DE2903297C2

DE2903297C2 - Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl und des Differenzdrehwinkels mindestens zweier Wellen

Info

Publication number: DE2903297C2
Application number: DE19792903297
Authority: DE
Inventors: Thomas Ing.(grad.) 2000 Hamburg Quirus
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE2903297A1; SE446783B; SE8000653L

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Merkmaien des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei Schiffen mit zwei Propellern, von denen jeder mit einem Antriebsaggregat verbunden ist, kann es vorkommen, daß mechanische Schwingungen auftreten, die entweder durch Ungleichheiten der beiden zusammenwirkenden Anlagen oder durch äußere Störeinflü*- se — wie zum Beispiel Ladezustand des Schiffes — hervorgerufen werden. Liegen die Frequenzen der Schwingungen nahe genug beieinander, so können Schwebungen einsetzen, die zu einer Gefährdung des mechanischen Aufbaus und damit des Schiffes und der Ladung führen können.

Es ist daher zur Verhinderung von Schwebungen und zur Kompensation derartiger Schwingungen notwendig, beide Propelleranlagen eines Doppelschraubenschiffes auf gleiche Drehzahl und eine vorgegebene Winkeidifferenz zu regeln. Auf eine solche Regelung können als Störfunktionen Seegangseinflüsse auf die Propeller, unterschiedliche Drehmomente durch Rudermanöver, ungünstiger Ladezustand des Schiffes und dergleichen einwirken.

Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die mittels an jeder Welle angeordneten elektronischen Impulsaufnehmern die benötigten Meßwerte gewinnt und in einer elektronischen Logikschaltung mit einem Sollwert vergleicht und auswertet und das gewonnene Differenzsignal zur Verstellung der Leistung der Antriebsmaschine verwendet. Dabei sind aber ständig Eingriffe in die Fiillungsregelung der Antriebsmaschine erforderlich, was einerseits sehr umständlich sein kann, andererseits sogar zu Schaden an der Antriebsmaschine führen kann (DE-AS 26 20 740).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches in einfacher und sicherer Weise eine Regelung der Propellerwellen eines Zweioder Mehrschraubenschiffes auf gleiche Drehzahlen zwecks Kompensierung mechanischer Schwingungen gewährleistet

Zur Lösung der Aufgabe werden die in den Kennzeichen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmalen angewendet

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Reaktion der Maschinenanlage auf Änderungen des Lastmomentes durch den Regler erheblich schneller erfolgt als bei Eingriffen in die Brennstoffzufuhr. Durch das Fahren mit festvorgegebener Leistungsabgabe ergeben sich günstigere Verbrennungsverhältnisse. Außerdem ist damit zu rechnen, daß Brennstoffeinsparungen erreicht werden können, die den Betrieb einer derartigen Fahranlage wirtschaftlicher gestalten.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbcispiele sollen weitere Erläuterungen gegeben werden. Fig.! zeigt im Prinzip den Regelkreis für zwei Propellerwellen.

Gemäß der F i g. 1 treiben Antriebsmaschinen (Motoren oder Turbinen) 1/9 über Wellen 2/10 Verstellpropeller 3/11 eines Doppelschraubenschi/ies an. Auf jeder Welle 2/10 ist eine Zahnscheibe 5/13 eines Impulsaufnehmers fest angeordnet Jede Zahnscheibe weist eine Vielzahl von Zähnen auf, von denen jeder beim Vorbeilauf an dem induktiven Impulsaufnehmer 6/14 die Abgabe eines Impulses bewirkt Auf jeder Zahnscheibe ist ein vergrößerter Zahn 7/15 angebracht, der bei jeder vollen Umdrehung zur Abgabe eines Synchronisierimpuises führt Die Impulse werden einer Schaltungsanordnung 17 zugeführt, welche die Signale auswertet und in analoge Meßspannungen umformt.

Mittels einer Regeleinrichtung 8/16 wird die Leistungsabgabe der Antriebsmaschinen 1/9 auf einen festen Wert eingestellt (PsoM =- fest). Die in der Schaltungsanordnung 17 gewonnenen Meßspannungen werden einer Vergleichsstelle 19 zugeführt Diese Meßspannungen entsprechen den Winkeln der Wellen 2/10. An der Vergleichsstelle 19 wird mittels eines Sollwertstellers 18 ein Winkelsollwert vorgegeben, weicher nach Subtraktion der beiden analogen Signale zum Differenzwert hinzuaddiert wird. Das so erhaltene Signal wird einer Schaltungseinheit 20 zugeführt, welche aus dem Winkeldifferenzsignal ein Ausgangssignal formt welches nun über eine Stelleinrichtung 4/12 das Wellenlastmoment verändert im Sinne eines Ausgleiches der Winkeldifferenz der beiden Wellen. Diese Stelleinrichtung kann z. B. ein hydraulisches Stellventil sein, welches die Steigung der Flügel der Propeller 3/11 verstellt.

Die Anlage kann so konzipiert sein, daß beide Wellen im Sinne eines Ausgleiches beeinflußt werden. Es ist aber auch vorstellbar, daß eine Welle als Leitwelle gilt und die andere Welle der Leilwe'le folgen muß.

In Fig.2 ist ein anderes Fahranlagenkonzept dargestellt. Auf den Propellerwellen 2/10 ist jeweils ein Wellengenerator 21/23 angeordnet, welcher über einen Gleichstromzwischenkreis mit nachgeschaltetem Wechselrichter 22/24 ein Bordnetz 25 versorgt. Es ist aber auch möglich, daß nur ein Wellengenerator vorgesehen ist. Dann wird zweckmäßig die Welle ohne Wellengenerator als Leitwelle gewählt, während die Welle mit Wellengenerator der Leitwelle folgt durch Leistungsverstellung des Wellengenerators.

Da« von der Schalte bsHnheit 20 ausgegebene Signal wirrt bei dieser Fahranlage benutzt, um eine Leistungsverstellung des oder der We|lengenerator(s)en zwecks Verstellung des Wellenlastmomentes zu erreichen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Wellengenerator zu beeinflussen. So kann beispielsweise die Erregung der Wellengeneratoren verstellt werden. Dann wird der Wellengenerator mit der höheren Erregung den Wellengenerator mit der geringeren Erregung wie einen elektrischen Verbraucher motorisch beschleunigen im Sinne eines Ausgleiches der Wellenwinkeldifferenz. Es wäre auch denkbar, daß das von der Schaltungseinheit 20 geformte Ausgangssignale den Zündgeräten der Wechselrichtereinheiten 22/24 zur Verstellung der Zündwinkel zugeführt wird. Ebenso wäre es möglich, einen im Gleichstromzwischenkreis 22/24 vorgesehenen elektronischen Schalter, der dem Kurzschlußschutz dient, für eine Leistungsverstellung zu nutzen. Mit ihm könnten ohmsche Bürden in den Gleichstromzwischenkreis eingekoppelt werden, um Wirkstrom zu vernichten.

Aus Fig. 3 ist ein weiteres Fahranlagenkonzept ersichtlich. Der Propeller 3/tl ist über die Prope'Ierwe!- Ie 2/10 mit einem Fahrmotor 33/36 verbunden. Der Fahrmotor seinerseits ist über Leitungen 32/37 mit einem Fahrgenerator 30/34 elektrisch gekoppelt. Der Fahrgenerator 30/34 wird von einem Primärantrieb 1/9 über eine Welle 31/35 angetrieben. Dabei kann der Primärantrieb ein Motor oder eine Turbine sein. Bei einer Gleichstromfahranlage ist es aber auch denkbar, den Fahrmotor aus einer oder mehreren Batterien zu versorgen.

Fahrgeneratoren und Fahrmotoren können also Gleichstrommaschinen sein. Ebenso möglich ist aber auch das Konzept einer Drehstromfahranlage, wobei der Fahrgenerator eine Synchronmaschine ist, der Fahrmotor eine Synchron- oder Asynchronmaschine sein kann. Eine Stromrichtermaschine als Fahrmotor ist ebenfalls einsetzbar.

Sind als Fahrmotoren Gleichstrommaschinen 33/36 vorgesehen, so kann das von der Schaltungseinheit 20 geformte Korrektursignal der Stelleinrichtung 4/12 zur Spannungsverteilung des Fahrmotors 33/36 zugeführt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, eine Spannungsverstellung dadurch zu erreichen, daß die oft vorhandenen Anfahr- oder Bremswiderstände auch hier bei der Wellenwinkelkorrektur benutzt werden, indem sie kurzzeitig und teilweise entsprechend der Größe der Abweichung in den Motorankerkreis geschaltet werden. Da die Motordrehzahl bei konstanter Spannung dem magnetischen Fluß umgekehrt proportional ist, kann auch die Moforerregung verstellt werden.
Bei Konzipierung einer Drehstromfahranlage mit Synchronfahrmotoren mittels des Korrektursignals der Phasenwinkel φ über die Erregung des Motors derart verstellt, daß durch die Blindstromerhöhung eine erhöhte Verlustleistung der ohmschen Netz- und

ίο Maschinenwiderstände erreicht wird.

Bei einer Asynchronmaschine als Fahrmotor 33/36 wird das Korrektursignal dahingehend genutzt, daß über die Erregung des Fahrgenerators der Schlupf des Asynchronfahrmotors verstellt wird. In beiden Fällen wäre es denkbar, ohmsche Widerstände in den elektrischen Kreis einzukuppeln zur Vernichtung von Wirkstrom. Bei einer Stromrichtermaschine wird wieder eine Verstellung der Zündwinkel vorgenommen.

Die Verwendung einer elektromagnetischen Schlupfkupplung oder einer Wirbelstrombremse läßt eine Schlupfversttllung zu durch Änderung des Flusses.

Es hat sich durch Messungen herausgestellt, daß bei einem Zwei- oder Mehrschraubenschitt di-; Schwebungen in Abhängigkeit vom Ladezustand des Schiffes an den verschiedenen Punkten des Schiffes verschieden stark auftreten. Handelt es sich bei einem solchen Schiff z. B. um ein Autofährschiff, so ist sicher das Autodeck bei den einzelnen Fahrten unterschiedlich bestückt So kann es vorkommen, wie Messungen ergeben haben, daß einmal beispielsweise in einem der Restaurants stärkere Vibrationen auftreten als in einet-Bar an einem anderen Punkt des Schiffes, während es bei einem anderen Bestückungszustand des Autodecks gerade umgekehrt war.

Zur Mittagszeit wird die Bar schwach besetzt sein, wohingegen abends wohl die Restaurants weniger besetzt oder gar geschlossen sind. Daher ist die Höhe des Korrektursignals mittels des Korrektursollwertstellers 18 optimal einstellbar derart, daß z. B. zur Mittagszeit die Vibrationen in den Restaurants stark herabgesetzt und die Vibrationen an anderen Stellen des Schiffes hingenommen werden, während die Höhe des Korrektursignals in den Abendstunden so eingestellt wird, daß in den Barräumen eine Vibration so weitgehend als möglich vermieden wird. Weiterhin können die Messungen und deren Auswertung zeigen, welcher Wert der günstigste Mittelwert ist, um danach das Korrektursignal einzustellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl und des Differenzdrehwinkels mindestens zweier Schiffsantriebswellen mit Propellern, die von je einem Antriebsaggregat angetrieben werden, wobei mittels mechanisch auf jeder Welle angeordneten elektronischen Impulsaufnehmern die Meßwerte gewonnen und zur Auswertung einer elektronischen Meß- und Regeleinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Verstellpropellern und einer fest vorgegebenen Leistungsabgabe der Antriebsaggregate mit dem gewonnenen Differenzsignal das Wellenlastmoment durch Änderung der Steigung der Pro- is pellerflügel verstellt wird.

2. Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl und des Differenzdrehwinkels mindestens 2weier Schiffsantriebswellen mit Propellern, die von je einem Antriebsaggregat angetrieben werden, wobei mittels mechanisch auf jeder Welle angeordneten elektronischen Impulsaufnehmern die Meßwerte gewonnen und zur Auswertung einer elektrischen Meß- und Regeleinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Festpropellern und einem Wellengenerator zur Bordnetzversorgung und einer fest vorgegebenen Leistungsabgabe der Antriebsaggregate mit dem gewonnenen Differenzsignal die Leistung des Wellengenerators zur Verstellung des Wellenlastmomentes verändert wird.