NO144935B - Anordning til fremstilling av elektrisk kraft ut fra energi gjenvunnet fra ekshaustgassen fra en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår hovedsakelig

.en elektrisk generator-anordning som anvender en vekselstrøm-turbogenerator som aggregat matet med energi som skriver seg fra avgassene for en forbrenningsmotor eller lignende. En anordning i samsvar med oppfinnelsen kan særlig, men tikke utelukkende anvendes for å utstyre visse skip, hvis elektriske kraft er nødvendig for drift av utstyr ombord eller lignende monterte anlegg leveres ved energi tatt fra ekshaustgassene for en dieselmotor som driver propelleren.

På noen skip eller fartøy blir faktisk den ombord genererte elektrisitet produsert av en turbo-vekselstrømgenerator i form av et aggregat, hvis turbin drives av ekshaustgassene fra en forbrenningsmotor som driver en propeller på skipet ved hjelp av en egnet mekanisk hastighetsreduksjon. Da den gjenvunne energi oftest er større enn elektrisitetsbehovet for skipet,

blir den overskytende kraft mekanisk ført tilbake til hastighets-reduks jonen for å bli overført til propelleren. En slik kopling mellom turbinen og hastighetsreduksjonen ville medføre at motoren arbeider eller løper med en konstant hastighet fordi turbo-vekselstrømgeneratoraggregatet selv må drives med konstant hastighet for å gi en stabil utgangsspenning. Under slike omstendigheter er det nødvendig å utstyre skipet med en propeller med variabel stigning for å kunne styré eller innstille skipets hastighet.

I tillegg til den velkjente relative ømfintlig-

het av denne type propellere kan det under visse navigasjonsmessige betingelser forekomme, særlig ved tung sjø <p>g i stormfullt vær

at propelleren beveger seg mer eller mindre opp av sjøen til visse tider og derved føre til plutselig reduksjon av belastningsmomentet påført overføringsakselen og følgelig maskinens ytelse. Slike momentvariasjoner vil føre til hastighetsvariasjoner på overføringsakselen som er altfor plutselige og/eller altfor store til å bli korrekt kompensert ved ny innstilling av propellerens stigning. Slike variasjo-

ner vil selvfølgelig bli reflektert tilbake gjennom hastighets-reduks jon til turbinen, hvis rotasjonshastighet har en stabili-tet som i dette tilfelle blir alvorlig påvirket og derved kan føre til variasjoner i utgangsspenningen for vekselstrømgenera-toren som igjen kan være farlig for det elektriske anlegg ombord. Dette problem er hittil løst ved å skyte inn en utløs-

bar eller utkoplbar kopling i den mekaniske overføring eller tannhjulssystemet mellom turbinen og hastighetsreduksjonen for utkopling av overføringen. Straks en skarp forandring av hastigheten detekteres eller føles på overføringsakselen på grunn av dårlige navigasjonsbetingelser, bli således den løsbare kopling påvirket for utløsning og turbinens funksjon forstyrres ikke lenger av hastighetsreduksjonen som derved gjør det mulig å bibeholde en tilnærmet stabil elektrisk spenning for matning av anlegget ombord også under vanskelige fartsbetingelser.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å for-bedre arbeidsbetingelsene for denne type anordninger og avhjelpe de ovennevnte ulemper. Særlig er et av formålene med oppfinnelsen å fjerne behovet for å anvende propellere med variabel stigning. I samsvar med et annet trekk med oppfinnelsen er den utløsbare kopling likeledes unngått, og hastigheten for turbo-vekselstrøm-generatoraggregatet kan holdes konstant uavhengig av den for hastighetsreduksjonen, hvortil turbinen i aggregatet leverer som i det foregående, en viss mengde av overskuddsenergi^gjenvunnet fra motorens avgasser.

Ut -fra det som ber er sagt er oppfinnelsen nærmere bestemt rettet på en anordning for generering av elektrisk kraft og drevet ved hjelp av energi gjenvunnet fra avgassene fra en forbrenningsmotor og av den art som omfatter en hastighets-reduks jonsinnretning montert mellom motoren og en overførings-akse og en turbo-vekselstrømgenerator drevet ved hjelp av kraft tatt fra avgassene, idet turbinen i det nevnte turbogenerator-aggregat er virksomt tilkoplet hastighetsreduksjonsinnretningen, og oppfinnelsen utmerker seg. ved at turbinen er virksomt tilkoplet hastighetsreduksjonsinnretningen under mellomkomst, av et reverserbart overføringsprgan med variabel hastighet for-trinnsvis bundet til variasjoner i den virkelige hastighet for nevnte pverføringsaks.el.

Den -nevnte overføringsanordning eller apparat består av et'hydrostatisk transmisjoirssystem.

Ved å erstatte den utløsbare kopleinnretning med et enkelt hydrostatisk overføringselement vil således fleire ulemper som var knyttet til tidligere kjente innretninger (propellere med varibel stigning, vanskéligheter med driften i tung sj'ø osv.) bli fjernet samtidig og ytterligere fordel-aktige muligheter bli tilgjengelige for drift av skipet som f.eks. styring eller drift av hjelpemaskineri eller til-

behør ved anordning av det hydrauliske kretsløp for den hydrostatiske transmisjonsanordning som skal beskrives i det følgende.

Oppfinnelsen vil forstås bedre og ytterligere formål, karakteristiske trekk, detaljer og fordeler ved denne vil fremgå tydeligere av følgende beskrivelse under henvisning til den rent skjematiske tegning som uten noen begrensning viser et rent illustrerende eksempel på en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, og hvor det er vist en anordning ifølge oppfinnelsen for utnyttelse av dennes prinsipper anvendt på et skip drevet med en propeller fra en dieselmotor.

På tegningen er vist en dieselmotor 11, hvis veivaksel 12 er virksomt forbundet med en hastighetsreduserende tannhjulsoverføring eller lignende 13, hvis utgående aksel driver en hovedaksel 14 for en propeller 15. Videre omfatter anordningen en turbo-vekselstrømgenerator 16 i form av et aggregat som består av en turbin 17 og en vekselstrømgenerator 18. Sistnevnte er med sin utgang S tilkoplet det elektriske nett (ikke vist) som mater apparater og utstyr anordnet ombord på skipet og medregnet særlig navigasjonsapparater, belysning og signalkretser osv. Inngangen på turbinen 17 er forbundet med utgangsledningen fra en kjele 20, hvis varmerør er tilkoplet ekshaustgrenrøret 19 for motoren 11. Et omkoplingselement 21 f.eks. en treveisventil, er innskutt i kretsen mellom kjelen og turbinen 17. Den annen inngang til omkoplings-elementet 21 er forbundet med utgangen på en hjelpegenerator for arbeidsfluidum, såsom en uavhengig eller separat kjele 25 innrettet for å erstatte kjelen 20 i tilfelle av svikt eller stopp av kjelen 20 eller hvis motoren 11 skades, blir ødelagt eller ubrukelig. På den hastighetsreduserende over-føring 13 er anordnet en hjelpeinngang 26 beregnet for normalt å kunne overføre en bestemt del av den energi som gjenvinnes fra ekshaustgassene gjennom kjelen 20 og turbinen 17 til hovedakselen 14.

I samsvar med oppfinnelsen er denne hjelpeinngang

26 tilkoplet turbinen 17 ved anordningen av et hydrostatisk transmisjonssystem 27 som består hovedsakelig av en pumpe 28 med variabel ytelse, strømningshastighet eller kapasitet virksomt tilkoplet en hydraulisk mottager eller drevet inn-retning 29 som danner en kraftdrivanordning ved hjelp av arbeidsfluidumets strømningskrets 30.

Hydrostatiske transmisjonssystemer er vel kjent innenfor dette område av teknikken. De er vanligvis konstruert for å overføre kraft fra en kraftmaskin (turbinen 17 i foreliggende tilfelle) som arbeider ved hovedsakelig konstant hastighet, til en mottager eller.et drevet element hvis rotasjonshastighet kan variere i høy grad (hastighetsreduserende over-føring 13). De består vanligvis av en volumetrisk hydraulisk pumpe eller en pumpe med effektiv fortrengning med variabel ytelse eller strømningskapasitet drevet av kraftmaskinen og forbundet ved hjelp av rørledninger (kretsen 30 i fore-

liggende tilfelle) med en hydraulisk motor som likeledes er av volumetrisk karakter eller med positiv fortrengning, og som er virksomt forbundet med mottageren eller det drevne element. Utgangs-strømningshastigheten levert av pumpen vil bestemme motorens dreiehastighet. En utbredt type av et hydrostatisk transmisjonssystem er kjent under navnet "Thomas-systemet".

Et slik system gjør bruk av en roterende multisylinderpumpe med,mekanisk drevet roterende plungerbærende trommel, kapsling eller lignende hus, f.eks. en " tumleskive -pumpe" eller lignende. Pumpens drivaksel ender i en i kryss anordnet sirkulær tumleskive, hvortil er svingbart festet stemplenes eller plungernes stempelstenger som beveger seg frem og tilbake inne i boringene i trommelen som danner pumpehuset eller kapslingen. Da trommelen danner en vinkel med tumleskiven, oppnås frem- og tilbake-

gående bevegelser av plungerne eller stemplene når den nevnte tumleskive drives med rotasjonsbevegelse. Utgangsstrømnings-hastigheten som leveres av pumpen, innstilles ved å forandre vinkelen mellom tumleskiven og trommelen. Pumpen koples til en hydraulisk motor som danner mottager- eller den drevne inn-retning. Sistnevnte har en konstruksjon som er meget lik den for pumpen, men av en enklere konstruksjon, fordi dens sylinder-kubikkinnhold er konstant, inkluderer den ikke noen mekanisme for variasjon av vinkelen mellom trommelen og tumleskiven.

En betydningsfull fordel ved et slikt hydrostatisk transmisjonssystem er dets reverserbarhet som skriver seg fra bruken av en pumpe og en mottager eller drevet element av samme konstruksjon.

I det viste eksempel styres utgangsleveringen fra pumpen 28 ved hjelp av et servostyresystem 31 (vist skjematisk med brutte linjer på tegningen) som er følsomt for variasjoner

i akselens 14 hastighet. På grunn av et slikt servostyresystem er det ikke lenger nødvendig at propelleren er av typen med variabel stigning. Det skal endelig bemerkes at der er anordnet et mellomliggende uttak 32 for trykkfluidum mellom pumpen 28

og motoren 29. Dette uttak er tilkoplet en virksom styring eller drivanordning for hjelpeapparater som kan inkludere en eller flere hydrauliske motorer for lossing av gods og/eller pumper for håndtering av last.

Funksjonen av hele utstyret er meget enkelt, og

kan direkte avledes av den detaljerte fremstilling i det foregående. Når motoren 11 og kjelen 20 arbeider normalt, befinner ventilen 21 seg i den på tegningen viste posisjon. Turbinen 17

i turbogeneratoraggregatet drives derfor normalt eller får sin kraft fra kjelen 20 som varmes opp ved hjelp av motorens 11 avgasser. Den overskytende kraft overføres til inngangen 2 6 for en hastighetsreduksjonsanordning 13 ved hjelp av det hydro-

statiske transmisjonssystem 27. Da imidlertid motorens 29 rotasjonshastighet avhenger av utgangsstrømningshastigheten eller leveringskapasiteten for pumpen 28 som er bundet eller i fase med omdreiningshastigheten for akselen 14, vil således eventuell forstyrrende interferens eller gjensidig påvirkning unngås mellom reduksjonsoverføringen 13 og turbinen 17. Som - allerede nevnt, da dreiehastigheten for hovedakselen 14 nå

kan variere innenfor ganske vide grenser, er det ikke lenger nødvendig å kjøre motoren 11 med konstant hastighet eller på tilsvarende måte bruke en propeller med variabel stigning.

Når motoren 11 er stoppet eller ute av drift (særlig når skipet er dokket eller bragt til kai) er det mulig ved omstyring av ventilen 21 å benytte hjelpekjelen 25 til produksjon av elektrisitet ombord uten å anvende et separat elektrisk kraftanlegg. Likeledes i tilfelle av svikt eller feil på dieselmotoren kan bare kraftleveringen fra denne hjelpe-kjele 25 overføres til propelleren ved hjelp av turbinen 17, det hydrostatiske transmisjonssystem 27 og hastighetsreduksjons-overføringen 13. Dette gjør det mulig å foreta sakte for-skyvning av skipet og derved gi dette en viss bevegelighet som kan være verdifull under slike omstendigheter.

Dette er ikke den eneste fordel som fremkommer

ved bruken av det hydrostatiske transmisjonssystem 27, idet under andre omstendigheter og spesielt i tilfelle av skade eller ødeleggelse av kjelen 20 og/eller kjelen 25 kan skipet mates med elektrisitet ved umiddelbart å anvende en del av den kraft som leveres av motoren 11 ved hjelp av uttaket 26, fordi transmisjonssystemet 27 er reverserbart. Også i havn er det mulig ved fråkopling av motoren 11 fra hovedakselen å benytte den hydrauliske motor 29 som en pumpe og således mate eller energisere den ovenfor nevnte styring eller drift av hjelpe-utstyr med den kraft som leveres av motoren 11. Dette er selv-følgelig mulig bare hvis motoren 29 på forhånd er korrekt dimensjonert eller konstruert for dette formål.

Claims (4)

1. Generatoranordning for elektrisk kraft ved gjenvin-ning av energi fra avgassene fra en1 stempelmotor, av den type som omfatter hastighetsreduksjonsorganer montert mellom motoren og en overføringsaksel og en turbo-vekselstrømgenerator drevet ved hjelp av nevnte energi tatt ut av avløpsgassene og hvor turbinen er tilkoplet reduksjonsorganene, karakterisert ved at turbinen (17) er tilkoplet reduksjonsorganene (13) under mellomkomst av et reverserbart overføringsorgan (27) med regulerbar variabel hastighet.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at reguleringen av overføringsorganet (27) er gjort av-hengig av de virkelige hastighesvariasjoner for overførings-akselen.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det nevnte overføringsorgan (27) er et i og for seg kjent hydrostatisk transmisjonssystem.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved et mellomliggende uttak for trykkfluidum (32) anordnet mellom begge trinn i transmisjonssystemet og forbundet med en hjelpe-styreinnretning.