DE756372C

DE756372C - Verfahren und Einrichtung zum Synchronisieren zweier oder mehrerer Wellen eines Schiffsantriebes

Info

Publication number: DE756372C
Application number: DEA75948D
Authority: DE
Inventors: Erich Nagel
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1935-05-04
Filing date: 1935-05-04
Publication date: 1953-04-16

Description

Verfahren und Einrichtung zum Synchronisieren zweier oder mehrerer Wellen eines Schiffsantriebes Bei Schiffsantrieben mit zwei oder mehreren Schrauben können bei ungünstiger Relativstellung der Schrauben zueinander unerwünschte Rückwirkungen sowohl auf den Schiffskörper als auch auf die Antriebseinrichtung auftreten. Es werden daher die Schrauben in einer ganz bestimmten Relativstellung zueinander synchron angetrieben. Dies wird dadurch erreicht, daß der Antrieb der Schraubenwellen durch Synchronmotoren erfolgt oder daß bei unmittelbarem Antrieb durch Verbrennungs- oder Dampfkraftmaschinen auf den Antriebswellen Synchronisiergeneratoren angeordnet werden. Bei einem Antrieb der Schrauben, durch Kolbenmaschinen besteht gleichzeitig noch die Forderung nach einer bestimmten Kurbelversetzung der Antriebsmaschinen, um unerwünschte Schwingungen zu vermeiden. Besonders wichtig sind die Forderungen bei solchen Antrieben, bei denen die Zylinderzahl der Kolbenmaschinen nicht mit der Flügelzahl der Schrauben übereinstimmt oder bei denen zwischen den Antriebsmaschinen und der Schraube aus Wirtschaftlichkeitsgründen ein Getriebe vorgesehen ist. In diesen Fällen kann nicht jedes beliebige Polpaar der Synchronisiergieneratoren zusammengeschaltet werden. Bei einem Übersetzungsverhältnis des Getriebes von beispielsweise i : 5 ergeben sich nämlich fünf verschiedene Stellungen, in denen die Antriebsmaschinen synchron laufen können. Die aufgestellte Forderung verlangt jedoch, daß die Synchronisierung nur in einer einzigen ganz bestimmten Stellung erfolgt.
Die gestellte Aufgabe, zwei oder mehrere Wellen eines Schiffsantriebes, dessen. Kraftmaschinen-,vellen unmittelbar oder über ein Getriebe mit den Propellerwellen gekuppelt sind, in einer vorbestimmten relativen Drehwinkellage mittels auf den Kraftmaschinenwellen angeordneter Synchronisiergeneratoren zu synchronisieren, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zunächst die zu synchronisierenden Wellen auf annähernd gleiche Drehzahl gebracht werden, sodann einer der wechselstromseitig zusammengeschalteten Synchronisiergeneratoren übererregt und gleichzeitig die weiteren Synchronisimergeneratoren durch Kurzschließen ihrer Erregerwicklungen über einen Widerstand als Asynchronmaschinen geschaltet werden und schließlich nach Erreichen der gewünschten relativen Drehwinkellage der zu synchronisierenden Wellen der Kurzschluß der Erregerwicklungen aufgehoben und gleichzeitig allen Erregerwicklungen die normale Erregerspannung zugeführt wird.
Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht aus zwei mittels eines gemeinsamen Schalters, beispielsweise eines Druckknopfschalters, betätigten Schützen, von denen das eine Selbsthaltekontakte besitzt und beim Ansprechen die hintereinandergeschalteten Erregerwicklungen der Synchronisiergeneratoren an die Erregerspannung legt und das andere beim Ansprechen gleichzeitig die Erregerwicklung eines Synchronisiergenerators allein an die Erregerspannung legt und die Erregerwicklungen der übrigen Synchronisiergeneratoren über einen Widerstand kurzschließt. Das die Übererregung des einen Synchronisiergenerators und das Kurzschließen der Erregerwicklung der übrigen Synchronisiergeneratoren bewirkende Schütz stattet man ebenfalls mit Selbsthaltekontakten aus, die in Reihe mit den Kontakten eines Relais liegen, das von der in den kurzzuschließenden Erregerwicklungen der Synchro nisiergeneratoren induzierten Schlupfspannung erregt wird. Um Überlastungen zu _ vermeiden, verwendet man ein Thermorelais, welches beim Überschreiten einer bestimmten Ausgleichsleistung zwischen den Synchronisiergeneratoren anspricht und die Spule des die Erregung einschaltenden Schützes kurzschließt. Zur Anzeige der relativen Drehwinkellage der zu synchronisierenden Wellen ordnet man jeder dieser Wellen einen Impulsgeber und allen Impulsgebern ein gemeinsames Anzeigegerät zu. Man verwendet als Impulsgeber insbesondere zweipolige Einphasengeneratoren, die von den zu synchronisierenden Wellen über Getriebe angetrieben werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das Übersetzungsverhältnis des Getriebes von der Polzahl der Synchronisiergeneratoren, der Zylinderzahl der Kraftmaschinen, der Flügelzahl und dem Übersetzungsverhältnis der zwischen den Kraftmaschinenwellen und den Propellerwellen gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Getriebe abhängt.
Einrichtungen zum Synchronisieren der Verbrennungskraftmaschinen eines Schiffsantriebes, deren Wellen unmittelbar mit den Schraubemvellen gekuppelt sind, mittels Synchronisiergeneratoren und Hilfsgeneratoren, die in Abhängigkeit von der Kraftmaschinendrehzahl angetrieben und deren Spannungen an ein Vergleichsgerät geführt werden, sind an sich bekannt. Es handelt sich aber um selbsttätige Synchronisiereinrichtunge n, während hingegen im vorliegenden Fall die Synchronisierung von Hand vorgenommen wird, und zwar ausschließlich durch Beobachtung der Pendelungen eines Vergleichsgerätes für die Maschinen und durch Betätigen und Loslassen eines Druckknopfes. Das Verfahren hat den Vorzug" die Synchronisierung der Antriebswellen mit sehr einfachen Mitteln und einer nur geringen Anzahl von Relais zu ermöglichen und zu verhüten, daß die Antriebswellen während des Synchronisierens aneinander vorbeilaufen. Außerdem hat es den Vorzug, für die Fernbedienung geeignet zu sein.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
Die Abbildung zeigt einen Schiffsantrieb mit zwei Dieselmotoren i, welche über Getriebe 14 die beiden Schrauben 3 antreiben. Auf der Welle jedes der Dieselmotoren i ist ein Synchrongenerator 2 angeordnet, deren Ständerwicklungen für den Gleichlauf der Dieselmotoren zusammengeschaltet werden. Die Dieselmotoren i besitzen bei diesem Ausführungsbeispiel sechs Zylinder und die Schrauben 3 sechs Flügel. Es wird gefordert, daß die Zusammenschaltung der Generatoren 2 in Symmetriestellung sowohl der Dieselmotoren als auch der Schrauben erfolgen soll. Aus diesem Grunde sind die Generatoren 2 entsprechend den sechs Zylindern der Dieselmotoren mit sechs Polpaaren versehen.
Mit jeder Welle der Dieselmotoren i ist ein Wechselspannungshilfsgenerator q., vorzugsweise ein Einphasensynchrongenerator über ein Vorgelege 5 gekuppelt. Die Ankerwi'cklungen der Hilfsgenerato-ren4 sind auf den Spannungszeiger 6 geschaltet. Jeder Hilfsgenerator q. ist mit nur einem Polpaar versehen. An diesen Hilfsgeneratoren treten elektrisch gleiche Zustände während jeder Umdrehung nur einmal auf. Man erhält also eine eindeutige Stellungsangabe für das Polrad der Synchronmaschine. Die von diesen Hilfsgeneratoren erzeugten Spannungen geben in ihrer relativen Phasenlage die Relativstellung der Polräder und damit der Antriebsmaschinen und der Schrauben an. An den Zeigerstellungen des Vergleichsspannungsmessers. kann man dann genau die relative Lage der Polräder erkennen.
Für die Erregung der Generatoren :2 dient ein Gleichspannungsgenerator 7, der über ein Vorgelege von der Welle eines der Dieeselmotoren angetrieben: wird.
Die beiden. Erregerwicklungen der Synchronisiergenerätoren 2 sind während des Synchronlaufes der Antriebswellen, also in der Arbeitsstellung des Schützes 8 und in der Ruhestellung des Schützes 9 in Reihe geschäl= tet. Die Einschaltung des Schützes 8 erfolgt mittels des Druckknopfes i o. Wird der Druckknopf wieder losgelassen, so. speist sich das Schütz 8 selbst über einen Hilfskontakt. Fällt die Anlage infolge Überlastung außer Tritt, so schließt der Thermoauslöser 15 die Schätzspule kurz, wodurch die gesamte Erregung abgeschaltet wird.
Durch das Betätigen des Druckknopfes io wird auch das Schütz 9 eingeschaltet. Die Hauptkontakte dieses Schützes schließen die Erregerwicklung eines der beiden Synchrongeneratoren 2 über einen Widerstand i i kurz, so daß die Erregerwicklung des zweiten Synchrongenerators mit der zweifachen Normalspannung übererregt wird. Je nachdem, welcher der beiden Dieselmotoren i voreilt, arbeitet diejenige Maschine, deren Feldwicklung über den Widerstand i i kurzgeschlossen ist, als Asynchrongenerator oder -motor, wobei der Blindstrombedarf dieser Maschine durch die Übererregung des Läufers der anderen Maschine so weit gedeckt wird, daß bereits in dieser Schaltung ein beträchtlicher Teil der Ausgleichsleistung übertragen wird.
Bei Annäherung an die gewünschte Relativstellung der beiden Dieselmotoren., die durch den Spannungsmesser 6 angezeigt wird, wird der Druckknopf losgelassen. Seide Schütze 8 und 9 speisen sich jetzt selbst, und zwar das Schütz 8 nur über einen eigenen Hilfskontakt unmittelbar vom Netz, das Schütz 9 dagegen über einen eigenen Hilfskontakt, der in Reihe mit den Kontakten eines Kontaktspannungsmessers 12 geschaltet ist. Der Kontakt des Spannungsmessers i2 öffnet sich, sobald das Polrad der asynchron laufenden. Maschinen 2 sich der Sollstellung nähert. Durch die Abschaltung der Erregerspule des Schützes 9 werden die beiden Erregerwicklungen wieder in Reihe geschaltet, so daß der Synchronismus der beiden Kraftmaschinen-wellen hergestellt ist.
Die Inbetriebsetzung der Synchronisiereinrichtung erfolgt folgendermaßen : Nach dem Anfahren der Dieselmotoren i «erden ihre Drehzahlen mit Hilfe des Drehzahlreglers 13 eines Motors durch Beobachtung der Pendelungen des Vergleichsspannungsmessers 6 auf annähernd den gleichen Wert gebracht. Ist dies erreicht, so wird bei Beginn einer Rückpendelung des Zeigers des Spannungsmessers 6 in Richtung auf die Nullstellung der Druckknopf io betätigt und bei Annäherung des Zeigers an die Nullstellung wieder losgelassen. Nach einiger Übung wird es leicht sein, die Maschinen regelmäßig in der Sollstellung, in der der Zeiger- des Vergleichsspannungsmessers 6 annähernd in der Nullstellung verbleibt, zu s3=nclzrö@riisieren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Synchronisieren zweier oder mehrerer Wellen eines Schiffsantriebes, dessen Kraftmaschinenwellen unmittelbar oder über Getriebe mit den Propellerwellen gekuppelt sind, in einer vorbestimmten. relativen Drehwinkellage mittels auf den Kraftmaschinenwellen angeordneter Synchronisiergeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die zu synchronisierenden Wellen auf annähernd gleiche Drehzahl gebracht werden, sodann einer der wechselstromseitig zusammengeschalteten Synchronisiergeneratoren übererregt und gleichzeitig die weiteren Synchronisiergeneratoren durch Kurzschließen ihrer Erregerwicklungen über einen Widerstand als Asynchronmaschinen geschaltet werden, und schließlich nach Erreichen der gewünschten relativen Drehwinkellage der zu synchronisierenden Wellen der Kurzschiuß der Erregerwicklungen aufgehoben und gleichzeitig allen Erregerwicklungen die normale Erregerspannung zugeführt wird.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch zwei mittels eines gemeinsamen Schalters, beispielsweise eines. Druckknopfschalters, betätigte Schütze (8, 9), von denen das eine (8) Selbsthaltekontakte besitzt und beim Ansprechen die hintereinandergeschalteten Erregerwicklungen der Synchronisiergeneratoren (2) an die Erregerspannung legt und das andere (9) beim Ansprechen gleichzeitig die Erregerwicklung eines Synchronisiergenerators allein an die Erregerspannung legt und die Erregerwicklungen der übrigen Synchronisiergeneratoren über einen Widerstand (ii) kurzschließt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die übererregung des einen Synchronisiergenerators und das Kurzschließen der Erregerwicklung der übrigen Synchronisiergeneratoren. bewirkende Schütz (9) ebenfalls Selbsthaltekontakte aufweist, die in Reihe mit den Kontakten eines Relais (i2) liegen, das von der in den kurzgeschlossenen Erregerwicklungen der Synchronisiergeneratoren induzierten Schlupfäpannung erregt wird.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch ein beim Überschreiten einer bestimmten Ausgleichsleistung zwischen den Synchronisiergeneratoren ansprechendes Thermo,-relais (i5), das beim Ansprechen die Spule des die Erregung einschaltenden Schützes (8) kurzschließt.
5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der relativen Drehwinkellage der zu synchronisierenden Wellen jeder dieser Wellen ein Impulsgeber (4) und allen Impulsgebern ein gemeinsames Anzeigegerät (6) zugeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber (¢) zweipolige Einphasengeneratoren verwendet werden, die von den zu synchronisierenden Wellen über Getriebe (5) angetrieben werden. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Britische Patentschriften Nr. 189 427, 373 12i.