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"Verfahren zur Bestimmung des Kühlwasserdurchflusses bzw. des Verschmutzungsgrades
des Hauptkondensators einer dampfgetriebenen Schiffsantriebsaniage" Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Kühlwasserdurchflusses bzw. des
Verschmutzungsgrades des Hauptkondensators einer dampfgetriebenen Schiffsantriebsanlage.
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Wie bei allen Antriebsaggregaten treten auch bei dampfgetriebenen
Schiffsantriebsanlagen nach mehreren Betriebsstunden Verschleißerscheinungen auf,
die eine Abnutzung bzw. Verschmutzung der bewegten Maschinenteile und damit eine
Verminderung des Anlagenwirkungsgrades mit sich bringen. Auch treten bei dem mit
Seewasser gekühlten Hauptkondensator im Laufe der Zeit starke Verschmutzungen auf,
die seinen Wirkungsgrad herabsetzen. Der Hauptkondensator einer Schiffsantriebsanlage
muß dann gereinigt werden, wenn sein Verschmutzungsgrad einen bestimmten Grenzwert
erreicht hat. Jedoch können die Reinigungsarbeiten nicht während einer Schiffsfahrt
vorgenommen werden, weil die Maschinenanlage stillgelegt werden muß. Da die Reinigungsarbeiten
mehrere Tage in Anspruch-nehmen, muß für diese genügend Zeit während der Hafenliegezeit
eingeplant werden.Hierzu ist es zweckmäßig, den Zeitpunkt, an dem der maximal zulässige
Verschmutzungsgrad erreicht sein wird, möglichst genau vorher zu bestimmen.
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Jeder saubere Kondensator hat auf seiner Kühlwasserseite einen bestimmten
Strömungswiderstand, der als Funktion der Druckdifferenz des eintretenden und des
austretenden Kühlwasserstromes vom Kühlwasserstrom gegeben ist. Eine Verschmutzung
macht sich als Erhöhung der Druckdifferenz für alle Werte des Kühlwasserstromes
gegenüber der Strömungswiderstandskennlinie des sauberen Kondensators bemerkbar.
Zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades müssen also die Druckdifferenz und der Kühlwasserstrom
ermittelt werden.
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Zur Bestimmung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit ist ein Strömungsmeßgerät
bekannt, dessen Wirkungsweise auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion beruht.
Die Strömungsuhr weist eine von einem magnetischen Feld umgebene isolierte Röhre
auf, durch die eine Flüssigkeit strömt. An jeder Seite der Röhre sind Elektroden
zur Aufnahme von induzierten Spannungen angebracht. Die Elektroden sind über elektrische
Leitungen mit einem Meßgerät verbunden. Wenn ein Flüssigkeitsleiter mit einer Geschwindigkeit
"V" durch ein gleichmäßiges Magnetfeld "B" durch das Strömungsrohr mit einem Durchmesser
"D" fließt, so wird an den Elektroden eine Spannung E = K x B x D x V erzeugt, wobei
"K" einen konstanten Gerätefaktor bezeichnet.
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Es ist auch ein nach dem Turbinenprinzip arbeitendes Volumenmeßgerät
bekannt, das als Mengen- und Durchflußmesser in der Ölindustrie und in der chemischen
Industrie Verwendung findet. Turbozähler liefern einen linearen Meßwert für Durchfluß
und Menge.
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Die Menge wird direkt als digitaler Meßwert ausgegeben, wodurch sich
die Turbinenfehler besonders für den Einsatz in der Regelung und Steuerung von Prozessen
eignen. Das Prinzip dieses Turbozählers besteht darin, daß die durch den Turbozähler
strömende Flüssigkeit das Laufrad in eine gleichmäßige Drehbewegung versetzt.
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Die Drehgeschwlndigkeit des Laufrades ist der Durchflußstärke proportional.
Außerhalb des Turbozählergehäuses befindet sich ein Permanentmagnet, der von einer
Induktionsspule umgeben ist.
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Bei Bewegung des Laufrades wird bei jedem Laufschaufeldurchgang durch
das Magnetfeld eine Spannung in der Spule induziert.
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Durch einen nachgeschalteten Transistorverstärker werden aus der induzierten
Wechselspannung Rechteckimpulse mit einer vom Durchfluß unabhängigen Amplitude erzeugt.
Die Anzahl der während einer Messung erzeugten Impulse entspricht der durchgesetzten
Menge, die Frequenz der jeweiligen Durchflußstärke.
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Die bekannten Mengen- und Durchflußmesser eignen sich wegen der engen
Platzverhältnisse in einem Maschinenraum nicht zur Bestimmung des Kühlwasserdurchflusses
und damit des Verschmutzungsgrades des Hauptkondensators einer dampfgetriebenen
Schiffsantriebsanlage. Auch sind die Anschaffungskosten derartiger Meßgeräte mit
Rohrdurchmessern von z.B. 700 mm sehr hoch.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Ermittlung des Kühlwasserdurchflusses bzw. des Verschmutzungsgrades des Hauptkondensators
einer dampfgetriebenen Schiffsantriebsanlage unter Umgehung der direkten Messung
mit den bekannten Mengen und Durchflußmessern zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgenden Verfahrensschritte
gelöst: a) außer dem Energiestrom durch den Hauptkondensator werden alle Energieströme
ermittelt, die in den Maschinenraum der Schiffsantriebsanlage hinein- oder herausgehen,
das sind z.B. Energiestrom des Brennstoffs, mechanischer Energiestrom, elektrischer
Energiestrom, Abgasenergiestrom, durch die Maschinenraumlüftung
verursachter
Energiestrom, Dampfenergiestrom und der Verlustenergiestrom infolge der Wärmeleitung
durch die Schiffswände, b) eine Energiebilanz wird aufgestellt, c) aus der Energiebilanz
wird die durch den Hauptkondensator strömende Energie nach der Formel Kondensator
Brennstoff mechanisch elektrisch + PAbgaS + PDampf Verlust berechnet, d) es werden
die Temperaturen des in den Hauptkondensator eintretenden und aus dem Hauptkondensator
austretenden Kühlwassers gemessen, insbesondere durch eine Differenzschaltung zweier
Thermofühler, e) aus der Differenz der gemessenen Temperaturwerte und den vom Hauptkondensator
in das Kühlwasser überführten Energiestrom wird der Kühlwasserstrom des Hauptkondensators
berechnet, f) es werden die Drücke des in den Hauptkondensator eintretenden und
aus dem Hauptkondensator austretenden Kühlwassers gemessen, insbesondere durch eine
Differenzdruckmessung mit einem Umformer und g) aus der Differenz der gemessenen
Druckwerte und dem berechneten Kühlwasserstrom wird der Verschmutzungsgrad ermittelt.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß keine
teuren Meßgeber beschafft werden müssen. Vielmehr können bei Schiffen, bei denen
eine Schiffsantriebsanlage durch eine Datenanlage
überwacht wird,
bereits vorhandene Meßstellen für das Aufstellen der Energiebilanz verwendet werden.
Auch kann in diesem Fall die Datenanlage zur Bilanzberechnung und damit zur Durchfluß-
und Verschmutzungsgradbestimmung herangezogen werden. Ein weiterer Vorteil ist darin
zu sehen, daß die Meßergebnisse sicht durch irgendwelche Verschmutzungen der bekannten
Durchflußmeßgeber,wie auch Meßblenden und Strömungsgeschwindigkeitsmesser, verfälscht
werden können.
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Anhand der Zeichnung soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert
werden. Mit 1 ist der Rumpf eines Schiffes bezeichnet, das einen Schornstein 29
eine Antriebswelle 3 und einen Maschinenraum 4 aufweist. In dem Maschinenraum 4
ist der Hauptkondensator 5 einer dampfgetriebenen Antriebsanlage angeordnet. Die
in den Maschinenraum hinein- bzw. herausgehenden Energieströme sind durch Pfeile
gekennzeichnet. Es treten die folgenden Energieströme auf: Energiestrom des Brennstoffs
(PBrennstoff), mechanischer Energiestrom durch die Antriebswelle (Pmechanisch),
elektrischer Energiestrom (Pelektrisch), Abgasenergiestrom (PAbgas), Dampfenergiestrom
(PD f), Verlustenergiestrom (PVerlu8t) infolge der Wärmeleitung durch die Schiffswände
und Energiestrom (PLuft), der infolge der Maschinenraumlüftung austritt.
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Zur Bestimmung des Kühlwasserdurchflusses bzw. des Verschmutzungsgrades
des Hauptkondensators 5 einer dampfgetriebenen Schiffsantriebsanlage werden zunächst
die genannten Energieströme ermittelt. Dann wird eine Energiebilanz aufgestellt,
aus der die durch den Hauptkondensator 5 strömende Energie nach der Formel PKondensator
= PBrennstoff -[Pmechanisch + Pelektrisch + PAbgas + PDampf + PVerlust + PLuft]
berechnet
wird. Anschließend werden die Temperaturen des in den Hauptkondensator 5 eintretenden
und aus dem Hauptkondensator 5 austretenden Kühlwassers gemessen. Aus der Differenz
der gemessenen Temperaturwerte und dem vom Hauptkondensator 5 in das Kühlwasser
überführten Energiestrom wird der Kühlwasserstrom des Hauptkondensators 5 berechnet.
Für eine Bestimmung des Verschmutzungsgrades aus dem berechneten Kühlwasserstrom
muß die Druckdifferenz des in den Kondensator eintretenden und aus dem Kondensator
austretenden Kühlwasserstromes gemessen und mit der Strömungswiderstandskennlinie
des sauberen Kondensators verglichen werden.
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Die für die Aufstellung der Energiebilanz notwendigen Energieströme
können durch Messung und Rechnung ermittelt werden. So sind zum Beispiel zur Bestimmung
der durch die Schiffsschraube abgegebenen mechanischen Energie Messungen- des Drehmomentes
und der Drehzahl der Antriebswelle notwendig. Der Energiestrom des Brennstoffes
kann aus seinem Heizwert, seiner Durchflußmenge und seiner Temperatur ermittelt
werden.
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Um möglichst genaue Temperaturmeßwerte zu verhalten ist es zweckmäßig,
die Temperaturen des in den Kondensator eintretenden und aus dem Kondensator austretenden
Kühlwasserstromes durch eine Differenzschaltung zweier Themofühler zu ermitteln.
Für die Druckdifferenzmessung ist es hingegen vorteilhafter nur einen Umformer zu
verwenden, dem als Referenz der abzuziehende Druck zugeführt wird, das ist in diesem
Fall der Druck des aus dem Kondensator austretenden Kühlwasserstromes.
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6 Seiten Beschreibung 1 Patentanspruch 1 B1. Zeichnung mit 1 Fig.