DE2551157B2

DE2551157B2 - Antriebsaggregat mit einem auspuffenergiegetriebenen Turbogenerator zur Erzeugung von Zusatzantriebsleistung

Info

Publication number: DE2551157B2
Application number: DE2551157A
Authority: DE
Inventors: Jacques Paris Gallois
Original assignee: D'etudes De Machines Thermiques Semt Saint-Denis (frankreich) Ste
Current assignee: D'etudes De Machines Thermiques Semt Saint-Denis (frankreich) Ste
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-11-14
Publication date: 1980-02-28
Also published as: DD122117A5; DE2551157A1; DK138709C; AU8561775A; US4038558A; BR7507327A; DK591175A; IT1060997B; CH598484A5; PL108381B1; NL7514897A; FR2296295B1; FI752947A; NO754346L; SE7513223L; GB1496374A; YU252475A; SU606558A3; FR2296295A1; NO144935C

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

Ein solches Antriebsaggregat ist aus dem Buch »GENERATORNYE USTANOWKI OTBORA MO-SCHTSCHNOSTI NA SUDACH« von G. A. ME-LESCHKIN. Verlag: ISDATEL' STWO »SUDO-STROENIE«, Leningrad, 1967. Seite 113, bekannt Bei dieser Konstruktion kann die getriebiiche Verbindung zwischen der Turbine und der Antriebswelle der Brennkraftmaschine mittels einer »Vulcanw-Kupplung getrennt werden. Diese Strömungskupplung kann besonders schonend und ruckfrei trennen sowie Ämriebsscnwingungen auffangen, arDeitet in inrer wesentlichen Funktionsweise jedoch wie eine mechanische Trennkupplung. Mit Hilfe der Kupplung wird erreicht daß bei unter Lastschwankungen auftretenden DrehzabJscbwankungen der Brennkraftmaschine die Turbine entkoppelt wird, so daß der Elektrogenerator seine Solldrehzahl weiterhin beibehalten kann. Für die elektrischen Verbraucher schädliche Spannungsschwankungen werden dadurch vermieden. Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei getrennter Kupplung die Auspuffenergie nicht mehr auf die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine übertragen wird. Der energiesparende und leistungserhohende Effekt dieses Antriebsaggregates kann bei häufigen Drehzahlschwankungen also nur selten genutzt werden.

Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine bei Laständerungen könnte man zwar durch eine regelbare Antriebsübersetzung vermeiden — im Falle eines Schiffsantriebes z. B. durch einen Verstellpropeller —, jedoch müßte dabei ein erheblicher zusätzlicher Aufwand in Kauf genommen werden, der ein restloses Ausregeln der Drehzahlschwankungen dennoch nicht gestattet

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Antriebsaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei dauernder Auspuf-

!5 fenergierückgewinnung eine konstante Generatordrehzahl gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1 gelöst Anders als im Falle der Übersetzungsregelung zwischen Abtriebswelle und Verbraucher — z. B. mittels eines Verstellpropellers —, was nur unzulänglich und mit erheblichem Aufwand möglich ist ist ein in seinem Übersetzungsverhältnis regelbares Verbindungsgetriebe zwischen der Turbine und dem Umersetzungsgetriebe mit relativ geringem Konstruktionsaufwand und sehr guten Regeleigenschaften anwendbar. Mit Hilfe dieses in seiner Übersetzung steuerbaren Verbindungsgetriebes läßt sich die Generatordrehzahl dauernd konstant halten. Der Kraftschluß von der Turbine zur Abtriebs-

jo welle bleibt dabei dauernd aufrechterhalten und muß nicht wie bei der eingangs genannten bekannten Konstruktion durch eine Kupplung häufig unterbrochen werden. Ferner werden die unvermeidbaren kurzzeitigen Drehzahlschwankun^en des Elektrogenerators beim Aus- und Einrücken der Kupplung vermieden.

Die Turbine kann als Dampfturbine ausgebildet sein, die — wie bei der eingangs genannten bekannten Konstruktion — von einem auspuffgeheizten Dampferzeuger gespeist wird. Wie in der FR-PS 9 44 839 kann die Turbine auch als Abgasturbine von den Auspuffgasen direkt betrieben werden otier wie dort beschrieben von einer Mischung aus Dampf und Abgas.

Ferner ist aus der DE-AS 11 36 235 ein Antriebsaggregat bekannt bei dem ein Elektrogenerator entweder über einen Leonhardsatz von der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine oder von einer abgasbetriebenen Turbine angetrieben wird, je nachdem, ob die Brennkraftmaschine abtriebsseitig oder auspuffseitig mehr Energie zur Verfügung stellt Rückgewinnung von Auspuffenergie zurr Zwecke der Erhöhung der Antriebsleistung ist hier nicht vorgesehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung "rgeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist die Erfindung am Beispiel eines Schiffsantriebsaggregates dargestellt

Die Zeichnung zeigt einen Dieselmotor 11, dessen kurbelwelle \ι mit einem untersetzungsgetneoe υ verbunden ist, dessen Abtriebswelle 14 einen Propeller 15 antreibt. Außerdem besitzt die Einrichtung einen Turbogenerator 16, der aus einer Turbine 17 und einem Wechselstromgenerator 18 besteht. Der Ausgang 5 des Wechselstromgenerators ist an das nicht dargestellten Netz der Bordgeräte, wie z. B. Navigationsgeräte, Beleuchtungs- und Signalanlagen usw. angeschlossen.

Der Eingang der Turbine 17 ist mit dem Ausgangskreislauf eines Abgaskessels 20 verbunden, dessen Heizungskreislauf mit den Auspuffleitungen 19 des Dieselmotors Il verbunden ist. Eine Umschalteinrichtung ζ. ά. ein

Dreiwegeschieber 21 ist in der Leitung zwischen dem Kesse! 20 und der Turbine 17 zwischengeschaltet. Der Schieber 21 ist ferner mit dem Ausgang eines Arbeitsmittelhilfsgenerators z. B. eines unabhängigen Kessels 25 verbunden, welcher die Turbine 17 bei 5 Ausfall des Kessels 20 oder des Dieselmotors 11 speist. Das Untersetzungsgetriebe 13 besitzt einen Hilfseingang 26, der so bemessen ist» daß er normalerweise einen bestimmten Teil der aus den Auspuffgasen zurückgewonnenen Energie von der Turbine 17 an die id Abtriebswelle 14 übertragen kann.

Der Hilfseingang 26 ist mit der Turbine 17 über ein hydrostatisches Getriebe 27 verbunden, das im wesentlichen aus einer durchsatzregelbaren Pumpe 28 besteht,

die einen Hydraulikmotor 29 über einen Krei .... 30 des

Betriebsmediums treibt.

Hydrostatische Getriebe sind in der Technik bekannt Sie sind im allgemeinen vorgese^l«;i., um die Leistung einer Prinärmaschine (Turbine * t) die mit einer im wesentlichen konstanten F*>'»hzaiil arbeitet, zu einem Empfänger (Untersetzungsgei. .ebe 13) zu übertragen, dessen Drehzahl in weitern Maße variieren kann Sie bestehen im allgemeinen aus einer durchsatzregelbaren volumetrischen Pumpe, die durch die Primsnnaschine angetrieben wird und über Leitungen (Kreislauf 30) mit einem volumetrischen, mit dem Empfänger verbundenen Hydraulikmotor verbunden ist Der Durchsatz der Pumpe bestimmt die Drehzahl des Hydraulikmotor. Ein gebräuchliches hydraulisches Getriebe besitzt eine Mehrzylindertaumeischeibenpumpe, deren Durchsatz bzw. Hubraum durch Veränderung des Taumelscheibenwinkels gesteuert wird. Der Hydraulikmotor ist entsprechend, jedoch ohne Winkelsteuerung, also mit

Ein wesentlicher Vorteil eines derartigen hydrostatisehen Getriebes besteht in der Fähigkeit Kraft in beiden Richtungen zu übertragen, was sich aus dem Einsatz einer Pumpe und eines Hydrauükmotors mit ähnlichem Aufbau ergibt. In dem vorliegenden Beispiel wird die Leistung der Pumpe 28 durch eine Regeleinrichtung Jl gesteuert die in der Zeichnung mit unterbrochenen Linien gezeigt ist und die auf die Veränderungen der Drehzahl der Abtriebswelle 14 anspricht Dank einer derartigen Regeleinrichtung ist es nicht mehr notwendig, einen Propeller 15 mit veränderbarer Steigerung zu verwenden. Es wird schließlich darauf hingewiesen, daß eine zusätzliche Druckmediumanzapfung 32 zwischen der Pumpe 28 und dem Motor 29 vorgesehen ist. Diese Anzapfung ist mit einer Hilfssteuerung verbunden, die aus einem oder mehreren Hydraulikmotoren zur Ausladung der Waren oder für die Schiffslöschpumpen besteht

Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ergibt sich wie folgt:

Wenn der Dieselmotor 11 und der Abgaskessel 20 normal arbeiten, befindet sich der Schieber 21 in der in der Zeichnung dargestellten Stellung. Die Turbine 17 des Turbogenerators wird demzufolge durch den Kessel 20, der durch die Auspuffgase des Dieselmotors 11 geheizt wird, angetrieben. Die überschüssige Leistung wird über das hydrostatische Getriebe 27 zum Eingang 26 des Untersetzungsgetriebes 13 geleitet Da jedoch die Drehzahl des Hydraulikmotors 29 von der Leistung der Pumpe 28 abhängt welche ihrerseits von der Drehzahl der Welle 14 abhängig ist wird jede störende Rückwirkung zwischen dem Untersetzungsgetriebe 13 und der Turbine 17 verhindert Wie schon erwähnt ist es nicht mehr notwendig, den Dieselmotor 11 mit konstanter Drehzahl arbeiten zu lassen und demzufolge einen Verstellpropeller zu verwenden, da die Drehzahl der Abtriebswelle 14 in ziemlich weiten Grenzen variieren darf.

Wenn der Dieselmotor 11 abgesteli* tt insbesondere wenn das Schiff am Kai angelegt hat is» es möglich, durch die Umschaltung des Schiebers 21 den Hüfskessel 25 zur Erzeugung des an Bord notwendigen Stromes zu verwenden, ohne daß eine getrennte Stromerzeugeranlage notv. sndig wird. In ähnlicher Weise kann bei einem Ausfall des Dieselmotors 11 die nur durch diesen Hüfskessel 25 erzeugte Leistung über die Turbine 17, das hydrostatische Getriebe 27 und das Untersetzungsgetriebe 13 zum Propeller 15 geleitet we.den. Dadurch kann das Schiff — wenn auch langsamer — noch fahren und b'eibt manövrierfähig, was sich in solchen Fällen als

Weiterhin kann unter Ausnutzung der Eigenschaft des Getriebes 27, Kraft in beiden Richtungen übertragen zu können, das Schiff bei einem Ausfall des Abgaskessels 20 oder des Hilfskessels 25 noch mit Strom versorgt werden. Es wird dann ein Teil der vom Dieselmotor 11 gelieferten Leistung über die Arrapfung 26 dem nun als Pumpe arbeitenden Hydraulikmoto. 29 zugeführt Es ist ebenfalls möglich, im Hafen den Dieselmotor 11 von der Abtriebswelle zu entkuppeln, den Hydraulikmotor 29 in der erwähnten Weise als Pumpe einzusetzen und auf diese Weise die an die Leitung 32 angeschlossenen Hilfsgeräte mit der durch den Dieselmotor 11 erzeugten Energie zu speisen. Selbstverständlich ist dies nur dann möglich, wenn der Hydraulikmotor 29 vorher für diesen Einsatz entsprechend ausgelegt wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 25 51 15"

1. Antriebsaggregat mit einer Brennkraftmaschine, deren Auspuff energie eine Turbine treibt, welche zur Stromerzeugung direkt mit einem Elektrogenerator und zur Erhöhung der Antriebsleistung über ein Verbindungsgetriebe mit einem die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine treibenden Untersetzungsgetriebe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsgetriebe (27) ein steuerbares Übersetzungsverhältnis aufweist.

2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (31) vorgesehen ist, die das Obersetzungsverhältnis des Verbindungsgetriebes (27) selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl der Abtriebswelle (14) steuert.

3. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Yerbir.düngsgetriebe (27) zur Kraftübertragur.g in beiden Richtungen ausgebildet ist.

4. Antrieb^ggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsgetriebe (27) ein hydrostatisches Getriebe (28, 29) mit Motor und Pumpe ist, von denen wenigsten» die eine Komponente (28) durchsatzregelbar ausgebildet ist

5. Antriebsaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydnailikverbindung (30) zwischen Pumpe und Motor mit einer Anzapfung (32) zum Anschluß von Hilfsgeräten versehen ist

6. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet daß die Turbine (17) von einem durch die Abgase (19) der Brennkraftmaschine (ί/) behes '.en Abgaskesse! (20) gespeist wird.

7. Antriebsaggregat nas.ii A:spruch 6, dadurch gekennzeichnet daß zwischen Abgaskessel (20) und Turbine (17) eine Umschalteinrichtung (21) zum wahlweisen Anschluß eines Arbeitsmittelhilfsgenerators (25) an die Turbine vorgesehen ist