NL7808876A - Vermogenstreinbesturing en verbinding voor aanvullende vaartuigen. - Google Patents

Description

* 4 - --1. .- 20169/JF/cb ' >

Aanvrager: Harry William O'Brien, Jr., New Orleans, Louisiana, Verenigde Staten van Amerika

Korte aanduiding: Vermogenstreinbesturing en verbinding voor aanvullende vaartuigen.

5

De uitvinding heeft betrekking op in het algemeen vermogenstreinen voor het voeden van aanvullende marinevaartuigen en meer in het bijzonder op diesel-elektrische'vermogenstreinen met siliciumspanning besturingsgelijkrichtérs voor vaartuigen onderworpen aan een groter bereik van belastingen, gebruik- en ruimtebeperkingen. Vermogenstreinen voor het boven aangegeven doel blijken volgens de stand van de techniek een gebrekkige werkflexibiliteit en een gebrekkige besturing te bezitten, en binnen dergelijke beperkingen vaak werkend •beneden de maximale efficiency.

In het West-Duitse octrooischrift nummer 2,316,423 wordt een vermogensver-schaffende eenheid beschreven omvattende een elektrisch opwekorgaan voor het verschaffen van een constante wisseIstroömspanning, en vermogensbesturingseenhe-den in serie verbonden met de rotorspoel van een shuntgewonden gelijkstrooramotor Vermogensbesturingseenheden zijn silicium gelijkrichters, welke de wisselstroom-spanning van het opwekorgaan gelijkrichten. Amerikaans octrooischrift nummer 20 1,861,750 beschrijft een aantal generatoren welke worden gevoed door diesel motoren, waarbij de motoren parallel aan elkaar zijn geschakeld, maar in serie met de veldspoel van de gelijkstroommotor voor gelijkrichten en besturen van de stroom naar de spoel. Amerikaans octrooischrift 3,148,318 maakt gebruik van een rotorbesturing voor het besturen van de motorsnelheid voor basisomwentelingen 25 per minuut van 100% en minder, en veldspoelbesturing voor het besturen van de motorsnelheid voor basis omwentelingen per minuut boven 100%. Amerikaans octrooischrift nummer 3,351,830 beschrijft twee motoren welke een uitgangsas aandrijven via een versnellingsbak.

Volgens de uitvinding wordt er voorzien in een inrichting voor het onder- ΟΛ ling verbinden en besturen van eenheden van een vermogenstrein voor maximale flexibiliteit en een besparing in de werking van aanvullende marinevaartuigen met schroeven en schroefassen, welke daardoor worden aange- * dreven, welke inrichting in combinatie omvat; een aantal vermogens verschaffende eenheden, welke parallel zijn verbonden en elk een elektrisch opwekkings-35 orgaan omvatten voor het verschaffen van een constante spanning en frequentie wisselstroom 7808876 $ τ - 2 - 20169/JF/cb en dieselmotoren voor het verschaffen van een maximale torae en rempaardenkracht bij maximale, nominale omwentelingen per minuut met minimum brandstofcon-sumptie per rempaardenkracht per uur voor het aandrijven van de elektrische wekorganen; een aantal vermogens besturingseenheden, welke paraIk1 met elkaar 5 zijn verbonden en respectievelijk in serie met de vermogens verschaffende eenheden en omvattende een aantal silicium regel gelijkrichter organen voor het gelijk richten en spannings stabiliseren van de constante spanning en frequentie uitgang van de elektrische opwekorganen in variabele spanning gelijkstroom en een aantal elektrische stroombesturingsorganen, welke parallel met 10 elkaar zijn verbonden en in serie met de elektrische opwekorganen voor het gelijkrichten en variëren van de stroom; en een aantal vermogens verbruikende eenheden, omvattende een aantal shuntgewonden gelijkstroom motoren met rotor-spoelen en veldspoelen, welke rotorspoelen parallel aan elkaar zijn verbonden, en aan de silicium regel gelijkrichtorganen in serie met de vermogens 15 verschaffende eenheden voor het activeren en besturen van het variëren van de snelheden van de gelijkstroom motoren beneden 100% basis omwentelingen per minuut, welke veldspoelen in serie zijn verbonden via een elektrisch stroom-besturingsorgaan met de elektrische opwekorganen en parallel met elkander voor het activeren van de gelijkstroommotoren in combinatie met de silicium regel-20 gelijkrichtorganen en het besturen van de snelheden boven de 100% basis omwentelingen per minuutvan de gelijkstroommotoren.

Volgens de uitvinding is er voorzien in een vermogenstrein voor aanvullende marinevaartuigen welke bestuurd kan worden door een aantal vermogensregel-eenheden in voorwaartse en tegengestelde richtingen van nul tot het maximaal 25 aantal omwentelingen per minuut. Er is eveneens voorzien in een vermogenstrein zoals hierboven beschreven welke bestaat uit een aantal vermogens verschaffende en vermogens verbruikende eenheden, welk respectievelijk verschillende uitvoe-ringskarakteristieken hebben, welke complementair zijn teneinde een variëteit van belastingen te verschaffen overeenkomstig maximale eenheidefficiency. Er 20 is eveneens voorzien in een standby voor elke vermogens verschaffende en gebruikende en regeleenheid teneinde het falen te voorkomen vaneen van de eenheden ten nadele van de flexibiliteit en besturing voor het meest efficiënte gebruik van de vermo-genstrein.

Er is eveneens voorzien in een vermogenstrein welke kan worden gedeeld en 25 welke op de gemakkelijkste plaats kan worden geplaatst en waardoor ruimte wordt 7808876 - 3 - 20169/JF/cb Ê bespaard. Ér wordt eveneens voorzien in een methode voor het uitvoeren van de uitvinding teneinde een maximum aan voordelen te verkrijgen wat betreft de vermogens verschaffende en vermogens verbruikende eenheden en het elimineren van de respectievelijke nadelen van beide.

5 De details van de uitvinding zullen worden beschreven in samenhang met de bijgevoegde tekening, waarin: figuur 1 een schematische tekening is van een kenmerkende vermogenstrein volgens de uitvinding; figuur 2 een grafiek is van een kenmerkende dieselmotoruitvoering; figuur 3 een grafiek is van een uitvoeringscurve van een shuntgewonde gelijlstroommotor; figuur 4 een grafiek is van de schroefomwentelingen per minuut curve en vaartuigsnelheidscuïve voor een sleepboot met een conventionele tandwiel-vertragingskast aandrijving; 1-* figuur 5 een grafiek welke gelijk is aan figuur 4 maar waar de sleepboot zonder sleep vaart en met besturing volgens de uitvinding; figuur 6 een grafiek ie, welke het benzineverbruik toont van een kenmerkende dieselmotor, welke met het normaal aantal omwentelingen per minuut loopt; figuur 7 een grafiek gelijk aan figuur 5 is welke een tweedieseltandwiel 20 vertragingskast aandrijving vergelijkt met twee en drie dieselelektrische aandrijvingen volgens de uitvinding.

Thans zal een .voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding worden beschreven. Onder verwijzing naar figuur 1 omvat een kenmerkende vermogenstrein 9 volgens de uitvinding twee hoofd dieselmotor-wisselstroomgenerator eenheden, ^ of vermogens verschaffende eenheden 10, welke parallel zijn verbonden en met een kleinere hulpdieselmotor-wisselstroomgenerator, of vermogens verschaffende eenheid 12, via een transformator 14. Een derde dieselmotor-wisselstroomgene-rator, of vermogens verschaffende eenheid 10', welke gestreeptlijnd is aangegeven kan aan de vermogenstrein worden toegevoegd indien gewenst.

De uitgang van vermogens verschaffende eenheden 10 wordt gelijkgericht en spannings bestuurd door vermogensbestuureenheden 16, omvattende vier sili-cium gelijkrichters 17 en vier variabele stroombestuurders 18. De silicium regelgelijkrichters 17 zijn verbonden via magnetische contacten 19 met de shuntgewondengelijks troommo toren, of vermogens verbruikende eenheden 20. De stroom via de shuntveldwindingen 21 wordt geregeld door de stroomregelaars 18 gemon- 7808876 % * - 4 - 20169/JF/cb teerd tussen.de uitgang van de vermogens verschaffende eenheden 10 en de veld-windingen of spoel 21. Hoofdvoortstuwingsmotoren 20 ontvangen de uitgang van een vermogens regeleenheid 16. De voortstuwingsmotoren zijn gemonteerd in tweetallen om de respectievelijke hoofdschroeven en schroefassen 24 óf alleen 5 of gezamenlijk aan te drijven, via respectievelijke versnellingsbakken 26.

Enkele motoren 20 zijn aangebracht om de inrichtingen aan te drijven zoals een boegduwer 28 (bow thruster) en sleeptouwlier 30 respectievelijk. Deze motoren zijn elk afzonderlijk verbonden met een tweetal silicium regelgelijk-richters 17 en elk met een v ariabele stroomregelaar 18 om standby te verschaffen 10 in het geval van het falen van een ervan.

Onder verwijzing naar figuur 2 zijn de prestatiekarakteristieken van een dieselmotor getoond waaruit blijkt dat de torsie en paardenkracht stijgt met het aantal omwentelingen per minuut tot een maximum voor alle drie wordt bereikt. Aangezien de diesel volgens de uitvinding niet veilig kan lopen boven 900 om-15 wentelingen per minuut is de torsie en de paardenkracht bij deze snelheid maximaal bij 100%, Onder verwijzing naar figuur 4 zijn de prestatiekarakteristieken van een shuntgewondenmotor getoond, waarbij de torsie constant is oj> 100% van nul tot 100% basis omwentelingen per minuut, het stijgen van de paardenkracht met de omwentelingen per minuut tot een maximum van 100% van de basis omwente-20 lingen per minuut als spanning naar motor is toegenomen. Daarna kunnen omwentelingen per minuut worden vergroot tot 200% van de basis omwentelingen per minuut zonder beschadiging door vermindering van de shuntveldstroom. Op deze wijze blijft paardenkracht constant op 100% en de torsie varieert naar beneden als getoond in figuur 3.

25 Onder verwijzing naar figuur 4 wordt een sleepboot en sleepschip (tug and tow) prestatiecurve gezien, welke toont dat met 5578 as paardenkracht de sleepboot en het sleepschip 10,7 knopen zal maken met een schroefsnelheid van 145,7 omwentelingen per minuut. Nu onder verwijzing naar figuur 4 kan gezien worden dat wanneer de sleepboot van 4 vrij loopt deze wordt bepaald door zijn 30 tandwielvertraginskast tot een schroefsnelheid van 150 omwentelingen per minuut teneinde slechts 3330 as paardenkracht van de 5578 ter beschikking staande as paardenkrachten te gebruiken om 14,63 knopen te maken. Uit deze vergelijking blijkt dat de elektrische aandrijving van de uitvinding met een motor met 2600 as paardenkrachten de 13,9 knopen van de sleepboot kan maken met beide 35 propellers draaiend op een snelheid van 140 omwentelingen per minuut onder 7808876 - 5 - 20169/JF/cb < * gebruikmaking van elk beschikbare as paardenkracht, hetgeen slechts 0,73 knopen minder is dan de tandwielvertragingsas doet met twee motoren. Wanneer twee motoren worden gebruikt in de elektrische aandrijving volgens de uitvinding welke motor, as en schroef snelheden kan verhogen zonder beschadiging door het 5 verminderen van de motorveldstroom, blijkt dat bij 168 omwentelingen per minuut al het beschikbare 5200 as paardenkracht wordt gebruikt om de sleepboot te laten varen met 15,7 knopen.

Onder verwijzing nu naar figuur 6, wordt de brandstofverbruikcurve van een dieselmotor getoond, waaruit blijkt dat de brandstof consumptie per rem 10 paardenkracht uur afneemt als de belasting toeneemt tot zijn nominale capaciteit. In het geval van figuur 5 voor de tandwielvertragingskast sleepboot wordt slechts 3400 rem paardenkracht van de 5750 beschikbare gebruikt, dat wil zeggen ongeveer 60% voor een benzineverbruiksnelheid .van 0,409 pond per rem paardenkracht uur, of 197,2 gallons per uur. Hoewel de uitvinding slechts een motor 15 gebruikt blijven al de 2875 rem paardenkracht beschikbaar gebruik om slechts 0,392 pond per rem paardenkracht uur te consumeren oftewel 158,5 gallons per uur. In de vrijloop, gebruikt de elektrische aandrijving volgens de uitvinding 734 gallons brandstof per dag minder om de zelfde afstand af te leggen, dat wil zeggen, een besparing van rond 18%, Zelfs wanneer de vermogenstrein van de 20 uitvinding over 10% v-erlies tegen 3% verlies in de tandwielvertragingskast aangedreven vermogenstrein, of een netto verlies van 7% is er toch een brand-stofbesparing van 18%, plus de helft van de smeerolie en de helft van de motor-tijd uitgetrokken voor 8% langzamere tijd voor de tocht.

Onder verwijzing naar figuur 7 wordt een verdere vergelijking gemaakt 25 als in figuur 5, maar met dieselmotoren met minder rem paardenkracht in twee en drie motorinstallaties.

Naast de bezuiniging op de werking, leent de vermogenstrein volgens de uitvinding zichzelf voor een verder besparing in het gebruik van de beperkte ruimte beschikbaar op een aanvullend marinevaartuig. Zodoende kunnen vermogens 30 verschaffende eenheden gemonteerd aan de voorzijde om het vaartuig beter te trimmen zonder een toevoeging van ballast tijdens het laden of werken, en de vermogens gebruikende eenheden kunnen worden gemonteerd in het achterschip om de schroefassen te verkleinen en ruimte te besparen, welke vereist is voor grotere. Vermogensregeleenheden kunnen gemonteerd worden waar het uitkomt, waarbij 35 een massa en in beslag genomen ruimte verwaarloosbaar is.

7808876 Ϋ - 6 - 20169/JF/cb tf

Het dient begrepen te worden dat de uitvinding afzonderlijk en gezamenlijk in willekeurige verbinding in aantal en functie kan worden toegepast, zodat vermogens verbruikende eenheden onafhankelijk kunnen lopen van elkaar op een vermogens verschaffende eenheid via een of meer vermogensregeleenheden of 5 vice versa.

- CONCLUSIES - 10 7808876

Claims (6)

1. Inrichting voor het onderling verbinden en besturen van eenheden van een vermogenstrein voor maximale flexibiliteit en een besparing in de werking van aanvullende marinevaartuigen met 5 schroeven en schroefassen, welke daardoor worden aangedreven, welke inrichting in combinatie omvat: een aantal vermogens verschaffende eenheden, welke paralel zijn verbonden en elk een elektrisch opwekkingsorgaan omvatten voor het verschaffen van een constante spanning en frequentie wisselstroom en dieselmotoren voor het verschaffen van een maximale torae en rempaardenkracht bij maximale, nominale omwentelingen per minuut met minimum brandstofcon-sumptie per rempaardenkracht per uur voor het aandrijven van de elektrische wekorganen; een aantal vermogens besturingseenheden, welke parallel met elkaar zijn verbonden en respectievelijk in serie met de vermogens verschaffende eenheden en omvattende een aantal silicium regel gelijkrichter organen voor het 15 gelijk riekten en spannings stabiliseren van de constante spanning en frequentie uitgang van de elektrische opwekorganen in variabele spanning gelijkstroom en een aantal elektrische stroombesturingsorganen, welke parallel met elkaar zijn verbonden en in serie met de elektrische opwekorganen voor het gelijkrichten en variëren van de stroom; en een aantal vermogens verbruikende 20 eenheden, omvattende een aantal shuntgewonden gelijkstroom motoren met rotor-spoelen en veldspoelen, welke rotorspoelen parallel aan elkaar zijn verbonden, en aan de silicium regel gelijkrichtorganen in serie met de vermogens verschaffende eenheden voor het activeren en besturen van het variëren van de snelheden van de gelijkstroom motoren beneden 100% basis omwentelingen per 25 minuut, welke veldspoelen in serie zijn verbonden via een elektrisch stroom-besturingsorgaan met de elektrische opwekorganen en parallel met elkander voor het activeren van de gelijkstroommotoren in combinatie met de silicium regel-gelijkrichtorganen en het besturen van dè snelheden boven de 100% basis omwentelingen per minuutvan de gelijkstroommotoren.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een tweetal ge lijkstroommotoren gezamenlijk zijn gemonteerd en afzonderlijk elk van de schroeven en schroefassen aandrijven via een gemeenschappelijke versnellingsbak, waarbij de shuntgewonden veldspoelen van het tweetal gelijkstroommotoren in serie zijn verbonden met de stroombestuurde · gelijkstroom, en de rotorspoelen met de 55 spanningsbestuurde gelijkstroom. 78 0 8 8 7 6 t - 8 - 2l0169/JF/cb

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tenminste één van de shuntgewonden gelijkstroommotoren aangebracht is voor het aandrijven van aanvullende apparatuur, dat de rotorspoel van deze motor afwisselend is verbonden met de silicium regelgelijkrichter van een tweetal gelijkstroommotoren; 5 en dat de veldspoel ervan is verbonden met een onafhankelijk stroomregelorgaan.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vermogensver-schaffende eenheden voorwaarts gemonteerd zijn in het toegevoegde marinevoer-tuig voor het in hoofdzaak trimmen van het vaartuig,wanneer dit wordt geladen en werkt zonder gebruik van balast en verlies van ruimte daardoor.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vermogens gebruikende eenheden zijn gemonteerd achterin het aanvullend marinevaartuig voor het minimaliseren van de lengte van de schroefassen en de ruimte vereist voor de assen.

6. Werkwijze voor het onderling verbinden en besturen van eenheden van een 15 vermogenstrein gemonteerd in een aanvullend marinevoertuig voor het complementeren van de maximale efficiency werkkarateristieken van elke eenheid met de andere eenheden voor een maximale werkefficiency van de combinatie, omvattende de stap van:het monteren van dieselmotoren met beperkte snelheidsbesturing en geschikt voor het geheel belast op een nominale snelheid aandrijven van een con-20 stante snelheidswisselstroomgenerator voor een uitgang van constante spanning en frequentie wisselstroom met minimale brandstofconsumptie; het verbinden van de regeleenheden met de constante spanning en frequentie wisselstroomuitgang, waarbij de vermogensregeleenheden silicium regelgelijkricht organen omvatten voor het gelijkrichten van enkele van de wisselstroomuitgangen, en stroom 25 besturingsorgaan voor het gelijkrichten en stroombesturen van de rest van de wisselstroomuitgangen; het monteren van shuntgewonden gelijkstroommotoren met uitvoeringskarakteristieken met constante maximum torsie tot de maximale nominale omwentelingen per minuut en maximale constante as paardekracht daarboven; en het verbinden van de shuntgewonden gelijks troommotor met de uitgang van de ver-30 mogensregeleenheden voor het besturen van de omwentelingen per minuut van de vermogens verbruikende eenheden om de dieselmotoren volkomen te belasten voor het afleveren en gebruikmaking van maximale motor per rem paardekracht uur. Eindhoven, 24 augustus 1978 7808876