DE306786C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES Λ

PAT E¹N ΤΆ Μ Τ.

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Die Erfindung bezieht sich auf einen, elektrischen Schiffsschraubenantrieb mittels polumschaltbarer Drehstrommotoren und gibt eine Anordnung an, welche durch ihre große Leistungsfähigkeit, ihren hohen Leistungsfaktor und günstigen Wirkungsgrad ausge-' zeichnet ist. Jede Schiffsschraubenwelle wird dabei von zwei polumschaltbaren' Drehstrommotoren angetrieben. Gemäß der Erfindung sind die beiden Motoren so gebaut, daß ihre kleineren Polzahlen gleich, sind, so daß sie bei der großeti Geschwindigkeit, für welche ein großes Drehmoment und große Stromaufnahme erforderlich ist, gleichzeitig eingeschaltet sein und zusammen arbeiten können, während die größeren Polzahlen der beiden Motoren verschieden gewählt sind. Das Verhältnis der kleineren . zur größeren Polzahl beträgt etwa für den einen Motor 1:2, für den

ao anderen Motor 2:3. Es kann beispielsweise die kleinere Polzahl jedes der beiden Motoren

gleich 12 gewählt sein, die größere Polzahl

. für den ersten Motor gleich 24, dagegen für den Zweiten Motor gleich 18. Der erste Motor wird für kleine Fahrgeschwindigkeit für sich allein mit seiner größeren Polzahl eingeschaltet und der zweite Motor wird bei mittlerer Fahrgeschwindigkeit für sich allein mit seiner größeren Polzahl eingeschaltet, währendjeweilig der andere Motor leerläuft.

Es kann beispielsweise der erste Motor

zwei Ständerwicklungen für die Polzahlen 12 und 24 und eine einzige normale Käfigankerwicklung von niedrigem Ohmschen Widerstand besitzen, die in der in der amerikanischen Patentschrift 841609 angegebenen Weise auf zwei im Verhältnis 2 r'.'j stehende Polzahlen, also beispielsweise auf 12 und 18 Pole,'umschaltbar ist. Der zweite Motor besitzt dagegen, zweckmäßig auf dem Anker zwei Käfigwicklungen, und :zwar, eine für großen Ohmschen und kleinen induktiven Widerstand und eine zweite für kleinen Ohmschen und großen induktiven Widerstand. Es liegen etwa die Stäbe.der ersten Käfigankerwicklung in Nuten nahe der; Oberfläche des Läufers, die Stäbe der zweiten Käfigwicklung in Nuten mehr entfernt von der Oberfläche. -

Der zweite Motor jeder Propellerwelle wird beim Reversieren benützt und es ist zu diesem Zweck seine Ständerwicklung in. bekannter Weise mit einem Reversierschalter zu verbinden, durch welchen der/Anschluß zweier Phasen der ,Ständerwicklung für die größere Polzahl vertauscht \yerden kann.

- Um die. Wirkungsweise und. die Vorteile der geschilderten Anordnung: deutlicher darzulegen, sei von einem besonderen Beispiel* ausgegangen. Es sei angenommen^ daß es sich um ein Schiff mit einer Höchstgeschwindigkeit von 35 Knoten handele, füf welches drei verschiedene Geschwindigkeitsbereiche.

erforderlich seien, nämlich ein Geschwindigkeitsbereich für schnelle Fahrt zwischen 25 und 35 Knoten, ein mittlerer Geschwindigkeitsbereich zwischen 18 und 25 Knoten und Geschwindigkeits„bereich für Langsamfahrt unterhalb 18 Knoten. Das Schiff erfordere für die Höchstgeschwindigkeit von 35 Knoten 100 poo P. S. Bei ungefähr 24,8· Knoten würde es dann 26 000 P. S. erfordern und bei ungefähr 18,6 Knoten 10 000 P. S. Das Schiff habe vier Schraubenwellen, von denen . jede in der oben angegebenen Weise durch zwei Motoren angetrieben werden soll. Zur Krafterzeugung sollen vier Turbogeneratoren dienen, die gemeinsam auf dieselbe Sammelschiene oder einzeln auf einzelne Abschnitte der Sammelschiene geschaltet werden können, von welchen Abschnitten die Leitungen zu den einzelnen Doppelmotoren abzweigen. Der Betrieb bei dieser Anordnung würde sich dann im wesentlichen wie folgt gestalten.

Bei Geschwindigkeiten unter etwa 18 Knoten wird der erste Motor., jeder der vier. Schraubenwellen eingeschaltet und diese Motoren von einem einzigen der vier Generatoren mit Strom versorgt. Die Motoren werden dabei auf die größere Polzahl 24 geschaltet. Der zweite Motor jeder Schraubenwelle läuft leer.. Bei Geschwindigkeiten zwischen 18 und 25 Knoten wird umgekehrt der zweite Motor jeder Schraubenwelle eingeschaltet, und zwar auf seine größere PoI-' zahl 18, während der erste Motor leerläuft. Von den Generatoren wird ein zweiter hinzugeschaltet. Bei Geschwindigkeiten über 25 Knoten werden beide Motoren jeder Schraubenwelle eingeschaltet, und zwar für' die kleinere Pohlzahl 12. Von den Generatoren werden drei oder alle vier Einheiten ein-

geschaltet. . ■ . -

Für das Reversieren und für das Manövrieren in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt in schmalem Fahrwasser werden wieder nur die zweiten Motoren jeder Schraubenwelle, und zwar mit der größeren Polzahl benutzt und dabei der Reversierschalter dieser Motoren umgelegt.

Bei großem Kraftbedarf an. jeder Schraubenwelle und großer Schraubengeschwindigkeit ist es vorteilhaft, zwei Motoren für jede Schraubenwelle vorzusehen, weil die mechani-. sehen Abmessungen eines einzelnen Motors ungünstig ausfallen würden; das Gewicht eines einzelnen Motors würde sehr groß sein und sein Läufer würde bei den günstigsten magnetischen Abmessungen im Verhältnis zu seinem Durchmesser sehr lang ausfallen. Bei einem Schiff der angegebenen. Klasse ist die zum Antrieb erforderliche Kraft im Verhältnis zu seiner Tonnage sehr groß, und infolgedessen verliert das Schiff bei Unterbrechung der Kraftzufuhr sehr rasch seine Geschwindigkeit. Aus diesem Grunde gestaltet sich hier das Stoppen und Reversieren nach Vorwärtsfahrt mit voller Geschwindigkeit verhältnismäßig weniger schwierig als bei Schiffen von geringerer Leistung, und es reicht infolgedessen für diesen Zweck die halbe Motorkapazität aus. Der Induktionsmotor mit doppelter Käfigwicklung kann so entworfen . werden, daß er beim Reversieren verschiedene Grade des effektiven Widerstandes und'Drehmomentes liefert, doch wirken größere Rever-, sierungsdrehmomente im Sinne einer Verringerung des Leistungsfaktors beim normalen Betrieb und im Sinne einer Vergrößerung der Wärmekonzentration in den Sekundärwicklungen während des Zeitraums der Reversierung. Das für die Reversierung zur Verfügung stehende Drehmoment ,ist unter diesen Umständen ebensosehr durch den Generator wie durch die Motoren begrenzt und es kann daher bei einem gegebenen Sekundärwiderstand ein Motor ebensogut oder nahezu ebensogut zur Erzeugung des Reversierdrehmomentes dienen wie zwei Motoren.

Da bei einem umkehrbaren Motor durch die Benutzung einer doppelten Käfigwicklung der Leistungsfaktor beeinträchtigt wird, ist es besser, diese Bauart mir bei dem einen Motor jedes je eine Schraubenwelle antreibenden Motorpaares anzuwenden, vorausgesetzt, daß der eine Motor für dieReversierung ausreicht. Der zweite Motor jedes Motorpaares ist bei der. vorliegenden Anordnung so entworfen, daß er den höchsten Wirkungsgrad und einen sehr hohen Leistungsfaktor im normalen Betrieb aufweist. Wenn die beiden Motoren jeder Schraubenwelle zusammen arbeiten, was bei voller Geschwindigkeit der Fall ist, ■ dann führt normal der Motor mit dem höheren Leistungsfaktor die größere Last in Kilowatt. Der andere Motor von kleinerem Leistungsfaktor sollte so entworfen werden, daß er ungefähr denselben Strom führt. Die Be- 105 | lastung des Generators weist dann einen Leistungsfaktor auf, der sich aus der Zusammensetzung der Leistungsfaktoren der beiden Motoren ergibt/ und dieser Leistungsfaktor ist höher, als er wäre, wenn beide Motoren so entworfen wären, daß sie in gleicher Weise an der Reversierung teilnehmen können.

Für die Reversierung wird der zweite Motor nicht in der Schaltung für große Geschwindigkeit, sondern in derjenigen für kleinere Geschwindigkeit benutzt, weil dies für eine gegebene Generatorbelastung ein größeres Drehmoment liefert und weil hierbei gleichwohl eine Geschwindigkeit erzeugt werd,en kann, die für alle beim Reversieren und Manövrieren vorkommende Fälle ausreicht. Infolgedessen weicht der Entwurf der zum

Claims (3)

Reversieren dienenden zweiten Motoren nicht so außerordentlich vom normalen Entwurf ab, und es liefern diese Motoren bessere Betriebsergebnisse, sowohl wenn sie allein arbeiten, als wenn sie mit den ersten Motoren zusammen arbeiten. Die ersten Motoren besitzen für die Polumschaltung im Gegensatz zu den zweiten Motoren nicht eine einzige, sondern zwei getrennte Wicklungen auf dem Ständer, ίο weil bei ihnen das Polzahlverhältnis ziemlich groß ist, nämlich ι: 2, und weil ein Polwechsel in diesem großen Verhältnis hergestellt werden kann ohne Benutzung einer Spulenweite, die für die Schaltung für hohe Ge- schwindigkeit unerwünscht wäre und die Kapazität und den Wirkungsgrad des Motors bei der hohen Geschwindigkeit, bei- welcher er schwere Lasten zu führen hat, beeinträch-' tigen würde. Die beiden unabhängigen Ständerwicklungen der ersten Motoren sind verschieden bemessen entsprechend dem Umstand, daß bei verschiedenen Geschwindigkeiten verschiedene Leistungen erforderlich sind, und jede der beiden Wicklungen, erhält die geeignetste Spulenweite, um bei beiden Schaltungen mit kleinster Größe und'kleinstem Gewicht die besten Ergebnisse zu erzielen. Auch bei den zweiten Motoren könnten für die bei-. den Polzahlen getrennte Ständerwicklungen benutzt werden; dies wäre aber bei diesen Motoren kein Vorteil, da bei "einem Polzähl- · verhältnis von 2: 3 mit einer einzigen Wicklung ein ökonomischer Betrieb bei beiden Polzahlen erreicht werden kann. Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß der den Gegenstand der Erfindung bildende Schiffsschraubenantrieb drei verschiedene Motorgeschwindigkeitsbereiche in ökonomischer Weise ermöglicht. Bei den zwei kleineren Geschwindigkeitsbereichen wird nur je ein Motor jedes Motorpaares eingeschaltet, beim größten Geschwindigkeitsbereich- arbeiten beide Motoren zusammen. Innerhalb jedes Geschwindigkeitsbereichs können Änderungen der Schiffsgeschwindigkeit durch Änderung des Dampfzutritts zu den die Generatoren antreibenden Turbinen-. bewirkt werden. Hinsichtlich der Schalteinrichtung sei bemerkt, daß zweckmäßig jeder Motor einen Ausschalter und einen Polwechselschalter erhält, außerdem der zu reversierende zweite Motor jedes Motorpaares noch' einen Reversierschalter. Dieser Reversierschalter wird zweckmäßig mit dem Polwechselschalter dieses Motors so verriegelt, daß der Polwechselschalter nur die Stellung für die größere PoI-zahl, also kleinere Geschwindigkeit einnehmen kann, wenn der Reversierschalter' in der Stellung für Rückwärtsfahrt steht. Letzterer kann außerdem mit einem weiteren Ausschalter im Stromkreis des zugehörigen ersten Motors gekuppelt sein, so daß der erste Motor ausgeschaltet wird, wenn der zweite Motor reversiert wird. ".. Paten τ-Ansprüche:

1. Elektrischer Schiffsschraubenantrieb mittels polumschaltbarer Drehstrommotoren, wobei zum Antrieb jeder einzelnen Schiffsschraube je zwei Motoren dienen, dadurch gekennzeichnet, daß diese beiden Motoren gleiche kleinere Polzahl und verschiedene größere Polzahlen besitzen, indem bei gleicher ,kleiner Polzahl der eine Motor beispielsweise im Verhältnis 1 : 2 und der andere Motor 2:3 polumschaltbar ist, und daß für große Geschwindigkeit beide Motoren zusammen arbeiten, während bei kleiner Geschwindigkeit der erste Motor allein und bei mittlerer Geschwindigkeit der zweite Motor allein arbeitet. .'■■.■.·

2. Schiffsschraubenantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reversierung der zweite Motor jedes Mo-. ' torpaares allein dient, und zwar in' der Schaltung für größere Polzahl.

3. Schiffsschraubenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor jedes Motorpaares zwei Ständerwicklungen und eine Käfigankerwicklung, dagegen der zweite Motor eine polumschaltbare Ständerwicklung und. zwei Käfigankerwicklungen^; besitzt, von denen die eine verhältnismäßig großen Ohmschen und kleinen induktiven Widerstand, die andere umgekehrt kleinen Ohmschen und großen induktiven Widerstand aufweist. .