DK149479B - Apparat til kompensation af frie momenter fra massekraefter i en forbraendingsmotor, der tjener som fremdrivningsmaskine i et skib - Google Patents

Description

i 149479

Opfindelsen angår et apparat til kompensation af frie momenter fra massekræfter i en forbrændingsmotor, der tjener som hovedmotor eller fremdrivningsmaskine i et skib, hvilket apparat har mindst én roterende 5 svingmasse med tilhørende drivmotor anbragt i langskibs afstand fra forbrændingsmotoren, samt synkroniseringsmidler til styring af drivmotorens omdrejningstal og fasevinkel i afhængighed af forbrændingsmotorens omdrejningstal og fasevinkel.

10 Med stigende brændselsoliepriser og arbejdsløn ninger er der en tendens til at foretrække relativt langsomtgående hovedmotorer, såkaldte langslagsmotorer, med lille cylinderantal, typisk fra 4 til 6, til skibsfremdrivning. Det lave omdrejningstal giver 15 en forbedret driftøkonomi blandt andet på grund af højere motor- og propellervirkningsgrad, og det lille cylinderantal giver mindre vedligeholdelsesarbejde.

Motorer med få cylindre har imidlertid store frie momenter af første og/eller anden orden fra de oscil-20 lerende masser, og til hel eller delvis udligning af disse momenter, som kan fremkalde farlige eller i hvert fald ubehagelige bøjningssvingninger i skibsskroget, er det kendt at forsyne motoren med moment-kompensatorer, som hver har to modroterende sving-25 masser, hvis omdrejningstal er henholdsvis lig med hovedmotorens omdrejningstal eller dobbelt så stort.

Der kendes også fra en japansk publikation "Hull Girder Flexural Vertical Vibration Caused By 2nd Order Unbalanced Moment Of Diesel Main Engine" dateret 30 august 1978 og publiceret af ISHIKAWAJIMA-HARIMA HEAVY INDUSTRIES CO. LTD., et apparat, som anbringes i passende langskibs afstand fra hovedmotoren, og som har en elektromotordrevet enkelt svingmasse, der roterer om en tværskibsakse og med dobbelt omdrejningstal, 35 hvorved den frembringer en pulserende lodret massekraft, som kan reducere motorens anden ordens momenter.

2 U9479

Sidstnævnte kendte apparat har den ulempe, at elektromotoren og det tilhørende styresystem må være meget kraftigt dimensioneret, fordi motorens effekt skal være tilstrækkelig til at accelerere eller afbrem-5 se den roterende svingmasse i takt med hovedmotorens stigende eller faldende omdrejningstal, dersom svingmassen skal virke efter sin hensigt, ikke blot ved konstant omdrejningstal af hovedmotoren, men også under dennes acceleration eller deceleration. Hjælpe-10 maskineriet til skibets elektriske kraftforsyning må derfor dimensioneres til en tilsvarende forøget maksimumeffekt. Hertil kommer, at det er nødvendigt at indbygge et reduktionsgear mellem elektromotoren og svingmassen, hvilket forøger både prisen og plads-15 behovet for apparatet. De nævnte ulemper forstærkes yderligere ved langsomtgående hovedmotorer, fordi erfaringen viser, at massekræfterne pr. cylinder og dermed også disses momenter ved en given cylindereffekt og cylinderdiameter er stort set de samme uanset 20 motorens nominelle omdrejningstal, fordi et lavere omdrejningstal betinger større slaglængde og dermed en forøgelse af de oscillerende masser. Massekraften fra en roterende svingmasse i kompensatoren er derimod proportional med anden potens af omdrej-25 ningstallet, og lavere motoromdrejningstal kræver derfor en tungere og større svingmasse. Også fordringen om en lav egenuregelmæssighedsgrad af apparatet nødvendiggør et højt masseinertimoment og dermed en høj disponibel effekt til variation af omdrejnings-30 tallet.

Med henblik på at afhjælpe de påpegede ulemper er apparatet ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at svingmassens eller -massernes drivmotor er en volumetrisk hydraulisk motor, som gennem en frem-35 løbs- og en returledning er koblet til en volumetrisk hydraulisk pumpe, der er drevet fra forbrændingsmotoren .

149479 3

Herved opnås en væsentlig forenkling og billiggørelse af apparatet. Da apparatets ovenfor omtalte høje effektforbrug kun optræder ved acceleration og ved deceleration af svingmassen, medens forbruget ved 5 konstant omdrejningstal er langt mindre, kan effekten uden vanskelighed leveres af hovedmotoren i de korte perioder, hvor det er aktuelt, eftersom denne motor på grund af sin mange gange højere nominelle ydelse råder over den nødvendige kraftreserve. Det er der-10 for unødvendigt at forøge skibets hjælpemaskineri og elektriske generatorer. Den krævede fasesynkronisering mellem hovedmotoren og svingmassen lader sig også nemt opnå med den direkte ledningsforbindelse mellem svingmassens drivmotor og den af hovedmotoren 15 drevne pumpe. Den hydrauliske motor kan udføres med væsentlig mindre dimensioner end en elektromotor, og den kan dimensioneres til at præstere den krævede udgangseffekt ved lavt omdrejningstal, således at den kan kobles direkte uden reduktionsgear til svingmassen, 20 hvilket også formindsker apparatets pladsbehov. Det vil derfor være praktisk gennemførligt at udføre apparatet til at kompensere for første ordens momenter, som især optræder ved firecylindrede totaktsmotorer, hvilket næppe lader sig gøre med det kendte, 25 elektromotordrevne apparat på grund af svingmassens lave omdrejningstal.

Den hydrauliske pumpe kan med fordel være koblet til forbrændingsmotorens styreaksel, hvilket medfører den fordel, at apparatet ved optrædende behov 30 let kan tilføjes til et eksisterende fremdrivningsan-læg, fordi der ikke kræves nogen større indgreb i hovedmotoren, som derfor heller ikke behøver være specielt forberedt til påbygning af pumpen.

I en foretrukket udførelsesform er drivmotoren 35 en radialstempelmotor,som kan kobles direkte til den roterende svingmasse, fordi denne motortype er 149479 4 velegnet til at levere et højt drejningsmoment ved lavt omdrejningstal af dens udgangsaksel.

Drivmotoren kan rotere med samme omdrejningstal som forbrændingsmotoren og gennem en 1:2 udveksling 5 trække en yderligere svingmasse. Herved kan man med samme apparat frembringe to pulserende lodrette kræfter til kompensering af henholdsvis første og anden ordens momenter.

Svingmassens eller svingmassernes drejningsak-10 ser kan på kendt måde forløbe i tværskibsretning, hvorved man som ovenfor omtalt kan opnå en tilfredsstillende reduktion af de frie momenter fra hovedmotorens massekræfter med en enkelt svingmasse for hvert af de momenter, hvis indflydelse på skibsskro-15 get ønskes dæmpet.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til den skematiske tegning, på hvilken fig. 1 viser et længdesnit gennem agterdelen 20 af et skib udstyret med en udførelsesform for appa-ratet ifølge opfindelsen, og fig. 2 et snit gennem en ændret udførelsesform for en momentkompensator,der kan benyttes i et apparat ifølge opfindelsen.

25 I fig. 1 ses den agterste ende af et skib 1, 1 hvis maskinrum en firecylindret totaktsdieselmotor 2 er opstillet som fremdrivningsmaskine for skibet.

Motorens skematisk viste krumtapaksel 3 er gennem en kobling 4 forbundet med skibets propelleraksel 30 5. Fig. 1 viser endvidere motorens styreaksel 6, som bærer ikke viste knaster til aktivering af motorens brændselspumper og eventuelle ventiler i motorcylindrene. Styreakslen trækkes fra krumtapakslen 3 gennem et kædetræk 7.

35 Agten for maskinrummet, f.eks. i skibets styre maskinrum, er en momentkompensator 8 ifølge opfin- 149479 5 delsen opstillet. Som det vil fremgå af den følgende beskrivelse, frembringer kompensatoren 8 en i takt med motoren 2's massekræfter pulserende lodret kraft, som ved passende styring af kraftens fasevinkel 5 modvirker de svingninger, som motoren 2's frie momenter genererer i skibsskroget. Placeringen af kompensatoren 8 ude agter er fordelagtig ved, at skrogets svingningsform på dette sted har en høj amplitude.

10 Den omtalte pulserende kraft frembringes af en sidetung svingmasse 9, som er fastgjort til en i kompensatorens hus drejeligt lejret aksel 10, der forløber i skibets tværskibsretning. Akslen 10 drives direkte af udgangsakslen 11 af en hydraulik-15 motor 12, fortrinsvis en radialstempelmotor. For overskuelighedens skyld er motoren 12 i fig. 1 vist foran kompensatoren 8, men normalt vil den være sammenbygget med kompensatoren, og de to aksler 10 og 11 vil være koaksiale.

20 Hovedmotorens styreaksel 6 er direkte koblet til en hydraulikpumpe 13, som også fortrinsvis er af radialstempeltypen, og pumpen 13 er forbundet med motoren 12 i et lukket kredsløb, som indbefatter en fremløbsledning 14 og en returledning 15 for 25 hydraulikvæske. Det vil forstås, at det hydrauliske kredsløb indbefatter forskellige ikke viste komponenter, eksempelvis en tank, en trykakkumulator og passende organer til kompensation for lækage fra kredsløbet, for termiske volumenændringer af hydraulik-30 væsken etc.

Det hydrauliske kredsløb indbefatter endvidere organer til nøjagtig fasesynkronisering af pumpen 13's og motoren 12's rotation, og disse styreorganer er i fig. 1 vist rent skematisk ved hjælp af en 35 giver 16 på pumpen 13 og en styreledning 17 fra giveren til motoren 12.

149479 6

Som vist i fig. 1, hvor svingmassen 9's omdrejningstal er lig med omdrejningstallet for styreakslen 6 og dermed også for krumtapakslen 3, frembringer kompensatoren 8 en kraftpåvirkning, som kan 5 kompensere for motoren 21 s første ordens momenter.

I anlæg, hvor det først og fremmest er ønskeligt at kompensere anden ordens momenter, kan et tilsvarende anlæg med en enkelt svingmasse 9 anvendes, idet man da udfører det hydrauliske kredsløb således, at 10 svingmassens drivmotor roterer med dobbelt så højt omdrejningstal som motorens krumtapaksel.

Pig. 2 anskueliggør en kompensator, som med en enkelt hydraulisk drivmotor og tilsvarende en enkelt hydraulikpumpe på forbrændingsmotoren kan kom-15 pensere både første og anden ordens momenter. Kompensatoren ifølge fig. 2 har et hus 21, der er bygget sammen med en hydraulisk drivmotor 22, på hvis udgangsaksel 23 en i huset 21 roterende svingmasse 24 er direkte fastgjort. Akslen 23 bærer end-20 videre et tandhjul 25, som indgriber med et halvt . så stort tandhjul 26, der er fastgjort til en i huset 21 lejret aksel 27, som også bærer en yderligere svingvægt 28.

Hydraulikmotoren 22 indgår i et hydraulisk 25 kredsløb, der svarer til det i fig. 1 anskueliggjor-te, hvorved dens udgangsaksel 23 roterer synkront med forbrændingsmotorens krumtapaksel og med den korrekte fasevinkel i forhold til bevægelsen af forbrændingsmotorens oscillerende masser. Svingmasser-30 ne 24 og 28 roterer derfor med henholdsvis samme omdrejningstal som forbrændingsmotorens krumtapaksel og med det dobbelte omdrejningstal, og svingmasserne frembringer derved pulserende kræfter, der kan kompensere henholdsvis første og anden ordens momenter 35 fra forbrændingsmotorens massekræfter.

Opfindelsesidéen kan også realiseres i et apparat 149479 7 til kompensation af pulserende kræfter, som frembringes af skibets propeller. Et sådant apparat kan have en særskilt hydraulisk drivmotor, som fødes fra den af hovedmotoren drevne hydraulikpumpe. Alternativt kan 5 der i et apparat som beskrevet ovenfor, dvs. med en eller to svingmasser til kompensation af hovedmotorens frie momenter, indbygges en yderligere svingmasse, der drives af samme hydraulikmotor som den eller de andre svingmasser gennem et gear, hvis ud-10 vekslingsforhold svarer til forholdet mellem propellerkræfternes frekvens og hydraulikmotorens omdrejningstal.

Det vil uden videre indses, at den pumpe, som føder drivmotoren for den eller de roterende sving-15 masser, i samtlige ovenfor beskrevne og omtalte varianter kan drives fra en vilkårlig aksel i hovedmotoren, altså specielt også fra dennes krumtapaksel eller fra en mellemaksel i trækket til styreakslen.