RU2139810C1

RU2139810C1 - Control device for optimal use of energy generated by main shipboard power source

Info

Publication number: RU2139810C1
Application number: RU97108977A
Authority: RU
Inventors: Квамсдаль Рольф
Original assignee: Квернер АСА
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1995-11-03
Publication date: 1999-10-20
Also published as: JPH10508557A; DE69507628T2; FI971891A0; FI971891A; DE69507628D1; EP0789658B1; NO944225L; NO944225D0; EP0789658A1; WO1996014241A1; DK0789658T3

Abstract

FIELD: shipbuilding; control devices for optimal use of energy generated by main shipboard power source. SUBSTANCE: energy is delivered to engines for motion of ship in longitudinal direction and probably to engines for motion of ship in transversal direction together with engines ensuring operation of other shipboard arrangements. Control device has electric control circuit which connects main power source, generators and engine with maneuvering unit, programmed logic control unit and probably global positioning system. Programmed logic control unit is designed for receiving information on required motion of ship, for example, from maneuvering unit or from global positioning system and for transmitting control pulses to engines to make them operate on basis of data optimization program in order to obtain required motion of ship at minimum power requirements. EFFECT: low power requirements. 6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройству управления для достижения оптимального использования энергии, которую вырабатывает главный источник энергии судна, причем возможны преобразование этой энергии в электрическую энергию с помощью генератора и ее подача через линию электроснабжения по меньшей мере к одному первому двигателю, который обеспечивает срабатывание первого устройства для движения судна в продольном направлении, и возможно по меньшей мере к одному второму двигателю, который обеспечивает срабатывание второго устройства для движения судна в поперечном направлении вместе с возможными дополнительными двигателями для обеспечения срабатывания дополнительных устройств на борту судна. The invention relates to a control device for achieving optimal use of energy generated by the ship’s main energy source, and it is possible to convert this energy into electrical energy using a generator and supplying it through the power line to at least one first engine, which provides the first device for movement the vessel in the longitudinal direction, and possibly at least one second engine, which provides the operation of the second device for izheniya vessel in the transverse direction, together with possible further motors for triggering additional devices on board the vessel.

Из патента США N 5199912 (на имя Дейда) известно, что двигатель судна может обеспечить срабатывание электрического генератора, который в свою очередь обеспечивает срабатывание электродвигателя для работы гребного винта. From US patent N 5199912 (in the name of Dade) it is known that the ship's engine can provide an electric generator, which in turn provides the electric motor to operate the propeller.

Из периодического издания MER за август 1994 г. известна система мониторинга и предупреждения (Vosper Vicam) для главного двигателя судна, электрических генераторов, устройств по распределению электрической энергии и топлива, кондиционирования воздуха, откачки воды и для систем тушения пожара. From the MER periodical in August 1994, a monitoring and warning system (Vosper Vicam) for the ship’s main engine, electric generators, devices for distributing electric energy and fuel, air conditioning, water pumping and fire fighting systems is known.

Из патента Норвегии N 170722 (на имя Джонсена) известны способы и устройства для мониторинга оптимальной работы гребных винтов с регулируемым шагом для использования, например, вместе с автоматическими навигационными системами, если плавание осуществляется вдоль каких-то конкретных маршрутов плавания. Расположенные на валу гребного винта динамометрические датчики посылают импульсы в компьютер, который регулирует выходную мощность двигателя и шаг гребного винта. From Norwegian patent N 170722 (in the name of Johnsen), methods and devices are known for monitoring the optimal operation of propellers with adjustable pitch for use, for example, together with automatic navigation systems, if navigation is carried out along any specific swimming routes. Torque sensors located on the propeller shaft send impulses to the computer, which controls the engine output and propeller pitch.

Из авторского свидетельства Советского Союза N 856894 известно, что шаг гребного винта судна с регулируемым шагом можно регулировать в виде функции возмущений в движениях судна и что режим работы нескольких главных двигателей можно регулировать одновременно. Эти возмущения могут быть произвольными или оцениваться заранее. Продолжающиеся возмущения получаем от трансдукторов, которые выдают импульсы, содержащие информацию о вертикальной скорости судна и о первой производной дифферента судна. From the copyright certificate of the Soviet Union N 856894 it is known that the pitch of the propeller of the ship with an adjustable pitch can be adjusted as a function of disturbances in the movements of the ship and that the operation mode of several main engines can be adjusted simultaneously. These perturbations can be arbitrary or evaluated in advance. Continuing disturbances are obtained from transducers that give out pulses containing information about the vertical speed of the vessel and the first derivative of the vessel trim.

Из патента США N 4836809 (на имя Пеллегрино) известно, что на скорость и курс судна можно влиять с помощью двигателей и гребных винтов соответственно. From US patent N 4836809 (in the name of Pellegrino) it is known that the speed and course of the vessel can be influenced by engines and propellers, respectively.

Из известного уровня техники известно также, что судно может перемещаться вдоль или вращаться вокруг релевантных больших осей с помощью ряда водометов, режим работы которых регулируется индивидуально. It is also known from the prior art that a vessel can move along or rotate around relevant major axes using a series of water cannons, the operation mode of which is individually regulated.

Задачей устройства согласно изобретению является создание устройства известного типа, описанного в введении и которое обеспечивает оптимальное использование энергии, включая, например, тепловую, а также механическую энергию, которую вырабатывает источник энергии на борту судна для всех потребителей энергии судна. The object of the device according to the invention is to provide a device of a known type described in the introduction and which ensures optimal use of energy, including, for example, thermal, as well as mechanical energy, which is generated by the energy source on board the vessel for all energy consumers of the vessel.

Специфические особенности устройства по изобретению представлены отличительными признаками, суммированными в формуле изобретения. The specific features of the device according to the invention are represented by distinctive features summarized in the claims.

Ниже изобретение будет описано более детально и с ссылками на чертеж, на котором схематически изображено рабочее соединение между источником энергии и устройствами, которые работают от этого источника, а также электрическая схема управления для источника энергии и устройств, причем компоненты системы обозначены символически и размещены на борту судна. Below the invention will be described in more detail and with reference to the drawing, which schematically depicts the working connection between the energy source and devices that operate from this source, as well as the control circuit for the energy source and devices, the system components are indicated symbolically and placed on board vessel.

Следует иметь в виду, что описываемые здесь приводные устройства представлены в качестве примера и что система может содержать большее или меньшее количество устройств, которые будут срабатывать от главного источника энергии, и что она может содержать различное количество двигателей, помимо двух. It should be borne in mind that the drive devices described here are presented as an example and that the system may contain more or fewer devices that will be triggered by the main energy source, and that it may contain a different number of motors, in addition to two.

Источник энергии состоит из двух главных двигателей, например двух дизельных двигателей 1, 2, каждый из которых приводит в действие свой соответствующий электрический генератор 5, 6 через соответствующие валы 3, 4. Вместо дизельных двигателей можно использовать паровые или газовые турбины, например, или какую-то комбинацию различных типов двигателя. The energy source consists of two main engines, for example, two diesel engines 1, 2, each of which drives its respective electric generator 5, 6 through the respective shafts 3, 4. Instead of diesel engines, steam or gas turbines can be used, for example, or which a combination of different types of engine.

В соответствии с уже известным уровнем техники не предусматривалось использование отдельных вспомогательных двигателей и для всех технических задач предусматривался только один общий источник энергии. Однако настоящее изобретение можно также использовать и в том случае, если используется гребной винт, который приводится в действие непосредственным образом и механически посредством главных двигателей, а само судно дополнительно имеет ряд вспомогательных двигателей. In accordance with the prior art, the use of separate auxiliary engines was not envisaged, and for all technical tasks, only one common energy source was provided. However, the present invention can also be used if a propeller is used, which is driven directly and mechanically by the main engines, and the vessel itself additionally has a number of auxiliary engines.

Генераторы поставляют электрическую энергию в общую сеть энергоснабжения, которая состоит из линий подачи электроэнергии 8, которые на чертеже обозначены двойной линией. Generators supply electrical energy to a common power supply network, which consists of power supply lines 8, which are indicated by a double line in the drawing.

Например, генераторы поставляют энергию для работы следующих устройств:
- двух пар электрических двигателей 11, 12 и 13, 14 соответственно, каждый из которых посредством коаксиальных валов 15, 16 и 17, 18 соответственно обеспечивает срабатывание своей соответствующей пары гребных винтов с регулируемым шагом 19, 20 и 21, 22 соответственно. Гребные винты в каждой паре гребных винтов или пары гребных винтов могут вращаться в противоположные стороны относительно друг друга, чтобы добиться максимальной степени эффективности в сообщении движения. Можно также предусмотреть возможность установки и использования одиночных гребных винтов с фиксированным или регулируемым шагом или различные водометы;
- пары поперечных гребных винтов 31, 32, которые установлены на корме судна и каждый из которых приводится в действие своим собственным электрическим двигателем 33, 34;
- пары поперечных гребных винтов 36, 37, которые установлены на носовой части судна и каждый из которых приводится в действие своим собственным электрическим двигателем 38, 39. Настоящее изобретение можно также использовать и без поперечных гребных винтов. Однако в этом последнем случае уменьшаются функциональные возможности, особенно в процессе маневрирования;
- пары рулей 41, 42, которые установлены позади каждой пары обеспечивающих движения гребных винтов 19, 20 и 21, 22 и каждый из которых может поворачиваться с помощью его соответствующего рулевого механизма 43, 44. Этот механизм, например, может быть электрогидравлическим. Рули 41, 42 представлены типом, который может оттягиваться или втягиваться в корпус, например, с помощью электрогидравлического оборудования (не показано). Подобным же образом связанные электрические двигатели могут приводиться в действие генераторами.For example, generators supply energy for the operation of the following devices:
- two pairs of electric motors 11, 12 and 13, 14, respectively, each of which, by means of coaxial shafts 15, 16 and 17, 18, respectively, provides the triggering of its respective pair of propellers with adjustable pitch 19, 20 and 21, 22, respectively. The propellers in each pair of propellers or a pair of propellers can rotate in opposite directions relative to each other in order to achieve the maximum degree of efficiency in the movement message. It may also be possible to install and use single propellers with fixed or adjustable pitch or various water cannons;
- a pair of transverse propellers 31, 32, which are mounted at the stern of the vessel and each of which is driven by its own electric motor 33, 34;
- a pair of transverse propellers 36, 37, which are mounted on the bow of the vessel and each of which is driven by its own electric motor 38, 39. The present invention can also be used without transverse propellers. However, in this latter case, functionality is reduced, especially during maneuvering;
- a pair of rudders 41, 42, which are installed behind each pair of propellers 19, 20 and 21, 22 that provide movement and each of which can be rotated using its corresponding steering gear 43, 44. This mechanism, for example, can be electro-hydraulic. Steering wheels 41, 42 are represented by a type that can be pulled or pulled into the housing, for example, using electro-hydraulic equipment (not shown). Similarly, coupled electric motors can be driven by generators.

Отработанное тепло от двигателей 1, 2, движение которого указано стрелками 53, 54, можно использовать для обогрева, опреснения морской воды, абсорбционных холодильных установок и т. д. Waste heat from engines 1, 2, the movement of which is indicated by arrows 53, 54, can be used for heating, desalination of sea water, absorption refrigeration units, etc.

Работу двигателей 11-14, 33, 34, 38, 39 можно регулировать по частоте, что дает возможность изменять их скорость вращения. The operation of engines 11-14, 33, 34, 38, 39 can be regulated in frequency, which makes it possible to change their rotation speed.

Кроме того, генераторы 5, 6 могут поставлять электрическую энергию другим устройствам на борту судна (не показаны), например лебедкам, вентиляторам, насосам, обогревателям воды, для освещения и т.д., причем все эти устройства обозначены только одной ссылочной позицией 52. In addition, generators 5, 6 can supply electrical energy to other devices on board the vessel (not shown), such as winches, fans, pumps, water heaters, for lighting, etc., all of which are indicated by only one reference numeral 52.

Для регулирования режима двигателей (1, 2) и подачи энергии к тем устройствам, которые принимают от них энергию, предусмотрено устройство регулирования, которое содержит:
- устройство выдачи импульса на управление маневрированием, которое ниже будет называться устройством маневрирования 45;
- программируемое логическое устройство управления, которое ниже будет называться PLS устройство 46;
- глобальную систему позиционирования 47, которая ниже будет называться системой GP;
- электрическую схему управления, которая через электрические кабели управления 48 связывает главные двигатели 1, 2, генераторы 5, 6 и двигатели 11-14, 33, 34, 38, 39 с упомянутыми выше остальными компонентами устройства управления. На чертеже кабели управления 48 показаны одиночной линией.To regulate the mode of the engines (1, 2) and supply energy to those devices that receive energy from them, a regulation device is provided that contains:
- a device for issuing an impulse to control maneuvering, which will be referred to below as the maneuvering device 45;
- a programmable logic control device, which below will be called PLS device 46;
- global positioning system 47, which will be referred to below as the GP system;
- a control circuit that connects the main motors 1, 2, generators 5, 6 and motors 11-14, 33, 34, 38, 39 to the other components of the control device mentioned above through electric control cables 48. In the drawing, control cables 48 are shown in a single line.

Устройство гарантирует, что в любой момент в работе будет находиться правильное количество двигателей, и оно может останавливать или запускать в работу двигатели в зависимости от потребностей в электроэнергии. The device guarantees that at any moment the correct number of engines will be in operation, and it can stop or start the engines in operation depending on the needs for electricity.

Система маневрирования содержит устройство рычага управления 50 типа, который имеет рычаг управления, один конец которого устанавливается через универсальный шарнир и который предназначен для одновременного управления всеми двигателями гребных винтов 11- 14, 33, 34, 38, 39 в процессе маневрирования, чтобы добиться с помощью этого одиночного рычага управления регулируемого движения судна вдоль или вокруг упомянутых выше больших осей, включая разворот судна вокруг любой точки вдоль продольной оси точки. The maneuvering system comprises a type 50 control lever device, which has a control lever, one end of which is mounted through a universal joint and which is designed to simultaneously control all the propeller motors 11-14, 33, 34, 38, 39 during the maneuvering, to achieve with of this single control lever of the adjustable movement of the vessel along or around the aforementioned major axes, including the rotation of the vessel around any point along the longitudinal axis of the point.

Устройство маневрирования дополнительно содержит устройство штурвального колеса 51 для управления двигателями руля 42, 43. The maneuvering device further comprises a steering wheel device 51 for controlling the steering wheel engines 42, 43.

При высокой скорости движения рули частично оттягиваются назад для уменьшения гидравлического сопротивления. На судах со сдвоенными гребными винтами, как в описываемом случае, рули могут убираться полностью, благодаря чему управление судном осуществляется посредством изменения подаваемой к двум гребным винтам электроэнергии. At high speeds, the rudders are partially pulled back to reduce hydraulic resistance. On ships with twin propellers, as in the described case, the rudders can be fully retracted, so that the vessel is controlled by changing the electricity supplied to the two propellers.

Устройство PLS предназначено для приема информации относительно желаемого движения судна от устройства маневрирования 45 и для координации этой информации с информацией, касающейся фактического движения судна, от системы GP, а возможно также от датчиков и гироскопов (не показаны), и для передачи импульсов управления к двигателям для управления ими на основе программы оптимизации для достижения желаемого движения судна при минимальных затратах энергии. The PLS device is designed to receive information regarding the desired movement of the vessel from the maneuvering device 45 and to coordinate this information with information regarding the actual movement of the vessel from the GP system, and possibly also from sensors and gyroscopes (not shown), and to transmit control pulses to the engines to manage them on the basis of an optimization program to achieve the desired movement of the vessel with minimal energy consumption.

Устройство также гарантирует втягивание рулей, а в случае использования блоков с несколькими гребными винтами обеспечивает передачу для снабжения энергией управления рулем. The device also ensures that the rudders are retracted, and in the case of units with multiple propellers, it provides transmission to power the steering.

Совместно с информацией от, например, метеорологических спутников и электронных таблиц, и на основе данных относительно движения и т.д. система управления предназначена для управления движением судна к своему пункту назначения по оптимальному маршруту, избегая при этом штормов без риска сесть на мель или столкнуться с другими судами и при минимальном расходе энергии. Together with information from, for example, meteorological satellites and spreadsheets, and based on data regarding movement, etc. The control system is designed to control the movement of the vessel to its destination along the optimal route, while avoiding storms without risk of running aground or colliding with other vessels and with minimal energy consumption.

Claims

1. The control device to achieve optimal use of the energy generated by the ship’s main energy source (1,2), which is converted into electrical energy by means of a generator (5,6) and transmitted through the linear power supply network (8) to at least one first engine (11,12,13,14), providing the operation of the first device for the movement of the vessel in its longitudinal direction, and possibly at least one second engine (33,34,38,39), which provides the operation of the second device, for the movement of the vessel in with the entire transverse direction, together with additional engines to ensure the operation of additional devices on board the vessel, characterized in that it has an electric control circuit (48) that connects the main energy source (1,2), generator (5,6) and engines to the device issuing a maneuverability control pulse (maneuvering device (45)), with a programmable logic control device (PLS device (46)) and with a global positioning system (GP system (47)), while the PLS device (46) is made with the possibility of receiving information regarding the desired movement of the vessel from, for example, a maneuvering device (45) or the GP system (47) and for transmitting control pulses to the engines to operate the latter based on the optimization data program to achieve the desired vessel movement with optimal use of the energy of the main energy source in the process of movement and maneuvering.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first device for the movement of the vessel is made with at least one pair of propellers providing movement (19,20,21,22), driven by the corresponding coaxial shafts (15,16 , 17,18), each of which, in turn, is set in motion by its respective electric motor (11,12,13,14).

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the second device for moving the vessel is made with at least one plate-shaped rudder (41,42), which is made with the possibility of pulling into the hull of the vessel.

4. Device according to any one of paragraphs.1 to 3, characterized in that the second device for moving the vessel is made with at least one transverse propeller (31,32,36,37).

5. A device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the PLS device is configured to calculate a sailing route with optimal use of energy, having an appropriate approach to the condition of the sailing area, sea and weather.

6. The device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the maneuvering device is made with a control lever for maneuvering the vessel using all the propellers and a steering wheel for maneuvering the vessel using the steering wheel or changing energy in the case of using a unit with many propellers .