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Regeleinrichtung für elektrischen Schiffsantrieb Die Regelung der
Geschwindigkeit von Schiffen mit Turbinen oder Dieselmotoren geschieht entweder
-durch Füllungsregelung oder durch Drehzahlregelung. Nachstehend sollen die Eigenschaften
dieser Regelarten näher beschrieben -werden.
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In Fig. i ist der Regelvorgang für einen Turbinenantrieb mit Füllungsregelung
dargestellt. Die Kurven a1, a=, a3 stellen den Verlauf des abgegebenen Drehmomentes
der Turbine dar, die Kurve b das Drehmoment an der Schraubenwelle und die Kurve
c die Ansprechgrenze des Drehzahlbegrenzers. Die Schiffsgeschwinffigkeit wird geregelt
durch Änderung der Dampfmenge. So stellt beispielsweise Kurve a1 den Fall für volle
Ausnutzung der Schluckfähigkeit - der Turbine dar. Durch Verringerung der Dampfmenge
verschieben sieh die Arbeitspunlete auf die Isurven a2, ag usw. Um z. B. halbe Drehzahl
einzustellen, würde die Dampfmenge entsprechend der Kurve,%einzustellen sein, und
der Betriebspunkt würde sich als Schnittpunkt A von Kurve a3 und Kurve b ergeben.
Der Nachteil dieser Regelungsart zeigt sich aber sofort, wenn eine Entlastung der
Schraube eintritt, z. B. bei schwerem Seegang. Das Schraubendrehmoment nimmt z.
B. vorübergehend schwankend die Charakteristik b1 an, und man erkennt, daß die Turbinendrehzahl
von Punkt A nach B steigt. In besonders krassen Fällen kann die Turbinendrehzahl
über die höchste Betriebsdrehzahl ansteigen und den Drehzahlbegrenzer zum Ansprechen
bringen. Die Unvollkommenheit der Regelung äußert sich in einer ständig schwankenden
Drehzahl und dementsprechend in starker Beanspruchung des ganzen Schifies.
Bei
Dieselantrieb liegen die Verhältnisse ganz ähnlich, nur ist der Verlauf der-Drehniomentlinien
flacher.
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Bei Zwischensclialtuüg der elektrischen Cbertragung, also beim turbinenelektrischen'
oder beim dieselelektrischen Schraubenantrieb pflegt man die Geschwindigkeitseinstellung
des Schiffes anders vorzunehmen. Es wird nicht mehr die Menge der Kraftstoffzufuhr,
also z. B. der Dampfzufuhr, beim turbinenelektrischen Antrieb willkürlich, aber
fest auf den der Schraubenleistung bei der -ewiinschten Geschwindigkeit entsprechenden
Wert eingestellt, sondern die Drehzahl der Stromerzeugergruppe wird ähnlich wie
bei Landanlagen'durch willkürliche Verstellung eines selbsttätigen Drehzahlreglers
eingestellt, dadurch, daß die Leerlaufdrehzahl des Reglers auf einen der gewünschten
Schiffsgeschwindigkeit entsprechenden Wert eingestellt wird. Der Regler selbst öffnet
dann je nach der werlangten Leistung oder je nach der infolge vermehrter Leistungsaufnahme
auftretenden Drehzahlabnahme die Dampfzufuhr, und zwar von geringster Menge bis
zur vollen öffnung. Die Drehzahl ändert sich hei L astschwankungen nur -,wenig.
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In Abb. 2 ist Kurve cz -,wieder die Linie des höchsten Drelimonientes
an -der Turbinenwelle, Kurven Cl, C2, C3 sind Ansprechkennlinien des Drehzahlreglers,
Kurve b ist der Drehmonientv erlauf der Schraube. Der Regler sei z. B. auf die halbe
Drehzahl eingestellt: dann ist das erzeugte :Moment abhängig von der Drehzahl durch
Linie C3 gegeben. Der normale Betriebspunkt liegt dann bei A. Ändert sich nun das
Schraubendrehmoment durch Entlastung entsprechend der Kurve b, so bleibt -,wohl
die Drehzahl annähernd gleich, entsprechend Betriebspunkt E, aber das Drehinoment
und damit die Leistungsaufnahme und damit die Dainpfabnahnie aus den Kesseln schwanken
im Rhythmus der Schraubenbelastung.
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Die aus den Kesseln stoßweise Dainpfentnahnie ist für die Betriebsführung
nachteilig. Bei einem Steuermanöver, z. B. beim Ruderlegen und Drehkreisfahren,
kann eine plötzliche Überlastung der Schraube eintreten, die von der Primärmaschine
durch erhöhte Kraftzufuhr gedeckt -,wird. Da die Übertragungsfähigkeit der elektrischen
Anlage nicht unbeschränkt ist (Kippleistung), kann hierbei die Gefahr einer Überbeanspruchung,
d. h. des Außertrittwerfens auftreten. Es ist bekanntgeworden, als Schutz gegen
diese Gefahr bei solchen Steuerinanöwerii (las Kippmoment zu erhöhen, z. B. durch
Verstärkung der Erre-Uung der 5;vnchrotimaschine u. dgl.
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E s ist ferner bekanntgeworden, die Stöße auf die Primäranlage dadurch
zu vermeiden, (1a11) nian zusammen niit der Verstellung. der Drehzahl" eine Lastbegrenzung
dadurch vorniinnit, claß inan die Zufuhr des Treibmittel drosselt. Es sind Vorrichtungen
bekannt und ausgeführt, hei denen eine Lastbegrenzungnocke ini Regulator in gleichem
Sinne mit der Drehzahlverstellvorrichtun- -,-erstellt -,wird. Erfahrungsgemäß wird
damit durch die Veränderung der Leerlaufelrelizahl des Drehzahlregler: gleichzeitig
auch die größtmöglich Menge an Kraftstoffen, die der Priinärkraftmaschine zugeführt
werden kann, bei dieselelektrischem Antrieb die Brennstoffmenge. verändert. Soll
eine kleinere Schiffsgeschwindigkeit eingestellt werden, so wird die Leerlaufdrehzahl
des Drehzahlreglers entsprechend herabgesetzt, z. B. so, daß der Drehzahlregler
wie aus Abb. 3 ersichtlich, dann eine Regelkennlinie gemäß den Kurven cl, c., of-ler
c3 erhält. Gleichzeitig -,wird durch -,willkürlichen Eingriff. die größtmögliche
Kraftstoftdurchflußmenge gemäß den Linien u" ar=, cr3 verniinclert. Diese Beeinflussung
der Kraftstoffteuerung durch die primär vorgenoininene Verstellung am Drehzahlregler
ist bekannt. Durch die vorliegende Erfindung -,wird nein bezweckt, je nach den Erfordernissen
des "'chiffsantriebs eine Verstellung der Kraftstoffzufuhr als primäre Mäßnalinie
vorztinehinen, während als I#olge dieser willkürlichen Maßnahme eine. Verstellung
der Leerlaufdrehzahl einsetzt, die indessen nur insoweit erfolgt, als dadurch bei
vorübergehender Entlastung der Schiffsschraube eine zu -,weit gehende Drehzahlerhöhung-
der Priniä rinaschine verhindert wird. Innerhalb ge-,visser Grenzen -,wird jedoch
ein Drehzahlansticbei steigender Kraftstoffzufuhr zugelassen.
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Es kann vorteilhaft sein, (lie erfindungsgcmäße Regeleinrichtung so
einzustellen, dalt ähnlich wie beim reinen Getriebeturbinenantrieb die Schiffsgeschwindigkeit
nur durch die Füllungsregelung beeinflutlt wird. heim reinen Turbinenantrieb fehlt
der Drehzahlregler in der Regel vollständig, und lediglich ein Sicherheitsregler
übernimmt bei zu starkein Anstieg über einen zugelassenen Prozent-,atz der Drehzahl
hinaus die Überwachung der Turbinenanlage, derart, daß bei llberschreitung der zugelassenen
Drelizahlerli;)-hung die Kraftstoffzufuhr ganz abgeschaltet wird. fin vorliegenden
Falle -,wird inan nicht so -,geit gehen, den Drehzahlregler ganz -,wegzulassen,
sondern man wird ihn als zusätzlichen Regler beibehalten, vier bei kleinerer Schiffsgeschwindigkeit,
d.li. also bei verringerterKraftsto$zufuhr, so weit verstellt wird, (laß bei einer
Entlastung der Schiffsschraube der Drehzahlanstieg der Priinärinaschine nur wenige
Hundertteile der vorherigen Drehzahl iin normalen Betrieb beträgt.
Bei
einem Schiffsantrieb durch eine nicht verstellbare Schraube ergibt sich in manchen
Fällen die -Notwendigkeit, daß auf eine Schraubenwelle nicht nur ein Antriebsmotor
arbeitet, sondern daß man die Antriebsleistung einer Welle auf mehrere Teilmotoren
uriterteilt.,Es wird dann zweckmäßig so vorgegangen, daß bei der Fahrt mit geringerer
Geschwindigkeit (Marschfahrt) zur Ersparung von Verlusten nur ein Teilmotor auf
jeder Schraubenwelle arbeitet, d. h. an die primäre Stromduelle angeschlossen wird.
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Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit oder bei besonderen Fahrtbedingungen
kann es auch zweckmäßig sein, außer dem Hauptantriebsmotor für die Schraubenwelle,
der für volle Leistung bei voller Geschwindigkeit gebaut ist, noch einen zweiten
Motor mit derselben Schraubenwelle zu verbinden, der für kleinere Leistung zum Betrieb
bei kleinerer Schiffsgeschwindigkeit bestimmt ist (Marschinotor). Derselbe erhält
in .der .Regel höhere Polzahl als der Hauptmotor, so daß auch bei der Fahrt mit
kleinerer Geschwindigkeit die Primärkraftanlage mit voller oder nahezu voller Drehzahl
arbeiten kann.
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In den beiden erwähnten Fällen ist dann bei Betrieb der Schraube rnit
dem Teilmotor oder mit dem Marschmotor, die nur für Teilleistung ausgelegt sind,
die Primärkraftmaschine wesentlich stärker als die elektrische Anlage. In dem Fall,
wo durch Seegang oder beim Ruderlegen o. dgl. das von der Schraube verlangte Drehmoment
wesentlich ansteigt, könnte dann die Übertragungsfiihigkeit der elektrischen Anlage
überschritten werden, und die Primärkraftmaschine wäre ohne weiteres in der Lage,
diesen erhöhten Bedarf an Drehmoment aufzubringen. Erfindungsgemäß kann auch für
solche Fälle unter Anwendung der vorbeschriebenen Zusatzregelung die Gefahr einer
unzulässigen Steigerung des Drehmomentes dadurch beseitigt werden, daß dieLeistungsfähigkeit
der Primärkraftmaschine eingeschränkt wird entprechend der Übertragungsfähigkeit
des Teilmotors oder des Marschmotors, indem die maximale Dampfzufuhr bei turboelektrischem
oder die größte Brennstoffzufuhr bei dieselelektrischem Antrieb beschränkt wird.
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Abb. 5 zeigt die erfindungsgemäße Begrenzung der Dampfzufuhr bzw.
die daraus sich ergebenden Drehmomentlinien für eine turboelektrische Schiffsschraubenanlage
mit einem Marschmotor. Die Linie ei gibt das Moment der Turbine bei voller Dampfzufuhr.
Gemäß der Erfindung wird die größtmögliche Dampfmenge bei Betrieb mit Marschmotor
auf einen der Leistung dieses Motors entsprechenden Wert begrenzt (Linie a.).