NO782899L

NO782899L - PROCEDURE AND DEVICE FOR CONNECTION AND CONTROL OF PROGRAMMING MACHINES.

Info

Publication number: NO782899L
Application number: NO782899A
Authority: NO
Inventors: Brien Harry William O Jr
Original assignee: Brien Harry William O Jr
Priority date: 1978-08-25
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1980-02-26

Description

Fremgangsmåte og anordning for sammenkobling og styring av fremdriftsmaskineri Method and device for connecting and controlling propulsion machinery

Denne oppfinnelse angår generelt en fremdriftsanordningThis invention generally relates to a propulsion device

. eller et kraftaggregat for drift av sjøgående hjelpefartøyer,. or a power unit for the operation of seagoing auxiliary vessels,

og er mer spesielt rettet mot diesel-elektriske freradrifts-anordninger med styrte silisium-likerettere for fartøyer som utsettes for et bredt område av belastninger, anvendelser og plassbegrensninger. and is more specifically aimed at diesel-electric propulsion devices with controlled silicon rectifiers for vessels subjected to a wide range of loads, applications and space limitations.

Tidligere kjente fremdriftsanordninger for de angitte formål har manglet fleksibilitet når det gjelder betjening og regulering eller styring, og som følge av disse begrensninger har driften ofte skjedd med en virkningsgrad som har vært lavere.enn den maksimale. Previously known propulsion devices for the stated purposes have lacked flexibility in terms of operation and regulation or control, and as a result of these limitations, operation has often occurred with an efficiency that has been lower than the maximum.

I tysk patent nr. 2.316.423 er det beskrevet en frem-drifts- eller ef f ekt-produserehde enhet omfattende et elektrisk generator-arrangeraent for frembringelse av en konstant veksel-spenning, og éffektreguleringsenheter koblet i serie med rotor-viklingen i en shunt-viklet likestrøm-motor. Effektreguleringsenhetene er silisium-likerettere som likeretter vekselstrømmen fra genérator-arrangementet. I US-patent nr. 1.861.750 er det beskrevet et flertall generatorer drevet av diesel-motorer, hvor de éffékt-produserende enheter står i parallell, og et flertall motorer som er anordnet parallelt med hverandre, men i serie med feltviklingen i en likestrøm-motor for likeretning. og regulering av strøm til viklingen. US-patent nr. 3.148.318 beskriver anvendelse av eh rotor-regulering for styring av motor-hastigheten til et normal- eller basis-omdreiningstall på 100 % og lavere omdreiningstall, og feltviklingsreguleringer for styring av motor-hastigheten med hensyn til basis-omdreiningstall høyere enn 100 %. US-patent nr. 3.351.830 beskriver tb motorer som driver en utgangsaksel gjennom en tannhjulsutveksling. In German patent no. 2,316,423, a propulsion or power-producing unit is described comprising an electric generator-arrangement for producing a constant alternating voltage, and power-regulating units connected in series with the rotor winding in a shunt -wound direct current motor. The power regulation units are silicon rectifiers which rectify the alternating current from the generator arrangement. US patent no. 1,861,750 describes a plurality of generators driven by diesel engines, where the power-producing units are in parallel, and a plurality of motors which are arranged parallel to each other, but in series with the field winding in a direct current - motor for rectification. and regulation of current to the winding. US Patent No. 3,148,318 describes the use of eh rotor regulation for controlling motor speed to a normal or base rpm of 100% and lower rpm, and field winding regulation for controlling motor speed with respect to base rpm higher than 100%. US Patent No. 3,351,830 describes tb motors that drive an output shaft through a gear train.

I henhold til denne oppfinnelse er det tilveiebraktAccording to this invention there is provided

en fremdriftsanordning for sjøgående hjelpefartøy som kan styres ved hjelp av et flertall effektreguleringsenheter i retning frem-over og bakover og fra null til maksimalt antall omdreininger pr. minutt. a propulsion device for seagoing auxiliary vessels which can be controlled by means of a plurality of power regulation units in forward and backward directions and from zero to a maximum number of revolutions per minute.

Det er også tilveiebrakt en fremdriftsanordning som angitt ovenfor omfattende et flertall effekt-produoérende og effekt-forbrukende enheter som har respektive forskjellige ydelseskarakteristikker som er komplementære for å arbeide med flere ulike belastninger henholdsvis maksimal virkningsgrad i hver enhet. There is also provided a propulsion device as indicated above comprising a plurality of power-producing and power-consuming units which have respective different performance characteristics which are complementary to work with several different loads or maximum efficiency in each unit.

Det blir også tilveiebrakt en reserve for hver effekt-produserende, effekt-forbrukende og regulerende enhet for å hindre at svikt i en av disse skader fleksibiliteten og reguleringen eller styringen av den fult effektive anvendelse av fremdrif.tsanordningen. A reserve is also provided for each power-producing, power-consuming and regulating unit to prevent failure of one of these from damaging the flexibility and regulation or control of the fully effective application of the propulsion device.

Det er videre tilveiebrakt en fremdriftsanordning som er egnet til oppdeling for installasjon med maksimal bekvemmelig-het og plas&besparelse. A propulsion device is further provided which is suitable for disassembly for installation with maximum convenience and space saving.

Dessuten er det ifølge oppfinnelsen tilveiebrakt en fremgangsmåte for realisering av maksimale fordeler ved effekt-produøerende og effekt-forbrukende enheter og eliminasjon av de respektive ulemper ved begge disse typer enheter. Moreover, according to the invention, a method has been provided for realizing maximum advantages of power-producing and power-consuming units and eliminating the respective disadvantages of both these types of units.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvors In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings, of which

figur 1 skjematisk viser en typisk fremdriftsanordning i henhold til oppfinnelsen, figure 1 schematically shows a typical propulsion device according to the invention,

figur 2 er et diagram med en typisk ydelseokurve for Figure 2 is a diagram with a typical performance curve for

en dieselmotor,a diesel engine,

figur 3 viser ydelseskurven eller karakteristikken for en shunt-viklet likestrøm-motor, Figure 3 shows the performance curve or characteristic for a shunt-wound DC motor,

figur 4 er et diagram som viser kurver for propell-omdreiningstall og fartøyhastighet for en slepebåt med konvensjonell reduksjons^gir- drift, figure 4 is a diagram showing curves for propeller speed and vessel speed for a tugboat with conventional reduction gear operation,

figur 5 er et diagram i likhet med det på figur 4, men med slepebåten frittløpende uten slepebelastning og med drift-data basert på oppfinnelsen innført for sammenligning, [ Jfigur 6 er et diagram som viser brennstoffforbruk for en typisk dieselmotor som løper ved nominelt omdreiningstall, og Figure 5 is a diagram similar to that of Figure 4, but with the tug free-running without towing load and with operating data based on the invention entered for comparison, [ JFigure 6 is a diagram showing fuel consumption for a typical diesel engine running at rated rpm, and

figur 7 ér et diagram i likhet med det på figur 5 for sammenligning av en reduksjons-gir-drift basert på to diesel-motorer med en elektrisk fremdriftsanordning basert på to og tre dieselmotorer slik som angitt ved denne oppfinnelse. figure 7 is a diagram similar to that of figure 5 for comparison of a reduction gear operation based on two diesel engines with an electric propulsion device based on two and three diesel engines as indicated by this invention.

Som det fremgår av figur 1 omfatter en typisk fremdriftsanordning 9 i henhold til oppfinnelsen, to hoved-dieselmotor/- vekselstrØmgenerator-enheter eller effekt-produserende enheter 10 som er koblet parallelt, med hverandre og med en mindre hjelpe-dieselmctor/yekselstrømgenérator eller effekt-produserende enhet 12 gjennom en transformator 14. En tredje dieselmotor/- vekselstrømgenerator- eller effekt-produserende- enhet 10! er As can be seen from Figure 1, a typical propulsion device 9 according to the invention comprises two main diesel engine/alternating current generator units or power-producing units 10 which are connected in parallel, with each other and with a smaller auxiliary diesel engine/alternating current generator or power- producing unit 12 through a transformer 14. A third diesel engine/alternating current generator or power producing unit 10! is

vist streket og kan tilføyes i fremdriftsanordningeh om det ønskes. shown dashed and can be added in propulsion devices if desired.

Utgangseffekten av enhetene 10 blir likerettet og spenningsregulert ved hjelp av effektreguleringsenheter 16 som:, omfatterfire silisium-likerettere 17 og fire variable strøm-reguleringsenheter 18. Silisium-likerettene 17. er gjennom The output power of the units 10 is rectified and voltage regulated by means of power regulation units 16 which: comprise four silicon rectifiers 17 and four variable current regulation units 18. The silicon rectifiers 17. are through

magnetkontakter 19.forbundet med shunt-viklede likéstrøm-motorer eller effekt-forbrukende enheter 20. Strømmen gjennom shunt-feltviklinger 21 i disse blir regulert ved hjelp av magnetic contacts 19.connected with shunt-wound direct current motors or power-consuming units 20. The current through shunt field windings 21 in these is regulated by means of

strømreguleringsenhetene, 18 som er montert mellom utgangen av de effekt-produserende enheter 10 og de nevnte feltviklinger the current regulation units, 18 which are mounted between the output of the power-producing units 10 and the mentioned field windings

2i. De respektive hoved-frémdriftsmotorer. 20 mottar utgangseffekten fra hver sin effektreguleringsenhet 16 og fremdrifts-motorene er montert parvis for å drive sine respektive hoved-propellere eller propellaksler 24, enten enkeltvis eller i fellesskap, gjennom respektive felles girkassér 26. Enkelt-motorer 20 er anordnet for å drive viktige hjelpeorganer såsom én baug-propéller 28 og en slepe-vinsj 30* Disse motorer er hver for seg og alternativt koblet til .to sillsium-likerettere .' 17 og til en variabel strømreguleringsenhet 18 for å avstedkomme -reserve i. tilfelle av svikt i den ene av disse. 2i. The respective main frame drive motors. 20 receives the output power from each power control unit 16 and the propulsion motors are mounted in pairs to drive their respective main propellers or propeller shafts 24, either individually or jointly, through respective common gearboxes 26. Single motors 20 are arranged to drive important auxiliary organs such as one bow propeller 28 and a towing winch 30* These engines are each separate and alternatively connected to two silsium rectifiers. 17 and to a variable current control unit 18 in order to provide -reserve in the event of a failure in one of these.

På figur 2 er karakteristikken eller ydelseskurven forIn Figure 2 is the characteristic or performance curve for

en diesel-motor vist yed at dreiemoment og effekt eller antall a diesel engine shown yed that torque and power or number

hestekrefter stiger med omdreiriingstallét inntil et maksimumhorse power rises with the number of revolutions until a maximum

blir nådd for alle" tre. Da de her beskrevne dieselmotorer ikke trygt kan kjøres méd omdreiningstall høyere enn 900 omdreininger is reached for all three. As the diesel engines described here cannot be safely driven at revs higher than 900 revs

pr. minutt, er dreiemoment og effekt ved denne hastighet et maksimum ved 100 %. Av figur 3 fremgår det at karakteristikken for en shunt-viklet motor forløpes slik at dreiemomentet er konstant ved 100 % fra null til 100 % av basis-omdreiningstallet, idet effektén eller antall hestekrefter stiger med omdreiningstallet tii et maksimum ved .100 % av basisomdreiningstallet når den spenning som påtrykkes motoren økes« Derefter kan omdreiningstallet økes opp til 200 % ay basisomdreiningstallet uten skade ved å redusere shunt-feltstrømmen. I denne arbéidsmodus forblir avgitt effekt konstant ved 100 % og dreiemomentet går ned'slik . som det fremgår av figur 3..< per minute, torque and power at this speed are a maximum at 100%. From figure 3 it appears that the characteristic for a shunt-wound motor proceeds so that the torque is constant at 100% from zero to 100% of the base speed, with the power output or the number of horsepower increasing with the speed to a maximum at .100% of the base speed when the voltage applied to the motor is increased« Then the speed can be increased up to 200% ay the base speed without damage by reducing the shunt field current. In this working mode, the output power remains constant at 100% and the torque decreases as follows. as can be seen from figure 3..<

I diagrammet på figur 4 viser en ydelseskurve for slepning at med 5578 akselhestekrefter vil slepebåten gjøre 10,7 knop med en prdpell-hastighet på 145,7 omdreininger pr. minutt. Under henvisning til figur 5 vil det sees at når den In the diagram in figure 4, a performance curve for towing shows that with 5578 axle horsepower the tug will make 10.7 knots with a prdpell speed of 145.7 revolutions per minute. With reference to Figure 5, it will be seen that when the

løpéf fritt er slepebåten"på figur 4 på grunn av sin reduksjons-gir-dfift begrenset til en pfopellhastighet på 150 omdreininger pr. minutt og bruk av bare 3330 akselhestekrefter av de 5578 akselhestekrefter som står til disposisjon, for å gjøre 14,63 knop. Ved sammenligning fremgår det at den elektriske frem-drif tsanordning ifølge oppfinnelsen med en motor på 2600 akselhestekrefter , kan drive slepebåten med 13,9 knop med begge propeller ved en hastighet på 140 omdreininger pr. minutt under running freely, the tugboat" of Figure 4, because of its reduction gear dfift, is limited to a pfopell speed of 150 revolutions per minute and the use of only 3330 axle horse-power of the 5578 axle horse-power available, to make 14.63 knots. By comparison, it appears that the electric propulsion device according to the invention with an engine of 2600 axle horsepower can drive the tug at 13.9 knots with both propellers at a speed of 140 revolutions per minute during

anvendelse av samtlige akselhestekrefter som står til disposisjon, hvilket bare er 0,73 knop mindre enn hva reduksjonsgir-driften gir med to motorer. Hvis det brukes to motorer i den elektriske fremdriftsanordning ifølge oppfinnéIsen, som kan øke sine motor-, aksel- og propellhastigheter uten skade ved å redusere motorens feltstrøm, fremgår det at ved 168 omdreininger pr. minutt er samtlige tilgjengelige 5200 akselhestekrefter i bruk for å drive slepebåten med en hastighet av 15,7 knop. application of all available axle horsepower, which is only 0.73 knots less than the reduction gear operation provides with two engines. If two motors are used in the electric propulsion device according to the invention, which can increase its motor, shaft and propeller speeds without damage by reducing the motor's field current, it appears that at 168 revolutions per minute, all available 5,200 axle horsepower are used to propel the tug at a speed of 15.7 knots.

Som det fremgår av figur 6 viser brennstoff-forbruks-kurven for en dieselmotor at brennstoff-forbrukét tør bremse-hestekråft-time avtar efter hvert som belastningen øker til As can be seen from Figure 6, the fuel consumption curve for a diesel engine shows that the fuel consumption dry brake horsepower hour decreases as the load increases to

nominell kapasitet. I det på figur 5 viste tilfelle méd en slepebåt basert på reduksjonsgir blir således bare 3400 bremse-hestekrefter av de tilgjengelige 5750 brerasehestekrefter utnyttet, dvs. omkring 60 % véd en brennstoff-forbruksmengde på 0,185 kg pr * bremsekraft-time, eller 905 lifter pr. time. Mens denne oppfinnelse ved bruk av en motor utnytter fult ut 2875 bremse-hestekrefter som står til disposisjon til å forbruké bare 0,178 liter brennstoff pr. bremsehestekraft-time eller 720 liter pr. time. Ved fri eller ubelastet gang vil den elektriske fremdriftsanordning basert på foreliggende oppfinnelse forbruke 3350 liter , brennstoff pr. dag mindre for å reise den samme distanse, dvs. en besparelse på omkring 18 %. Selv om fremdriftsanordningen ifølge oppfinnelsen har omkring 10 % tap sammenlignet med 3 % tap i en fremdriftsanordning med reduksjonsgir-drift, dvs. et nominal capacity. In the case shown in Figure 5 with a tugboat based on a reduction gear, only 3,400 brake horsepower out of the available 5,750 brake horsepower are utilized, i.e. around 60% of a fuel consumption amount of 0.185 kg per * brake power-hour, or 905 lifts per . hour. While this invention, using an engine, makes full use of 2,875 brake horsepower available to consume only 0.178 liters of fuel per brake horsepower-hour or 720 liters per hour. When running freely or unloaded, the electric propulsion device based on the present invention will consume 3350 liters of fuel per day less to travel the same distance, i.e. a saving of around 18%. Although the propulsion device according to the invention has about 10% loss compared to 3% loss in a propulsion device with reduction gear drive, i.e. a

nettotap på 7 %, ligger det ikke desto mindre en økonomisk besparelse i breiaastoff på 18 % pluss halvparten av den smørolje net loss of 7%, there is nevertheless an economic saving in breaastoff of 18% plus half of the butter oil

og halvparten av den motor driftstid som går «ied for den 8 % lengre reisetid. and half of the engine operating time that goes «ied for the 8% longer journey time.

Under henvisning til figur 7 foretas en ytterligere sammenligning i likhet med den på figur 5, men med diesel-motorer som har mindre antall akselhestekrefter, i motor-installasjoner med to og tre motorer. With reference to figure 7, a further comparison is made similar to that in figure 5, but with diesel engines which have a smaller number of axle horsepower, in engine installations with two and three engines.

I tillegg til økonomisk drift muliggjør fremdrifts-ahordningen ifølge oppfinnelsen en ytterligere økonomisk for-del ved at deri utnytter den begrensede plass som står til disposisjon i. sjøgående hjelpefartøyer. Således kan dé effekt-produserende enheter monteres i den fremre del for å gi bedre trimming av fartøyet uten å tilføre ballast når<*>fartøyet er i arbeide eller er belastet, og de effekt-forbrukende enheter kan monteres akterut for å gjøre propellakslene kortere og spare den plass som kreves av lange aksler. Effektreguleringsenhetene kan monteees hvor det er bekvemt eller hensiktsmessig, idet omfanget og det volum som disse enheter opptar er neglisjerbart. In addition to economic operation, the propulsion arrangement according to the invention enables a further economic advantage in that it utilizes the limited space available in sea-going auxiliary vessels. Thus, the power-producing units can be mounted in the forward part to provide better trimming of the vessel without adding ballast when<*>the vessel is at work or is loaded, and the power-consuming units can be mounted aft to make the propeller shafts shorter and save the space required by long shafts. The power regulation units can be mounted where it is convenient or appropriate, as the extent and volume these units occupy is negligible.

Det vil innsees at anordningen ifølge oppfinnelsen kan sammenkobles separat eller i fellesskap i hvilketiraom helst arrangement med hensyn til antall og funksjon, slik at de effekt-forbrukende enheter kan drives uavhengig av hverandre fra én effektproduserende enhet gjennom en eller flere effektreguleringsenheter , eller omvendt. It will be understood that the device according to the invention can be connected separately or jointly in any arrangement with regard to number and function, so that the power-consuming units can be operated independently from one power-producing unit through one or more power regulation units, or vice versa.

Claims

1. <A> nordnin <g> for connecting and controlling units in a. pure operation system for maximum flexibility and economy when operating seagoing auxiliary vessels that have propellers and prope11 shafts driven by the device, comprising in combination a plurality of power producing units connected in parallel and each of which comprises an electric generator device for producing an alternating current of constant voltage and frequency, and a diesel engine device for producing maximum torque and maximum brake horsepower at maximum nominal number of revolutions per minute, under the lowest possible fuel consumption per braking force-hour, to drive the electrical generator device, a plurality of power regulation units which are connected in parallel with each other and respectively in series with the power producing units and comprising a plurality of controlled silicon rectifier devices for rectification and voltage regulation of the output current from the electric generator device with constant voltage and frequency, to a direct current with variable voltage, and a plurality of electric current regulation devices connected in parallel with each other and in series with the aforementioned electric© generator devices for rectification© and variation of current, and a plurality power consuming units comprising a plurality of shunt-wound direct current motors with rotor windings and felt winding rigs, which rotor windings for connecting in parallel to said liaitam rectifier devices in series with the power producing units for providing and regulating variable speeds of the DC-raotor® below 100% of the base speed, which ■fat windings are connected in series through the electric current-regulating devices with the electric generator- .devices and. in parallel with each other® for activation of the DC motors in combination with the silicon rectifier devices and control of the varying speeds over the mentioned © 100% of the base rotation of the DC motors.

2. Device according to claim 1, characterized in that two of the aforementioned multiple direct current motors are mounted for in trapeoacap and several together and drive each of the propellers and propeller shafts through a common gear development- that the unhunt-wound field windings of the two direct current motors are connected in series with the regulated direct current, and that the rotor windings are connected to the voltage-regulated direct current. 3o Device according to claim 1, characterized in that at least one of the aforementioned plurality of shunt-wound direct current motors serves to drive auxiliary equipment and the rotor winding of the motor in question is connected alternatively with the silicon rectifier devices for two of the said majority of direct current motors, and the associated field winding is connected to an independent current regulation device"

4. Device according to claim 1, characterized in that the aforementioned plurality of effect-producing units are mounted in the forward part of the seagoing auxiliary vessel in order essentially to trim the vessel when it is loaded and works without using ballast and losing space for ballast. . 5. 'Device according to claim 1, characterized in that the aforementioned majority power-consuming units are mounted aft in the vessel to reduce the length of the propeller shafts and the space required for them'. ©. Procedure for connecting and controlling units in a propulsion device mounted in a seagoing auxiliary vessel in order to realize or coordinate maximally effective working characteristics or characteristics for h <y> unit with the other units for maximum efficiency of the combination during operation ,- extensive application of a dieoéimotor device© if has limited speed regulation and is designed to drive a variable Istrøra-■ generator for constant speed with output current of constant voltage and frequency with the least possible fuel f consumption at full load at maximum nominal speed. connection of power regulation units to the alternating current output, which power regulation units have controlled silicon rectifier devices for rectification of the hee of the supplied alternating current, and current regulation devices which serve to rectify and regulate the strength of the flow of the supplied alternating current, application of shunt-wound DC motors that have performance characteristics with constant maximum torque up to the maximum nominal speed and maximum constant brake horsepower above this, © g connection of the direct current motor to the output of the power control unit © for controlling the speed of the power-consuming units so that they fully load the diesel engine devices for the output and utilization of the maximum engine braking power-hour. ■'