DE3836418A1 - Energieversorgungsanlage fuer dieselmotorschiffe mit festpropeller - Google Patents
Energieversorgungsanlage fuer dieselmotorschiffe mit festpropellerInfo
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- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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Description
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanlage gemäß den
Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
Derartige Anlagen weisen im wesentlichen einen von der Hauptan
triebsmaschine angetriebenen Wellengenerator mit Gleichstrom
zwischenkreis und Blindleistungsmaschine sowie zwei Dieselaggre
gate auf. Während der Wellengenerator die Bordnetzleistung P N
erzeugt, die sich bei verminderter Drehzahl der Hauptantriebs
maschine auf k · P N mit k <1 verringert, dienen die Dieselag
gregate als Bordnetzaggregate zur Einspeisung von elektrischer
Leistung in das Bordnetz bei verminderter Drehzahl der Hauptan
triebsmaschine oder während eines Anfahrvorganges oder eines Um
steuervorganges von voraus- auf Rückwärtsdrehzahl oder umgekehrt.
Die nationalen Bauvorschriften der Klassifikation für Schiffe
(z.B. Germanischer Lloyd) und die Regeln der Internationalen
Marine Organisation fordern für die Bordnetzversorgung,
daß bei Ausfall eines Aggregates ein Reserveaggregat die Haupt
energieversorgung übernehmen kann und alle Betriebszustände,
auch das Anfahren aus dem Betriebszustand "Null" der Haupt
antriebsmaschine, mit dem Reserveaggregat gefahren werden kann.
Hierbei ist der Wellengenerator in der Regel so ausgelegt, daß
er bis ca. 70% der Hauptmaschinen-Drehzahl die Bordnetzleistung
P N abdecken kann. Seine Auslegungsleistung liegt somit bei ca.
140% P N bei Hauptdiesel-Nenndrehzahl.
Da die Schiffe selten mit maximaler Fahrt betrieben werden, die
Kühlwasserpumpen und Maschinenraumlüfter als Hauptverbraucher
dann jedoch wesentlich geringere Leistung benötigen, geht man
aus Einsparungsgründen dazu über, entweder dann das Bordnetz mit
Gleitfrequenz zu fahren oder die Pumpen und Lüfter durch Dreh
zahlregelung oder durch polumschaltbare Motoren dem veringerten
Leistungsbedarf anzupassen. In den unteren Fahrtstufen des
Schiffes sinkt die Bordnetzleistung dann auf ca. 75%P N . Diesem
verringerten Leistungsbedarf steht bei einem normal ausgelegten
Schiff eine erheblich höhere installierte Generatorleistung gegen
über, so daß Investitions- und Wartungskosten hoch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungs
anlage der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine
kontinuierliche und unterbrechungsfreie Stromversorgung auf Motor
schiffen auch bei einer Verringerung der Leistung und/oder Anzahl
der Dieselgeneratoren unter Beachtung und Erfüllung von natio
nalen und internationalen Bauvorschriften sichergestellt ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk
male der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Besondere Vorteile der Erfindung sind in der Einsparung an In
vestitions- und Wartungskosten aufgrund der Verwendung von mehr
elektrotechnischen Bauteilen und weniger verschleißbehafteten
Maschinenbauteilen gegenüber den herkömmlichen Anlagen zu sehen.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis
7 beschrieben.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine Energieversorgungsanlage bestehend aus einer Wellen
generatoranlage und zwei Dieselaggregaten als Bordnetz
aggregate, und
Fig. 2 eine ähnliche Anlage wie in Fig. 1, jedoch mit nur einem
Bordnetz-Dieselaggregat und einem zusätzlichen Not-Diesel
aggregat.
In beiden Figuren sind das Bordnetz mit 1, die Schalter für die
wichtigen Verbraucher mit 2, die Schalter für die unwichtigen
Verbraucher mit 3 sowie die Wellengeneratoranlage mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet. Diese Anlage besteht im wesentlichen
aus einer Hauptantriebsmaschine 4, die über eine Hauptwelle 5
einen Festpropeller 6 antreibt, einem Wellengenerator 7, einem
Gleichstromzwischenkreis 8 mit Frequenzumrichter 81, Gleichrich
ter 82 und Zwischenkreisdrossel 9 und einer Blindleistungsma
schine 10. Weiterhin ist eine Batterie 11 als Energiespeicher
vorhanden, die elektrische Leistung in den Gleichstromzwischen
kreis 8 über einen Chopper 12 und die Zwischenkreisdrossel 9 ein
speisen kann. Die Batterie 11 ist über eine zeichnerisch nicht
dargestellte Ladeeinrichtung direkt vom Wellengenerator 7 oder
vom Gleichstromzwischenkreis 8 aufladbar. Auch kann eine Fre
quenzregelung durch eine unterlagerte Zwischenkreisstrom- bzw.
-leistungsregelung und Ansteuerung des Choppers 12 erfolgen.
Die in Fig. 1 dargestellte Energieversorgungsanlage weist weiterhin
zwei Dieselaggregate 13 und 14 auf, die jeweils für annähernd
halbe Bordnetzleistung (0,5 · P N ) ausgelegt und auf eine ge
meinsame Teilsammelschiene 15 aufschaltbar sind. Die Teilsam
melschiene 15 kann über einen Schalter 15 mit dem Bordnetz 1
verbunden werden. Der Wellengenerator 7, der - ebenso wie bei
der in Fig. 2 dargestellten Anlage - im gesamten Betriebsdreh
zahlbereich (25-100%) der Nenndrehzahl der Hauptantriebsma
schine 4 bei voraus- und Rückwärtsdrehzahl in das Bordnetz 1
einspeist, deckt gemeinsam mit einem Dieselaggregat 13 oder
14 bei minimaler Drehzahl, d.h. bei 25% der Nenndrehzahl der
Hauptantriebsmaschine 4 die reduzierte Bordnetzleistung ab.
Hierbei wird das Dieselaggregat 13 oder 14 erst bei Drehzahlen
kleiner als 70% der Nenndrehzahl zum Wellengenerator 7 zu
synchronisiert. Die damit verfügbare Leistung von 25% P N ist
selbst bei minimaler Drehzahl der Hauptantriebsmaschine 4 für
das Bordnetz 1 ausreichend. Abhängig vom Umsteuer- oder Anlaß
befehl wird das zweite Dieselaggregat 15 bzw. 14 zusynchroni
siert. Damit ist eine Forderung erfüllt, daß für alle Betriebs
zustände die Bordnetzleistung ohne "blackout", d.h. unterbrechungs
los sichergestellt ist.
Bei Ausfall eines der drei Aggregate kann eine Unterbrechung
der Versorgung in Kauf genommen werden. Der "blackout" Zustand
soll zeitlich jedoch kurz sein. Ein Ausfall des allein spei
senden Wellengenerators 7 ist solch eine Situation. Erfindungs
gemäß erfolgt dann eine Hochlaufsynchronisation der beiden Diesel
aggregate 13 und 14 auf die Teilsammelschiene 15 mit anschließen
der Zuschaltung dieser Schiene über den Schalter 16 auf die
Hauptsammelschiene 1. Damit ist die "blackout"-Zeit minimal.
Bei Ausfall eines Dieselaggregates 13 bzw. 14 und "Umsteuer
befehl" fehlt für sehr kurze Zeit (5-10 S) die anteilige
Energie des Wellengenerators 7. Diese kann von einer Batterie
11 in den Zwischenkreis 8 über einen Chopper 12 und die Zwischen
kreisdrossel 9 eingespeist werden. Die Frequenzregelung wird
dabei, wie bei normalem Wellengenerator-Betrieb, durch unterlagerte
Leistungsregelung erfolgen, wobei diese durch den Chopper 12
ausgeregelt wird. Bei Erreichen von ca. -25% der Nenndrehzahl
der Hauptantriebsmaschine 4 erfolgt wieder Wellengenerator-Be
trieb. Die Batteriespannung wird dabei auf < 50% der Zwischen
kreisnennspannung ausgelegt, da bei minimaler Drehzahl des Wel
lengenerators 7 seine Spannung auch abgesunken ist. Die bei
heutigen Fahrbatterien erreichte Stoßaufladung und die volle
Ausnutzung des Spannungshubes der Batterie 11 durch den Chopper
12 ermöglichen die Minimierung der Batteriegröße. Es sei darauf
hingeweisen, daß alternativ der Energiespeicher 11 entfallen
kann, wenn die Abschaltung der unwichtigen Verbraucher 3 eine
so große Entlastung bringt, daß das verbleibende Aggregat die
wichtigen Verbraucher 2 versorgen kann.
Im Gegensatz zu der Anlage aus Fig. 1 weist die in Fig. 2 dar
gestellte Energieversorgungsanlage neben der Wellengeneratoran
lage, dessen Wellengenerator 7 bei minimaler Drehzahl (25% der
Nenndrehzahl) der Hauptantriebsmaschine 4 die reduzierte Bord
netzleistung allein abdeckt, ein Dieselaggregat 17 als Bordnetz
aggregat und ein als Notaggregat ausgebildetes Dieselaggregat
18 auf. Das Bordnetzaggregat ist für die Erzeugung der Bordnetz
leistung P N ausgelegt, und versorgt im Hafen oder beim Umsteuern
das Bordnetz 1. Schaltet man zum Umsteuern die unwichtigen Ver
braucher 3 ab, so ist zum Umsteuern, wie oben beschrieben, eine
Batterieeinspeisung für den Betrieb der wichtigen Verbraucher
2 geeignet. Läßt man den Wellengenerator 7 auch beim Anlassen
und Umsteuern, z.B. ab ±10% n N parallel zur Batterie 11 mit
einspeisen, so kann die Batteriegröße klein gehalten werden. In
diesem Fall ist das Bordnetzaggregat 17 ein reines Hafenaggregat
mit minimaler Wartung und sein Ausfall für den See- und Revier
fahrtbetrieb ohne direkte Folgen auf den Bordbetrieb.
Alternativ zur Batteriestützung des Netzes kann das vorhandene
Notaggregat 18 bei Ausfall des Bordnetzaggregates 17 entsprechend
den vorschriften des Germanischen Lloyd zum Anlaßvorgang aus dem
Zustand "Null" benutzt werden, indem es die "wichtigen" ver
braucher 2 für die Hauptantriebsmaschine 4 speist; gleiches gilt
auch für einen Umsteuervorgang.
Grundsätzliche Voraussetzung für die beiden Energieversorgungs
anlagen der Fig. 1 und 2 sind Wellengeneratoren 7 mit Gleich
stromzwischenkreisen 8, die im gesamten Drehzahlbereich und auch
bei Teillast einen guten Wirkungsgrad haben. Der große Wellen
generator 5 nach Fig. 2 arbeitet in weitem Bereich in Feldschwächung
und hat infolge stark verminderter Eisenverluste einen verbesser
ten Wirkungsgrad.
Energiewirtschaftliche Verbesserungen ergeben sich dadurch, daß
bei beiden Anlagen der Einsatz der Dieselgeneratoren, die einen
schlechteren Wirkungsgrad haben als der große Hauptdiesel, mini
miert wird. Weiterhin wird der Hauptdiesel im unteren Drehzahl
bereich dauernd durch einen Teilbetrag oder die gesamte Bordnetz
leistung belastet und damit der Teillastwirkungsgrad des Haupt
diesels verbessert.
Sicherheitstechnisch ergibt sich für beide Anlagen eine Verbes
serung beim Crash-Stop, da beim Umsteuern infolge der Netzbe
lastung im Wellengenerator 7 eine schnellere Abbremsung des
Propellers 6 und damit eine kürzere Umsteuer- und Stopzeit er
reicht wird. Ein sonst oft praktizierter "blackout" beim Crash-
Stop, wenn schneller umgesteuert werden soll und vorher Wellen
generator-Alleinbetrieb war, aber die Dieselgeneratoren nicht
schnell genug starten können, ist zumindest bei der aus Fig. 2
ersichtlichen Anlage nicht zu erwarten, da das Bordnetzaggregat
17 sehr lange Zeit hat, um zu starten und zum Wellengenerator
7 zuzusynchronisieren.
Claims (9)
1. Energieversorgungsanlage für Dieselmotorschiffe mit Festpro
peller bestehend aus
- - einem von der Hauptantriebsmaschine angetriebenen Wellengene rator mit Gleichstromzwischenkreis und Blindleistungsmaschine zur Erzeugung der Bordnetzleistung P N , die sich bei vermin derter Drehzahl der Hauptantriebsmaschine auf k · P N (k<1) verringert, und
- - zwei Dieselaggregaten zur Einspeisung von elektrischer Lei stung in das Bordnetz bei verminderter Drehzahl der Hauptan triebsmaschine oder während eines Umsteuervorganges von Voraus- auf Rückwärtsdrehzahl oder umgekehrt,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Wellengenerator (7) im gesamten Betriebsdrehzahlbe reich (d.h. von +100% bis +25% und von -25% bis -100% der Nenndrehzahl) der Hauptantriebsmaschine (4) bei voraus- und Rückwärtsdrehzahl in das Bordnetz (1) einspeist,
- - daß die beiden Dieselaggregate (13, 14) für jeweils annähernd halbe Bordnetzleistung (0,5 · P N ) ausgelegt und auf eine ge meinsame Teilsammelschiene (15) aufschaltbar sind,
- - daß der Wellengenerator (7) so ausgelegt ist, daß er gemeinsam mit einem Dieselaggregat (13, 14) bei minimaler Drehzahl (25% der Nenndrehzahl) der Hauptantriebsmaschine (4) die reduzierte Bordnetzleistung abdeckt,
- - daß im fehlerfreien Normalbetrieb während eines Umsteuer- oder eines Anfahrvorganges der Hauptantriebsmaschine (4) beide Dieselaggregate (13, 14) die Bordnetzversorgung übernehmen,
- - daß bei Ausfall des allein speisenden Wellengenerators (7) beide Dieselaggregate (13, 14) beim Starten auf die Teilsammel schiene (15) geschaltet und unter gleichzeitiger Erregung hoch gefahren werden, und
- - daß bei Ausfall eines Dieselaggregates (13, 14) während eines Umsteuervorganges oder des Anlaufes der Hauptantriebsmaschine (4) die unwichtigen verbraucher (3) abgeschaltet und/oder die kurzzeitig ausfallende vom Wellengenerator (7) erzeugte Lei stung von einem Energiespeicher (11) in den Gleichstromzwischen kreis (8) der Wellengeneratoranlage eingespeist wird.
2. Energieversorgungsanlage für Dieselmotorschiffe mit Festpro
peller bestehend aus
- - einem von der Hauptantriebsmaschine angetriebenen Wellengene rator mit Gleichstromzwischenkreis und Blindleistungsmaschine zur Erzeugung der Bordnetzleistung P N , die sich bei vermin derter Drehzahl der Hauptantriebsmaschine auf k · P N (k<1) verringert, und
- - zwei Dieselaggregaten zur Einspeisung von elektrischer Lei stung in das Bordnetz bei verminderter Drehzahl der Hauptan triebsmaschine oder während eines Umsteuervorganges von Voraus- auf Rückwärtsdrehzahl oder umgekehrt,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Wellengenerator (7) im gesamten Betriebsdrehzahlbe reich (d.h. von +100% bis +25% und von -25% bis -100% der Nenndrehzahl) der Hauptantriebsmaschine (4) bei voraus- und Rückwärtsdrehzahl in das Bordnetz (1) einspeist und derart ausgelegt ist, daß er bei minimaler Drehzahl (25% der Nenn drehzahl) der Hauptantriebsmaschine (4) die reduzierte Bord netzleistung allein abdeckt,
- - daß ein Dieselaggregat (17) als Bordnetzaggregat für die Er zeugung der Bordnetzleistung (P N ) ausgelegt ist, das bei Aus fall des Wellengenerators (7) in das Bordnetz (1) einspeist und im fehlerfreien Normalbetrieb während eines Umsteuer- oder eines Anfahrvorganges der Hauptantriebsmaschine (4) die Bordnetzversorgung übernimmt, und
- - daß bei Ausfall des Bordnetzaggregates (17) beim Umsteuern oder Anfahren der Hauptantriebsmaschine (4) die unwichtigen verbraucher (3) abgeschaltet und eine Einspeisung von einem Energiespeicher (11) in den Bleichstromzwischenkreis (8) der Wellengeneratoranlage (7) kurzzeitig erfolgt oder daß die Speisung der betriebswichtigen verbraucher (2) von dem zweiten als Notaggregat ausgebildeten Dieselaggregat (18) durchgeführt wird.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als Energiespeicher (11) eine Batterie vorgesehen ist, die in
den Gleichstromzwischenkreis (8) der Wellengeneratoranlage über
einen Chopper (12) und die Zwischenkreisdrossel (9) elektrische
Leistung einspeist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bat
terie (11) über eine Ladeeinrichtung direkt vom Wellengenerator
(7) aufladbar ist.
5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bat
terie (11) über eine Ladeeinrichtung vom Gleichstromzwischen
kreis (8) aufladbar ist.
6. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Frequenzregelung durch eine unterlagerte Zwischenkreisstrom-
bzw. -leistungsregelung und Ansteuerung des Choppers (12) er
folgt.
7. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Wellengenerator (7) auch im Anfahr- oder Um
steuerbetrieb der Hauptantriebsmaschine (4), in dem die Hauptan
triebsmaschine (4) mit Preßluft betrieben wird, elektrische
Leistung anteilmäßig in das Bordnetz (1) einspeist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3836418A DE3836418A1 (de) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | Energieversorgungsanlage fuer dieselmotorschiffe mit festpropeller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3836418A DE3836418A1 (de) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | Energieversorgungsanlage fuer dieselmotorschiffe mit festpropeller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3836418A1 true DE3836418A1 (de) | 1990-05-03 |
Family
ID=6365933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3836418A Withdrawn DE3836418A1 (de) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | Energieversorgungsanlage fuer dieselmotorschiffe mit festpropeller |
Country Status (1)
Country | Link |
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- 1988-10-26 DE DE3836418A patent/DE3836418A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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8130 | Withdrawal |