DE2237400A1 - Antriebs- und stromversorgungsanlage fuer schiffe - Google Patents

Description

• "Antriebs- und Stromversorgungsanlage für Schiffe" Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Stromversorgungsanlage für Schiffe mit mehreren Antriebspropellern, von denen mindestens ein Teil elektrisch angetrieben wird, wobei Hochspannungsgeneratoren über Transformatoren und Gleichrichter und Niederspannungsgeneratoren direkt tiber Halbleitergleichrichter die Fahrkreise -speisen.
• Derartige Anlagen können auf Schiffen vorgesehen werden, die eine gute Manövrierfähigkeit besitzen müssen, wie bispielsweise Fährschiffe, Eisbrecher, eisbrechende Massengutfrachter, Trawler, meereskundliche Forschungsschiffe, Bohrschiffe und Seeschlepper. Die Propeller dieser Schiffe können durch Gleichstrommotoren angetrieben werden. Als besonders wirtschaftlich ist ein Anlagenkonzept anzuschen, bei der die Fahrmotoren aus Synchrongeneratoren über ungesteuert Halbleiter-Gleichrichter gespeist werden. Die Fahrleistung wird hierbei vorteilhafterweise mit turbinengetriebenen Hochspannungsgeneratoren erzeugt, während das Bordnetz und die Fahrmotoren bei einer reduzierten Revierfahrt aus dieselgetriebenen Niederspannungsgeneratoren versorgt werden kennen.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin für verschiedene Propulsionsanlagen Schaltungsvarianten zu schaffen, die sowohl im Sinne der Schiffsbetriebsführung als auch in wirtschaftlicher Hinsicht eine optimale Ausnutzung der Einzelkomponenten gewährleisten.
• Zur Lötung dieser Aufgabe wird daher erfindungsgemäß vorgeschkagen, den die erforderliche elektrische Leistung für den Nennbetrieb liefernden Hochspannungsgeneratoren Gleichrichtersätze zuzuordnen, die gleich@tromseitig mit den Ankerkreisen der Gleichstromantriebsmotoren in einem gemeinsamen oder in mehreren getrennten Fahrkreisen in bunter Reihe geschaltet sind und daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, die die Niederspannungs-Generatoren wahlweise mit der Bordnetz-Sammelschiene oder über den Generatoren zugeordnete Gleichrichter mit den Fahrkreisen verbindet.
• Zur Leistungsanpassung sind die den Niederspannungsgeneratoren zugeordneten Gleichrichtersätze gleichstromseitig parallel geschaltet, und diese Parallelschaltung ist Mit den Ankerwicklungen der Fahrmotoren und den Gleichrichtern der Hbehspannungsgeneratoren in Reihe gelegt. Die Parallelschaltung kann durch einen Trennschalter aufgehoben werden. Mit Hilfe des Trennschalters ist eine Speisung der Fahranlage allein mit den Niederspannungsgeneratoren oder zusammen mit einem der Hochspannungsgeneratoren möglich.
• Bei Verwendung einer Gasturbine als Primärantrieb für den Hochspannungsgenerator ist ein Getriebe zwischen diesen und zwischen der Gasturbine und dem Fahrpropeller vorgesehen.
• Weiterhin ist es zweckmäßig als Antrieb für den elektrisch angetriebenen Propeller einen Doppelmotor einzusetzen. Die Einzelanker des Doppelmotors können in getrennten Fahrkreisen liegen, wobei die installierte Generatorleistung etwa tleichmäßig auf die Teilfahrkreise aufgeteilt ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß auch in einem Schadensfall eine für die Erhaltung der Manövrierfähigkeit des Schiffes ausreichende Antriebsleistung an den Antriebspropellern zur Verfügung steht. Schließlich ist es auch möglich, die Hochspannungsgeneratoren mit den Niederspannungsgeneratoren starr zu kuppeln, die über statische Umrichter die Bordnetzversorgung und die Speisung der Erregerstromkreise übernehmen. Damit kann der Antriebs satz autonom gemacht werden.
• Die Anlage nach der Erfindung hat den wesentlichen Vorteil einer optimalen wirtschaftlichen Ausnutzung der einzelnen Anlagenkomponenten. Sie gewährleistet, daß bei allen Betriebsarten die Speiseaggregate freizügig auf die Verbraucher umgeschaltet werden können. Ferner ist sichergestellt, daß im Revier- und Notbetrieb eine ausreichende Leistung für die Fahrmotoren von mindestens einem Teil der Niederspannungsgeneratoren aufgebracht werden kann. Letztlich kann der Schiffsführung mit der erfindungsgemäßen Anlage stets die Antriebsleistung zur Verfügung gestellt werden die für das jeweilige Fahrgebiet erforderlich ist.
• In der Zeichnung sind zwei Ausführungs;beispiele nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt Figur 1 eine Antriebsanlage mit drei elektrisch angetriebenen Propellern und Figur 2 eine Anlagen die mit mechanisch und elektrisch angetriebenen Propellern versehen ist.
• Im Beispiel nach Figur 1 treiben Gasturbinen 1 Hochspannungsgeneratoren 2 an. Diese speisen über Schalter 3 Transformatoren 4 und ungesteuerte Gleichrichter 5 in Reihenschaltung den Gleichstromkreis der Propellermotoren 6, Vier Dieselmotoren 7 dienen zum Antrieb von Niederspannungsgeneratoren 8, die mit Hilfe der Wahlschalter 9 und 10 parallel auf die Bordnetzschiene 11 bzw. über ungesteuerte Gleichrichter 12 auf den Gleichstromkreis der Propellermotoren 6 arbeiten können. Die Gleichrichtersätze 5 sind mit den Ankerkreisen der Antriebsmotoren 6 in einem gemeinsamen Fahrkreis in bunter Reihe geschaltet. Es können jedoch auch getrennte Fahrkreise gebildet werden. Die den Niederspannungsgeneratoren 8 zugeordneten Gleichrichtersätze 12 sind untereinander parallel und mit den Ankerwicklungen der Fahrmotoren 6 und den Gleichrichtersätzen 5 der Hochspannungsgeneratoren 2 zusammen in Reihe gelegt. Mit einem Trennschalter 13 können die den Niederspannungsgeneratoren zugeordneten Gleichrichter gleichstromseitig kurzgeschlossen werden. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben die Speisung der Fahranlage allein mit den Niederspannungsgeneratoren 8 oder zusammen mit einem der Hochspannungsgeneratoren 2 vorzunehmen.
• Die Erregerwicklungen der Fahrmotoren 6 können, was nicht näher dargestellt ist, über Thyristorstellgl+*der aus. dem Bordnetz gespeist werden. Die Fahrmotoren 6 sind in der Drehzahl geregelt. Die Sollwerte für die Drehzahl werden mit den Maschinentelegraphen vorgegeben. Mit der Sollwertvorgabe wird der zugeordnete Fahrmotor erregt. Die Gene-.
• ratorregelung, die über die Erregerwicklung erfolgt, regelt den Hauptstrom im Gleichstromfahrkreis dem Erregerstrom des Fahrmotors nach. Schon kleine Auslenkungen des Maschinentelegraphen veranlassen die Regelung, den Erregerstrom des Fahrmotors und als Folge davon den Ankerstrom des Fahrmotors zunächst auf die maximalen Werte zu regeln. Damit werden hohe Anfahrmomente zur Verfügung gestellt. Diese Regeleinrichtung erlaubt es, die Drehzahl und die Drehrichtung jedes Fahrmotors unabhängig voneinander einzustellen. Der Strom im Fahrkreis stellt sich auf den Fahrmotor mit dem höchsten abverlangten Moment ein.
• Der Betrieb mit den Dieselgeneratoren 7/8 ähnelt dem Betrieb mit den Turbogeneratoren 1/2, jedoch mit dem Unterschied, daß bei dieser Betriebsart die Gesamtleistung der Propellermotoren begrenzt ist. Bei allen Propellermanövern können die Antriebsmaschinen mit konstanter Nenndrehzahl gefahren werden Eine Umsteuerung der Propellermotoren 6 erfolgt durch Feldmkehr. In der Rückleistungsphase während des Umsteuerns worden die Synchrongeneratoren entrogt. Die Ubhe des Fahrstromes hängt ausschließlich von der Drehzahl und der Erregung der Fahrmotoren 6 ab. Die angewendete Regelein richtung stellt sicher daß der Fahrstrom auf einen zulässigen Maximalwert begrenzt wird. Damit wird erreicht, daß im Rückleistungsbereich mit konstanter Verlustleistung gebremst wird.
• Bs ist auch denkbar die Hochspannungsgeneratoren mit den Niederspannungsgeneratoren starr zu kuppeln. Dann können das Bordnetz und die Erregerstromkreise über statische Umrichter versorgt werden.
• Das Beispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von dem vorher Beschriebenen dadurch, daß die Gasturbinen 1 über ein Getriebe 18 direkt einen Verstellpropeller 15 und einen Hochspannungsgenerator antreiben. Der Generator 16 versorgt über eine Schalteinrichtung 17, ein Hochspannungstransformator 18 und einen ungesteuerten Gleichrichter 19 die Ankerkreise des als Doppelmotor ausgebildeten Antriebsmotors des dritten Propellers.
• Die Einzelanker 21 und 22 des Doppelmotors sind in getrennte Fahrkreise 23 und 24 gelegt, wobei die installierte Gceoratorleistung etwa gleichmäßig auf die Teilfahrkr@ise aufgeteilt ist.
• Im vorliegenden Beispiel ist es nicht möglich, Dr@hstromantriebe mit Synchronmotoren oder Asynchronmotoren einzusetzen, da dann die beiden Gasturbinen 2 in ihrer Drehzahl miteinander verknüpft sind, wodurch bei unterschiedlichen Verstellpropelltrsteigungen ein Leistungsaustausch erfolgen würde.
• Weiterhin sind, wie im vorbeschriebenen Beispiel, vier Dieselgeneratoren 7/8 installiert, die wahlweise parallel auf die Bordnetzsammelschiene oder über ungesteuerte Gleichrichter die Fahrkreise speisen. Somit ist pS möglich, den Doppelmotor 20 von den Bordnetzgeneratoren zu betreiben wobei der Betrieb mit einem1 zwei oder drei Bordnetzgeneratoren 7/8 erfolgen kann. Pur die Auswahl der Bordnetzgeneratoren bestehen keine Einschränkungen, so daß unabhängig von der Zahl der eingeschalteten Bordnetzgeneratoren immer eine volle Generatorauslastung möglich ist. Die Parallelschaltung der Gleichrichtersätze 12 ist wiederum in Reihe gelegt mit den Gleichrichtern 19 und den Teilankerwicklungen 2i und 22 des Doppelmotors. Mit Hilfe je eines Trennschalters 25 können die Gleichrichter 12 in den Teilfahrkreisen überbrückt werden.
• Die Regelung der Propellerdrehzahl sowie die der Ströme und Leistungen erfolgt in der gleichen, bereits vorher beschriebenen Weise. Die Generatoren 16 können über ein eigenes Getrieberitzel mit den Gasturbinen 1 gekuppelt werden. Bei Verwendung vierpoliger Generatoren wäre eine günstige Generatordrehzahl 1800 U/min. Es ist aber auch md glich, die Generatoren direkt mit der Gasturbine zu kuppeln und mit höheren Betriebsfrequenzjsn zu betreiben. Bei einer höchsten Betriebsdrehzahl von z.B. 3.600 U/min würde die Generatorfrequenz dann 120 Hz betragen, wodurch sich kleine Gewichte und Abmessungen für die Transformatoren ergeben.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE

1. Antriebs- und Stromversorgungsanlage für Schiffe mit mehreren Antriebspropellern, von denen mindestens ein Teil elektrisch angetrieben wird, wobei Hochspannungsgeneratoren über Transformatoren und Gleichrichter und Niederspannungsgeneratoren direkt über Halbleitergleichrichter die Fahrkreise speisen, dadurch gekennzeichnet, daß den die erforderliche elektrische Leistung für den Nennbetrieb liefernden Hochspannungsgeneratoren (2, 16) Gleichrichtersätze (5, 19) zugeordnet sind, die gleichstromseitig mit den Ankerkreisen der Gleichstromantriebsmotoren (6, 20) in einem gemeinsamen oder in mehreren getrennten Fahrkreisen in bunter Reihe geschaltet sind und daß eine Umschaltvorrichtung (9, 10) vorgesehen ist, die die Niederspannungsgeneratoren (8) wahlweise mit der Bordnetzsa-elschiene (11) oder über den Generatoren zugeordnete Gleichrichter (12) mit den Fahrkreisen verbindet.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Niederspannungsgeneratoren (8) zugeordnete Gleichrichtersätze (12) gleichspannungsseitig parallel geschaltet sind und daß die Parallelschaltung in Reihe mit den Ankerwicklungen der Fahrmotoren (6, 20) und den Gleichrichtern (5, 19) der Hochspannungsgeneratorcn (2, 16) gelegt ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Niederspannungsgeneratoren (8) zugeordneten Gleichrichter (12) gleichstromseitig mit einem Trennschalter (13, 25) kurzschließbar sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Trennschalters (13, 25) eine Speisung der Fahranlage allein mit den Niederspannungsgeneratoren (8) oder zusammen mit einem der Hochspannungsgeneratoren (2, 16) möglich ist.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärantriebe für die Hochspannungsgeneratoren (2, 16) Gasturbinen (t) und für die Niederspannungsgeneratoren (8) Dieselmotoren (7) vorgesehen sind.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbinen (1) über ein Getriebe (14) sowohl die H6chspannungsgeneratoren (16) als auch die Fahrprppeller (15) antreiben.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe für den elektrisch angetriebenen Propeller ein Doppelmotor (20) vorgesehen ist.

8. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelanker des Doppelmotors (20) in getrennten Fahrkreisen (23, 24) liegen, wobei die installierte Generatorleistung etwa gleichmäßig auf die Teilfahrkreise aufgeteilt ist.

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsgeneratoren (2, 16) mit den Nied-rspannungsgeneratoren (8) starr gekuppelt Sind, wobei letztere über statische Umrichter die Bordnetzversorgung und die Speisung der Erregerstromkreise übernehmen.

L e e r s e i t e