EP0217049A2 - Schiffsantriebssystem - Google Patents

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EP0217049A2
EP0217049A2 EP86110464A EP86110464A EP0217049A2 EP 0217049 A2 EP0217049 A2 EP 0217049A2 EP 86110464 A EP86110464 A EP 86110464A EP 86110464 A EP86110464 A EP 86110464A EP 0217049 A2 EP0217049 A2 EP 0217049A2
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Heinrich Schmid
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Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a ship propulsion system, in particular for a passenger ship, in which the propulsion system has at least one propeller shaft provided with an adjustable propeller, which is directly coupled to a slow-running two-stroke diesel engine as the prime mover, with at least two driving a generator for generating the electrical energy Auxiliary diesel engines are provided.
  • the required top speed is considerably higher than the maximum cruise speed required. This top speed is only used in exceptional cases; however, the drive systems must be designed for the top speed, which results in oversizing and thus a relatively poor use of the installed engine power.
  • the object of the invention is to improve the use of the total power installed on the ship in the form of diesel engines. This object is achieved with the present invention in that an electric motor / generator is provided between the electrical system and each drive diesel engine, which takes power from the electrical system and passes it on to the drive shaft via the crankshaft of the drive diesel engine or the excess drive power transfers to the electrical system.
  • the drive motor (s) can be designed so that - taking into account a safety margin - with, for example, 90% of its maximum output, it only provides the output required at the maximum cruising speed required, i.e. a basic load of the propulsion output, while higher ship speeds or Drive power is taken from the motor / generator, which is preferably arranged in series with the drive shaft and the drive diesel engine, from the redundant power reserve of the electrical system.
  • the directly coupled two-stroke diesel engine provides a drive system that is characterized by low fuel consumption, lower maintenance costs and the elimination of transmission losses.
  • the drive system shown in FIG. 1 has two drive shafts 1, at the ends of which an adjustable propeller 2 is arranged.
  • the drive shafts 1 are connected directly to a drive diesel engine 3 of the slow-running two-stroke engine type; Of course, instead of two drive shafts 1, only one or more can be provided.
  • Each of these generators 5 is driven by its own auxiliary engine 6, which consists of a medium-speed or high-speed four-stroke engine.
  • the power installed with these motors is so great that the demand for electrical energy can be met several times, for example 1.25 to 1.5 times.
  • two motor / generators 7 are connected to the vehicle electrical system 4, which in FIG. 1 are connected to the crankshaft 9 of the drive diesel engine 3 via a reduction gear 8 - and directly in FIG. 2, an elastic one in FIG Clutch 10 enables mechanical separation of the motor / generators 7 from the crankshaft.
  • the drive motors 3 are designed so that they with about 90% ensure their maximum performance is kept to the maximum required cruising speed.
  • the drive motors 3 alone can no longer cover the power requirement between the points ll and l2 in the left part of FIG. 3 for the speed range B.
  • the motor / generators 7 are additionally connected to the crankshaft 9 as motors in this area.
  • the drive power at point 11 is assigned a speed of the crankshaft (point l3) which corresponds to the synchronous speed n S of the motor / generator 7 (FIG. 2) or corresponds ( Fig. L).
  • the conventional conventional speed control of the drive motors 3 is now designed so that this synchronous speed is kept constant even with a further increase in output and an increase in the required output is taken into account in a known manner by changes in the pitch of the variable-pitch propeller blades 2. In this way, the power required for maximum ship speeds l2 is achieved at point 14, the power requirement C being applied by the electric motor / generators 7 or by the electrical system 4.

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Abstract

Als Antriebsmotor (3) für ein Fahrgastschiff ist ein langsamlaufender Dieselmotor vorgesehen, der mit der Antriebswelle (l) direkt gekuppelt ist; diese ist mit einem Verstellpropeller (2) versehen.
Der Antriebsmotor (3) ist so ausgelegt, dass er die Antriebsleistung für die maximal benötigte Reisegeschwindigkeit deckt. Für den darüberhinaus gehenden Leistungsbedarf zum Erreichen der Spitzengeschwindigkeit ist in Serie mit dem Motor (3) ein elektrischer Motor/Generator (7) vorgesehen, der von der Leistungsreserve des elektrischen Bordnetzes (4) gespeist wird. Die Erzeugung der elektri­schen Energie erfolgt durch mehrere mittelschnell- oder schnell-laufende Viertakt-Motoren (6). Diese sind leistungs­mässig so ausgelegt, dass im Bordnetz (4) ein hoher Ueberschuss an Leistungskapazität gegenüber dem Bedarf besteht.
Durch das neue Antriebssystem wird die installierte Motoren­leistung besser genutzt als bei Systemen, bei denen der Antriebsmotor (3) für den Leistungsbedarf bei der Spitzen­geschwindigkeit ausgelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schiffsantriebssystem, insbe­sondere für ein Fahrgastschiff, bei welchem Antriebssystem mindestens eine mit einem Verstellpropeller versehene An­triebswelle vorhanden ist, die mit einem langsamlaufenden Zweitakt-Dieselmotor als Antriebsmaschine direkt gekuppelt ist, wobei für die Erzeugung der elektrischen Energie minde­stens zwei je einen Generator antreibende Hilfsdieselmo­toren vorgesehen sind.
  • Für Fahrgastschiffe, insbesondere für Kreuzfahrtschiffe, liegt die geforderte Spitzengeschwindigkeit erheblich über der maximal benötigten Reisegeschwindigkeit. Diese Spitzen­geschwindigkeit wird nur in Ausnahmefällen in Anspruch ge­nommen; die Antriebssysteme müssen jedoch für die Spitzen­geschwindigkeit ausgelegt werden, was eine Ueberdimensionierung und dadurch eine relativ schlechte Nutzung der installierten Motorenleistung zur Folge hat.
  • Andererseits wird aus Sicherheitsgründen für die Erzeugung der erforderlichen elektrischen Energie erheblich mehr motorische Leistung zur Verfügung gestellt als notwendig, wobei die dafür erforderliche Motorenleistung ausschliesslich von mittelschnell- oder schnell-laufenden Hilfsmotoren erzeugt wird. Der installierte Leistungsüberschuss kann dafür beispielsweise 3O - 4O % betragen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nutzung der auf dem Schiff in Form von Dieselmotoren installierten Gesamt­leistung zu verbessern. Diese Aufgabe wird mit der vor­liegenden Erfindung dadurch gelöst, dass zwischen dem elektrischen Bordnetz und jedem Antriebs-Dieselmotor ein elektrischer Motor/Generator vorgesehen ist, der aus dem Bordnetz Leistung entnimmt und über die Kurbelwelle des Antriebs-Dieselmotors an die Antriebswelle weitergibt oder der überschüssige Antriebsleistung an das Bordnetz abgibt.
  • Auf diese Weise kann der oder die Antriebsmotoren so ausgelegt werden, dass er - unter Berücksichtigung einer Sicherheitsmarge - mit beispielsweise 9O % seiner Maximal­leistung lediglich die bei der meistens benötigten maxima­len Reisegeschwindigkeit erforderliche Leistung, also eine Grundlast der Antriebsleistung, aufbringt, während höhere Schiffsgeschwindigkeiten bzw. Antriebsleistungen von dem vorzugsweise in Serie mit der Antriebswelle und dem Antriebs-­Dieselmotor angeordneten Motor/Generator aus der redundanten Leistungsreserve des elektrischen Bordnetzes entnommen wird.
  • Für den meistens benötigten Geschwindigkeitsbereich steht somit mit dem direkt gekuppelten Zweitakt-Dieselmotor ein Antriebssystem zur Verfügung, das sich durch einen geringen Brennstoffverbrauch, geringere Wartungskosten und durch den Wegfall von Uebertragungsverlusten auszeichnet.
  • Bei Verwendung einer Synchron-Maschine als Motor/Generator ist es zweckmässig, nach Erreichen der Synchron-Drehzahl Leistungssteigerungen für die Antriebsleistung, d.h. für erhöhte Schiffsgeschwindigkeiten, ausschliesslich durch Verändern der Steigung der Verstellpropeller-Flügel zu bewirken.
  • Es kann zweckmässig sein, bei einem bestimmten Leistungs­überschuss infolge geringer Schiffsgeschwindigkeit die Drehzahl bis zur Synchron-Drehzahl des Motor/Generators zu erhöhen, ohne die für den Antrieb zur Verfügung zu stellende Leistung zu steigern, indem die Steigung der Verstellpropeller-Flügel verändert wird. Der bei der Synchron-Drehzahl vorhandene Leistungsüberschuss des Antriebsmotors wird dann von dem Motor/Generator in elektrische Energie umgesetzt und dem Bordnetz zur Ver­fügung gestellt. Die Leistung der Generator/Diesel-Motoren kann dann reduziert werden. Es kann dadurch mit dem ökonomischen Zweitakt-Dieselmotor elektrische Energie er­zeugt werden.
  • Zu diesem Zweck ist es möglich, einen langsamdrehenden Motor/Generator direkt auf die Kurbelwelle des Antriebs­motors zu schalten. Werden die Abmessungen der dafür be­nötigten elektrischen Maschinen zu umfangreich, so kann stattdessen zwischen Antriebsmotor und Motor/Generator ein Untersetzungsgetriebe eingebaut sein. Es ist dann zwischen Getriebe und Antriebsmotor eine elastische Schaltkupplung vorzusehen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­beispiels näher erläutert.
    • Fig. l ist eine schematische Darstellung des neuen Antriebssystems;
    • Fig. 2 gibt als Ausschnitt eine Variante von Fig. l wieder;
    • Fig. 3 ist eine diagrammartige Darstellung, bei der als Ordinate die geforderte Antriebsleistung P und als Abszisse links die Schiffsgeschwindig­keit vS und rechts die Drehzahl der Kurbel­welle nK des Antriebsmotors aufgetragen sind.
  • Das in Fig. l gezeigte Antriebssytem hat zwei Antriebs­wellen l, an deren Enden je ein Verstellpropeller 2 ange­ordnet ist. Die Antriebswellen l sind direkt mit je einem Antriebs-Dieselmotor 3 vom Typ eines langsamlaufenden Zweitakt-Motors verbunden; selbstverständlich können statt zwei Antriebswellen l auch nur eine oder mehrere vorgesehen sein.
  • Für die Speisung des elektrischen Bordnetzes, das durch eine Sammelschiene 4 symbolisch dargestellt ist, sind vier - oder mehr - Generatoren 5 vorgesehen. Jeder dieser Generatoren 5 ist von einem eigenen Hilfsmotor 6 ange­trieben, der in einem mittelschnell- oder schnell-laufenden Viertakt-Motor besteht. Die mit diesen Motoren installierte Leistung ist so gross, dass der Bedarf an elektrischer Energie mehrfach, beispielsweise l,25- bis l,5-fach, gedeckt werden kann.
  • Erfindungsgemäss sind an das Bordnetz 4 zwei Motor/Generatoren 7 angeschlossen, die in Fig. l über ein Untersetzungsgetriebe 8 - und in Fig. 2 direkt - mit der Kurbelwelle 9 des Antriebs-Dieselmotors 3 in Verbindung stehen, wobei in Fig. l eine elastische Schaltkupplung lO eine mechanische Trennung der Motor/Generatoren 7 von der Kurbelwelle ermöglicht. Wie bereits beschrieben, sind die Antriebsmotoren 3 so ausgelegt, dass sie mit etwa 9O % ihrer maximalem Leistung die Einhaltung der maximal benötigten Reisegeschwindigkeit sicherstellen.
  • Diese Leistung entspricht dem Punkt ll im linken Diagramm der Fig. 3. Somit wird der Bereich A an Schiffsgeschwindig­keiten von den Antriebsmotoren allein abgedeckt, wobei mit Vorteil beispielsweise Leistungsanpassungen durch Drehzahl-Aenderungen erreicht werden.
  • Den Leistungsbedarf zwischen den Punkte ll und l2 im linken Teil der Fig. 3 für den Geschwindigkeitsbereich B können die Antriebsmotoren 3 allein nicht mehr decken. Erfindungs­gemäss werden in diesem Bereich die Motor/Generatoren 7 als Motoren zusätzlich auf die Kurbelwelle 9 aufgeschaltet.
  • Wie der rechte Teil von Fig. 3 erkennen lässt, ist der Antriebsleistung im Punkt ll eine Drehzahl der Kurbelwelle (Punkt l3) zugeordnet, die mit der Synchron-Drehzahl nS des Motor/Generators 7 übereinstimmt (Fig. 2) bzw. korres­pondiert (Fig. l).
  • Die an sich konventionelle Drehzahlregelung der Antriebs­motoren 3 ist nun so ausgebildet, dass diese Synchron-­Drehzahl auch bei weiterer Leistungssteigerung konstant beibehalten wird und einer Steigerung der geforderten Leistung durch Aenderungen der Steigung der Verstell­propellerflügel 2 in bekannter Weise Rechnung getragen wird. Auf diese Weise wird im Punkt l4 die für maximale Schiffsgeschwindigkeiten l2 notwendige Leistung erreicht, wobei der Leistungsbedarf C von den elektrischen Motor/­Generatoren 7 bzw. vom Bordnetz 4 aufgebracht wird.
  • Wie bereits erwähnt, kann man bei erheblichen Wirkungs­grad-Unterschieden zwischen den verwendeten Zweitakt- und Viertakt-Motoren 3 bzw. 6 bei niedrigen Schiffsge­schwindigkeiten, beispielsweise im Punkt l5 bzw. l6 der Diagramme nach Fig. 3, von der drehzahlabhängigen Leistungsregelung auf die Propellerschaufel-Regelung übergehen und gleichzeitig die Drehzahl vom Wert n₁ auf den Wert nS steigern. Die von den Antriebsmotoren 3 dann vorhandene Leistungsreserve im Bereich D wird von den Motor/Generatoren 7 als elektrische Energie in das Bordnetz 4 eingespeist.

Claims (6)

1. Schiffsantriebssystem, insbesondere für ein Fahrgast­schiff, bei welchem Antriebssystem mindestens eine mit einem Verstellpropeller versehene Antriebswelle vorhanden ist, die mit einem langsamlaufenden Zweitakt-Dieselmotor als An­triebsmaschine direkt gekuppelt ist, wobei für die Erzeugung der elektrischen Energie mindestens zwei je einen Generator antreibende Hilfsdieselmotoren vorgesehen sind, dadurch ge­kennzeichnet, dass zwischen dem elektrischen Bordnetz (4) und jedem Antriebs-Dieselmotor (3) ein elektrischer Motor/­Generator (7) vorgesehen ist, der aus dem Bordnetz (4) Leistung entnimmt und über die Kurbelwelle (9) des Antriebs-Diesel­motors (3) an die Antriebswelle (l) weitergibt, oder der überschüssige Antriebsleistung an das Bordnetz (4) abgibt.
2. Antriebssystem nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebs-Dieselmotor (3) und dem Motor/­Generator (7) ein Untersetzungsgetriebe (8) vorgesehen ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebs-Dieselmotor (3) und dem Motor/­Generator (7) ein Schaltkupplung (lO) vorgesehen ist.
4. Antriebssystem nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor/Generator (7) und der Antriebs-Dieselmotor (3) bezüglich der zugehörigen Antriebswelle (l) in Serie ange­ordnet sind.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche l - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor/Generator (7) eine Synchron-Maschine ist.
6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche l - 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Synchron-Drehzahl (nS) des Motors/Generators (7) eine Leistungsänderung über eine Verstellung der Schaufeln des Verstellpropellers (2) erfolgt.
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