DE1155358B - Power generation plant for diesel motor ships - Google Patents

Description

Stromerzeugungsanlage für Dieselmotorschiffe Zur Stromerzeugung auf Schiffen werden vielfach aus einem Dieselmotor und einem Drehstromgenerator bestehende Aggregate verwendet, da ein Drehstrombordnetz viele bekannte Vorteile bietet. Da das Bordnetz praktisch ständig zur Abgabe elektrischer Leistung bereit sein muß, müssen derartige Dieselaggregate oft über längere Zeit in Betrieb sein. Sie unterliegen daher einem erheblichen Verschleiß, der zu Betriebsstörungen führen kann und zu Ersatzbestückungen zwingt, und bedingen eine Lärmbelästigung.Power generation plant for diesel motor ships to generate electricity Ships are often made up of a diesel engine and a three-phase generator Units used, as a three-phase electrical system offers many well-known advantages. There the on-board network must be ready to deliver electrical power practically all the time, Such diesel units often have to be in operation for a long time. You are subject to therefore a considerable amount of wear and tear that can lead to malfunctions and to Replacement equipment compels and causes noise pollution.

Insbesondere bei Diesehnotorschiffen besteht aber neben der Aufstellung eines derartigen gesonderten Stromerzeugungsaggregates im Seebetrieb noch die Möglichkeit, den Hauptmotor zur Stromerzeugung heranzuziehen. Dies ist zur Vermeidung der genannten Nachteile in mehreren Fällen bereits ausgeführt worden.In the case of diesel motor ships in particular, however, there is also the installation such a separate power generation unit in operation at sea still has the option of use the main engine to generate electricity. This is to avoid the said Disadvantages have already been mentioned in several cases.

Da jedoch die Drehzahl der Hauptmotorwelle bzw. Propellerwelle nicht konstant ist, kann der Drehstromgenerator zur Speisung des Bordnetzes nicht unmittelbar an die Welle angeschlossen werden, da die Netzfrequenz zumindest annähernd konstant zu halten ist. Daher ist in dem erwähnten Fall zum Antrieb des für die benötigte Netzleistung ausgelegten Drehstromgenerators von der Propellerwelle ein Leonardsatz vorgesehen, dessen Motor (und damit der Drehstromgenerator) durch eine entsprechende Regeleinrichtung auf eine konstante Drehzahl geregelt wird.However, since the speed of the main motor shaft or propeller shaft is not is constant, the alternator cannot directly supply the on-board network be connected to the shaft, since the network frequency is at least approximately constant is to be kept. Therefore, in the mentioned case, to drive is the one needed for the Mains power designed three-phase generator from the propeller shaft a Leonardsatz provided, its engine (and thus the alternator) by a corresponding Control device is regulated to a constant speed.

Es ist eine Stromversorgungsanlage für Dieselmotorschiffe bekannt, bei der eine Dampfturbine zum Antrieb des Drehstromgenerators vorgesehen ist, die sowohl von einem Hilfskessel als auch von einem Abgaskessel gespeist wird. Auf das gleiche Bordnetz arbeitet ferner ein besonderer Generator, der von der Schiffswelle unmittelbar angetrieben wird. Ferner ist noch ein weiterers Dieselaggregat zur Speisung des Bordnetzes vorhanden. Die Lastverteilung zwischen Turbogenerator und Wellengenerator erfolgt durch ein auf die schwankende Frequenz des Bordnetzes ansprechendes Relais, das den Läuferwiderstand des als Asynchrongenerator ausgebildeten Wellengenerators verändert. In dieser Anlage findet die Anpassung der Lastverteilung an die jeweils vorliegende Abgasmenge nur in groben Schaltschritten statt, die außerdem erst dann vollführt werden, wenn sich die Frequenz des Bordnetzes bereits merklich verändert hat. Es ist klar, daß hier keine optimale Ausnutzung der Abgasmenge erfolgen kann. Außerdem muß die unvermeidbare Frequenzänderung des Bordnetzes als nachteilig angesehen werden.A power supply system for diesel motor ships is known, in which a steam turbine is provided to drive the alternator, which is fed by both an auxiliary boiler and an exhaust gas boiler. On the The same on-board network also operates a special generator from the ship's shaft is driven directly. There is also another diesel generator for the supply of the vehicle electrical system available. The load distribution between turbo generator and shaft generator is carried out by a relay that responds to the fluctuating frequency of the on-board network, that is the rotor resistance of the shaft generator designed as an asynchronous generator changes. In this system the adaptation of the load distribution takes place in each case Existing exhaust gas quantity only takes place in rough switching steps, which also only then be carried out when the frequency of the electrical system changes noticeably Has. It is clear that the amount of exhaust gas cannot be optimally utilized here. In addition, the unavoidable change in frequency of the vehicle electrical system must be viewed as disadvantageous will.

Es ist bereits eine Stromerzeugungsanlage für Dieselmotorschiffe vorgeschlagen worden, bei der ein. für die benötigte Bordnetzleistung ausgelegter Drehstromgenerator sowohl von der Propellerwelle über einen Leonardsatz mit drehzahlgeregeltem Motor als auch von einer aus einem Abgasdampfkessel gespeisten Dampfturbine mit einer von der jeweils verfügbaren Abgasmenge bestimmten Leistungsaufteilung angetrieben wird, wobei für den Leonardmotor eine Drehzahlregeleinrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, daß die Drehzahl des Leonardmotors mit zunehmendem Drehmoment weniger stark zurückgeht als die Drehzahl der Dampfturbine. Dadurch soll die aus der Abgaswärme gewinnbare Leistung voll an den Bordnetzgenerator abgegeben werden.A power generating plant for diesel motor ships has already been proposed been at the one. Three-phase generator designed for the required on-board power supply both from the propeller shaft via a Leonard set with a speed-controlled motor as well as from a steam turbine fed from an exhaust gas boiler with a driven by the power distribution determined by the amount of exhaust gas available in each case is, wherein a speed control device is provided for the Leonard engine, the causes the speed of the Leonard engine to become less pronounced with increasing torque decreases as the speed of the steam turbine. This should result in the exhaust gas heat recoverable power can be fully transferred to the on-board power supply generator.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Leistungsaufteilung zwischen Propellerwelle und Dampfturbine ohne Zuhilfenahme eines aufwendigen Leonardsatzes so einzuregeln, daß die jeweils anfallende Abgasmenge voll ausgenutzt wird.It is the object of the invention, the power distribution between propeller shaft and to regulate the steam turbine without the aid of an elaborate Leonard theorem in such a way that that the respective amount of exhaust gas is fully utilized.

Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsanlage für Dieselmotorschiffe mit einem für die benötigte Bordnetzleistung ausgelegten Drehstromgenerator, der sowohl von der Propellerwelle über ein regelbares hydraulisches Übersetzungsgetriebe als auch von einer aus einem Abgasdampfkessel gespeisten Dampfturbine über eine Überholkupplung angetrieben wird, und besteht darin, daß zwecks Erzielung einer die jeweils verfügbare Abgasmenge möglichst restlos ausnutzende Leistungsaufteilung zwischen Propellerwelle und Dampfturbine für das Getriebe eine auf die Generatordrehzahl ansprechende Regeleinrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, daß die Drehzahl des Generators mit zunehmendem Drehmoment weniger stark zurückgeht als die Drehzahl der Dampfturbine. Die Überholkupplung rückt selbsttätig aus, wenn die Dampfturbine infolge geringeren Dampfanfalles langsamer läuft als der Drehstromgenerator, und rückt ein, wenn die Dampfturbine die Drehzahl des Drehstromgenerators erreicht und diesen anzutreiben vermag. Neben dem Abgaskessel ist in üblicher Weise noch ein anderweitig beheizbarer Hilfskessel vorgesehen, der allein oder im Parallelbetrieb mit dem Abgaskessel die Dampfturbine speisen kann.The invention relates to a power generation system for diesel motor ships with a three-phase generator designed for the required on-board power supply, the both from the propeller shaft via an adjustable hydraulic transmission gear as well as from a steam turbine fed from an exhaust gas boiler via a Overrunning clutch is driven, and is that in order to achieve a Power distribution that uses the available exhaust gas as fully as possible between propeller shaft and steam turbine for the gearbox one to the generator speed responsive control device is provided, which causes the speed of the Generator decreases less sharply with increasing torque than the speed the steam turbine. The overrunning clutch disengages automatically when the steam turbine runs slower than the three-phase generator due to the lower amount of steam, and engages when the steam turbine reaches the speed of the alternator and able to drive it. In addition to the exhaust gas boiler is still in the usual way an auxiliary boiler that can be heated in some other way is provided, which can be operated alone or in parallel can feed the steam turbine with the exhaust gas boiler.

Für Stillstandzeiten (Hafenbetrieb) oder Fahrt mit sehr kleiner Geschwindigkeit ist in üblicher Weise noch ein Hilfsdieselmotor vorgesehen, der einen zusätzlichen Drehstromgenerator zur Speisung des Bordnetzes antreibt. Statt mit dem zusätzlichen Drehstromgenerator kann der Hilfsdieselmotor aber auch, wie bereits vorgeschlagen, mit dem Drehstromgenerator gekuppelt sein.For downtimes (port operations) or travel at very low speeds an auxiliary diesel engine is also provided in the usual way, which has an additional Drives three-phase generator to supply the vehicle electrical system. Instead of the additional The auxiliary diesel engine can, however, also, as already proposed, be be coupled to the alternator.

Gemäß der Erfindung wird das zwischen der Propellerwelle und dem Bordnetzgenerator geschaltete hydraulische Übersetzungsgetriebe mit Hilfe eines mit dem Drehstromgenerator gekuppelten Tachodynarnos und eines Reglers derart gesteuert, daß die Drehzahl des Generators mit zunehmendem Drehmoment weniger stark zurückgeht als die Drehzahl der Dampfturbine. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei Zunahme der Leistungsabgabe der Dampfturbine infolge erhöhter Abgasmenge die Belastung der Propellerwelle für den Antrieb des Drehstromgenerators sofort zurückgeht. Denn eine Zunahme der Generatordrehzahl führt infolge des Getriebereglers zu einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Sinne, daß die Generatordrehzahl möglichst konstant bleibt. Das ist gleichbedeutend mit einer Verringerung der Leistungsabnahme von der Propellerwelle.According to the invention, this is between the propeller shaft and the electrical system generator switched hydraulic transmission gear with the help of a with the three-phase generator coupled Tachodynarnos and a controller controlled so that the speed of the Generator decreases less sharply with increasing torque than the speed the steam turbine. This measure ensures that when the power output increases the steam turbine due to the increased amount of exhaust gas the load on the propeller shaft for the drive of the alternator goes back immediately. Because an increase in the generator speed leads to a change in the gear ratio as a result of the gear controller in the sense that the generator speed remains as constant as possible. That is synonymous with a reduction in the power decrease from the propeller shaft.

Verringert das Schiff seine Fahrt bzw. seine Propellerdrehzahl, beispielsweise um mehr als 10%, so kann dem Abgaskessel nicht mehr genügend Dampf entnommen werden, um dem Generator noch eine nennenswerte Leistung zuzuführen. Die überholkupplung sorgt dann dafür, daß die Dampfturbine nicht über das Übersetzungsgetriebe bzw. den Generator von der Propellerwelle angetrieben wird. In diesem Falle wird die gesamte Bordnetzenergie aus der Propelerwelle entnommen, wobei eine konstante Generatordrehzahl bzw. eine konstante Netzfrequenz sichergestellt ist.If the ship reduces its speed or its propeller speed, for example by more than 10%, no longer enough steam can be taken from the exhaust gas boiler, in order to supply the generator with a significant amount of power. The overrunning clutch then ensures that the steam turbine does not have the transmission gear or the generator is driven by the propeller shaft. In this case the total on-board network energy taken from the propeller shaft, with a constant generator speed or a constant mains frequency is ensured.

Das beschriebene Zusammenwirken des geregelten Übersetzungsgetriebes mit dem Verhalten der Abgasdampfanlage gewährleistet die Bordstromversorgung, ohne daß der Hilfsdieselmotor in Betrieb genommen werden muß. Infolge dieses Regelverhaltens kann die Regeleinrichtung des hydraulischen übersetzungsgetriebes sehr einfach und robust ausgeführt werden, da ihr nur ein Teil der Regelung zufällt. In Abhängigkeit von der Stellung des Reglers kann bei reduzierter Drehzahl ein Warnsignal ertönen, so daß der Hilfsdieselmotor rechtzeitig angelassen und parallel geschaltet wird. Es ist auch denkbar, eine automatische Startvorrichtung vorzusehen.The described interaction of the regulated transmission gear with the behavior of the exhaust gas system ensures the on-board power supply without that the auxiliary diesel engine must be put into operation. As a result of this control behavior the control device of the hydraulic transmission can be very simple and be robust, since it is only part of the control. Dependent on A warning signal may sound from the position of the controller at reduced speed, so that the auxiliary diesel engine is started in time and connected in parallel. It is also conceivable to provide an automatic starting device.

Falls bei langsamer Drehzahl für andere Zwecke an Bord des Schiffes Dampf gebraucht wird, steht (außer dem Hilfsdieselgenerator) der Hilfskessel zur Verfügung, der für Turbobetrieb mit voller Bordnetzleistung ausgelegt ist.If at low speed for other purposes on board the ship If steam is needed, the auxiliary boiler (with the exception of the auxiliary diesel generator) is available Available that is designed for turbo operation with full on-board power supply.

Ein Vergleich des für eine Stromerzeugungsanlage nach der Erfindung benötigten technischen Aufwandes mit den bekannten Ausführungen zeigt unter der Voraussetzung, daß ein Abgaskessel ohnehin vorhanden ist, daß neben dem günstigeren Betriebsverhalten noch eine Aufwandverminderung erzielt wird. Darüber hinaus hat die beschriebene Anlage den Vorteil, daß während des Seebetriebes unabhängig von der Propellerdrehzahl bis zur unteren Grenze von etwa 50-% der normalen Propellerdrehzahl kein Hilfsdieselmotor zur Speisung des Bordnetzes in Betrieb zu sein braucht.A comparison of that for a power generation plant according to the invention Required technical effort with the known designs shows under the Prerequisite that an exhaust gas boiler is available anyway, that next to the cheaper one Operating behavior still a reduction in effort is achieved. In addition, has the system described has the advantage that during the sea operation regardless of the propeller speed to the lower limit of about 50% of the normal propeller speed no auxiliary diesel engine needs to be in operation to supply the vehicle electrical system.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Stromerzeugungsanlage für Dieselmotorschiffe mit einem für die benötigte Bordnetzleistung ausgelegten Drehstromgenerator, der sowohl von der Propellerwelle über ein regelbares hydraulisches Übersetzungsgetriebe als auch von einer aus einem Abgasdampfkessel gespeisten Dampfturbine über eine Überholkupplung angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung einer die jeweils verfügbare Abgasmenge möglichst restlos ausnutzende Leistungsaufteilung zwischen Propellerwelle und Dampfturbine für das Getriebe eine auf die Generatordrehzahl ansprechende Regeleinrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, daß die Drehzahl des Generators mit zunehmendem Drehmoment weniger stark zurückgeht als die Drehzahl der Dampfturbine. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 903 429; Zeitschrift »Hansa«, 1957, S. 2493 und 2494; Jahrbuch der Schiffsbautechnischen Gesellschaft, 1959, S. 284ff, Aufsatz von Tekn. Dr. Ingvar Jung; deutsche Auslegeschrift Nr.1053 344.PATENT CLAIM: Power generation system for diesel motor ships with a Three-phase generator designed for the required on-board power supply, which is supplied by both the propeller shaft via an adjustable hydraulic transmission gear as well from a steam turbine fed from an exhaust gas boiler via an overrunning clutch is driven, characterized in that in order to achieve one each available exhaust gas amount as completely as possible utilizing power distribution between Propeller shaft and steam turbine for the gearbox one on the generator speed responsive control device is provided, which causes the speed of the Generator decreases less sharply with increasing torque than the speed the steam turbine. Publications considered: German Patent No. 903 429; "Hansa" magazine, 1957, pp. 2493 and 2494; Yearbook of shipbuilding Gesellschaft, 1959, pp. 284ff, article by Tekn. Dr. Ingvar Jung; German interpretation document # 1053 344.