DE4032735A1 - Stromerzeugungsanlage an bord von schiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsanlage an Bord von Schiffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Bei bekannten Stromerzeugungsanlagen an Bord von Schiffen treibt der Hauptmotor, welcher zum Antrieb des Schiffes mindestens einen Schiffspropeller antreibt, auch einen Generator an. Man spricht hier auch von "Wellengenerator", weil der Generator zusammen mit dem Schiffspropeller läuft und vom gleichen Antriebsstrang angetrieben wird. Die Drehzahl des Hauptmotors ändert sich je nach dem, wie schnell der Schiffspropeller angetrieben werden muß. Dabei ist es vorteilhaft, den Generator mit konstanter Drehzahl anzutreiben, weil sonst die Frequenz des von ihm erzeugten Stromes nur mit besonderen Zusatzeinrichtungen wie z. B. Frequenzwandlern konstant gehalten werden kann. Aus der EP 00 58 033 B1 ist ein Getriebe bekannt, welches aus der veränderlichen Drehzahl des Hauptmotors eine im wesentlichen konstante Drehzahl für den Generator erzeugt. Es ist üblich, zusätzlich zu diesem Generator mindestens zwei weitere Generatoren an Bord eines Schiffes zu installieren, von denen jeder mindestens die gleiche Stromerzeugungsleistung hat wie der vom Hauptantriebsmotor angetriebene Generator, welche jedoch je einen eigenen zusätzlichen Motor haben, von dem sie angetrieben werden. Von den Fachleuten wurde bisher Wert darauf gelegt, daß nicht nur der Hauptmotor, sondern auch die Motoren dieser Motor-Generator-Hilfseinheiten Dieselmotoren sind, welche mit Schweröl betrieben werden können. Schweröl ist wesentlich billiger als das höher raffinierte Dieselöl der Dieselmotoren von Fahrzeugen wie z. B. Lastkraftwagen, Omnibussen oder auch Personenkraftwagen. Alle drei Generatoren, und bei den Motor-Generator-Hilfseinheiten auch deren Motoren, sind für eine gleiche Stromerzeugungsleistung ausgelegt, damit bei Ausfall eines Generators einer der anderen Generatoren die für den normalen Stromverbrauch an Bord erforderliche elektrische Leistung liefern kann, und dann der verbleibende dritte Generator und dessen Motor als Ersatzeinheit verbleiben. Die Hilfseinheiten dienen auch dazu, bei stillstehendem Hauptmotor beispielsweise im Hafen Strom zu erzeugen oder zusätzlich zu dem vom Hauptmotor angetriebenen Generator Strom zu erzeugen, wenn während bestimmten Zeiten zusätzlich Strom benötigt wird, beispielsweise für Hilfsanlagen an Bord des Schiffes oder zur Kühlung von Kühlräumen. Die Dieselmotoren sind billig im Betrieb, weil das Schweröl billig ist. Sie sind jedoch teuer, weil sie für die hohen Drücke des Schweröles und dessen Verbrennung konstruiert sein müssen, besonderer Einrichtungen zur Aufbereitung des Schweröls bedürfen, eine hohe Lebensdauer und einen zuverlässigen Betrieb sicherstellen müssen, nur in geringer Stückzahl hergestellt werden, und für die vollständige, hohe Leistung eines Generators ausgelegt sind, der im Bedarfsfall die gesamte Strommenge an Bord allein erzeugen muß. Die Motoren und deren Generatoren sind teuer in der Wartung, da sie sehr groß sind und an Bord von geschulten Fachleuten gewartet und überholt werden müssen, besonders weil sie für den Teillastbetrieb wenig geeignet sind und dann stark verrußen. Wegen ihrer großen Baumaße benötigen sie an Bord auch viel Raum.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Stromerzeugungsanlage so auszubilden, daß sie an Bord wenig Raum benötigt, die Motor-Generator-Hilfseinheiten an Bord nur wenig gewartet (Service) und nicht überholt (Maintenance) werden müssen die Anlage billig in der Wartung und auch billig in der Herstellung ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, zusätzlich zu einem Generator, der vom Hauptmotor des Schiffes angetrieben wird, welcher auch den Schiffspropeller antreibt, eine Vielzahl von kleinen, im wesentlichen gleichen Motor-Generator-Einheiten zu verwenden, welche je für eine Dauer-Stromerzeugungsleistung konstruiert sind, die mindestens 40% kleiner ist als die konstruierte Dauer- Stromerzeugungsleistung des Generators des Dieselhauptmotors; welche billig in der Herstellung sind,; kleine räumliche Abmessungen haben; leicht montierbar und mit leicht lösbaren Anschlüssen für den Strom und das Abgas im Schiff untergebracht sind; und in Häfen und Schiffswerften auf Lager gehalten werden können. Die kleine Baugröße ermöglicht es, die Hilfseinheiten oder die Motoren und die Generatoren dieser Hilfseinheiten einzeln oder zusammen als Baueinheiten durch Gänge und Öffnungen des Schiffes hindurch zu transportieren, durch welche die bekannten großen Motor-Generator-Hilfseinheiten nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand transportiert werden können, oder sie nicht im Maschinenraum, sondern an anderen Stellen des Schiffes aufzustellen. Als Dieselmotoren dieser Motor- Generator-Hilfseinheiten werden gemäß der Erfindung für Landfahrzeuge übliche Dieselmotoren verwendet, welche billig in der Herstellung sind. Beide Faktoren ermöglichen es, Dieselmotoren, Generatoren und deren Kombinationen in Form von Motor-Generator-Einheiten in Häfen und Werften auf Lager zu halten. Dadurch brauchen diese Hilfs-Motoren und Hilfs-Generatoren nicht mehr an Bord gewartet oder repariert zu werden, sondern können im Hafen oder in einer Werft einfach gegen dort auf Lager gehaltene Einheiten ausgetauscht werden. Die kleinen Bauabmessungen ermöglichen es ferner, an Bord mehr Motor-Generator-Hilfseinheiten als bisher üblich, jedoch je mit einer kleineren Leistung, zu installieren. Dadurch wird selbst bei Ausfall von einer oder von zwei solchen Motor-Generator-Hilfseinheiten die Stromversorgung an Bord des Schiffes nicht gefährdet. Anders als die bekannten großen Motor-Generator-Einheiten, die mit Druckluft angelassen werden müssen, kommen die kleinen Motoren mit einem einfachen elektrischen Anlasser aus. Auch sind sie für den Teillastbetrieb besser geeignet. Die Mehrkosten für den Betrieb mit höher raffiniertem Dieselöl sind nur gering, weil der vom Hauptantriebsmotor angetriebene Generator den überwiegenden Teil des benötigten Stroms erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 schematisch und unmaßstäblich eine bekannte Schiffsantriebsanlage, welche in einer Stromerzeugungsanlage nach der Erfindung an Bord von Schiffen verwendet werden kann,

Fig. 2 schematisch und unmaßstäblich eine Stromerzeugungsanlage nach der Erfindung an Bord eines Schiffes.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Antriebsanlage enthält einen Dieselhauptmotor 1, welcher einerseits über eine Kupplung 2 einen Schiffpropeller 3 antreibt, und andererseits über eine elastische Kupplung 4 und eine Klauenkupplung 5, ein Crankshaft-Getriebe 6 und ein Überlagerungsgetriebe 8 einen Generator 10 antreibt, welcher den an Bord eines Schiffes erforderlichen Strom erzeugt. Eine solche Antriebsanlage ist in ähnlicher Ausführungsform auch aus der EP 00 58 037 B1 bekannt. Das Überlagerungsgetriebe 8 erzeugt aus der veränderlichen Drehzahl des Dieselhauptmotors 1 eine konstante Drehzahl für den Generator 10. Das Crankshaft-Getriebe 6 ist über eine Zahnkupplung 11 und eine Lamellenkupplung 12 mit einem Planetenträger 13 des Überlagerungsgetriebes 8 trieblich verbunden. Vom Planetenträger 13 getragene Planetenräder 14 treiben ein Sonnenrad 15, welches über eine Zahnkupplung 16 mit dem Generator 10 trieblich verbunden ist. Die Drehzahl des Sonnenrades 15 ist außer von der Drehzahl des Planetenträgers 13 auch von der Drehzahl eines äußeren Hohlrades 17 abhängig. Die Ausgangswelle 20 der Lamellenkupplung 12 ist einerseits mit dem Planetenträger 13 und andererseits über einen Getriebezug 21 mit einer hydrostatischen Pumpe 22 trieblich verbunden. Hydraulikleitungen 23 und 24 sind mit einem hydrostatischen Motor 26 verbunden, welcher über einen Getriebezug 27 das Hohlrad 17 festhält oder in der einen oder anderen Drehrichtung mit einer Drehzahl so antreibt, daß die Drehzahl des Sonnenrades 15 konstant bleibt, unabhängig von Veränderungen der Drehzahl des Dieselhauptmotors 1 und damit auch unabhängig von Drehzahländerungen der Abtriebswelle 20 der Lamellenkupplung 12.

Die Antriebsanlage von Fig. 1 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt und mit gleichen Bezugszahlen versehen. Ferner sind in Fig. 2 Dieselmotor-Generator-Hilfseinheiten 30, 40 und 50 dargestellt, deren Generatoren 31, 41 und 51 durch elektrische Schalter 32, 42, 52 und 62 wahlweise einzeln oder gemeinsam, zusätzlich zum Generator 10 des Dieselhauptmotors 1 oder getrennt von diesem, an ein elektrisches Stromnetz 70 an Bord eines Schiffes elektrisch angeschlossen werden können. Die Generatoren 31, 41 und 51 der Hilfseinheiten 30, 40 und 50 werden je von einem Dieselmotor 34, 44, 54 über eine Kupplung 35, 45, 55 angetrieben. Die Generatoren 31, 41, 51 und deren Dieselmotoren 34, 44, 54 sind jeweils einzeln montierbar und anschließbar. Vorzugsweise ist der Dieselmotor und der Generator jeder Hilfseinheit 30, 40, 50 auf einer Grundplatte 36, 46, 56 montiert, so daß die gesamte Hilfseinheit eine aus dem Schiff herausnehmbare austauschbare Einheit ist. Die Grundplatte 36, 46 und 56 ist jeweils lösbar auf einem Schiffsfundament 80 montiert.

Für den Austausch der Dieselmotor-Generator-Hilfseinheiten oder Teile davon gegen andere Hilfseinheiten oder Teile brauchen keine Schiffswände oder Schiffsdecken aufgeschweißt oder zugeschweißt zu werden.

Die Erfindung läßt sich wie folgt definieren: Stromerzeugungsanlage an Bord von Schiffen,

• - mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, der vom Dieselhauptmotor angetrieben wird, welcher zum Antrieb der Schiffe auch einen Schiffspropeller antreibt und mit Schweröl betrieben wird;
• - mit mindestens zwei Dieselmotor-Generator- Hilfseinheiten, welche wahlweise einzeln oder gemeinsam zusätzlich zu dem Generator des Hauptmotors oder ohne diesen Generator des Hauptmotors an ein Stromnetz an Bord des Schiffes anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet,
• - daß jeder Dieselmotor der Hilfseinheiten ein handelsüblicher Dieselmotor für Landfahrzeuge ist, der
• a) nicht für den Betrieb mit Schweröl, sondern für den Betrieb mit höher raffiniertem öl konstruiert ist,
• b) einen integrierten, geschlossenen Kühlwasserkreislauf hat,
• c) für eine optimale Betriebsdrehzahl konstruiert ist, die bei 1500 U/min oder höher liegt;
• - daß die Dieselmotor-Generator-Hilfseinheiten je für eine Dauer-Stromerzeugungsleistung konstruiert sind, die mindestens 40% (vierzig Prozent) kleiner ist als die konstruierte Dauer-Stromerzeugungsleistung des Generators des Dieselhauptmotors;
• - daß alle Dieselmotor-Generator-Hilfseinheiten, die an Bord, sind, für eine gleiche Dauer- Stromerzeugungsleistung konstruiert und im wesentlichen gleich ausgebildet sind; daß mindestens soviel Dieselmotor-Generator- Hilfseinheiten an Bord sind, daß die restlichen von ihnen zusammen auch dann noch mindestens die konstruierte Dauer-Stromerzeugungsleistung des Generators des Dieselhauptmotors erbringen können, wenn eine Dieselmotor-Generator-Hilfseinheit ausfällt,
• - daß die Dieselmotoren und die Generatoren der Hilfseinheiten einzeln oder zusammen je Hilfseinheit leicht montierbar und anschließbar und aus dem Schiff herausnehmbar sind, ohne daß ein erhöhter Aufwand für die Freilegung von Transportwegen im Schiff erforderlich ist.

Claims (1)

1. Stromerzeugungsanlage an Bord von Schiffen,

   • - mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, der vom Dieselhauptmotor angetrieben wird, welcher zum Antrieb der Schiffe auch einen Schiffspropeller antreibt und mit Schweröl betrieben wird,
   • - mit mindestens zwei Dieselmotor-Generator- Hilfseinheiten, welche wahlweise einzeln oder gemeinsam zusätzlich zu dem Generator des Hauptmotors oder ohne diesen Generator des Hauptmotors an ein Stromnetz an Bord des Schiffes anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet,
   • - daß jeder Dieselmotor der Hilfseinheiten ein handelsüblicher Dieselmotor für Landfahrzeuge ist, der
   • a) nicht für den Betrieb mit Schweröl, sondern für den Betrieb mit höher raffiniertem öl konstruiert ist,
   • b) einen integrierten, geschlossenen Kühlwasserkreislauf hat,
   • c) für eine optimale Betriebsdrehzahl konstruiert ist, die bei 1500 U/min oder höher liegt;
   • - daß die Dieselmotor-Generator-Hilfseinheiten je für eine Dauer-Stromerzeugungsleistung konstruiert sind, die mindest 40% (vierzig Prozent) kleiner ist als die konstruierte Dauer-Stromerzeugungsleistung des Generators des Dieselhauptmotors;
   • - daß alle Dieselmotor-Generator-Hilfseinheiten, die an Bord sind, für eine gleiche Dauer- Stromerzeugungsleistung konstruiert und im wesentlichen gleich ausgebildet sind;
   • - daß mindestens soviel Dieselmotor-Generator- Hilfseinheiten an Bord sind, daß die restlichen von ihnen zusammen auch dann noch mindestens die konstruierte Dauer-Stromerzeugungsleistung des Generators des Dieselhauptmotors erbringen können, wenn eine Dieselmotor-Generator-Hilfseinheit ausfällt;
   • - daß die Dieselmotoren und die Generatoren der Hilfseinheiten einzeln oder zusammen je Hilfseinheit leicht montierbar und anschließbar und aus dem Schiff herausnehmbar sind, ohne daß ein erhöhter Aufwand für die Freilegung von Transportwegen im Schiff erforderlich ist.