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Anordnung zur Unterdrückung von durch zwei oder mehr Antriebswellen
hervorgerufenen Schwingungen Das Hauptpatent 653 99j bezieht sich auf eine Anordnung
zur Einstellung einer bestimmten räumlichen Winkellage von rotierenden Wellen zueinander
und hat den Zweck,. durch Einstellung dieser Relativlage der Wellen die Schwingungen
zu beseitigen, welche von den Wellen sonst im Fundament o. dgl. erzeugt werden.
Beim Hauptpatent sind hierfür mit den zu vergleichenden Wellen Synchronmaschinen
gekuppelt, die untereinander parallel geschaltet werden. Die gewünschte räumliche
Winkellage der Wellen zueinander wird dann dadurch eingestellt, daß an Hand der
Anzeige eines Überwachungsinstruments die Erregerwicklung einer der beiden zu vergleichenden
Synchronmaschinen so lange umgepolt wird, bis die gewünschte räumliche Relativlage
der Wellen zueinander hergestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, solche Einrichtungen noch
weiter zu verbessern, insbesondere soll der ganze Synchronisier- und Einstellvorgang
bei der Erfindung nach Betätigung eines Kommandoorgans vollkommen selbsttätig durchgeführt
werden. Unter Verwendung einer an anderer Stelle bereits vorgeschlagenen, von .der
Relativgeschwindigkeit der beiden Wellen abhängigen Schaltvorrichtung, die den Polwender
der einen Synchronmaschine so lange betätigt, bis die gewünschte Drehwinkellage
hergestellt ist, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die von der Relativgeschwindigkeit
der beiden Wellen zueinander abhängige Schaltvorrichtung vor der Betätigung des
Polwenders zunächst bei einem bestimmten Drehzahlunterschied der beiden Wellen einen
Schaltimpuls zum Synchronisieren der Synchronmaschinen auslöst. Nach erfolgtem Synchronisieren
wird der Polwender der !einen Synchronmaschine so lange betätigt, bis .die gewünschte
räumliche Winkellage der beiden Wellen eingestellt ist. Eine solche Einrichtung
ist vor allem deshalb besonders vorteilhaft, weil man bei ihrer Anwendung die gewünschte
räumliche Winkellage der Wellen zueinander einstellen kann, ohne daß besondere Geschicklichkeit
des Maschinisten erforderlich ist.
Vorzugsreise wird zur Nachbildung
der Geschwindigkeit der beiden Wellen ein rotierender Impulsgeber verwendet, der
ein von der Impulsfrequenz abhängiges, zur Einleitung des Svnchronisiervorganges
dienendes Relais speist. Man wird dabei gemäß der weiteren Erfindung dem Impulsgeber
eine der Anzahl von verschiedenen synchronen Stellungen, in denen die gewünschte
räumliche Winkellage der Wellen nicht besteht, entsprechende Anzahl von leitenden
und nichtleitenden Kollektorlainellen zuordnen, die .lazu dienen, nach dein Synchronisieren
den Polwender der einen S#: nclironinascliine so lange zu betätigen, bis die gewünschte
räumliche Winkellage der beiden Wellen erreicht ist. Dieser ausgewählten räumlichen
Lage #:ler Wellen zueinander, in der also von den \Vellen keine Erschütterungen
im Fundament erzeugt werden. wird inan zweckmäßig auf dein Impulsgeber eine besondere
Kollektorlainelle zuordnen, mit deren Hilfe das Weiterschalten des Polwenders verhindert
wird.
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Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig.
i ist ein Zweipropellerschiffsantrieb dargestellt, der mit zwei Voith-Schneider-Propellern
P1 und P_ ausgerüstet ist. Diese Propeller werden über die zugehörigen Wellen
TV, und f'2 direkt von den Dieselmotoren Dl und D.= angetrieben. UM die beiden
Antriebswellen dieses Schiffes in eine bestimmte räumliche Winkellage zueinander
zu bringen, sind finit den beiden Wellen je eine Synchronmaschine _Ih und il12 gekuppelt.
Diese Svnclironniascliinen sind über die Leitungen 21, 22 und 23 drelistroinseitig
dauernd elektrisch miteinander verbunden. Bei dein vorliegenden Antrieb sind zwölf
verschiedene svnclirone Lagen der Polräder der beiden Svnchronniaschinen 111 und
312 zueinander möglich. Um diejenige der zwölf Lagen herauszufinden, bei welcher
keine Erschütterungen von den Wellen während des Betriebes im Schiffskörper erzeugt
werden, sind an jeder Steuerwelle der Dieselmotoren Dl und DZ mehrphasige Asynchronniaschinen
G1 und GZ mit Schleifringläufern angebracht. Der Ständer dieser Gebermaschinen wird
mit Drehstrom gespeist, welcher aus der Erregermaschine E-11 über die Schleifringe
27. 28 und 29 entnommen wird. Die Relativlage der Steuerwellen der beiden Dieselmotoren
zueinander wird durch eine dritte Asvnclironmascliine H angezeigt, deren Ständer
mit dein Läufer der Gebermaschine G., und deren Läufer mit dem Läufer der Geber:
niaschine G1 verbunden ist. Der Läufer der Empfängermaschine H treibt einen Zeiger
Z an, welcher über eine Skala SK spielt. Auf dieser sind die zwölf möglichen Synchronlagen
der beiden Wellen TV, und Tf'_ zueinarider bezeichnet. Auf derselben Welle ist ein
Impulsgeber J angeordnet, dessen einzelne Teile in Fig.2 deutlicher herausgezeichnet
sind. Die Erregermaschine EM wird von der Welle W2 her über das Getriebe 24 und
25 angetrieben.
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Der Impulsgeber J (Fig. 2) besitzt einen Kommutator 18 und zwei Schleifringe
16 und 17. Der Kommutator 18 ist, abgesehen von Segment i, mit leitenden Segmenten
2, 4, 6, 8, 10 und 12 und mit nichtleitenden Segmenten 3, 5, 7, 9. 11 z'erselieti.
Diese leitenden und nichtleitenden Segmente sind den Synchronlagen der Wellen zugeordnet,
in denen nicht die gewünschte räumliche Winkellage der Wellen besteht. Die leitenden
Segmente sind untereinander und mit dem Schleifring 17 verbunden. Der gewünschten
räumlichen Winkellage der beiden Wellen ist das leitende Segment i zugeordnet, das
mit dem Schleifring 16 verbunden ist. Auf dem Kommutator schleift die Bürste 13,
und auf den beiden Schleifringen schleifen die Bürsten 14 und 15.
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Für das selbsttätige Synchronisieren der beiden Maschinen 1I1 und
11= und für das Einstellen der gewünschten räumlichen Relativlage ist eine Schützsteuerung
vorgesehen. In Fig. 2 sind mit A, B, C, D und E Schütze und finit 1#. G und
ZR Relais bezeichnet. Die zugehörigen Haupt-, Arbeitsuni Ruhekontakte sind entsprechend
mit kleinen Buchstaben bezeichnet; so sind beispielsweise dem Schütz C die Arbeitskontakte
cl und c2 und die Hauptkontakte es und c4 zugeordnet.
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Die Einrichtung arbeitet im einzelnen folgendermaßen: Zur Inbetriebsetzung
der Gleichlaufanordnung werden zunächst die Dieselmotoren auf möglichst gleiche
Drehzahl gebracht, hierbei erfolgt die Drehzahlanzeige durch in den Figuren nicht
dargestellte Drehzahlmesser. Durch Drücken des Druckknopfes De wird der im
übrigen voll selbsttätig ablaufende Vorgang eingeleitet. Bei Betätigung des Druckknopfes
De spricht nämlich das Schütz C an, und es schließt sich am Kontakt cl ein
Selbsthaltestromkreis. An den Hauptkontakten c3 und c4 des Schützes C wird die Erregerwicklung
26 der Erregermaschine eingeschaltet, außerdem wird an dein Arbeitskontakt c2 die
eigentliche Gleichlaufsteuerung eingeschaltet. Zunächst bekommt die Hauptspule des
Relais AVR über den Ruhekontakt f, Strom und zieht den Anker an; jetzt kommt allmählich
entsprechend ihrer magnetischen Zeitkonstante die Erregermaschine E!17 auf Spannung,
und damit stellt sich der Impulsgeber J auf die Differenzdrehzahl der Dieselsteuerwellen
ein. Von dem Kommutator 18 des Impulsgebers gehen jetzt sechs Stromstöße je Umdrehung
entsprechend
den sechs an dem Schleifring 17
angeschlossenen Lamellen über das Relais AVR.
Dieses Relais besitzt eine einstellbare Abfallverzögerung, infolgedessen darf das
Relais F seine Kontakte f1 und f2 jetzt umschalten und damit durch den Arbeitskontakt
f2 das Einschalten des Synchronisierschützes D vorbereiten. Durch Regulieren an
den Dieselmotoren kann man nun die Drehzahl des Impulsgebers T verkleinern, bis
schließlich die Pause zwischen den Stromimpulsen so groß wird, daß .der Anker des
Relais AVR abfällt; infolgedessen bekommt jetzt das Schütz D Spannung. Die Kontakte
d4 und d5 verbinden die Erregerwicklungen 30 und 3 i der beiden Synchronmaschinen
über den Vorschaltwiderstand VW mit der Erregermaschine EM, gleichzeitig öffnet
sich der Ruhekontakt dl, so daß das Relais AVR seinen Anker nicht wieder anziehen
kann; außerdem wird durch den Arbeitskontakt d2 das Schalten des Schützes G vorbereitet
und durch den Arbeitskontakt d3 das Schütz B des Polwenders eingeschaltet. Dieser
Schaltvorgang erfolgt bei einer Differenzdrehzahl, bei der das Einschalten der Erregung
für die Synchronmaschinen ohne Gefahr zulässig ist.
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ZR ist ein Zeitrelais, das das Polwenderrelais G und das Schütz E
so lange über seinen Kontakt z1 bzw. z2 außer Betrieb setzt, bis die Hauptmaschinen
llh und l122 sich das erstemal gefangen haben. ZR wird deshalb auf die Zeitkonstante
der Hauptmaschinen eingestellt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, daß die zu vergleichenden
Wellen, und zwar die Steuerwellen der Dieselmotoren, durch die Synchronmaschinen
Ml und M2 in zwölf verschiedenen Winkellagen zueinander gehalten werden können.
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Von den zwölf verschiedenen Winkellagen ist jede zweite Lage der Einschaltstellung
von Schütz B und die dazwischenliegende Winkellage der Einschaltstellung von Schütz
A zugeordnet. Die Anordnung ist so gewählt" daß zum ersten Synchronisieren das Schütz
B eingeschaltet ist und daß bei der dadurch auftretenden Polarität der Erregerwicklung
der Maschine 1171 die beiden. Maschinen sich in einer derjenigen sechs synchronen
Winkellagen fangen, bei denen der Impulsgeber T durch eines der leitenden Segmente
z, q., 6, 8, zo, r2 mit der Bürste 13 Kontakt macht. Die übrigen sechs möglichen
synchronen Lagen, denen nichtleitende Segmente 3, 5, 7, 9, Ir bzw. das leitende
Segment z zugeordnet ist, entsprechen denjenigen synchronen Lagen, die sich zwangläufig
einstellen können, wenn in einer Schaltlage synchronisiert ist, bei der das Schütz
B offen und A geschlossen ist. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß beim ersten
Synchronisieren der zu vergleichenden Wellen stets das Relais G Strom bekommen kann.
Dieses Relais schaltet demzufolge die Polwendeschütze A und B um,
wobei die eine Synchronmaschine um eine Polteilung schlüpft. Dabei kommt die Bürste
13 des Kommutators 18 in eine der Stellungen, wo sie auf einem nichtleitenden
Segment aufliegt, infolgedessen fällt das Relais G wieder ab, und die Pol-,vendeschütze
A und B schalten abermals um. Beim Übergang von der leitenden Kollektorlamelle 12
bzw. 2 auf die leitende Kollektorlamelle r wird der Polwender nicht wieder umgeschaltet,
da jetzt über den Schleifring 16 das Schütz E eingeschaltet wird. Dieses schließt
än seinen Arbeitskontakt e1 einen Haltestromkreis für das Relais G und verhindert
damit ein Weiterschalten des Polwenders. Der Hauptkontakt e2 des Schützes E schließt
gleichzeitig den Vorwiderstand VW vor den Erregerwicklungen 30 und 31 der
Synchronmaschinen kurz.
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Wenn während des Betriebes, z. B. durch zu schnelles Manövrieren,
das Kippmoment der Haltemaschinen ilh und M2 überschritten wird und die Polräder
als Folge hiervon zum Beseitigen der Überlastung eine beliebige, nicht gewünschte
Stellung zueinander annehmen, so verstellen die Polwendeschütze A und B bei schwacher
Erregung der Haltemaschinen die Polräder so lange zueinander, bis die ursprüngliche
gewünschte räumliche Winkellage der Wellen wieder erreicht ist; darauf wird die
Erregung wieder auf den NTormalwert heraufgesetzt.
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Bei zu lange dauernder Querbelastung zwischen den Maschinen Ml und
M2 wird durch den Bimetallauslöser Bi, dessen Ruhekontakt im Haltekreis des Schützes
C liegt, die gesamte Synchroneinrichtung abgeschaltet.
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Die Wiederinbetriebnahme kann dann nur durch Drücken des Ein-Druckknopfes
D, ge-
schehen. Das Stillsetzen der Anlage erfolgt durch Drücken eines Aus-Druckknopfes
D, Bei dessen Betätigung wird die elektrische Kupplung zwischen den beiden Schiffswellen
W, und W2 aufgehoben und alle Maschinen werden spannungslos. Durch die Signallampen
L1, L2 und L3 werden -die jeweiligen Betriebszustände der Anlage angezeigt. Das
Brennen der Lampe L, zeigt an, daß die Vorrichtung eingeschaltet und der Vorgang
eingeleitet ist; beim Aufleuchten der Lampe L2 sind,die Wellen synchronisiert; die
Lampe L3 schließlich zeigt an, daß die Wellen in der gewünschten räumlichen Winkellage
zueinander laufen. Die Größe der Querleistungen wird durch den in Fig. z dargestellten
Leistungsmesser L gemessen. Dieses Meßinstrument gibt dem Maschinisten
gleichzeitig
ein genaues Bild von den Betriebszuständen der Dieselmotoren und ermöglicht eine
gleichmäßige Lastverteilung auf beide Kraftmaschinen. Die Größe des Kippmoments
der Synchronhaltemaschinen läßt sich durch Änderung der Erregung einstellen, am
zweckmäßigsten geschieht dies durch Einregeln der Gleichspannung mit Hilfe des Justierwiderstandes
JLV, der im Erregerstromkreis der Erregermaschine EM liegt. Den Impulsgeber T wird
man zweckmäßig auf die Schalttafel so aufsetzen, daß der Zeiger Z für den Maschinisten
sichtbar auf einer zwölfteiligen Skala spielt.