Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Optimierung des Fahrbetriebes
von mit Verstellpropellern angetriebenen Schiffen. Es sind bereits verschiedene
Einrichtungen zum Verstellen der FlÜgelsteigung von Verstellpropellern und Antriebsmotoren
während des Fahrbetriebes bekannt. Eine Gruppe der bekannten Einrichtungen ermöglicht
esy die Antriebsmaschine mit konstanter Drehzahl zu fahren. Andere bekannte Vorrichtungen
gestatten, dein möglichst besten Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu erreichen. Diese
bekannten Einrichtungen arbeiten nach einem festen Programm. Dieses Programm wird
in Form von festen Kurveng Kurvenkörpern oder durch Funktionsgeber vorgegeben. Diese
bekannten Einrichtungen besitzen verschiedene Nachteile. Bei den bekannten Anordnungen,
welche mit konstanter Drehzahl betrieben werdeng ist es sehr von Nachteil, dass
die Propellerflügelsteigung nur in einem engen Leistungsbereich verstellt werden
kann, ohne in einem-unwirtschaftlichen Fahrbetrieb zu fahren. Jene Vorrichtungen,
welche den Fahrbetrieb nach einem bestimmten Programm und in Abhängigkeit von der
vorgegebenen Fahrstufe zur Eriüohung des möglichst besten Wirkungegrades gestalteng
stellen zwar eine Verbesserung der Anlage dar, die mit konstanter Drehzahl betrieben
werden. Ihr Nachteil jedoch besteht darin, dass sie nach einem festen Programm betrieben
werden. Dieses feste Programm jedoch gestattet es nicht, die Veränderungen am Schiffskörper
und an der Antriebsanlaget die sich im Verlaufe der BetriebBzeit ergeben, zu erfassen
und die dadurch be-
Mit der Erfindung soll ein minimaler Brennstoffverbrauch über lange Fahrzeiten unter
Ausschaltung aller Störeinflüsse bei mit Verstellpropellern angetriebenen Schiffen
erreicht werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen;
die ohne festes vorausbestimmtes Programm bei jeder durch ein Manöverorgan eingestellten
Fahrstufe selbständig die optimale Zuordnung von zwei Größen z.B. Steigung und Drehzahl
sucht und einstellt. Erfindungsgemäß ist zur Einregulierung von Drehzahl und Propellersteigung
bei mit Verstellpropellern angetriebenen Schiffen dem programmierten Steuerwerk
ein Optimalwertregler nachgeschaltet. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
besitzt die Anordnung ein im Bereich der kritischen Drehzahl wirksames Korrekturglied.
Mit der Erfindung wird vorteilhaft ein minimaler Kraftstoffverbrauch erzieltg da
die erfindungegemäße Anordnung den Optimalvertreglers es ermöglichtg jede Veränderung
der den Fahrbetrieb negativ beeinflussenden Parameter selbsttätig auszugleichen.
Dadurch werden die allen bekannten programmierten Anlagen anhaftenden Mängel beseitigt,
indem die Programme vorteilhaft dem jeweiligen Betriebezustand ohne Eingriffe
von
außen her automatisch korrigiert werden. Dies ist auch bei der Verwendung allgemeingültiger,
für verschiedene Anlagentypen mehr oder weniger angenäherter Programme gültig. Dadurch
wird die erfindungsgemäße Anordnung universell einsatzfählige Mit der ertindungegemäßen
Änordnung wird der Einsatz der bereits bekannten Optimalwertregler an Bord von Schiffen
zur Regelung das Fahrbetriebes erstmalig ermöglicht. Bisher war ihr Einsatz
für solche Aufgaben nicht möglichv'da ihre Ausregelzeit zu groß ist. In der erfindungggemäßen
Verbindung eines Optimalwertreglers mit einem programmierten Steuerwerk jedoch wird
vorteilhaft die Ausregelzeit auf das notwendige Mindestmaß reduziert. Dadurch wird
eine Anordnung gegobaffenl welche in der Lage ist, auch unter veränderten Betriebebedingungen
einen optimalen Fahrbetrieb zu ermöglichen. An einem Ausführungebeispiel soll die
Anordnung näher erläutert 'werden. Die zugehörige "',iichnung zeigt ein Blockschaltbild
der Anordnung. In der Atibbildung ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei unter
den gegebenen Betriebsbedingungen die günstigste Zuordnung von der Steigung eines
Verstellpropellers und der Drehzahl der antreibenden Kraftmaschine vom System selbständig
gesucht und eingestellt werden. Dabei werden tlierlastungen der Antriebsmaschine,
sowie längeres krbeiten im drehzahlkritischen Bereich, weitgehend vermieden. Am
Manöverorgan 1 mird die gewünschte Fahrstufe e.ingestellt. Durch eine Programmierung
nach einer beliebigen bekannten Methode werden dem-Stellglied 4 am Drehzählregler
5 des Antriebsmotors 6t der Sollvert für die Drehzahl und dem,Stellglied
14 an der Verstelleinheit
10 des Verstellpropellers
119 der Sollwert für die Steigung, entsprechend der Fahrstufe, vorgegeben.
Die notwendige Steigungsverstellung ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Sollvert
und dem vom Steigungsietwertgeber 13 erarbeiteten Wert. Um die Anlage universell
einsatzfähig zu machen, ist es ausreichendg wenn im oberen Leistungebereich der
Fahrstufe entsprechendg eine variable Drehzahl bei konstanter Steigung und im unteren
Leistungsbereich eine variable Steigung bei konstanter Drehzahl von dem Manöverorgan
vorgegeben werden. Eine solche Programmierung stellt eine für alle Betriebefälle
gÜltigeg mehr oder weniger grobe erste Annäherung an die den augenblicklichen mittleren
Betriebebedingungen entsprechende wirklich optimale Zuordnung von Steigung und Drehzahl
dar. Ein Meßwandler 12 erarbeitet ein dem mittleren Propellerschub proportionales
Signal, das auf ein Stellglied 18 einwirkt, welches zusammen mit dem Manöverorgan
19 ein Naohlaufsystem bildet. Der Meßwert den augembli:oklichen mittleren
Treibstoffverbrauches, bzw. eine ihm etwa proportionale Größe, z.rB. ein in einer
Multipliziereinriohtung 7 erarbeitetee Produkt aus Füllung und Drehzahl,
die mit dem Füllungs-Istvertgeber 8 und dem Drehzahl-Intwertgeber
9 laufend gemessen verdeng wird in einen Speicher 16 eingeschrieben.
Ein nicht gezeichneter Umschalter am Steuerschema 21 befindet sich in der Stellung
"Einhebelbedienung". Bei der Betätigung den Manöverorgann 1 wurde
auch das Steuerschema eingeschaltet. Nach einer zur 'Realisierung der ersten Annäherung
notwendigen Zeit wird der im Speicher 16 gespeicherte Meßwert fixiert und
da* Stellglied 18 und das Manöverorgan 19 werden getrennt, Gleichzeitig
wird der Sollvert der Drehzahl des Antriebemotors 6 durch die Vergleichs-
und KQrrektureinrichtung
3 um einen kleinen Betrag verstellt.
Von diesem Moment an dient das Manöverorgan 19 als Sollwertgeber des Propellerschubesq
der mit dem Schub-Istwert verglichen wird. Das Manöverorgan 19
bildet über
die gesteuerten Umschalter 17 und 20, den Grenzlastregler 151 die
Steigungsverstelleinrichtung 10,14 zusammen mit dem Schub-Istwertgeber 12 einen
Regelkreis. Zur Verbesserung der Regelgüte können weitere, beispielsweise durch
zeitliche Differentation und Integration der Abweichung vom Schub-Istwert gebildete
Größen in den Regelkreis eingegeben werden. Nach einer bestimmten Zeit, die kürzer
als die in der ersten Stufe benötigte ist, wird die dem Treibstoffverbrauch proportionale
Größe mit dem neuen Meßwert verglichen und daraus Vorzeichen und Größe einer erneuten
Drehzahlkorrektor bestimmt. Anschließend wird der neue Meawert in den Speinher eingeschrieben.
Der Regelvorgang ist beendety wenn beim augenblicklichen mittleren Schub der Treibstoffverbrauch
ein Minimum erreicht. Arbeitet der Motor länger als eingestellt im kriti- -schen
Drehzahlbereich, dann bewirkt das drehzahlabhängige Korrekturglied 2 eine Drehzahlkorrektur.
Die Vergleichs- und Korrektureinrichtung 3 wird dabei blockiert und der im
Speicher 16 gespeicherte Meßwert fixiert. Wenn die den augenbli& lichen
Betriebsbedingen entsprechende optimale Drehzahl im kritischen Drehzahlbereioh liegt,
dann wird erzwungenermaßen eine außerhalb dieses Bereiches liegende Drehzahl gefahren.
Die Schubänderung wird durch eine Steigungskorrektur ausgeglichen-
Die
Blockierung wird erst durch eine größere Änderung des Treibstoffverbrauoheng hervorgerufen
durch geänderte Betriebabedingungen oder durch eine am Manöverorgan neu eingestellte
Fahrstufe wieder gelöst. Dabei wird auch die erzwungene Drehzahlkorraktur rückgängig
gemacht. Die neue optimale Drehzahl liegt außerhalb des kritischen Drehzahlbereiches.
Wird der nicht gezeichnete Umschalter am Steuerschema in den Lage "Zweihebelbedienung"
gebracht, dann werden alle Korrekturen rückgängig gemacht. Zeitweilig bilden das
Stellglied 18 und das Manöverorgan 19 wieder ein Folgasystem und der
Handhebel des Manöverorgans 19
wird automatisch in Ubereinstimmung mit der
augenblicklichen Propellersteigung gebracht. Änschließend werden das Stellglied
18 und das Manöverorgan 19 wie-&er getrennt. Mit dem Manöverorgan
1 kann dann die Drehzahl der Antriebsmaschine und mit dem Ilanöverorgan
19 die Steigung des Verstellpropellers fernverstellt werden.The invention relates to an arrangement for optimizing the operation of ships driven by controllable pitch propellers. There are already various devices for adjusting the wing pitch of controllable pitch propellers and drive motors while driving. A group of known devices enables the prime mover to be driven at constant speed. Other known devices make it possible to achieve the best possible efficiency of the overall system. These known institutions work according to a fixed program. This program is specified in the form of fixed curve bodies or function generators. These known devices have several disadvantages. In the known arrangements, which are operated at constant speed, it is very disadvantageous that the pitch of the propeller blade can only be adjusted within a narrow power range without driving in an uneconomical driving mode. Those devices which shape the driving operation according to a specific program and depending on the specified driving level to achieve the best possible degree of effectiveness represent an improvement in the system that are operated at constant speed. Their disadvantage, however, is that they are operated according to a fixed program. This fixed program, however, does not allow the changes to the ship's hull and the propulsion system that arise in the course of the operating time to be recorded and the resulting changes.
The aim of the invention is to achieve a minimum fuel consumption over long travel times while eliminating all interfering influences in ships driven by variable-pitch propellers. The invention is based on the object of creating an arrangement; which, without a fixed, predetermined program, independently searches for and sets the optimal assignment of two variables, such as incline and speed, for each speed level set by a maneuvering device. According to the invention, an optimal value controller is connected downstream of the programmed control unit for regulating the speed and pitch of the propeller in ships driven by variable-pitch propellers. According to a further feature of the invention, the arrangement has a correction element which is effective in the region of the critical speed. With the invention, a minimum fuel consumption is advantageously achieved, since the arrangement according to the invention enables the optimal controller to automatically compensate for any change in the parameters that negatively influence driving operation. This eliminates the deficiencies inherent in all known programmed systems, in that the programs are automatically corrected for the respective operating status without external intervention. This also applies when using generally applicable programs that are more or less approximate for different types of systems. As a result, the arrangement according to the invention is universally applicable. With the arrangement according to the invention, the use of the already known optimal value regulators on board ships for regulating the driving operation is made possible for the first time. So far, it has not been possible to use them for such tasks because their settling time is too long. In the connection according to the invention of an optimal value regulator with a programmed control unit, however, the settling time is advantageously reduced to the necessary minimum. This creates an arrangement which is able to enable optimal driving even under changed operating conditions. The arrangement is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. The associated drawing shows a block diagram of the arrangement. The illustration shows an exemplary embodiment, whereby under the given operating conditions the system automatically searches for and sets the most favorable association between the pitch of a controllable pitch propeller and the speed of the driving engine the drive machine, as well as longer krbeiten in speed-critical area, are largely avoided. at the maneuver member 1, the desired speed step mird e.ingestellt. by programming by any known method the actuator 4 are on Drehzählregler 5 of the drive motor 6t of Sollvert for the rotational speed and the , actuator 14 119 of the target value for the slope corresponding to the speed step set by the adjustment unit 10 of the variable-pitch propeller. the necessary slope of adjustment resulting from the difference between the Sollvert and developed by the Steigungsietwertgeber 13 value. to the system unive In order to make it operational, it is sufficient if, in the upper power range of the drive level, a variable speed with a constant gradient and in the lower power range a variable gradient at a constant speed are specified by the maneuvering element. Such programming provides for all operations cases gÜltigeg more or less coarse first approximation to the instantaneous average farms conditions corresponding truly optimal assignment of pitch and rotational speed. A transducer 12 develops a signal proportional to the average propeller thrust signal which acts on an actuator 18, which forms together with the maneuvering member 19 a Naohlaufsystem. The measured value represents the actual average fuel consumption, or a quantity roughly proportional to it, e.g. a erarbeitetee in a Multipliziereinriohtung 7 product of filling and speed, with the filling Istvertgeber 8 and the speed will Intwertgeber verdeng 9 measured continuously written into a memory sixteenth A switch (not shown) on the control scheme 21 is in the "single-lever operation" position. Upon actuation of the maneuvering Organn 1 and the control scheme has been turned on. After a necessary for 'implementation of the first approach time stored in the memory 16 the measured value is fixed, and da * actuator 18 and the maneuver member 19 are separated, the same time, the Sollvert the speed of the drive motor 6 by the comparing and KQrrektureinrichtung 3 by a small amount will adjusted. From this moment on, the maneuvering element 19 serves as a setpoint generator for the propeller thrust, which is compared with the actual thrust value. The maneuvering element 19 forms, via the controlled changeover switches 17 and 20, the limit load controller 151, the pitch adjustment device 10, 14 together with the actual thrust value transmitter 12, a control loop. To improve the control quality, further variables, for example formed by time differentiation and integration of the deviation from the actual thrust value, can be entered into the control loop. After a certain time, which is shorter than that required in the first stage, the quantity proportional to the fuel consumption is compared with the new measured value and the sign and size of a new speed corrector are determined from this. The new measured value is then written into the Speinher. The control process is finished when the fuel consumption reaches a minimum with the current medium thrust. If the motor works longer than set in the critical speed range, the speed-dependent correction element 2 effects a speed correction. The comparison and correction device 3 is blocked and the measured value stored in the memory 16 is fixed. If the optimum speed corresponding to the current operating conditions is in the critical speed range, then a speed outside this range is forced to run. The change in thrust is compensated for by a slope correction. The blockage is only released again by a major change in the fuel consumption due to changed operating conditions or a newly set speed level on the maneuvering element. The forced speed correction is also reversed. The new optimal speed is outside the critical speed range. If the switch (not shown) on the control scheme is put in the "two-lever operation" position, all corrections are reversed. At times the actuator 18 and the maneuvering element 19 again form a follow-up system and the hand lever of the maneuvering element 19 is automatically brought into agreement with the current propeller pitch. The actuator 18 and the maneuvering element 19 are then separated again. The speed of the drive machine can then be adjusted remotely with the maneuvering element 1 and the pitch of the variable-pitch propeller can be adjusted remotely with the maneuvering element 19.