EP0249208A1 - Schiffsantriebsanlage mit zwei Verstellpropellern - Google Patents

Schiffsantriebsanlage mit zwei Verstellpropellern Download PDF

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EP0249208A1
EP0249208A1 EP87108374A EP87108374A EP0249208A1 EP 0249208 A1 EP0249208 A1 EP 0249208A1 EP 87108374 A EP87108374 A EP 87108374A EP 87108374 A EP87108374 A EP 87108374A EP 0249208 A1 EP0249208 A1 EP 0249208A1
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H23/10—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit
    • B63H23/18—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit for alternative use of the propulsion power units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • B63H3/10—Propeller-blade pitch changing characterised by having pitch control conjoint with propulsion plant control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller

Definitions

  • the invention relates to a ship propulsion device with at least two motors for driving two variable propellers and at least two auxiliary machines, each propeller being assigned a gear block.
  • Ships that require the greatest propulsion power for short periods of time, but are operated with less than 50% power or less than 70% of the possible ship speed during long periods of operation, are predominantly equipped with two or four engines.
  • Ship types of this type include, for example, supply ships, cruise ships, passenger ships and tugs. Of all the engines, only two are predominantly in operation.
  • Power take-offs for example for generators, can also only be driven by the control and port machine assigned to them.
  • the applicant has also proposed the installation of more than two motors with the same or different outputs, one half of which is assigned to a propeller. Both propellers can be driven by the motor or motors on one side of the propeller, even at the respective operational propeller speed. Under this condition, the driving profile can then be divided into several areas.
  • parallel operation of the generators (auxiliary machines) installed on each propeller side by one or both of the starboard or port engines was not possible. Despite this arrangement, it was also not possible to do without a clutch in the connecting block of the transmission blocks.
  • the invention is based on the object of designing a ship propulsion system according to the preamble of claim 1 in such a way that optimal use is made of the total installed power distributed to the individual drive motors, taking into account the very different driving profile of the ship, the engine and propeller characteristics and the different use of generators is guaranteed.
  • the invention as a solution to this problem is characterized in that a generator gear block, consisting of generators, which are connected in parallel by shafts via gear wheels and are connected in a slip-free manner, is arranged between the gear blocks, the generator gear block optionally having one of the motors -Propeller gear blocks, can be connected to both motor-propeller gear blocks for one or two driving motors or to both motor-propeller gear blocks for one or two driving motors and propellers switched off.
  • the invention offers the possibility of driving both propellers at an economical speed by means of a motor, using the propeller map and thus with the best efficiency.
  • the required partial output of the engine that is not connected to the generator transmission block can be driven in a fuel-efficient manner via the engine characteristic curve.
  • the entire drive system consists of two gear blocks arranged in mirror image.
  • the total installed power is distributed over two or four drive motors M I - M IV .
  • the gear blocks are interconnected by a generator gear block G1, W2, S4, W8, W9.
  • the clutches K 1 can also be placed according to FIGS. 1A, 3A into the transmission drive shafts W 2 of the connecting stages.
  • the connection of the generator gear block to the respective motor-propeller gear block is made via the clutch K1, connecting stages S3 and the shafts W1.
  • a motor is supposed to drive a propeller, its power is routed via the clutch K 1 into the generator gear block and additionally via the clutch K 2 into the associated propeller. In this case, the other motor drives only the assigned propeller via the activated clutch K2.
  • the starboard engine must be disconnected from the system.
  • the clutches belonging to the starboard engine K1 and K2 are switched off
  • the power of the port engine is transmitted in this case by switching on the port clutches K1, K3 and the starboard clutch K3.
  • FIGS. 3 and 3A in deviation from the device according to FIGS. 1 and 1A, two additional drive motors are provided, one for each side of the ship. They are the M II and M III motors. The additional motors are arranged so that they bring their performance directly into the same reduction step S1, which are already available for the motors M I and M IV .
  • the switching options and corresponding force profiles for the devices according to FIGS. 3 and 3A can be found in the table according to FIG.
  • the most economical machine combinations with power distributions can be determined for different power consumption of the two adjustable propellers or for different driving speeds, taking into account the pitch of the propeller blades, so that the system can be driven extremely energy-saving over the entire driving profile.

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Abstract

Es wird eine Schiffsantriebseinrichtung mit wenigstens zwei Motoren (MI, MIV) zum Antrieb zweier Verstellpropeller (W3) und wenigstens zweier Hilfsmaschinen beschrieben, bei welcher jedem Propeller ein Getriebeblock zugeordnet ist. Um zu ermöglichen, daß unabhängig von der Zuordnung der Einrichtungsteile, die von der Schiffskonstruktion und den Platzverhältnissen im Maschinenraum bestimmt wird, von jedem Getriebeblock die Generatoren parallel angetrieben werden können, ist zwischen den Getriebeblöcken ein Generatoren-Getriebeblock angeordnet, bei welchem die Generatoren durch Wellen und Zahnräder parallel geschaltet und schlupffrei verbunden sind. Der Generatoren-Getriebeblock kann wahlweise mit einem oder beiden Propeller-Getriebeblöcken verbunden werden

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schiffsantriebseinrichtung mit wenigstens zwei Motoren zum Antrieb zweier Verstellpropeller und wenigstens zweier Hilfsmaschinen, wobei jedem Propeller ein Getriebeblock zugeordnet ist.
  • Bei Schiffen mit sehr unterschiedlichen Fahrprofilen bezüg­lich Schiffsgeschwindigkeit, Manövrierfähigkeit und zugehö­rigem, sehr unterschiedlichen Elektroenergiebedarf ist eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Brennstof­fes für die Antriebsmotoren sowie deren Betriebsstunden je Fahrroute von größter Wichtigkeit.
  • Schiffe, die über kurze Zeiten größte Antriebsleistungen er­fordern, während langer Einsatzzeiten jedoch mit weniger als 50% Leistung oder weniger als 70% der möglichen Schiffsge­schwindigkeit betrieben werden, sind vorwiegend mit zwei oder vier Motoren ausgerüstet. Zu Schiffstypen dieser Art zählen beispielsweise Versorgungsschiffe, Kreuzfahrt-, Passagierschif­fe und Schlepper. Von allen Motoren sind überwiegend nur zwei Motoren im Betrieb.
  • Kennzeichnend für diese Anlagen ist, daß die Hälfte der in­stallierten Motoren jeweils einem Propellerstrang zugeordnet sind, so daß voneinander unabhängige Backbord- und Steuer­bordanlagen vorhanden sind.
  • Auch Nebenabtriebe, beispielsweise für Generatoren, sind nur von der ihnen zugeordneten Steuer- und Backbordmaschine antreibbar.
  • Durch die Anmelderin wurde auch die Installation von mehr als zwei Motoren mit gleichen oder unterschiedlichen Leistungen vorgeschlagen, von welchen jeweils eine Hälfte einem Propel­ler zugeordnet ist. Dabei können beide Propeller von dem oder den Motoren einer Propellerseite angetrieben werden, auch bei der jeweiligen betriebsbedingten Propellerdrehzahl. Unter dieser Voraussetzung kann dann das Fahrprofil in mehrere Bereiche unterteilt werden. Ein Parallelbetrieb der je Propel­lerseite installierten Generatoren (Hilfsmaschinen) durch einen oder beide der Steuerbord- oder Backbordmotoren war bis­her nicht mögich. Es war auch nicht möglich, trotz dieser Anordnung ohne eine Schaltkupplung im Verbindungsstrang der Getriebeblöcke auszukommen.
  • Es ist lediglich durch die niederländische Patentanmeldung 17 79 04 bei Kriegsschiffen mit Doppelschrauben und zwei An­triebsmotoren bekannt, eine der Antriebsmaschinen stillzu­setzen und die andere zum Antrieb beider Schrauben zu ver­wenden oder beide Antriebsmaschinen auf beide oder eine der Schrauben arbeiten zu lassen, un die Manövrierfähigkeit zu erhöhen. Erreicht werden diese Möglichkeiten durch die Ver­wendung von Verbindungsgetrieben zwischen den Antriebswellen der Antriebsmaschinen. Die Verbindungsgetriebe sind über Schaltkupplungen zu- oder abschaltbar. Diese Lösung läßt sich jedoch für Antriebsanlagen bei Doppelschraubern mit wenigstens zwei Antriebsmaschinen nicht verwenden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schiffsan­triebsanlage nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so zu gestalten, daß eine optimale Ausnutzung der gesamten installierten, sich auf die einzelnen Antriebsmotoren ver­teilenden Leistungen unter Berücksichtigung des sehr unter­schiedlichen Fahrprofils des Schiffes, der Motor- und Pro­pellerkennfelder und des unterschiedlichen Einsatzes von Ge­neratoren gewährleistet wird. Insbesondere soll es möglich sein, unabhängig von der Zuordnung der Einrichtungsteile, die von der Schiffskonstruktion und den Platzverhältnissen im Maschinenraum bestimmt wird, von jedem Getriebeblock die Generatoren parallel anzutreiben.
    Die Erfindung als Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich da­durch aus, daß zwischen den Getriebeblöcken ein Generatoren-­Getriebeblock, bestehend aus Generatoren, die durch Wellen über Zahnräder parallel geschaltet und schlupffrei verbunden sind, angeordnet ist, wobei der Generatoren-Getriebeblock wahlweise jeweils mit einem der Motoren-Propeller-Getriebe­blöcke, mit beiden Motor-Propeller-Getriebeblöcken bei ei­nem oder zwei treibenden Motoren oder mit beiden Motor-Pro­perller-Getriebeblöcken bei einem oder zwei treibenden Mo­toren und abgeschalteten Propellern verbindbar ist.
  • Weitere, die Erfindung vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung bietet die Möglichkeit, durch einen Motor beide Propeller mit ökonomischer Drehzahl anzutreiben und zwar un­ter Ausnutzung des Propellerkennfeldes und somit mit bestem Wirkungsgrad. Dabei kann die erforderliche Teilleistung des nicht mit dem Generatoren-Getriebeblock verbundenen Motors über die Motorkennlinie brennstoffgünstig gefahren werden.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 die Einrichtungsanordnung für die Übertragung der An­triebsleistungen von zwei Motoren (jeweils 1 Motor achsversetzt zu einem Propeller) mit einem Generato­ren-Getriebeblock auf zwei Propeller,
    • Fig. 1A die Anordnung gemäß Fig. 1, jedoch mit einer anderen Plazierung der Zuschaltkupplungen für den Generato­ren-Getriebeblock,
    • Fig. 2 tabellarische Übersichten für Fahrmöglichkeiten mit einer Antriebsanlage gemäß Figuren 1 und 1A,
    • Fig. 3 eine Antriebsanordnung wie Fig 1, jedoch mit einem zusätzlichen Antriebsmotor für jede Getriebeblock­seite,
    • Fig. 3A die Anordnung gemäß Fig. 3, jedoch mit einer anderen Plazierung der Zuschaltkupplungen für den Generatoren-­Getriebeblock,
    • Fig. 4 tabellarische Übersichten für Fahrmöglichkeiten einer Antriebsanordnung gemäß Fig 3 und 3A.
  • Die in den Figuren der Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen bedeuten im Einzelnen: MI, MII    Antriebsmotoren der Backbordseite
    MIII, MIV    Antriebsmotoren der Steuerbordseite
    K₁    Zuschaltkupplungen für den Genera­toren-Getriebeblock
    K₂, K₃    Schaltkupplungen der Getriebe­schaltstufen
    K₄    Schaltkupplungen zusätzlicher Antriebsmotoren
    W₁, W₂    Getriebeantriebswellen
    W₃    Propellerwellen
    W₄, W₅, W₆    Kupplungshohlwellen
    W₇    Hilfsmaschinenabtriebswelle
    W₈    Zwischenwelle
    W₉    Kegelradwelle
    S₁    Getriebestufe der Propellerwelle
    S₂    Verbindungsstufe zwischen den Kupp­lungen K₂, K₃
    S₃    Verbindungsstufe zwischen den Ge­triebeantriebswellen W₁, W₂
    S₄    Kegelradstufe zur Verbindung der Getriebeblöcke miteinander
    G₁    Stromgeneratoren als Hilfsmaschi­nen im Nebenantrieb
    K₆    nichtschaltbare Ausgleichskupplungen
    K₇    nichtschaltbare Ausgleichskupplungen an den Antriebsmaschinen MI bis MIV
  • Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1, 1A, 3 und 3A besteht die gesamte Antriebsanlage aus zwei spiegelbildlich angeordneten Getriebeblöcken. Die gesamte installierte Lei­stung ist auf zwei bzw. vier Antriebsmotoren MI - MIV ver­teilt.
  • Die Getriebeblöcke sind miteinander durch einen Generatoren-­Getriebeblock G₁, W₂, S₄, W₈, W₉ verbunden. Die Kupplungen K₁ können auch gemäß Figur 1A, 3A indie Getriebeantriebswel­len W₂ der Verbindungsstufen gesetzt werden.
    Die Zuschaltung des Generatoren-Getriebeblocks zu dem jewei­ligen Motor-Propeller-Getriebeblock erfolgt über die Schalt­kupplung K₁, Verbindungsstufen S₃ und die Wellen W₁. Sobald ein Motor einen Propeller antreiben soll, wird seine Leistung über die Kupplung K₁ in den Generatoren-Getriebeblock geleitet und zusätzlich über die Kupplung K₂ in den zugehörigen Propel­ler. In diesem Falle treibt der andere Motor über die zuge­schaltete Kupplung K₂ nur den zugeordneten Propeller an. Diese Schaltmöglichkeiten sind wechselweise möglich.
  • Falls einer der Motoren, beispielsweise der Backbordmotor sowohl beide Propeller als auch die Generatoren antreibt, muß der Steuerbordmotor vom System getrennt werden. In die­sem Falle sind die zum Steuerbordmotor gehörenden Schalt­kupplungen K₁ und K₂ ausgeschaltet
    Die Leistung des Backbordmotors wird in diesem Falle durch Einschalten der backbordseitigen Kupplungen K₁, K₃ und der steuerbordseitigen Kupplung K₃ übertragen. Diese Schaltmög­lichkeiten sind auch in umgekehrter Richtung, d. h. Antrieb beider Propeller und der Generatoren über den Steuerbordmotor und Trennen des Backboadmotors vom System möglich.
  • Sobald nur die Generatoren bei abgeschalteten Propellern be­ trieben werden sollen, genügt der Einsatz eines Motors, der lediglich durch Zuschalten der ihm zugeordneten Kupplung K₁ seine Leistung in den Generatoren-Getriebeblock gibt.
  • Die Schaltmöglichkeiten und entsprechenden Kraftverläufe für die Antriebsanlagen mit Kupplungsanordnung gemäß Figu­ren 1 und 1A können den Tabellen der Figur 2 entnommen wer­den.
  • In den Figuren 3 und 3A sind in Abweichung von der Einrich­tung nach den Figuren 1 und 1A zwei zusätzliche Antriebsmo­toren, für jede Schiffsseite einer, vorgesehen. Es sind die Motoren MII und MIII. Die zusätzlichen Motoren sind so ange­ordnet, daß sie ihre Leistungen unmittelbar in die gleiche Untersetzungsstufe S₁ bringen, die bereits für die Motoren MI bzw. MIV vorhanden sind.
    Die Schaltmöglichkeiten und entsprechenden Kraftverläufe für die Einrichtungen nach den Figuren 3 und 3A sind der Ta­belle gemäß Figur 4 zu entnehmen.
  • Mit den erfindungsgemäß ausgestalteten Antriebseinrichtungen können für verschiedene Leistungsaufnahmen der beiden Ver­stellpropeller bzw. für unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten die wirtschaftlichsten Maschinenkombinationen mit Leistungs­aufteilungen unter Berücksichtigung der Blattsteigungen der Propeller bestimmt werden, so daß die Anlage über das gesam­te Fahrprofil äußerste energiesparend gefahren werden kann.
  • Durch die erfindungsgemäße Einrichtung können größere Gene­ratorleistungen für einen Parallelbetrieb installiert werden. Ein Parallelbetrieb der Motoren beider Propellerseiten oder ein doppeltes elektrisches Bordnetz können vermieden werden.

Claims (7)

1. Schiffsantriebseinrichtung mit wenigstens zwei Motoren zum Antrieb zweier Verstellpropeller und wenigstens zweier Hilfsmaschinen, wobei jedem Propeller ein Getriebeblock zu­geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ge­triebeblöcken (W₁, W₃, S₁) ein Generatoren-Getriebeblock (W₂, S₄, W₈, W₉), bestehend aus Generatoren (G₁), die durch Wel­len (W₂, W₈, W₉) über Zahnräder (S₄) parallel geschaltet und schlupffrei verbunden sind, angeordnet ist, wobei der Genera­toren-Getriebeblock wahlweise
a) mit einem der Motoren-Propeller-Getriebeblöcke (W₁, W₃, S₁),
b) mit beiden Motoren-Propeller-Getriebeblöcken bei einem oder zwei treibenden Motoren, oder
c) mit beiden Motor-Propeller-Getriebeblöcken bei einem oder zwei treibenden Motoren und abgeschalteten Propel­lern verbindbar ist.
2. Schiffsantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß alle Getriebeblöcke innerhalb eines oder mehrerer Gehäuse über Verbindungswellen zu einer Einheit zu­sammengefaßt sind.
3. Schiffsantriebseinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungswelle (W₈, W₉) allseits verlagerungsfähig und schaltkupplungsfrei ausgebil­det ist.
4. Schiffsantriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschalt­kupplungen (K₁) für die Getriebeblöcke und die Schaltkupp­lungen (K₂, K₃) der Getriebeschaltstufen als Lastschaltkupp­lungen ausgebildet sind.
5. Schiffsantriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Ge­triebeantriebswellen (W₁) Zuschaltkupplungen (K₁) für die Generatoren-Getriebeblöcke und Schaltkupplungen (K₂) für die Getriebeschaltstufen angeordnet sind.
6. Schiffsantriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den auf den Getriebeantriebswellen (W₂) für die Generato­ren und Propeller angeordneten Schaltkupplungen (K₃) der Getriebeschaltstufen Zuschaltkupplungen (K₁) für den Genera­toren-Getriebeblock angeordnet sind.
7. Schiffsantriebseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Motor-­Propeller-Getriebeblock ein weiterer Antriebsmotor (MII, MIII) zugeordnet ist.
EP87108374A 1986-06-13 1987-06-10 Schiffsantriebsanlage mit zwei Verstellpropellern Expired EP0249208B1 (de)

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