DE841707C

DE841707C - Propulsion system with hydraulic transmission, especially for ships

Info

Publication number: DE841707C
Application number: DEC1650A
Authority: DE
Inventors: George Frederick Jones; Michael Gray Radcliffe Petty
Original assignee: COMMERCIAL PATENTS Ltd
Current assignee: COMMERCIAL PATENTS Ltd
Priority date: 1945-02-01
Filing date: 1950-07-02
Publication date: 1952-06-23

Description

Antriebsanlage mit hydraulischer Übertragung, insbesondere für Schiffe Ne Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an hydraulischen Hochdruckantriebsanlagen, die als Kraftquelle zum Antrieb einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Schiffsschraube, dienen. Anlagen dieser Art bestehen aus einer Anzahl von Hochdruckpumpen, die von einer gleichen, größeren oder kleineren Anzahl ßrennkraftmaschinen, vorzugsweise Dieselmaschinen, angetrieben werden und ihrerseits einen hydraulischen Hochdruckmotor beschicken, der dann die Arbeitsmaschine treibt, wobei die volle Leistung der einzelnen Pumpe einer Teilleistung des Motors entspricht.Propulsion system with hydraulic transmission, in particular for ships Ne invention relates to improvements in hydraulic high-pressure drive systems, used as a power source to drive a work machine, for example a ship's propeller, to serve. Systems of this type consist of a number of high pressure pumps that are operated by an equal, larger or smaller number of ßrennkraftmaschinen, preferably Diesel machines, are driven and in turn a hydraulic high-pressure motor charge, which then drives the machine, with the full power of each Pump corresponds to a partial power of the engine.

Anlagen dieser Art werden gemäß der Erfindung mit einem Verteilerventil, einem Motorsteuerventil sowie mit Schaltmitteln für diese Ventile und die genannten Maschinen versehen, wobei das Verteilerventil die Druckflüssigkeit von den Pumpen aus entweder am Motorsteuerventil vorbei oder zu diesem hin leitet und wobei das letztere den Weg der Druckflüssigkeit in den Motor regelt, während die Schaltmittel von der Grundstellung aus zunächst das Motorsteuerventil auf einen Flüssigkeitsleitweg einstellen, dann das Verteilerventil für das Steuerventil öffnen und schließlich die Maschinen beschleunigen, wogegen die Schaltmittel 'bei ihrer Rückkehr in die Grundstellung die Maschinengeschwindigkeit abdrosseln und das Verteilerventil auf Umleitung der Flüssigkeit einstellen.Systems of this type are according to the invention with a distribution valve, an engine control valve and with switching means for these valves and the aforementioned Machines provided, the distribution valve taking the hydraulic fluid from the pumps out either past the engine control valve or to it and where the the latter regulates the path of the hydraulic fluid in the motor, while the switching means from the basic position, first the motor control valve on a fluid path adjust, then open the distribution valve for the control valve and finally the machines accelerate, whereas the switching means' on their return to the In the basic position, reduce the machine speed and open the distribution valve Set fluid diversion.

Die Schaltmittel gewährleisten infolge ihrer angegebenen Arbeitsvvei "se, däß Flüssigkeit von !hohem Druck dem Motorsteuerventil nur zugeleitet wird, nachdem das let7-tere entsprechend umgesteuert ist, um die Flüssigkeit dem hydraulischen Motor entsprechend der gewünschten Drehrichtung zuzuführen. "Zugleich ermöglifhen..es die Schaltmittel, <laß eine Drehzahlsteuerung der .Antriebsmäschinen und, im Fall der Anwendung der Erfindung auf einen Schiffsantrieb, der Schraubenwelle ohne ein Stellen der.Hoeihd'ruckventile bewirikt werden kann; und schließlich hat die Erfindung zur Folge, daß Ventilschaltungen nicht bei erhöhten Maschinendrehzahlen ausgeführt werden. Um ein vollständiges und sofortiges Einstellen des Motorumsteuerventils beim Starten zu gewährleisten, ist es mit einem durch ein Schaltmittel betätigtes hydraulisches Vorsteuerventil ausgerüstet, wobei das Motorumsteuerventil als Kolhenschieber ausgebildet ist.The switching means ensure due to their specified Arbeitsvei "se, that liquid from! high Pressure the engine control valve only is fed after the latter is appropriately reversed to the liquid to feed the hydraulic motor according to the desired direction of rotation. "Simultaneously enable the switching means, <let a speed control of the .drive machines and, in the case of application of the invention to a ship propulsion system, the propeller shaft can be effected without setting the high pressure valves; and finally has The result of the invention is that valve switching does not occur at increased engine speeds are executed. A complete and immediate setting of the motor reversing valve To ensure when starting, it is operated by a switching means equipped with a hydraulic pilot valve, with the motor reversing valve as a piston valve is trained.

.Auf dem einschlägigen Gebiet bedeutet der Ausdruck Hochdruck die Anwendung von Öldrücken in der Größenordnung von 70 kg/cm= und mehr; er ist in der Beschreibung und in den .Ansprüchen in diesem Sinn verwendet. Vorzugsweise werden beim erfindungsgemäßen Aggregat Drücke in der (xrcißetiordnutig von 14o kg/cm' verwendet. , .In the relevant field, the term high pressure means the application of oil pressures of the order of 70 kg / cm = and more; it is used in this sense in the description and in the claims. In the case of the aggregate according to the invention, pressures in the range of 140 kg / cm 'are preferably used.,.

An Hand der Zeichnung ist nachstehend beispielhaft eine Anlage gemäß der Erfindung beschrieben. Fig. i zeigt einen schematischen Übersichtsplan über einen Schiffsantrieb, der zwei Sätze i und 2 aus Maschinen und Pumpen, ferner einen umsteuerbaren Motor 3 zur Aufnahme der von den Pumpen gelieferten Druckflüssigkeit und Schaltmittel aufweist; Fig. 2, 3 und 4 sind Schnitte durch ein Vorsteuerventil, ein \lotorumsteuerventil und ein Anlaßventil, wobei die Ventile als entlastete Kolbenschieber ausgebildet sind; Fig. 5, 6 und 7 zeigen Steuernocken für Vorsteuerventil, Anlaßventil und Drehzahlregelung. der Antriebsmaschinen; Fig. 8 zeigt die Nocken in ihrer richtigen gegenseitigen Einstellung auf einer Welle; Fig. 9 veranschaulicht als Einzelheit im Schnitt eine Abänderungsform des Motorumsteuerventils gemäß Fig. 3.The following is an example of a system according to the drawing of the invention described. Fig. I shows a schematic overview plan over a ship drive, the two sets i and 2 of machines and pumps, also one reversible motor 3 for receiving the hydraulic fluid supplied by the pumps and having switching means; Fig. 2, 3 and 4 are sections through a pilot valve, a \ lotorumsteuerventil and a starter valve, the valves as relieved piston valves are trained; 5, 6 and 7 show control cams for the pilot valve and starter valve and speed control. the prime movers; Fig. 8 shows the cams in their correct position mutual attitude on a wave; Fig. 9 illustrates in detail in section, a modification of the motor reversing valve according to FIG. 3.

Jeder der Maschinensätze i und 2 besteht aus vier Dieselmaschinen 5 und vier Radialhochdruckpumpen 6. Pumpen und Maschinen sind je durch Kupplungen.7 undGetriebe 8 verbunden. Jede Pumpe ist einzeln unter Zwischenschaltung eines Absperrventils io an eine Zuleitung 9 und über ein Ab--perrventil 13 an eine Druckleitung 12 angeschlossen. Die Zuleitungen 9 sind von einer Haupt-Leitung 9a abgezweigt, die an einen Saugtank 14 angeschlossen ist. Die Druckleitungen 12 andererseits liefern ihre Druckflüssigkeit an eine gemeinsame Hauptleitung 12a.Each of the machine sets i and 2 consists of four diesel engines 5 and four radial high pressure pumps 6. Pumps and machines are each connected by couplings. 7 and gear 8 connected. Each pump is individual with the interposition of a shut-off valve io is connected to a supply line 9 and to a pressure line 12 via a shut-off valve 13. The supply lines 9 are branched off from a main line 9a which is connected to a suction tank 14 is connected. The pressure lines 12 on the other hand deliver their pressure fluid to a common main line 12a.

Da acht Pumpen mit einem einzigen hydraulischen Motor 3 zusammen arbeiten, beträgt die volle Leistung der einzelnen Pumpe etwas mehr als ein Achtel der vollen Motorleistung.Since eight pumps work together with a single hydraulic motor 3, the full output of the individual pump is slightly more than an eighth of the full Engine power.

Die Schaltmittel für die beschriebene Anlage umfassen ein Vorsteuerventil.166; ein Anlaßventil 16 und ein Motorumsteuerventil 17 sowie Nocken i$, 19 und 2o, . 2o -zur Steuerung des Vorsteuerventils 15, des Anlaßventils 16 und für die Drehzahlregler der Dieselmaschinen, und zwar sind die Nocken auf einer Welle 21 befestigt. Die letztere kann durch geeignete Mittel betätigt werden, die von der Brücke des Schiffes aus gesteuert werden. Ein solches Mittel wäre z. B. ein hydraulischer Antrieb. Man könnte beispielsweise auch Ketten und Zahnräder verwenden; so ist in Fig. i bei 22 ein Kettenrad angedeutet.The switching means for the system described include a pilot valve. 166; a starter valve 16 and an engine reversing valve 17 and cams i $, 19 and 2o,. 2o -for controlling the pilot valve 15, the starter valve 16 and for the speed controller of the diesel engines, namely the cams are mounted on a shaft 21. The latter can be operated by suitable means controlled from the bridge of the ship. Such a means would be e.g. B. a hydraulic drive. For example, you could also use chains and gears; a chain wheel is indicated at 22 in FIG.

Die Nocken 2o sind mit den Reglern der Maschinen durch die Schubstangen 23 und dazugehörige Winkelhebel verbunden, wie man aus Fig. i ersieht. Jeder der Nocken 20 weist das aus Fig. 7-ersichtliehe Profilauf, und alle Regler werden gleichzeitig und in gleicher Weise durch die beiden Nocken. 2o gesteuert.The cams 2o are with the controllers of the machines through the push rods 23 and associated angle lever connected, as can be seen from Fig. I. Everyone who Cam 20 has the profile shown in Fig. 7 and all of the controllers become simultaneously and in the same way by the two cams. 2o controlled.

Der hydraulische Motor 3 treibt die Schraubenwelle 24 direkt an. Der Antrieb kann aber auch über ein Übersetzungsgetriebe erfolgen. Im allgemeinen wird der Motor durch irgendwelche geeignete Mittel;.die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, festgehalten. Damit aber unterhalb oder seitlich desselben befindliche Teile leicht zugänglich oder austauschbar sind, wird er in Lagern 25 montiert und mit einer Drehvorrichtung 26 versehen, damit er nach Lösung seiner Haltemittel im ganzen gedreht werden kann.The hydraulic motor 3 drives the screw shaft 24 directly. Of the But drive can also take place via a transmission gear. Generally will the engine by any suitable means; .not shown in the drawing are held. But with it parts located below or to the side of the same Easily accessible or interchangeable, it is mounted in bearings 25 and with a rotating device 26 is provided so that after releasing its holding means as a whole can be rotated.

Wenn sich die Schaltmittel in der Stoppstellung befinden, nehmen die Nockenprofile im Verhältnis zu den Achsen der Ventilschieber 15 und 16 und zu den Achsen der Schubstange 23 die aus Fig.8 ersichtliche Lage ein, in welcher die genannten Achsen bei x strichpunktiert angegeben sind. Die Maschinen laufen hierbei mit minimaler Geschwindigkeit, Sie treiben die Pumpen an, und die Flüssigkeit, die hierbei über die Hauptleitung i2a zum Ventil 16 geführt wird, geht an diesem Ventil vorbei zu der Auslaßleitung 28, die ihrerseits in den Saugtank 14 mündet.When the switching means are in the stop position, take the Cam profiles in relation to the axes of the valve spool 15 and 16 and to the Axes of the push rod 23 the position shown in Figure 8, in which the said Axes at x are indicated by dash-dotted lines. The machines run here with minimal Speed, you are driving the pumps, and the liquid that is doing this over the main line i2a is led to valve 16, goes past this valve the outlet line 28, which in turn opens into the suction tank 14.

Wird nun die Welle gedreht, z. B. im Uhrzeigersinn bei »Voraus« und entgegen dem Uhrzeigersinn bei »Achteraus«, so schiebt das Nockenprofilstück 1811 (Fig. 5) den Kolben des Ventils 15 (Fig. 2) gegen das eine Ende seines Gehäuses hin oder gestattet der Feder 29 des Ventils, den Kolben auf die andere Gehäuseseite zu verschieben. Auf diese Weise kann Flüssigkeit durch das Ventil strömen und von dort auf die eine oder andere Seite des Motorumsteuerventils 17 (Fig. 3) gelangen, wobei. die Flüssigkeit durch die eine oder andere der beiden Leitungen Jo. strömt: Dem Ventil 15 wird die Flüssigkeit über eine Leitung 31 zugeführt, die von -der Hauptleitung 12a abgezweigt ist. Das Motorumsteuerventil 17 ist als Kolbenschieber ausgebildet, so daß die Flüssigkeit in das entsprechende-Ende des Ventilgehäuses eingeleitet, den .Kolben auf die entgegengesetzte Seite drückt, sofern er nicht bereits dort ist. Diese Operationen vollziehen sich, während sich die Nockenwelle um den aus Fig. 8 ersichtlichen Winkel a oder «l verstellt. Die. Flüssigkeit in demjenigen Ende - des Vgntilge 'liä.uses 1.j, zu welchem sich der Kolben hinbewegt, wird durch das Ventil 15 in eine Zweigleitung 32 abgeleitet, welche zu der erwähnten :l;uslaßleitung 28 führt.If the shaft is now rotated, e.g. B. clockwise for "ahead" and counterclockwise for "aft", the cam profile piece 1811 (Fig. 5) pushes the piston of the valve 15 (Fig. 2) against one end of its housing or allows the spring 29 of the Valve to move the piston to the other side of the housing. In this way, liquid can flow through the valve and from there to one or the other side of the motor reversing valve 17 (FIG. 3), wherein. the liquid through one or the other of the two lines Jo. flows: the valve 1 5 the liquid is supplied via a line 31 which is branched from -the main line 12a. The motor reversing valve 17 is designed as a piston slide, so that the liquid is introduced into the corresponding end of the valve housing, which pushes the piston on the opposite side, if it is not already there. These operations take place while the camshaft is being adjusted by the angle α or λ, which can be seen in FIG. The. Liquid in that end - of the valve pipe 1.j, to which the piston moves, is diverted through the valve 15 into a branch line 32 which leads to the aforementioned outlet line 28.

Die weitere Bewegung der Nockenwelle über den Winkel ß oder ß' veranlaßt das Profilstück iga des Nockens i9 (Fig. 6), den Kolben des Ventils 16 (Fig. .l) nach innen zu drücken, worauf Flüssigkeit, die normalerweise ,durch das Ventil abgeleitet wird, ntilinielir an den Zentraleinlaß des Ventils 17 über die Lcitulig 33 #efiirdert wird. Die Flüssigkeit striinit zum Motor 3 entweder über eine Hauptleitung 34 oder eine llatll)tleitung 35 und kehrt umgekehrt über die l.eittilig 35 oder die Leitung 34 zum Ventil 17 zurück, je nach der Einstellung des Ventils. Sie Hießt dann über Zweigleitung 36 oder 37 und über eine Leitölig 38 zur AuslaßleitUng 28.The further movement of the camshaft through the angle β or β 'causes the profile piece iga of the cam i9 (Fig. 6) to push the piston of the valve 16 (Fig. .L) inward, whereupon liquid, which is normally, through the valve is derived, ntilinielir to the central inlet of the valve 17 via the Lcitulig 33 #efiirdert. The liquid travels to the motor 3 either via a main line 34 or a secondary line 35 and, conversely, returns to the valve 17 via the conduit 35 or the line 34, depending on the setting of the valve. It is then called via branch line 36 or 37 and via a conductive oil 38 to outlet line 28.

Bei weiterer Bewegung der Nockenwelle über den Winkel a oder x1 wird eines der aus Fig. 7 ersichtlichen ProfilstiiCke 20a oder tob jedes Nokkens 20 veranlaßt, die Maschinen zu beschleunigen, wobei (las nun auftretende vermehrte Volumen an Hochdruckflüssigkeit zum Motor 3 gelangt und über eine der Leitungen 34 oder 35 und die Leitung =8 zu dem Sangtank 14 zurückkehrt..If the camshaft continues to move through the angle a or x1, one of the profile pieces 20a or tob shown in FIG. 7 causes each cam 20, to accelerate the machines, whereby (read now occurring increased volumes High pressure fluid reaches the engine 3 and via one of the lines 34 or 35 and line = 8 returns to sangtank 14 ..

1)ie entgegengesetzte Drehung der Nockenwelle in bezug auf die Ausgangsstellung veranlaßt zunächst eine Drosselung der Maschinendrehzahl auf ein lfiniintini, vermindert hierdurch das geförderte `'oltimen der Hochdruckflüssigkeit auf einen Mindestbetrag, veranlaßt weiter das Ventil 16, die Flüssigkeit nicht mehr zum Motor zu leiten, und bringt schließlich <las Vorsteuerventil i 5 in eine Mittelstellung, wobei eine Feder 39, die gegen das eine Ende des Kolbens ini Ventil 16 drückt, diesen Kolben in die .-1bschaltstellung bringt.1) The opposite rotation of the camshaft with respect to the starting position first causes the machine speed to be reduced to a lfiniintini, reduced As a result, the promoted `` 'oltimen the high pressure liquid to a minimum amount, further causes valve 16 to stop directing the fluid to the engine, and finally brings the pilot valve i 5 to a central position, where a spring 39 which presses against one end of the piston in the valve 16, this Brings piston into the.-1 switch position.

Die Bewegung der Nockenwelle aus der Grundstellung über den Winkel a oder ai hat zur Folge, tlaß die Maschinen beschleunigt werden, während bei umgekehrter Wellenbewegung diese Geschwindigkeit gedrosselt wird. Solange die Nockenprofile 20a und tob ihre Funktion ausAben, behalten die Ventile ihre Einstellung bei.The movement of the camshaft from the basic position over the angle a or ai has the consequence that the machines are accelerated, while with the reverse Wave movement this speed is throttled. As long as the cam profiles 20a and tob cease to function, the valves retain their setting.

Ill Fig. 3 ist (las Sperrstück 40 des Ventilkolbens von der üblichen zvlindrischen Form. Die Schuhkolben 41 sind finit dem Teil 4o fest verbunden. Indessen kann das Sperrstück, wie man aus Fig. 9 ersieht, auch als doppelkonisches Teil 40a ausgebildet sein, wobei die Einsatzbüchsen 42 des Ventils geeignete. Ventilsitze für den erweiterten Teil 40a aufweisen und/oder fest angeordnete Kolben 4ia an Stelle der beweglichen Kolben 41 (Fig. 3) Verwendung finden. Die festen Kolben 4ia erstrecken sich in Bohrungen des Ventilschiebers. Wie man aus Fig. 9 ersieht, sind die Kolben 41a durch konische Packungen 43 abgedichtet. Das gleiche gilt für die Kolbelistangen des Ventils i5 (Fig. 2) und 16 (F ig. 4).III Fig. 3 is (read the locking piece 40 of the valve piston from the usual cylindrical shape. The shoe pistons 41 are firmly connected to the part 4o. Meanwhile The locking piece, as can be seen from FIG. 9, can also be used as a double-conical part 40a be formed, the insert sleeves 42 of the valve suitable. Valve seats for the enlarged part 40a and / or fixed piston 4ia in place the movable piston 41 (FIG. 3) are used. The solid pistons 4ia extend in the bores of the valve slide. As can be seen from Fig. 9, the pistons are 41a sealed by conical packings 43. The same applies to the Kolbelistangen of valve i5 (Fig. 2) and 16 (Fig. 4).

Mit Hilfe der Absperrventile io und 13 (Fig. i) kann jede 'Maschine und ihre Pumpe einzeln angehalten werden, während die übrigen Maschinen und Pumpen weiterlaufen. Ebenso lassen sich infolge der Kupplungen 7 und der Absperrventile die Maschinen und/oder Pumpen zur Reparatur,'Überholung oder zum Ersatz einzeln ausbauen, ohne daß es notwendig wäre, die Anlage im ganzen stillzusetzen.With the help of the shut-off valves io and 13 (Fig. I) each machine and its pump can be stopped individually while the other machines and pumps continue to run. Likewise, as a result of the clutches 7 and the shut-off valves, the machines and / or pumps can be individually removed for repair, overhaul or replacement, without it being necessary to shut down the system as a whole.

Um die Verwendung eines unzweckmäßig großen hydraulischen Hochdruckmotors zu vermeiden, könnten nach der Erfindung auch zwei oder mehr Hochdruckmotoren zum Antrieb des beweglichen Teiles Tiber Getriebe benutzt werden, wobei jeder der Motoren von einem besonderen Pumpen- und ?Maschinenaggregat aus mit Druckflüssigkeit versorgt wird. Auch könnten mehrere hydraulische llochdruckmotoren parallel von einer Hauptleitung aus versorgt werden, auf welche alle Pumpen, die je einen Teil der Gesamtleistung liefern, arbeiten. Im letzteren Fall ließe sich ein gemeinsames Verteilerventil und Motorsteuerventil verwenden, wogegen bei der erstgenannten Variation die Verteiler-@-entile und @fotorsteuerventile der Einzelaggregate in geeigneter Weise gekuppelt werden müssen.The use of an inappropriately large high pressure hydraulic motor to avoid, according to the invention, two or more high-pressure engines for Driving the moving part Tiber gearboxes are used, each of the motors Supplied with hydraulic fluid from a special pump and machine unit will. Several hydraulic pressure motors could also run in parallel from one main line are supplied from, to which all pumps, each a part of the total output deliver, work. In the latter case, a common distributor valve could be used and engine control valve, whereas in the first-mentioned variation use the distributor - @ - valves and @photor control valves of the individual units are coupled in a suitable manner have to.

Claims

PATENT CLAIMS: i. .- # iitriebsanlage, especially for ships, with hydraulic power transmission, which consists of any number of internal combustion engines, preferably diesel engines, driven high-pressure pumps and a hydraulic motor, which the machine, z. B. a Schiffssohrau @ be, drives, the full power of each pump corresponds to a partial power of the engine, characterized in that all control pulses necessary to drive the system (reversing, starting, power control) by a central control device (18 to 22) in the Way be given that an adjustment of the hydraulic control valves (17, 19) takes place only when the system is idling.

2. Control device for a drive system according to claim i, characterized in that the central control is by a camshaft (21) takes place.

3. Control device according to claim i and 2, characterized in that that at least one cam (2o) of the camshaft (21) via a linkage (23) controls the speed controller the internal combustion engine (5) influenced for the purpose of power control.

4. Control device according to claims i and 2, characterized in that another cam (i9) of the camshaft (21) controls a hydraulic starter valve (16) for the hydraulic motor.

5. Control device according to claim 4, characterized in that the starter valve (16) is designed as a relieved piston valve and the hydraulic fluid in the stop position switches to a return line (28) while it is in the operating position via the Motor reversing valve (17) is switched to the hydraulic drive motor (3).

6. Control device according to claim i and 2, characterized" that a third cam (i8) actuates a pilot valve (1s) through which the necessary to change the direction of rotation of the hydraulic motor (3) as a piston valve trained reversing valve (i7) is reversed hydraulically.

7. Control device according to claims t to 6, characterized in that the cams (i

8 Abis 20) on the Camshaft (2i) are arranged so that the cam (i8) for the pilot valve (1s) first causes the reversing of the engine reversing valve (i7), then the cam (t9) for the starter valve (r6) the switching of the pressure medium via the reversing valve (r7) on the hydraulic motor (3) and finally the cam or cams (2o) for adjust the speed control of the drive machines (5) to the desired output. B. Control device according to claim i to 7, characterized in that the motor am control valve (i7) is a piston valve with three locking hatches, of which the middle locking part (40a), which separates the inlet and outlet (34, 35) 'of the hydraulic motor (3), as a valve disc is formed and is in the two end positions of the piston valve against in the piston valve sleeve (¢ 2) has incorporated valve seats.

9. Propulsion system according to claims t to 8, characterized in that for driving the working machine (24) two or more high pressure hydraulic motors are provided.