarbeit beider Reglertypen bei Beseitigung
von Störungen des Beharrungszustandes nur der isodrome Regler wirksam wird, indem
er die eingestellte Drehzahl durch Änderung der Schraubensteigung aufrechterhält.
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Bei unveränderter Lage der handbedienten Verstellorgane läuft somit
auch nach dem selbsttätigen Ausgleich einer Störung die Maschine mit gleicher Drehzahl
und Leistung weiter. Befand sich die Maschine vor dem Auftreten der Störung in einem
wirtschaftlich günstigen Betriebspunkt, so wird beim Ausgleich der Störung nicht
nur eine überlastung der Maschine vermieden, sondern diese arbeitet überdies nach
wie vor im gleichen günstigen Betriebspunkt. Bei gegebenen Verhältnissen kann jeder
Drehzahl eine bestimmte Schraubensteigung zugeordnet werden, bei welcher größte
Wirtschaftlichkeit des Betriebes erreicht wird. Die Zuordnung wird aber anders,
wenn der Fahrwiderstand sich ändert oder beispielsweise eine Antriebsmaschine ausfällt.
Bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Lage des handbedienten Verstellorgans
zur Änderung der Steigung der Schraubenflügel unmittelbar diese Steigung festlegte,
mußten daher, um wirtschaftlich zu fahren, je nach den Betriebsbedingungen
des Schiffes verschiedene Zuordnungskurven für die Lage der beiden Verstellorgane
befolgt werden.
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Berechnungen und Versuche haben dagegen gezeigt, daß es möglich ist,
ohne von einer Betriebsweise mit bester Wirtschaftlichkeit merklich abzuweichen,
mit einer einzigen Kurve für die Zuordnung der Lage der beiden Verstellorgane auszukommen,
wenn, wie es beim Gegenstand der Erfindung der Fall ist, für die Verstellung der
Schraubensteigung ein mindestens annähernd isodrom arbeitender Drehzahlregler vorgesehen
ist, dessen Drehzahlsollwert vom zweiten Verstellorgan vorgegeben wird, und der
Drehzahlregler der Antriebsmaschine mit verhältnismäßig großer Statik ausgelegt
ist. In diesem Sinne sind die beiden Verstellorgane in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung zweckmäßig im Bereich höherer Fahrstufen durch eine Führungskurve kuppelbar.
In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Anlage mit einer durch drei Maschinen angetriebenen
Schraube mit verstellbaren Flügeln und Fig. 2 eine Draufsicht auf das Steuergerät.
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Drei Antriebsmaschinen 1, 2, 3 treiben über ein Getriebe
4 eine Schiffsschraube 5 mit verstellbaren Flügeln an. Jede dieser Maschinen1,
2, 3 ist mit einem Drehzahlregler 6 versehen, welcher über ein Gestänge
7 die Füllung, d. h. die Kraftmittelzufuhr zur Maschine, verstellt.
Bei Dieselmotoren würde das Gestänge 7 auf die Brennstoffzufuhr und bei Dampfturbinen
auf die Dampfzufuhr zur Maschine einwirken. Anzeigegeräte F" F2, F, zeigen
den Effektivwert der FüHung für die drei Maschinen auf der Kommandobrücke an. Dieser
Effektivwert wird zunächst mechanisch durch Gestänge 8 auf zugeordnete Geber
9 übertragen und von dort durch irgendwelche Fernübertragungsmittel
10 mechanischer, hydraulischer oder elektrischer Art den AnzeigegerätenF.,
F2, F, übermittelt.
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Die Drehzahlregler 6 sind so ausgelegt, daß sie mit einer verhältnismäßig
großen Statik, beispielsweise 8 bis 10% oder noch mehr, arbeiten, d. h.,
es muß sich die Drehzahl um diesen prozentualen Wert erhöhen, bis, vom vollen Füllungswert
ausgehend, vom Drehzahlregler die Füllung Null eingestellt wird.
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Ein erstes handbedientes Verstellorgan mit Handhebel 11 und
Kurvenscheibe 12 dient zur Einstellung der Solldrehzahl an den Drehzahlreglern
6 der Maschinen 1, 2, 3. Die Stellung des Organs
11, 12 wird durch übertragungsmittel 13 irgendweIcher Art auf Drehzahlverstellvorrichtungen
14 der Regler 6
übertragen.
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Ein zweites handbedientes Verstellorgan mit Handhebel 15 und
Kurvenscheibe 16 ist für die Verstellung der Schraubensteigung bestimmt.
Die Schraubenflügel werden durch einen in einem Gehäuse 17 angeordneten Stellmotor
betätigt, welcher von einem weiteren, von der Schraubenwelle aus angetriebenen Drehzahlregler
18 über ein Gestänge 19
gesteuert wird. Der Drehzahlregler
18 ist mit einer Drehzahlverstellvorrichtung 20 versehen und so ausgebildet,
daß er isodrom oder höchstens mit einer ganz geringen bleibenden Statik, also annähernd
isodrom, arbeitet. Die Bewegung des Verstellorgans 16
wird durch irgendwelche
übertragungsmittel 21 auf die Drehzahlverstellvorrichtung 20 des Drehzahlreglers
18 übertragen. Der Effektivwert der Steigung wird über ein Gestängge 22 auf
einen Geber 23 übertragen und von dort durch irgendwelche Fernübertragungsmittel
24 an ein auf der Kommandobrücke angebrachtes Anzeigegerät H weitergegeben.
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Die Teile 11, 12, 15, 16 sind Bestandteile eines auf
der Komman obrücke angeordneten Steuergerätes 25.
Sie sind in einem Gehäuse
26 dieses Gerätes gelagert. Im Gehäuse 26 sind auf der Oberseite mit
Skalen versehene Schlitze 27, 28, 29 und eine etwas breitere rechteckige
Öffnung 30 angebracht. Ein mit dem Verstellorgan 16 fest verbundener
Teil 31 ist mit Zeigern 32 und 33 versehen, die an den Skalen
der Schlitze 27 und 28 die Stellung des Organs 15, 16
abzulesen
gestatten. Fest verbunden mit dem Verstellorgan 11, 12 ist ferner ein Teil
34, welcher eine nach einem Zylindermantel gewölbte, hinter der öffnung
30 liegende durchsichtige Scheibe 35 trägt. Außerdem ist am Teil 34
ein Zeiger 36 angebracht, welcher an der Skala des Schlitzes 29 die
Stellung des Organs 12 abzulesen gestattet. Ein im Teil 31 in Richtung der
Drehachse verschiebbarer Stift 37
greift an seinem einen Ende in einen im
Lagerkörper des Gehäuses 26 angebrachten schrägen Schlitz 38
ein, so
daß er sich bei Verstellung des Organs 15, 16
vermittels des Handhebels
15 in seiner Achsrichtung verschiebt. Sein anderes Ende 39 dient hinter
der Scheibe 35 als Anzeigevorrichtung. Jede Stellung der beiden Verstellorgane
11, 12 und 15, 1,6 ist somit durch einen Punkt der gewölbten Scheibe
35 gekennzeichnet, welcher durch die relative Lage des Endes 39 des
Stiftes 37 mit Bezug auf die Scheibe 35 bestimmt ist.
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Mit 40 ist schließlich eine Feststellvorrichtung bezeichnet, mit welcher
der Einfluß des Drehzahlreglers 18 auf die Verstellung der Schraubensteigung
ausgeschaltet werden kann.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Um einen bestimmten
Betriebszustand des Schiffes zu erhalten, wird die Solldrehzahl zugleich vermittels
der Hebel 11 und 15 der Verstellorgane 11, 12 bzw.
15, 16 an den Drehzahlreglern 6 der Maschinen 1, 2,
3
und am Drehzahlregler 18 der Schraube 5 eingestellt. Die Regler
6 lassen dabei wegen ihrer verhältnismäßig großen Statik einen gewissen Spielraum
für die Drehzahl zu, welche sich je nach der Belastung innerhalb dieses Spielraumes
ändert. Der isodrome oder doch nahezu isodrome Drehzahlregler 18 sorgt aber
durch entsprechende Verstellung der Schraubensteigung dafür, daß durch Veränderung
der Leistungsaufnahme der Schraube die vorgesehene Drehzahl eingehalten wird. Es
wird so auf einen bestimmten Punkt der Statikkurve des Maschinenreglers eingeregelt
und eine überlastung vermieden. Da der durch das Verstellorgan 15, 16 eingestellte
Drehzahlregler 18 hier für die Einhaltung der vorgegebenen Drehzahl sorgt,
hat das Verstellorgan. 11, 12 für sich keinen Einfluß auf die DrehzahL Seine
Verstellung bewirkt entsprechend der Statik der Regler 6 nur eine Veränderung
der Füllung und damit der Maschinenleistung. Es entspricht dies der Lasteinstellung
bei Kraftwerksturbinen in einem elektrischen Netz. Ändert sich die Fahrgeschwindigkeit
des Schiffes, beispielsweise durch Windeinfluß, so treten kurzzeitige Drehzahländerungen
ein, die jedoch durch den Regler 18 sofort ausreguliert werden. Die Antriebsmaschinen
arbeiten somit auch bei Veränderung des Fahrwiderstandes mit gleicher Füllung.
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Jeder Drehzahl entspricht eine bestimmte Lage des Endes
19 des Stiftes 37. Bei Änderung der Füllungseinstellung der Antriebsmaschinen
durch das Verstellorgan 11, 12 verschiebt sich die Scheibe 35 relativ
zum Ende 39 des Stiftes 37. Auf der Scheibe 35 sind Grenzkurven
41, 42 für die Füllung F = 100 bzw. 01/o und Zwischenkurven eingetragen.
Die Hebel 11 und 15 sind stets so einzustellen, daß das Stiftende
39 im Bereich zwischen den beiden Kurven 41 und 42 liegt. Von einer gleichfalls
eingetragenen Kurve 43 wird angenommen, daß sie einem Zusammenhang zwischen Drehzahl
und Füllung entspreche, bei welchem die beste Wirtschaftlichkeit der Anlage erreicht
wird.
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Da, wie eingangs beschrieben, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine einzige Kurve für die Zuordnung der Lage der beiden Verstellorgane
11, 12 und 15, 16 genügt, um auch bei Änderung des Fahrwiderstandes
od. dgl. beste Wirtschaftlichkeit zu erhalten,
ist es möglich, im
Bereich höherer Fahrstufen im Steuergerät 25 eine zwangläufige Führung des
Stiftendes 39 längs dieser Kurve vorzusehen, so daß die beiden Verstellorgane
11, 12 und 15, 16 durch diese Führungskurve gekuppelt sind. Die Schiffsanlage
kann dann durch einen der beiden Hebel 11 und 15,
also durch ein einziges
Manövrierorgan bedient werden. Die am Regler 18 der Schraube 5 eingestellte
Drehzahl n, wird auf der Skala im Schlitz 28 abgelesen.
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Diese Betriebsart eignet sich besonders für frei fahrende Schiffe.
Die Vorrichtung arbeitet auch dann richtig, wenn eine der Antriebsmaschinen ausfallen
sollte. Dann wird die Schraubensteigung selbsttätig so eingestellt, daß die verbleibenden
Maschinen nicht überlastet werden.
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Der Drehzahlregler wird vorzugsweise so ausgelegt, daß er im Bereich
oberhalb von etwa 7511/9 der Normaldrehzahl arbeitet. Bei kleinerer Drehzahl liegt
sein Pendel am Anschlag. Dann wird die Drehzahlregelung allein von den Reglern
6 der Antriebsmaschinen mit der entsprechenden Statik übernommen. Die Skala
im Schlitz 28 und die Kurven der Scheibe 35 sind dann nicht mehr gültig.
Es wird zweckmäßig die Skala im Schlitz 29 für die Ablesung der an den Reglern
6 der Antriebsmaschinen eingestellten Drehzahl nm benutzt. Der Hebel
15, dessen Stellung an der Skala H' im Schlitz 27 abgelesen werden
kann, dient dann zur willkürlichen, von der Drehzahl unbeeinflußten Verstellung
der Schraubensteigung H. Die Vorrichtung läßt sich also im untern Drehzahlbereich
ohne weiteres in der bisher üblichen Weise zur willkürlichen Einstellung der Schraubensteigung
bei drehzahlgeregelten Antriebsmaschinen verwenden. Diese Betriebsart ist vorzugsweise
für Manöver wichtig.
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Wird jedoch bei Manövern auch eine höhere Drehzahl gewünscht, so gestattet
die Feststellvorrichtung 40, das Pendel des Drehzahlreglers 18 in seiner
tiefsten Lage festzuhalten. Es ist dann möglich, bei beliebiger Drehzahl, welche
durch den Hebel 11 an den Reglern 6 der Antriebsmaschinen eingestellt
wird, die Schraubensteigung durch Betätigung des Hebels 15 willkürlich zu
verändern oder auch einen bestimmten funktionellen Zusammenhang zwischen Drehzahl
und Schraubensteigung einzuhalten.
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Zur Erleichterung des Betriebes kann eine Einrichtung vorgesehen werden,
welche im Steuergerät 25 selbsttätig bei freiem Pendel des Drehzahlreglers
18 das dann gültige Kurvenbild F der Scheibe 35 und die Skala n, im
Schlitz 28, bei festliegendem Pendel jedoch die Skalen H' und nm in
den Schlitzen 27 bzw. 29 beleuchtet. Auch kann eine übertragungseinrichtung
vorgesehen werden, welche eine Betätigung der Feststellvorrichtung 40 von der Kommandobrücke
aus gestattet.
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Bei den Antriebsmaschinen 1, 2, 4 kann es sich um gleichartige
oder auch um unter sich verschiedene Maschinen, z. B. Diesehnotoren, Dampfturbinen
und Gasturbinen, handeln, wobei die Regler 6 in ihrer Statik zweckmäßig aufeinander
abzustimmen sind, vor Dem im Gebiet der Vollast. Bei Verwendung verschiedenartiger
Maschinen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, bei Teillast die Leistung in
anderem Verhältnis auf die einzelnen Maschinen zu verteilen als bei Vollast.