NO782899L - Fremgangsmaate og anordning for sammenkobling og styring av fremdriftsmaskineri. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for sammenkobling og styring av fremdriftsmaskineri

Denne oppfinnelse angår generelt en fremdriftsanordning

. eller et kraftaggregat for drift av sjøgående hjelpefartøyer,

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.

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.

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.

I henhold til denne oppfinnelse er det tilveiebrakt

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.

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.

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.

Det er videre tilveiebrakt en fremdriftsanordning som er egnet til oppdeling for installasjon med maksimal bekvemmelig-het og plas&besparelse.

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.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvors

figur 1 skjematisk viser en typisk fremdriftsanordning i henhold til oppfinnelsen,

figur 2 er et diagram med en typisk ydelseokurve for

en dieselmotor,

figur 3 viser ydelseskurven eller karakteristikken for en shunt-viklet likestrøm-motor,

figur 4 er et diagram som viser kurver for propell-omdreiningstall og fartøyhastighet for en slepebåt med konvensjonell reduksjons^gir- drift,

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

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.

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

vist streket og kan tilføyes i fremdriftsanordningeh om det ønskes.

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

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

strømreguleringsenhetene, 18 som er montert mellom utgangen av de effekt-produserende enheter 10 og de nevnte feltviklinger

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.

På figur 2 er karakteristikken eller ydelseskurven for

en diesel-motor vist yed at dreiemoment og effekt eller antall

hestekrefter stiger med omdreiriingstallét inntil et maksimum

blir nådd for alle" tre. Da de her beskrevne dieselmotorer ikke trygt kan kjøres méd omdreiningstall høyere enn 900 omdreininger

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..<

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

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

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.

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

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

nettotap på 7 %, ligger det ikke desto mindre en økonomisk besparelse i breiaastoff på 18 % pluss halvparten av den smørolje

og halvparten av den motor driftstid som går «ied for den 8 % lengre reisetid.

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.

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.

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.

Claims (1)

1. <A> nordnin <g> for sammenkobling og styring av enheter i et. f reindriftsanlegg for maksimal fleksibilitet og økonomi ved drift av sjøgående hjelpefartøyer som har propeller' og prope11-aksler drevet av anordningen, omfattende i kombinasjon et flertall effektprodusereh de enheter som er koblet i parallell og som hver omfatter en elektrisk generator-innretning for frembringelse av en vekselstrøm med konstant spenning og frekvens , og endiesel-motor-innretning for å avstedkomme maksimalt dreiemoment og maksimal bremsehestekraft ved maksimum nominelt antall omdreininger pr. minutt, under minst mulig brennstoffforbruk pr. bremsekraft-time, for å drive den elektriske generator-innretning, et flertall effektreguleringsenheter som er koblet i parallelt med hverandre og henholdsvis i serie med de effektproduserende enheter og omfattende et flertall styrte silisium-likeretter-innretninger for likeretning og spennings-regulering avutgangsstrømmen fra den elektriske generator- innretning med konstant spenning og frekvens, til en likestrøm med variabel spenning, og et flertall elektriske strømregulerings-iaaretninger koblet i parallell m©d hverandre og i serie med de nevnte elektrisk© generator-innretniager for likeretning© g variasjon av strøraaon, og et flertall effektforbrukende enheter omfattende et flertall shunt-viklede likestrøm-motorer med rotor-viklinger og følt-vikliriger, hvilket rotor-viklinger for sammenkobling i parallell© g til si liaitam-likeretter-innretningene i serie med de effektprcdusérende enheter for tilveiebringelse og regulering av varierende fiastigheter av likestrøm-raotoren® under 100 % av basisomdreiningstallet, hvilket■feit-viklinger er i koblet i serie gjennom do elektriske strøm-reguleringsinnretninger med de elektriske generator- .innretninger og. i parallell med hverandr® for aktivering av likostrøm-motorene i kombinasjon med silisium-likeretter-innretningene og styring av de varierende hastigheter over de nevnt© 100 % av bas&somdreiningstailet f© r likestrøm-motorene.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at to av de nevnte flertall likestrøm-motorer er montert for i felleoakap og flere sammen og drive hver av propellene og prope1lakslene gjennom en felles tannhjulsutvekeling- at de ehunt-viklede felt-viklinger på de to likestrøm-motorer er koblet i serie med den regulerte likestrøm, og at rotor-viklingene er forbundet med den spenningsregulerte likestrøm. 3o Anordning ifølge krav 1, karakt e' r-i sert ved at idet miaste en av det nevnte flertall shunt-viklede likestrøm-motorer tjener til å drive hjelpeutstyr og vedkommende motorers rotor-vikling er forbundet alternativt med silisium-likeretter-innretningene for to av de nevnte flertall likestrøm-motorer , og den tilhørende felt-vikling er forbundet med en uavhengig atrømreguleringsinnretning»

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert v e d at det nevnte flertall effekt-prødueerende enheter er montert i den fremre del av det sjøgående hjelpefartøy for idet vesentlig© å trimme fartøyet når dette er belastet og arbeider uten å bruke ballast og tape plass for ballast. . 5. ' Anordning ifølge krav l, k a r a k t'e r ,i sert ved at det-nevnt© flertall effekt-forbrukende enheter er montert akterut i fartøyet for å redusere lengden av propell-akalene og den plass- som kreves for disse'. ©. Fremgangsmåte for sammenkobling og styring av enheter i en fremdriftsanordning montert i et sjøgående hjelpefartøy for å realisere eller samordne maksimalt effektive arbeids-kar ak ter is tikker eller -egenskaper for h <y> er enhet med de øvrige enheter for maksimal virkningsgrad av kombinasjonen under drift,- omfattende anvendelse av en dieoéimotor-innretning© om har begrenset haøtighetsregulering og er innrettet til med full belastning ved maksimal nominell hastighet å drive en vekseIstrøra-■ generator for konstant hastighet med utgahgsstrØm av konstant spenning og frekvens under minst mulig brennstof f-forbruk ..tilkobling av' ef ■fektreguleringsenheter til^vekselstrømss-utgangén, hvilket effektreguloringsériheter har styrte silisium-likeretter-innretninger for likeretning av hee av den avgitte vekselstrøm, og otrømreguleringsinnretninger som tjoner tii å likerette og regulere styrken av' reoten av den avgitte vekselstrøm, anvendelse av shunt-viklede likestrøm-motorer som har ydelseskarakteristikker med konstant maksimalt dreiemoment opp til det maksimale, nominelle omdreiningstall og maksimal konstant bremsehestekraft tatover dette ,© g tilkobling av likestrøm-motoren til utgangen av effektreguleringoenheten© for styring av oradreiningstallet i de effekt-forbrukende enheter slik at de fult ut belaster diooelmotor-innretningene for avgiveloe og utnyttelse av maksimal' motorbremsekraft-time. ■'