-
Stromerzeugungsanlage für Dieselmotorschiffe Zur Stromerzeugung auf
Schiffen werden vielfach aus einem Dieselmotor und einem Drehstromgenerator bestehende
Aggregate verwendet, da ein Drehstrombordnetz viele bekannte Vorteile bietet. Da
das Bordnetz praktisch ständig zur Abgabe elektrischer Leistung bereit sein muß,
müssen derartige Dieselaggregate oft über längere Zeit in Betrieb sein. Sie unterliegen
daher einem erheblichen Verschleiß, der zu Betriebsstörungen führen kann und zu
Ersatzbestückungen zwingt, und bedingen eine Lärmbelästigung, die von der Größe
des Dieselmotors abhängt.
-
Insbesondere bei Dieselmotorschiffen besteht aber neben der Aufstellung
eines derartigen gesonderten Stromerzeugungsaggregates nur noch die Möglichkeit,
im Seebetrieb den Hauptmotor zur Stromerzeugung heranzuziehen. Dies ist zur Vermeidung
der genannten Nachteile in mehreren Fällen bereits ausgeführt worden.
-
Da jedoch die Drehzahl der Hauptmotorwelle bzw. Propellerwelle nicht
konstant ist, kann der Drehstromgenerator zur Speisung des Bordnetzes nicht unmittelbar
an diese Welle angeschlossen werden, da die Netzfrequenz zumindest annähernd konstant
gehalten werden muß. Daher ist in dem erwähnten Fall zum Antrieb des für die benötigte
Netzleistung ausgelegten Drehstromgenerators von der Propellerwelle ein Leonardsatz
vorgesehen, bei dem der Motor (und damit der Drehstromgenerator) durch eine entsprechende
Regeleinrichtung auf eine konstante Drehzahl geregelt wird.
-
Es ist eine Stromversorgungsanlage für Dieselmotorschiffe bekannt,
bei der eine Dampfturbine zum Antrieb des Drehstromgenerators vorgesehen ist, die
sowohl von einem Hilfskessel als auch von einem Abgaskessel gespeist wird. Auf das
gleiche Bordnetz arbeitet ferner ein besonderer Generator, der von der Schiffswelle
unmittelbar angetrieben wird. Ferner ist noch ein weiteres Dieselaggregat zur Speisung
des Bordnetzes vorhanden. Die Lastverteilung zwischen Turbogenerator und Wellengenerator
erfolgt durch ein auf die schwankende Frequenz des Bordnetzes ansprechendes Relais,
das den Läuferwiderstand des als Asynchrongenerator ausgebildeten Wellengenerators
verändert. In dieser Anlage findet die Anpassung der Lastverteilung an die jeweils
vorliegende Abgasmenge nur in groben Schaltschritten statt, die außerdem erst dann
vollführt werden, wenn sich die Frequenz des Bordnetzes bereits merklich verändert
hat. Es ist klar, daß hier keine optimale Ausnutzung der Abgasmenge erfolgen kann.
Außerdem muß die unvermeidbare Frequenzänderung des Bordnetzes als nachteilig angesehen
werden. Ausgehend von einer Stromerzeugungsvorrichtung für Dieschnotorschiffe, bei
der ein für die benötigte Netzleistung ausgelegter Drehstromgenerator über einen
Leonardsatz mit drehzahlgeregeltem Motor von der Propellerwelle angetrieben wird,
soll erfindungsgemäß ein noch wirtschaftlicheres Betriebsverhalten der Vorrichtung
erzielt werden, das darin besteht, daß die jeweilige, aus der Abgaswärme verfügbare
Leistung voll an den Bordnetzgenerator abgegeben wird. Die Erfindung betrifft eine
Stromerzeugungsanlage für Dieselmotorschiffe, bei der ein für die benötigte Bordnetzleistung
ausgelegter Drehstromgenerator sowohl von der Propellerwelle über einen Leonardsatz
mit drehzahlgeregeltem Motor als auch von einer aus einem Abgasdampfkessel gespeisten
Dampfturbine mit einer von der jeweils verfügbaren Abgasmenge bestimmten Leistungsaufteilung
angetrieben wird, und besteht darin, daß für den Leonardmotor eine aus einem Tachodynamo
und einem Regler bestehende Regeleinrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, daß die
Drehzahl des Leonardmotors mit zu-
nehmendem Drehmoment weniger stark zurückgeht
als die Drehzahl der Dampfturbine.
-
Eine bevorzugte Ausführungsforin der Erfindung wird an Hand der Zeichnung
erläutert. Es, zeigt Fig. 1 schematisch den Hauptantrieb eines Dieselmotorschiffes
mit einer erfindungsgemäßen Stromerzeugungsanlage und Fig. 2 ein erläuterndes Diagramm.
-
Ein Hauptmotor 1 eines, Dieselmotorschiffes treibt eine Propellerwelle
16. Die Abgase des Hauptmotors
1 werden über einen
zur Dampferzeugung dienenden Abgaskessel 2 zum Schornstein geführt. An die Propellerwelle
16 ist über ein Getriebe 12 ein Leonardgenerator 11 gekuppelt, der
einen Leonardmotor 8 speist. Eine auf der Welle des Leonardmotors
8 sitzende Tachodynamo 9 steuert einen Regler 10, der die Felderregung
für den Leonardgenerator 11 liefert. Durch diese Regeleinrichtung wird der
Leonardmotor 8 auf eine konstante Drehzahl geregelt. Anstatt der Drehzahlregelung
mit Tachodynamo kann auch eine Frequenzregelung verwendet werden, bei der die Frequenz
des erzeugten Drehstromes die Felderregung des Leonardgenerators 11 beeinflußt.
Der Leonardmotor 8 treibt über eine ausrückbare Kupplung 7 einen für
die gesamte im Seebetrieb benötigte Netzleistung ausgelegten Drehstromgenerator
6, der das Drehstrombordnetz 15
speist.
-
Aus dem Abgaskessel 2 ist eine Dampfturbine 4 speisbar, die über eine
selbsttätige überholkupplung 5
gleichfalls den Drehstromgenerator
6 antreibt. Die überholkupplung 5 rückt selbsttätig aus, wenn die
Dampfturbine 4 abgebremst wird bzw. steht oder langsamer läuft als der Drehstromgenerator
6, und rückt ein, wenn die Dampfturbine 4 die Drehzahl des Drehstromgenerators
6 erreicht und diesen anzutreiben verrnag. Neben dem Abgaskessel 2 ist noch
ein anderweitig beheizbarer Hilfskessel 3 vorgesehen, der allein oder im
Parallelbetrieb mit dem Abgaskessel 2 die Dampfturbine 4 speisen kann.
-
Für Stillstandzeiten (Hafenbetrieb) oder Fahrt mit sehr kleiner Geschwindigkeit
ist noch ein Hilfsdieselmotor 13 vorgesehen, der einen zusätzlichen Drehstromgenerator
14 zur Speisung des Bordnetzes 15
antreibt. Statt mit dem zusätzlichen Drehstromgenerator
14 kann der Hilfsdieselmotor 13 aber auch mit dem Drehstromgenerator
6 gekuppelt sein.
-
Zweckmäßig ist nicht nur der Drehstromgenerator 6, sondern
auch der Leonardsatz 8, 11 und die Dampfturbine 4 für die volle Bordnetzleistung
im Seebetrieb ausgelegt. Je nach den Betriebsbedingungen kann der Leonardgenerator
typenmäßig größer ausgelegt werden, so daß auch bei Drehzahlen bis zu
50 "/o der Nenndrehzahl eine konstante Umfonner-Drehzahl des Drehstromaggregates
gewährleistet ist. Der Abgaskessel 2 wird dagegen bei Verwendung an sich üblicher
Typen nur für die halbe Bordnetzleistung (zuzüglich der Verluste der Stromerzeugungsanlage)
herangezogen, da er in der Regel noch andere Verbraucher zu speisen hat. Der Hilfskessel
3 kann dagegen wieder Dampf für die volle Bordnetzleistung aufbringen.
-
Im Diagramm in Fig. 2 ist als Abszisse das an den Drehstromgenerator
6 abzugebende Drehmoment MD in Prozenten proportional zu der Bordnetznennleistung
und als Ordinate die Drehzahl n der Generatorachse in Prozenten der Nenndrehzahl
aufgetragen. Die ausgezogene Linie G ist die Kennlinie des Leonardantriebes,
während die Kennlinie T der Dampfturbine 4 gestrichelt gezeichnet ist. In der Nähe
von 100()/o des Nennmomentes ist die Leistungsfähigkeit der Dampfturbine 4 durch
die Leistungsfähigkeit des Abgaskessels 2 (steile gestrichelt gezeichnete Linie
A) begrenzt.
-
Die Leistungsübergabe zwischen Leonardmotor 8
und Dampfturbine
4 geht selbständig durch die entsprechende Wahl der Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie
vor sich, da die Kennlinie T der Dampfturbine4 eine stärkere Neigung hat als die
Kennlinie G des Leonardmotors 8. Bei zu geringer Dampfmenge aus dem
Abgaskessel 2, z. B. bei reduzierter Fahrt, steht nicht genügend Dampf aus dem Abgaskessel
2 zur Verfügung. In diesem Falle übernimmt automatisch der Leonardmotor
8 die entsprechende Leistung, da er auf eine Drehzahl geregelt ist und dadurch
eine flachere Kennlinie als der Drehstromgenerator 6 hat.
-
Hat der Abgaskessel 2 größere Dampfmengen zur Verfügung, so nimmt
automatisch die Dampturbine 4 mehr Leistung auf und entlastet den Leonardmotor
8.
Hierdurch wird automatisch die wirtschaftliche Energie des Abgaskessels
2 weitgehend ausgenutzt.
-
Verringert das Schiff seine Fahrt bzw. Propellerdrehzahl, beispielsweise
um mehr als 10,%, so kann dem Abgaskessel nicht mehr genügend Dampf entnommen werden,
um dem Generator noch eine nennenswerte Leistung zuzuführen. Die überholkupplung
5 sorgt dann dafür, daß die Dampfturbine nicht durch den Leonardmotor
8 angetrieben wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, das die Dampfturbine
nicht unnötig leer läuft. In diesem Falle wird die gesamte Bordnetzenergie aus der
Propellerwelle 16 entnommen, wobei eine konstante Umformerdrehzahl bzw. eine
konstante Netzfrequenz sichergestellt ist.
-
Das beschriebene Zusammenwirken von Regelkennlinie, des Leonardsatzes
11, 8 mit dem Verhalten der Abgasdampfanlage 2, 4 gewährleistet die, Bordstromversorgung,
ohne daß der Hilfsdieselmotor 13
in Betrieb genommen werden muß. Infolge dieses
Regelverhaltens kann die Regeleinrichtung 9, 10
des Leonardsatzes
8, 11 sehr einfach und robust ausgeführt werden, da ihm nur ein Teil der
Regelung zufällt. In Abhängigkeit von der Stellung des Reglers 10 kann bei
reduzierter Drehzahl ein Warnsignal ertönen, so daß der Hilfsdieselmotor
13 rechtzeitig angelassen und parallel geschaltet werden kann. Es ist auch
denkbar, eine automatische Startvorrichtung vorzusehen.
-
Falls bei langsamer Drehzahl aus anderen Gründen an Bord des Schiffes
Dampf gebraucht wird, steht der Hilfskessel 3 zur Verfügung, der für die
volle Bordnetzleistung ausgelegt ist.
-
Ein Vergleich des für den Gegenstand des beschriebenen Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung benötigten technischen Aufwandes mit den bekannten Ausführungen
zeigt unter der Voraussetzung, daß ein Abgaskessel ohnehin vorhanden ist, daß neben
dem günstigeren Betriebsverhalten noch eine, Aufwandverminderung erzielt wird. Darüber
hinaus hat die beschriebene Anlage den Vorteil, daß während des Seebetriebes unabhängig
von der Propellerdrehzahl bis zu ihrer unteren Grenze von etwa 50-% der normalen
Propellerdrehzahl kein Hilfsdieselmotor zur Speisung des Bordnetzes in Betrieb ist.