NO793444L - Apparat til kompensasjon av frie momenter fra massekrefter i en forbrenningsmotor som tjener som fremdriftsmaskin i et skip - Google Patents

Description

Apparat til kompensasjon av frie momenter fra massekrefter i

en forbrenningsmotor som tjener som fremdriftsmaskin i et skip.

Oppfinnelsen angår et apparat til kompensasjon av frie momenter fra massekrefter i en forbrenningsmotor som tjener som hovedmotor eller fremdriftsmotor i et skip,hvilket apparat har minst én roterende svingmasse med tilhørende drivmotor anbrakt i langskips avstand fra forbrenningsmotoren,

samt synkroniseringsmidler til'-styring av drivmotorens omdreiningstall og fasevinkel i avhengighet av forbrenningsmotorens omdreiningstall og fasevinkel.

Med stigende brenseloljepriser og arbeidslønninger

er det en tendens til å foretrekke relativt langsomtgående hovedmotorerjsåkalt langslagsmotorer med lite sylinderantall, typisk fra 4 til 6, til fremdrift av skip. Det lave omdreiningstall gir en forbedret driftsøkonomi, bl. a. på grunn av høyere motor- og propellvirkningsgrad, og det beskjedne sylinderantall gir mindre vedlikeholdsarbeide. Motorer med få sylindre har imidlertid store frie momenter av første og/ eller annen orden fra de oscillerende masser, og til hel eller delvis utligning av disse momentene, som kan fremkalle farlige eller i hvert fall ubehagelige bøyningssvingninger i skipsskroget, er det kjent å forsyne motoren med momentkompensatorer som hver har to motroterende svingmasser hvis omdreiningstall er henholdsvis lik hovedmotorens omdreiningstall eller dobbelt så stort. Det kjennes også fra en japansk publikasjon "Hull Girder Flexural Vertical Vibration Caused By 2nd Order Unbalanced Moment of Dieseln Main Engine" datert august 1978

og publisert av Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co.Ltd., et apparat som anbringes i passende langskips avstand fra hovedmotoren og som har en elektromotordrevet enkel svingmasse som roterer om en tverrskipsakse og med dobbelt omdreiningstall.

Derved frembringes en pulserende loddrett massekraft som kan redusere motorens annen ordens momenter.

Sistnevnte kjente apparat har den ulempe at elektromotoren og det tilhørende styresystem må være meget kraftig dimensjonert fordi motorens effekt skal være tilstrekkelig til å akselerere eller avbremse den roterende svingmasse i takt med hovedmotorens stigende eller fallende omdreiningstall, dersom svingmassen skal virke etter sin hensikt, ikke bare ved konstant omdreiningstall av hovedmotoren, men også under dennes akselerasjon eller retardasjon. Hj elpemaskineriétl.til skipets elektriske kraftforsyning må derfor dimensjoneres til en tilsvarende økt maksimumseffekt. I tillegg kommer at det er nød~vendig å bygge inn et reduksjonsgear mellom elektromotoren og svingmassen, hvilket øker både prisen og plassbehovet for apparatet. De.mevnte ulemper forsterkes ytterligere ved langsomtgående hovedmotorer, fordi erfaringen"viser at masse-kreftene pr. sylinder, og dermed også disses momenter ved en gitt sylindereffekt og sylinderdiameter er stort sett de samme uansett motorens nominelle omdreiningstall, fordi et lavere omdreiningstall betinger^større slaglengde og dermed en økning av de oscillerende masser. Massekraften fra en roterende svingmasse i kompensatoren er derimot proporsjonal med annen potens av omdreiningstallet, og lavere motoromdreiningstall krever derfor en tyngre og større svingmasse. Også krav om en lav egenuregelmessighetsgrad av apparatet nødvendiggjør et høyt masseinertimoment og dermed en høy disponibel effekt til variasjon av omdreiningstallet.

Med henblikk på å avhjelpe de ovenfor nevnte ulemper, er apparatet ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedat svingmassens eller -massenes drivmotor er en volumetrisk hydraulisk motor som gjennom en innløps^og en returledning er tilkoplet til en volumetrisk hydraulisk pumpe som er drevet fra forbrenningsmotoren.

Derved oppnås en vesentlig forenkling og billiggjøring av apparatet. Da apparatets ovenfor omtalte høye effektfor-bruk bare opptrer ved akselerasjon og retardasjon av svinga massen, mens forbruket ved konstant omdreiningstall er langt mindre, kan effekten uten vanskelighet leveres av hovedmotoren i de korte perioder da det er aktuelt, ettersom denne motor på grunn av sin mange ganger høyere nominelle ytelser råder over den nødvendige kraftreserve. Det er derfor unødvendig å øke skipets hjelpemaskineri og elektriske generatorer. Den nød-vendige fasesynkronisering mellom hovedmotoren og svingmassen lar seg også lett oppnå med den direkte ledningsforbindelsen mellom svingmassens drivmotor og den av hovedmotoren drevne pumpe. Den hydrauliske motoren kan utføres med vesentlig mindre dimensjoner enn en elektromotor, og den kan dimensjoneres til å prestere dehforlangte utgangseffekt med lavt omdreiningstall, slik at den kan koples direkte uten reduksjonsgear til svingmassen, hvilket også forminsker apparatets plassbehov.

Det vil derfor være praktisk gjennomførlig å utføre apparatet til å kompensere for første ordens momenter, som særlig opptrer ved firesylindrede totaktsmotorer, hvilket neppe lar seg gjøre med det kjente elektromotordrevne apparat på grunn av svingmassens lave omdreiningstall.

Den hydrauliske pumpen kan med fordel være koplet

til forbrenningsmotorens styreaksel, hvilket medfører den fordel at apparatet ved opptredende behov lett kan tilføyes til et eksisterende fremdriftsanlegg fordi det ikke kreves noen større inngrep i hovedmotoren, som derfor heller ikke behøver være spesielt forberedt for påbygging av pumpen.

I en foretrukket utførelsesform er drivmotoren en radialstempelmotor som kan koples direkte til den roterende svingmassen, fordi denne motortypen er velegnet til å levere et høyt dreiemoment ved lavt omdreiningstall på utgangsakselen.

Drivmotoren kan rotere med samme omdreiningstall som forbrenningsmotoren og ved hjelp av en 1:2 utveksling trekke en ytterligere svingmasse. Derved kan man med samme apparat frembringe to pulserende loddrette krefter til kompensering av henholdsvis første og annen ordens momenter.

Svingmassens eller svingmassenes dreieakser kan på kjent måte forløpe i tverrskipsretningen. Derved oppnår man som ovenfor omtalt en tilfredsstillende reduksjon av de frie momenter fra hovédmotorens".massekrefter med en enkel svingmasse for hvert av de momenter hvis innflytelse på skipsskroget ønskes dempet.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til den skjematiske tegningen, der

fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom akterenden av

et skip, utstyrt med en utførelsesform for apparatet ifølge oppfinnelsen, og

fig. 2 er et snitt gjennom en endret utførelsesform for en momentkompensator som kan benyttes i et apparat ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 sees den bakre enden av et skip 1, i hvis maskinrom det er oppstilt en firesylindret totaktdieselmotor 2 som fremdriftsmaskin for skipet. Motorens skjematisk viste veivaksel 3 er ved hjelp av en kopling 4 forbundet med skipets propellaksel 5. Fig. 1 viser videre motorens styreaksel 6

som bærer ikke viste knaster til aktivering av motorens brenselpumpe og eventuelle ventiler i motorsylindrene. Styreakselen trekkes fra veivakselen 3 over et kjedetrekk 7.

Akten for maskinrommet, f.eks. i skipets styremaskin^rom, er det anordnet en momentkompensator 8 ifølge oppfinnelsen. Som det vil fremgå av den følgende beskrivelse frembringer kompensatoren 8 en i takt med motorens 2 massekrefter pulserende loddrett kraft som ved passende styring av kraft.ens fasevinkel motvirker de svingninger som motorens 2 frie momenter genererer i skipsskroget. Plasseringen av kompensatoren 8 akterut er fordelaktig ved at skrogets svingningsform på dette sted har en høy amplitude.

Den omtalte pulserende kraft frembringes av en ubalansert svingmasse 9 som er festet til en i kompensatorens hus dreibart lagret aksel 10 som løper i skipets tverrskips-retning. Akselen 10 drives direkte av utgangsakselen 11 av en hydraulisk motor 12, fortrinnsvis en radialstempelmotor. For overskuelighetens skyld er motoren 12 i fig. 1 vist foran kompensatoren 8, men normalt vil den være sammenbygget med kompensatoren, og de to akslene 10 og 11 vil være koaksiale.

Hovedmotorens styreaksel 6 er direkte koplet til

en hydraulisk pumpe 13 som også- fortrinnsvis er av radiale stempeltypen, og pumpen 13 er forbundet med motoren 12 i et lukket kretsløp som omfatter en mateledning 14 og en returledning 15 for hydrauliskvvæske. Det vil forstås at det hydrauliske kretsløp omfatter forskjellige ikke viste kompo-nenter, f, eks, en tank,' en trykkakkumulator og passende organer til kompensasjon for lekkasje fra kretsløpet, for termiske

volumendringer av den hydrauliske væsken etc,

Det hydrauliske kretsløp omfatter videre organer til nøyaktig fasesynkronisering av pumpens 13 og motorens 12 rota*-sjon, og disse styreorganene er i fig. 1 vist skjematisk ved hjelp av en giver 16 på pumpen 13 og en styreledning 17 fra giveren til motoren 12.

Som vist i fig. 1, hvor svingmassens 9 omdreiningstall er lik omdreiningstallet for styreakselen 6 og dermed også for veivakselen 3, frembringer kompensatoren 8 en kraftpåvirkning som kan kompensere for motorens 2 første ordens momenter. I anlegg hvor det først og fremst er ønskelig å kompensere annen ordens momenter, kan et tilsvarende anlegg medoen enkelt svinge-masse 9 anvendes, idet man da utfører det hydrauliske kretsløp slik at svingmassens drivmotor roterer med dobbelt så høyt om^dreiningstall som motorens veivaksel.

Fig. 2 viser en kompensator som med en enkelt hydraulisk drivmotor og tilsvarende en enkelt hydraulisk pumpe på forbrenningsmotoren kan kompensere både første og annen ordens momenter. Kompensatoren ifølge fig. 2 har et hus 21 som er bygget sammen med en hydraulisk drivmotor 22 på hvis utløps-aksel 23 en i huset 21 roterende svingmasse 24 er direkte festet. Akselen 23 bærer videre et tannhjul 25 som griper inn med et halvparten så stort tannhjul 26 som er festet til en i huset 21 lagret aksel 27 som også bærer en ytterligere svingevekt 28.

Den hydrauliske motoren 22 inngår i et hydraulisk kretsløp som svarer til det i fig. 1 viste, hvorved dens ut-gangsaksel 23 roterer synkront med forbrenningsmotorens veivaksel og med den korrekte fasevinkel i forhold til bevegelsen av forbrenningsmotorens .-oscillerende masser. Svingmassene 24 og 28 roterer derfor.med henholdsvis samme omdreiningstall som forbrenningsmotorens veivaksel og med det dobbelte omdreiningstall, og svingmassene frembringer derved pulserende krefter som kan kompensere henholdsvis første og annen ordens momenter fra forbrenningsmotorens massekrefter.

Oppfinnelsesidéen kan også realiseres i et apparat

til kompensasjon av pulserende krefter som frembringes av skipets propeller. Et slik apparat kan ha en spesielt hydraulisk drivmotor som mates fra den av hovedmotoren drevne hydrauliske pumpe. Alternativt kan det i et apparat som beskrevet ovenfor,

dvs. med en eller to svingmasser til kompensasjon av hovedmotorens frie momenter, innebygges en ytterligere svingmasse som drives av samme hydrauliske motor som den eller de andre svingmassene ved hjelp av et gear, hvis utvekslingsforhold svarer til forholdet mellom propellkreftenes frekvens og den hydrauliske motorens omdreiningstall.

Det vil uten videre innses at den pumpen som mater drivmotoren for den eller de roterende svingmassene i samtlige ovenfor'beskrevne og omtalte varianter kan drives fra en vilkårlig aksel i hovedmotoren, altså spesielt også fra dennes veivaksel eller fra en mellomaksel i trekket til styreakselen.

Claims (5)

1. Apparat til kompensasjon av frie momenter fra massekrefter i en forbrenningsmotor (2), som tjener som hovedmotor eller fremdriftsmaskin i et skip (1), hvilket apparat har'minst én roterende svingmasse (9,24,28) med tilhørende drivmotor (12,22) anbrakt i langskips avstand fra forbrenningsmotoren, samt synkroniseringsmidler (16,17) til styring av drivmotorens omdreiningstall og fasevinkel i avhengighet av hovedmotorens omdreingstall og .' ifasevinkel, karakterisert ved at drivmotoren (12,22) er en volumetrisk hydraulisk motor som gjennom en mate- og en:.' returledning (14,15) er koplet til en volumetrisk hydraulisk pumpe (13) som drives fra forbrenningsmotoren (2) .

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den hydrauliske pumpen (13) er koplet til forbrenningsmotorens styreaksel (6).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at drivmotoren (12,22) er en radialstempelmotor som er koplet direkte til den roterende svingmassen (9,24).

4. Apparat ifølge krav 3»karakterisert ved at drivmotoren (12) roterer med samme omdreiningstall som forbrenningsmotoren (2) og over en 1:2 utveksling (25,26) trekker en ytterligere svingmasse (28).

5. Apparat ifølge et eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at svingmassens eller svinga massenes dreieakser på kjent måte forløper i tverrskipsretningen. Apparat til kompensering av frie momenter fra massekrefter i en forbrenningsmotor som tjener som fremdriftsmaskin i et skip. Sammendrag^ Apparatet omfatter en momentkompensator (8), som er plassert i langskips avstand fra forbrenningsmotoren (2) og har en eller flere roterende svingmasser (9). Hver svingmasse drives av en volumetrisk hydraulisk motor (12) som gjennom en mateledning (14) og en returledning (15) er tilsluttet en av forbrenningsmotoren drevet volumetrisk hydraulisk pumpe (13), på en slik måte at svingmassens omdreiningstall er lik eller dobbelt så høyt som omdreiningstallet for forbrenningsmotorens veivaksel (3), og at det opprettholdes en ønsket fasesynkronisering mellom svingmassens rotasjon og bevegelsen av forbrenningsmotorens oscillerende masser. Det hydrauliske drivsystem for momentkompensatoren gir et vesentlig enklere og biligere apparat enn de kjente, hvor svingmassene drives av elektromotorer.