EP0824449B1 - Verfahren zur optimierung des wirkungsgrades bei schiffen mit bug- und heckpropeller sowie anordnung zur einstellung der drehzahl des bugpropellers - Google Patents

Verfahren zur optimierung des wirkungsgrades bei schiffen mit bug- und heckpropeller sowie anordnung zur einstellung der drehzahl des bugpropellers Download PDF

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EP0824449B1
EP0824449B1 EP96902895A EP96902895A EP0824449B1 EP 0824449 B1 EP0824449 B1 EP 0824449B1 EP 96902895 A EP96902895 A EP 96902895A EP 96902895 A EP96902895 A EP 96902895A EP 0824449 B1 EP0824449 B1 EP 0824449B1
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EP
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propeller
bow
arrangement
drives
regulator
Prior art date
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EP96902895A
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Karl-Heinz Bayer
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • 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
    • 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
    • B63H21/22—Use of propulsion power plant or units on vessels the propulsion power units being controlled from exterior of engine room, e.g. from navigation bridge; Arrangements of order telegraphs

Definitions

  • the invention relates to a method for optimization the efficiency of ships with bow and stern propellers, especially on ferries, the speed of the front Propellers lower than the speed of the rear Propellers is.
  • the invention also relates on the associated arrangement for setting the speed of the Bow propellers on such ships with a symmetrical propeller arrangement and the associated separate drives.
  • Modern ferries can have a bow propeller and a stern propeller have, both of which are each from separate drives are driven. With such an arrangement avoided turning the ship to reverse direction.
  • the braking effect increases energy consumption of the entire driving system:
  • the previous empirical Solutions a variety of immeasurable factors which Influence on the optimal speed of the front propeller have not been taken into account, the previous one remains Approach unsatisfactory in many aspects.
  • the efficiency of the entire drive system may be bad because of changing flow conditions, waves and similar external factors cannot be exactly captured.
  • the object of the invention in contrast, is an improved Specify procedures with associated arrangement, with which in particular the setting of the speed of the bow propeller a value that at any ship speed and other any influencing factors for a favorable overall drive energy consumption leads.
  • the object of the invention is in a method of the beginning mentioned type solved in that for efficiency optimization a minimum value control of the sum of the recorded Active power of both drive systems takes place.
  • the associated Arrangement for adjusting the speed of the bow propeller is through a controller with the active powers of both Drives marked as input variables, in the controller the speed of the bow propeller is determined at which the Total active power is a minimum.
  • the method according to the invention can, in particular, precontrol, which is based on experience, for correction complete. Even when starting up the rear propeller an optimization already takes place. In the so-called split mode, i.e. when driving slowly in a harbor basin or the like nevertheless, the helmsman has full freedom for independent use given both drives.
  • the single figure shows a schematic block diagram a minimum value regulation for ferries.
  • a ferry is indicated by 1, which both a complete propulsion system at the bow and at the stern has, which are both constructed identically. Thereby such ships in the ferry service capable without turning maneuvers to record a change of direction.
  • transducers 8 and 9 are each from the individual Engines 2 and 4 recorded services can be recorded.
  • the measured Values are fed to a controller 10 and processed there.
  • the controller 10 is expediently a summation element 11 upstream, so that the input variable already Sum of both services is entered.
  • Both motors 2 and 4 are units 12 and 14, respectively assigned to speed control. In the present case it is Unit 14 coupled to a machine telegraph 15, so that a suitable speed in terms of speed control of the ship can be specified.
  • the controller 10 works as a minimum value controller. This means specifically that if a certain speed is specified on the rear propeller and one typically about 10% less Speed at the bow propeller with the transmitters 8 and 9 each recorded services and recorded via the summation element 11 are fed to the controller 10.
  • the controller 10 adjusts the speed of the front propeller drive in this way long until the total value of the active power consumed both drive systems is brought to a minimum.
  • the minimum value controller 10 is as trained digital controller. It can have an additional function run to the usual drive controls and requires therefore no additional system sizes as control actual values. If the direction of travel changes, the speed setpoint can be changed both drive systems switched directly electronically become.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Schiffen mit Bug- und Heckpropeller, insbesondere bei Fährschiffen, wobei die Drehzahl des vorderen Propellers jeweils niedriger als die Drehzahl des hinteren Propellers ist. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers bei solchen Schiffen mit symmetrischer Propelleranordnung und jeweils zugehörigen separaten Antrieben.
Moderne Fährschiffe können einen Bugpropeller und einen Heckpropeller aufweisen, welche beide jeweils von separaten Antrieben angetrieben werden. Durch eine solche Anordnung wird ein Wenden des Schiffes für die Richtungsumkehr vermieden. Üblicherweise werden solche Schiffe mit symmetrischer Propelleranordnung nach einer empirisch ermittelten Kennlinie gefahren. Dies bedeutet im einzelnen, daß der vordere Propeller je nach Fahrrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahl des hinteren Propellers mit in etwa 10 % niedriger Drehzahl gefahren wird, um insbesondere eine Bremswirkung des für den Schub nicht auszunützenden vorderen Propellers soweit wie möglich zu vermeiden.
Bekanntermaßen erhöht die Bremswirkung den Energieverbrauch der gesamten Fahranlage: Da mit den bisherigen empirischen Lösungen eine Vielzahl von nicht meßbaren Faktoren, welche Einfluß auf die optimale Drehzahl des vorderen Propellers haben, nicht berücksichtigt werden können, bleibt die bisherige Vorgehensweise in vielen Aspekten unbefriedigend. Der Wirkungsgrad der gesamten Antriebsanlage ist unter Umständen schlecht, da sich ändernde Strömungsverhältnisse, Wellengang und ähnliche äußere Faktoren nicht exakt erfaßt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein verbessertes Verfahren mit zugehöriger Anordnung anzugeben, mit denen insbesondere die Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers auf einen Wert, der bei jeder Schiffsgeschwindigkeit und sonstigen beliebigen Einflußfaktoren zu einem günstigen Gesamt-Antriebs energieverbrauch führt.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Wirkungsgrad-Optimierung eine Minimalwertregelung der Summe der aufgenommenen Wirkleistungen beider Antriebssysteme erfolgt. Die zugehörige Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers ist durch einen Regler mit den Wirkleistungen beider Antriebe als Eingangsgrößen gekennzeichnet, wobei im Regler die Drehzahl des Bugpropellers bestimmt wird, bei der die Summe der Wirkleistungen ein Minimum ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere eine Vorsteuerung, die nach Erfahrungswerten erfolgt, zur Korrektur ergänzen. Auch beim Hochfahrvorgang des Heckpropellers kann bereits eine Optimierung erfolgen. Im sogenannten Split-Mode, d.h. beim Langsamfahren in einem Hafenbecken od. dgl. wird trotzdem dem Steuermann volle Freiheit zum unabhängigen Einsatz beider Antriebe gegeben.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß eine vorhergehende Ermittlung und Ausführung von empirischen Kennlinien nicht mehr zwingend erforderlich ist und trotzdem mit einer minimierten Gesamtleistung gefahren wird. Da die Antriebsleistungen bei Fährschiffen üblicherweise im MW-Bereich liegen, ist insgesamt mit einer nicht unerheblichen Energieeinsparung zu rechnen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Minimalwert-Regelung bei Fährschiffen.
In der Figur ist mit 1 ein Fährschiff angedeutet, das sowohl am Bug als auch am Heck jeweils eine komplette Antriebsanlage aufweist, die beide identisch aufgebaut sind. Dadurch sind derartige Schiffe im Fährbetrieb in der Lage, ohne Wendemanöver eine Fahrtrichtungsumkehr aufzunehmen. Im einzelnen ist in der Figur ein erster Motor mit 2 mit zugehörigem Propeller 3 und ein zweiter Motor mit 4 und zugehörigem Propeller 5 bezeichnet. Beide Motoren 2 und 4 werden über geeignete Leistungsstellglieder 6 und 7, die an das Bordnetz angeschaltet sind, angesteuert.
Über Meßumformer 8 und 9 sind die jeweils von den einzelnen Motoren 2 und 4 aufgenomnmenen Leistungen erfaßbar. Die gemessenen Werte werden einem Regler 10 zugeführt und dort verarbeitet. Zweckmäßigerweise ist dem Regler 10 ein Summationsglied 11 vorgeschaltet, so daß als Eingangsgröße bereits die Summe beider Leistungen eingegeben wird.
Beiden Motoren 2 bzw. 4 ist jeweils eine Einheit 12 bzw. 14 zur Drehzahlregelung zugeordnet. Im vorliegenden Fall ist die Einheit 14 mit einem Maschinentelegraph 15 gekoppelt, so daß eine geeignete Drehzahl im Sinne einer Geschwindigkeitssteuerung des Schiffes vorgegeben werden kann.
Der Regler 10 arbeitet als Minimalwertregler. Dies bedeutet konkret, daß bei Vorgabe einer bestimmten Drehzahl am Heckpropeller und einer üblicherweise um etwa 10 % geringeren Drehzahl am Bugpropeller mit den Meßumformern 8 und 9 die jeweils aufgenommenen Leistungen erfaßt und über das Summationsglied 11 dem Regler 10 zugeführt werden. Der Regler 10 verstellt die Drehzahl des vorderen Propeller-Antriebes so lange, bis der Summenwert der aufgenommenen Wirkleistungen beider Antriebssysteme zu einem Minimum gebracht wird.
In praktischer Realisierung ist der Minimalwert-Regler 10 als digitaler Regler ausgebildet. Er kann damit eine Zusatzfunktion zu den üblichen Antriebsregelungen ausführen und erfordert deswegen keine zusätzlichen Anlagegrößen als Regel-Istwerte. Bei Fahrtrichtungswechsel kann die Drehzahlsollwert-Führung beider Antriebssysteme unmittelbar elektronisch umgeschaltet werden.
Mit dem beschriebenen Regelkonzept kann also in vergleichsweise einfacher Weise die für die Gesamtanlage aufzuwendende Energie vermindert werden. Damit ist eine Wirkungsgrad-Optimierung erreicht.
In der Praxis kann es zweckmäßig sein, von der bekannten empirischen Vorsteuerung auszugehen und die beschriebene Minimalwertregelung insbesondere zur Korrektur der vorhandenen Kennlinien zu verwenden. Auch bereits beim Hochfahrvorgang des Schiffes kann die beschriebene Wirkungsgrad-Optimierung erfolgen. Unabhängig davon ist im sogenannten Split-Mode, d.h. beim Langsamfahren in einem Hafenbecken od. dgl., die volle Manövrierfähigkeit des Schiffes gegeben. Ohne die beschriebene Minimalwertregelung können also in diesem Fall beide Propellermotoren unabhängig voneinander in beliebiger Richtung betrieben werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Schiffen mit Bug- und Heckpropeller, insbesondere bei Fährschiffen, wobei die Drehzahl des vorderen Propellers jeweils niedriger als die Drehzahl des hinteren Propellers ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wirkungsgrad-Optimierung eine Minimalwertregelung der Summe der aufgenommenen Wirkleistungen beider Antriebssysteme erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorsteuerung nach Erfahrungswerten erfolgt und daß die Minimalwertregelung zur Korrektur verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bereits beim Hochfahrvorgang eine Optimierung erfolgt.
  4. Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers bei Schiffen mit symmetrischer Propelleranordnung und jeweils zugehörigen separaten Antrieben, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 3, gekennzeichzeichnet durch einen Regler (10) mit den Wirkleistungen beider Antriebe (2, 4) als Eingangsgrößen, wobei im Regler (10) die Drehzahl des Bugpropellers bestimmt wird, bei der die Summe der Wirkleistungen ein Minimum ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (10) als digitaler Regler ausgelegt ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (10) ein Summationsglied (11) zur Bildung der Summe der Wirkleistungen beider Antriebe vorgeschaltet ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Meßumformer (8, 9) zur Erfassung der Wirkleistungen beider Antriebe vorhanden sind.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel für die Umschaltung der Drehzahl-Sollwert-Führung beider Antriebe (2, 4) bei Fahrtrichtungswechsel vorhanden sind.
EP96902895A 1996-02-23 1996-02-23 Verfahren zur optimierung des wirkungsgrades bei schiffen mit bug- und heckpropeller sowie anordnung zur einstellung der drehzahl des bugpropellers Expired - Lifetime EP0824449B1 (de)

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