DE573387C - Kraftanlage fuer Schiffe mit einer oder mehreren Hauptkraftmaschinen zum unmittelbaren oder elektrischen Antrieb der Schiffsschrauben - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AlH 31. MÄRZ1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 573387 KLASSE 65 fi GRUPPE

A₅₅₇Si XIIo₅P-Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: p. Märg

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. November 1928 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Kraftanlage zum Antriebe der Schiffsschrauben und zur Energieversorgung der Hilfseinrichtungen von Schiffen, und zwar sowohl eine Kraftanlage, bei der der Antrieb der Schiffsschrauben unmittelbar über ein Untersetzungsgetriebe als auch bei der der Antrieb mittels eines Elektromotors erfolgt. Es sind Kraftanlagen in Schiffen bekannt, die aus einer

ίο Hauptantriebsmaschine bestehen, die sowohl die Schiffsschrauben antreibt als auch die Hilfseinrichtungen mit Energie versorgt. Eine derartige Anlage arbeitet zwar sehr wirtschaftlich, sie ist aber nicht vollkommen betriebssicher. Zu den Hilfseinrichtungen gehört auch beispielsweise die Speisewasserpumpe, die der Hauptantriebsmaschine, sei sie nun eine Dampfturbine oder eine Dampfmaschine, das Speisewasser zuführt. Treten daher Störungen der Hauptmaschine auf, so wird auch die Speisewasserzufuhr und die gesamte Energieversorgung für die Hilfseinrichtungen unterbrochen.

Es sind nun ferner Kraftanlagen für Schiffe bekannt, bei denen neben der Hauptantriebsmaschine noch besondere Hilfsantriebsmaschinen für die Hilfsmaschinen vorgesehen sind. Diese Hilfsantriebsmaschinen versorgen die Hilfseinrichtungen unabhängig von der Hauptantriebsmaschine mit Energie. Derartige Kraftanlagen sind zwar absolut betriebssicher, ihre Wirtschaftlichkeit ist' aber wesentlich geringer als die von Kraftanlagen mit einer einzigen großen Hauptkraftmaschine.

Die Erfindung beseitigt nun die eben geschilderten Nachteile beider Arten von Kraftanlagen dadurch, daß die Energieversorgung der Hilfseinrichtung des Schiffes normalerweise von einer einzigen großen Kraftmaschine übernommen wird, die gleichzeitig die Schiffsschrauben entweder unmittelbar über Untersetzungsgetriebe oder mittelbar über elektrische Maschinen antreibt. Neben dieser Hauptkraftmaschine sind noch, eine oder mehrere kleine Hilfskraftmaschinen vorgesehen, die nur dann die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen des Schiffes übernehmen, wenn die Kraftmaschine aus irgendeinem Grunde für diese Übernahme der Energieversorgung ungeeignet ist.

Es sei hier noch ausdrücklich bemerkt, daß unter den Hilfseinrichtungen des Schiffes alle jene Einrichtungen ztü verstehen sind, die nicht zum Antreiben der Schiffsschrauben dienen, wie beispielsweise die Speisewasserpumpe für die Kraftmaschinen, die Einrich-

tungen zur Zufuhr des Feuerungsmaterials für die Kraftmaschinen, die Fördereinrichtungen zum Laden und Entladen des Schiffes und die Beleuchtungseinrichtungen. Ferner ■5 sei noch bemerkt, daß die Erfindung sich nicht nur auf Anlagen erstreckt, deren Kraftmaschine eine Dampfturbine oder eine Dampfmaschine ist, sondern auch auf Anlagen, bei denen beispielsweise Dieselmaschinen als Kraftmaschinen verwendet werden. Die Anordnung gemäß der Erfindung gewährleistet somit ein wirtschaftliches Arbeiten der Kraftanlage während der größten Dauer des Betriebes und gleichzeitig eine sehr hohe Betriebssicherheit, da bei irgendwelchen Störungen der Hauptantriebsmaschine die Hilfsantriebsmaschine die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen des Schiffes übernimmt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in drei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Abb. ι zeigt eine Kraftanlage, bei der die Schiffsschrauben von der Kraftmaschine unmittelbar über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben werden.

Abb. 2 ist eine etwas umgeänderte Ausführungsform einer gleichen Kraftanlage wie Abb. ϊ.

Abb. 3 stellt eine Kraftanlage dar, bei der die Schiffsschraube mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben wird.

In Abb. ι wird die Schiffsschraube 1 über ein Untersetzungsgetriebe von der Dampfturbine 2 angetrieben. Die gleiche Dampfturbine treibt ferner den Generator 3 an, und zwar über ein Zwischengetriebe 4. Der Stromkreis 5, an dem die Motoren für die Hilfseinrichtungen des Schiffes liegen, wird von dem Generator 3 über den Stromkreisunterbrecher 6 gepeist. Solange der Generator 3 geeignet ist, die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen zu übernehmen, ist der Stromkreisunterbrecher 6 geschlossen. Arbeitet jedoch die Hauptturbine in einem Geschwindigkeitsbereich, der für die Stromversorgung des HilfsStromkreises 5 ungeeignet ist, so öffnet sich der Stromkreisunterbrecher, und die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen wird von einer Hilfsturbine 7, die einen Hilfsgenerator 8 antreibt, übernommen. Während der Zeitdauer, in der die Energieversorgung von dem Generator 3 erfolgt, bleibt jedoch der Hilfsstromkreis 5 mit der elektrischen Maschine 8 verbunden. In diesem Falle läuft die elektrische Maschine 8 als Motor und treibt die Turbine 7 leer an.

Bei dem in Abb. 1 gezeichneten Ausführungsbeispiel ist noch eine zweite Turbine 2' zur Unterstützung für den Schiffsschrauben-6p antrieb dargestellt. Diese zweite Turbine ist in dem gezeichneten Beispiel als Niederdruckdampfturbine angegeben, die den in der Hochdruckdampfturbine 2 teilweise, expandierten Dampf mittels des Rohres 9 zugeführt erhält. Es sei noch bemerkt, daß auch Vorrichtungen vorhanden sein können, die ein Reversieren der Schiffsschrauben gestatten. Da diese Vorrichtungen jedoch nicht zum eigentlichen Wesen der Erfindung gehören, sind sie zur Vereinfachung in den Abbildungen weggelassen worden.

Der der Einstellung der Geschwindigkeit der Haupttunbine dienende Geschwindigkeitssteuerhebel ist in Abb. 1 mit 10 bezeichnet. Dieser Hebel kann beispielsweise ein Drosselventil betätigen. In der Zeichnung ist dies schematisch durch die Verbindung 11 veranschaulicht, durch die der Leistungsregler oder das Drosselventil 12 der Turbine eingestellt werden kann. Die Hilfsturbine 7 kann ebenfalls mit einem Leistungsregler 13 versehen sein. Der Leistungsregler der Hilfsturbine 7 muß so eingestellt werden, daß dieser Turbine Dampf zugeführt wird, wenn ihre Geschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert fällt. Dadurch wird erreicht, daß diese Turbine bei einem zu großen Geschwindigkeitsabfall der Hauptturbine die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen übernimmt.

Wesentlich ist, daß die elektrische Maschine 8 dauernd mit dem Hilfsstromkreis 5 verbunden bleibt, gleichgültig, ob die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen durch die Hauptkraftmaschine 2 oder durch die Hilfskraftmaschine 7 erfolgt. Um die Übernahme der Energieversorgung für die Hilfseinrichtungen durch die Hilfskraftanlage 7 zu erleichtern, ist eine Vorrichtung 14 vorgesehen, die bewirkt, daß der Hilfsstromkreis 5 durch den Stromkreisunterbrecher 6 von der Hauptkraftanlage 2, 3 abgeschaltet und gleichzeitig das Drosselventil 13 der Hilfsturbine 7 geöffnet wird. Die Vorrichtung 14 muß zu diesem Zwecke in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Hauptkraftmaschine arbeiten. Hat beispielsweise der Geschwindigkeitshebel 10 zwanzig oder mehr Einstellungen zur Regelung der Geschwindigkeit der Hauptturbine, die sich über einen Bereich von 3600 UpM bis 1200 UpM erstrecken, so kann die Vorrichtung 14 so eingestellt werden, daß sie bei % Geschwindigkeit oder 2700 UpM in Tätigkeit tritt. Will man dann die Geschwindigkeit der Maschine unter 2700 UpM beispielsweise herabsetzen, so muß man gleichzeitig die Vorrichtung 14 in Tätigkeit setzen, wodurch der Stromkreisunterbrecher 6 den Hauptgenerator 3 vom Hilfsnetz 5 abschaltet und die Drosselklappe der Hilfsturbine 7 öffnet. Die Verbindung der Vorrichtung 14 mit der Drosselklappe 13 ist durch das Getriebe 15, 16 in der Abb. 1 schematisch dargestellt.

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Zur Betätigung des Stromunterbrechers 6 ist ein Kontakt 17 vorhanden, der bei der Betätigung der Vorrichtung 14 ^geöffnet wird. Dadurch wird die Erregung der Relaisspule 18 aufgehoben, wodurch die Klinke 19 ausgeklinkt wird und der Stromkreisunterbrecher 6 infolge der Wirkung der Feder 20 den Hauptgenerator 3 vom Hilfsnetz 5 abschalten kann. Es ist noch besonders darauf hinzuweisen, daß die Erregung der Relaisspule 18 in Abhängigkeit von der Spannung des Generators 3 erfolgt, d. h. der Stromunterbrecher 6 würde den Generator 3 auch dann vom Hilfsnetz 5 abschalten, wenn die Generatorspannung unter einen vorbestimmten Wert fällt. Auch in diesem Falle würde die Hilfskraftmaschine 7 die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen übernehmen, da der Leistungsregler der Hilfsturbine 7 in Tätigkeit treten würde.

In der Abb. 1 ist für den Generator 3 ein Regler 21 vorgesehen, und zwar ist als Regler ein veränderlicher Widerstand in den Feldstromkreis des Generators eingeschaltet. Zweckmäßigerweise wird die Regelung des Generators mit Hilfe dieses Reglers selbsttätig erfolgen, so daß die Spannung des Generators 3 über einen beträchtlichen Geschwindigkeitsbereich im wesentlichen konstant gehalten werden kann. Dabei soll der Regler vorzugsweise entsprechend der Einstellung der Vorrichtung 14 eingestellt werden. Eine derartige Regelung des Hauptgenerators 3 ist deshalb wünschenswert, um während des Geschwindigkeitsbereichs der Hauptturbine, bei dem der Generator 3 den Hilfsstromkreis 5 mit Strom versorgt, die Spannung möglichst konstant zu halten. Bei kleinen Änderungen der Geschwindigkeit des Generators 3 und damit kleinen Spannungsänderungen desselben spricht das Relais t8 nicht an; fällt jedoch die Geschwindigkeit der Turbine 2 unter einen vorbestimmten Wert, so daß der Regler 21 nicht mehr imstande ist, die Spannungsänderungen auszugleichen, so

*5 wird die Relaisspule 18 nicht mehr genügend erregt, und der Stromkreisunterbrecher 6 schaltet den Generator 3 ab, und die Energieversorgung der Hilfseinrichtungen wird von der Kraftmaschine 7 übernommen.

Den .Zusammenhang der Betätigung des Stromkreisunterbrechers 6 und des Leistungsreglers 13 bzw. 13' der Hilfsturbine 7 veranschaulicht die Abb. 2. Der Leistungsregler 13' der Turbine 7 steuert selbsttätig eine Schaltvorrichtung 22. Die Verkettung dieser Schaltvorrichtung mit dem Leistungsregler ist in Abb. 2 schematisch durch die gestrichelte Linie 23 angedeutet. Bei einem Fallen der Geschwindigkeit der Turbine wird die Schaltvorrichtung22 durch den Leistungsregler 13' selbsttätig in Tätigkeit gesetzt. Die Kontaktvorrichtung 22 liegt in Reihe mit der Relaisspule 18, so daß, wenn bei einem Geschwindigkeitsabfall der Turbine 7 die Kontakte 22 sich öffnen und die Relaisspule 18 nicht mehr erregt wird, der Hauptgenerator 3 vom Hilfsnetz 5 abgeschaltet wird. Gleichzeitig ist auch bei der Einrichtung gemäß der Abb. 2 dafür Vorsorge getroffen, daß der Stromkreisunterbrecher 6 auch bei einem zu großen Spannungsabfall des Generators 3 in Tätigkeit tritt.

Die Abb. 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, und zwar bei einer Kraftanlage für Schiffe, bei der der Antrieb der Schiffsschraube mittels eines Elektromotors erfolgt.

Die Hauptantriebsmaschine ist im gezeichneten Beispiel eine Dampfturbine 24. Diese treibt den Hauptgenerator 25 an. D*er Hauptgenerator ist im vorliegenden Fall ein Drehstromsynchrongenerator, der dem Antriebsmotor 26 der Schiffsschraube 27 über die Leitung 28 und den Schaltmechanismus 29 Strom zuführt. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die Dreiphasenleitungen in der Abb. 3 stets als Einphasenleitungen gezeichnet. Sofern zum Antreiben der Schiffsschraube ein Asynchronmotor verwendet wird, ist in dem Schlupfstromkreis desselben ein Regelwider- go stand 30 vorzusehen, der beim Manövrieren des Schiffes in Tätigkeit tritt. Die nicht dargestellten Hilfseinrichtungen des Schiffes werden vom Stromkreis 31 mit Energie versorgt. Der Hilfsstromkreis 31 steht mit dem Haupt-Stromkreis 28 über die Leitungen 33 und 34 und über den Schalter 32 in Verbindung. Der Schalter 32 kann ein ferngesteuerter Öl- oder Luftschalter sein.

Der Hilfsstromkreis 31 wird normalerweise vom Hauptstromkreis 28 mit Strom versorgt. Ist jedoch der Haupt generator 25 aus irgendeinem Grunde zur Stromlieferung für den Hilfsstromkreis ungeeignet, so übernimmt der Hilfsgenerator 35 (im vorliegenden Falle ein Synchrongenerator) die Stromlieferung. Der Hilfsgenerator 35 wird von der Hilfsturbine 36 angetrieben und besitzt eine Dreiphasenständerwicklung 37 und eine auf dem Anker befindliche Feldwicklung 38. -Die Ständerwicklung 37 ist mit dem Hilfsstromkreis 31 über die Leitung 39 und den Schalter 40 verbunden. Der Schalter 40 kann wiederum ein ferngesteuerter Öl- oder Luftschalter sein. Die Abb. 3 zeigt, daß der Schalter 40 geöffnet ist, wenn die Spule 41 infolge des geöffneten Schalters 42 unerregt ist.

Arbeitet der Hauptgenerator 25, der den Arbeitsstromkreis 28 speist, unter Bedingungen, die auch eine Speisung des Hilfsstromkreises gestatten, so sind die Schalter 32 und

4O geschlossen. In diesem Falle speist dann der Hauptgenerator 25 nicht nur den Hilfsstromkreis 31, sondern auch die Maschine 35, welche infolgedessen als Motor läuft und die Turbine 36 und die auf gleicher Welle sitzende Erregermaschine 43 antreibt.

Zur Regelung und Einstellung der Geschwindigkeit der Hauptturbine 24 ist ein Leistungsregler und ein Einstellmechanismus 44 vorgesehen. Der Leistungsregler kann beispielsweise ein Öldruckregler sein. Der in der Abb. 3 veranschaulichte Regler besitzt einen Zentrifugalregler 45, der die Geschwindigkeit der Turbine konstant hält. Für irgendeine Geschwindigkeitseinstellung des Geschwindigkeitshebels 46 hält der Leistungsregler ungeachtet von Belastungsänderungen der Turbine deren Geschwindigkeit konstant. Belastungsänderungen der Turbine können hervorgerufen werden durch Stirnwind, Wellen oder durch Manövrieren des Schiffes, ferner wenn das Schiff sich von einem tiefen in ein seichtes Gewässer bewegt, so daß der Kiel des Schiffes dem Meeresgrunde nahe kommt.

Die Bewegung des Geschwindigkeitshebels 46 kann mit Hilfe der Arretiervorrichtung 47 begrenzt werden. Zweckmäßigerweise wird die Arretiervorrichtung so eingestellt, daß sie den Geschwindigkeitshebel ungefähr bei % des Geschwindigkeitsbereichs arretiert. Hat beispielsweise der Geschwindigkeitshebel 46 zwanzig Einstellpunkte, wobei der eine äußerste Einstellpunkt einer Minimalgeschwindigkeit von 1200 UpM, der andere äußerste Einstellpunkt einer Maximalgeschwindigkeit von 3600 UpM entspricht, So muß die Sperrvorrichtung den Geschwindigkeitshebel bei 2700 UpM arretieren. Die Geschwindigkeit der Turbine ist infolgedessen ohne Lösung der Sperrvorrichtung von 2700 UpM bis 3600 UpM zu regeln. Soll unter 2700 UpM lierabgegangen werden, so muß man die Sperrvorrichtung 47 lösen, wobei erfindungsgemäß dann der Schalter 32 geöffnet wird, so daß das Hilfsnetz 31 vom Hauptgenerator 25 abgeschaltet wird. Obgleich nun der Schalter 32 offen ist, ist doch die Hilfsmaschine35 noch über den Schalter 40 mit dem Hilfsnetz 31 verbunden. Es kann also nunmehr diese Maschine, angetrieben von der Turbine 36, die Stromlieferung für das Hilfsnetz 31 übernehmen, so daß also der ununterbrochene Betrieb der Hilfseinrichtungen auch dann gewährleistet ist, wenn die Umdrehungszahl der Hauptturbine 24 geringer als 2700 UpM ist.

Die Verkettung zwischen der Feststellvorrichtung 47 und dem Schalter 32 kann auf verschiedene Weise erfolgen. In dem gezeichneten Beispiel wird der Schalter 32 durch ein Relais 32' betätigt. Bei Auslösung der Feststellvorrichtung 47 wird der Schalter 48 und damit der Erregerstromkreis der Spule des Relais 32' unterbrochen, wobei der Schalter 32 sich öffnet. Der Erregerstromkreis der Spule ". des Relais 32' führt von dem Pluspol über den Schalter 48 über die Leitung· 49, den Schalter 50, die Spule 32', die Leitung 51, den von dem "Ventil der Hilfsturbine 36 gesteuerten Schalter 52, über den Schalter 53 nach dem Minuspol. Dieser Erregerstromkreis wird zweckmäßigerweise von der Erregermaschine 43 gespeist; die Speiseleitungen dafür sind zur Vereinfachung der Zeichnung in der Abb. 3 nicht dargestellt. Sofern der Hauptgenerator 25 unter Bedingungen arbeitet, die geeignet sind, die Stromversorgung des Hilfsnetzes 31 von ihm aus erfolgen zu lassen, sind sämtliche Schalter des Erregerstromkreises der Spule des Relais 32 geschlossen.

Die 'Hilfskraftmaschine 36 ist ebenfalls mit einem passenden Leistungsregler 54 versehen, der so eingestellt ist, daß er die Leistung der Kraftmaschine erhöht, wenn die Geschwindigkeit derselben unter einen bestimmten Wert fällt. Dieser Wert beträgt zweckmäßigerweise ebenfalls % der Maximalgeschwindigkeit der Hauptkraftmaschine 24, Solange die Hauptkraftmaschine über diesem Wert arbeitet ,und infolgedessen auch das Hilfsnetz 31 mit Energie versorgt, wird die Kraftmaschine 36 vom Motor 35 leer angetrieben. Sobald aber der Schalter 32 sich öffnet und das Hilfsnetz vom Hauptgenerator abschaltet, sinkt die Geschwindigkeit der Maschine 35 und damit auch die Geschwindigkeit der Turbine 36. Infolgedessen öffnet der Leistungsregler 54 das Dampfeinlaßventil der Turbine 36, so daß ein weiterer Geschwindigkeitsabfall des Ma- 1°° schinensatzes 35, 36 vermieden wird. Somit läuft die Maschine 35 als Synchrongenerator und speist das Hilfsnetz 31.

Wenn aus irgendwelchen anormalen Bedingungen heraus die Geschwindigkeit der Haüptturbine unter den vorher bestimmten Wert, beispielsweise unter % der Maximalgeschwindigkeit, fällt, ohne daß die Feststellvorrichtung 47 ausgelöst ist, so würde die Hilfsturbine 36 die Maschine 35 anzutreiben "° beginnen. Da nun in einem derartigen Falle der Schalter 32 geschlossen ist, würde die verhältnismäßig kleine Maschine 35 die Stromversorgung des Arbeitsstromkreises 32 übernehmen. Um dies zu vermeiden, muß eine Einrichtung vorgesehen sein, die ein Öffnen des Schalters 32 bewirkt, wenn sich das Einlaßventil der Hilfsturbine 36 öffnet. Diese Einrichtung besteht aus einem Schalter 52, der beim Intätigkeittreten des Leistungsreglers 54 geöffnet wird und den Erregerstromkreis der Spule des Relais 32' unter-

bricht. Dadurch wird der Schalter 32 geöffnet und das Hilfsnetz 3 r ebenfalls vom Hauptgenerator 25 abgeschaltet.

Als eine weitere Schutzmaßregel ist noch ein Überstromrelais 56 vorgesehen, das bei zu großer Belastung des Hilfsgenerators 35 den Schalter 55 öffnet, so daß die Spule des Relais 50' nicht mehr erregt wird, wodurch der Schalter 50 geöffnet und ebenfalls der Erreger-Stromkreis der Spule des Relais 32' dadurch unterbrochen wird. Der Schalter 58 ist vorgesehen, um ein öffnen des Schalters 50 auch von Hand bewirken zu können. Während der Hauptgenerator 25 . den Hilfsstromkreis 31 speist, arbeitet die Maschine 35 als Synchronmotor. Bekanntlich liefert nun ein über er regier S ynchr onmoto r vorei len denS tr om ins Netz und verbessert dadurch den Leistungsfaktor dieses Netzes. Erfindungsgemaß wird von dieser bekannten Eigenschaft des Synchronmotors bei geschlossenem Schalter 32 Gebrauch gemacht. Zu diesem Zwecke ist ein mit dem Schalter 32 verketteter Hilfsschalter 32_a vorgesehen, der bei geschlossenem Schalter 32 ebenfalls geschlossen ist und dadurch einen in dem Feldstromkreis des Synchronmotors 35 liegenden Widerstand 59 kurzschließt, so daß diese Maschine also beim Arbeiten als Motor übererregt ist. Diese Übererregung darf aber selbstverständlich beim Arbeiten der Maschine 35 als Generator nicht beibehalten werden, da sonst die Spannung der Maschine den gewünschten Wert übersteigen würde. Dies wird auch vermieden, da gleichzeitig mit dem öffnen des Schalters 32 auch der Schalter 32_a geöffnet und dadurch der Kurzschluß des Widerstandes 59 aufgehoben wird. In dem Feldstromkreis der Maschine 3 5 ist ferner noch ein einstellbarer Widerstand 60 vorgesehen, um die Erregung der Maschine unabhängig vom Widerstand 59 regeln zu können.

Wenn nun auch die Hauptturbine innerhalb des durch die Feststellvorrichtung 47 vorgeschriebenen Bereiches afbeitet, so kann die Geschwindigkeit doch noch über einen verhältnismäßig großen Bereich mit Hilfe des Geschwindigkeitshebels 46 geregelt werden. Dabei wird sich auch bei einer solchen Regelung die Geschwindigkeit der als Motor laufenden Maschine 35 entsprechend ändern. Dies hätte dann den Nachteil, daß sich die Spannung der von der Maschine 35 angetriebenen Erregermaschine 43 ebenfalls ändern würde. Um dies zu vermeiden, ist ein Regelwiderstand 61 vorgesehen, der in irgendeiner bekannten Weise selbsttätig in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsänderung geregelt wird, und zwar so, daß stets die von der Erregermaschine erzeugte Spannung konstant ist. Der Feldstromkreis des Hauptgenerators 25 führt von dem mit Plus bezeichneten Ende der Leitung über die Leitung 62, den einstellbaren Widerstand 63 zu den Schleifringen 64, an die die Feldwicklung angeschlossen ist, zu dem mit Minus bezeichneten anderen Ende 65. Der Widerstand 63 wird gewöhnlich vom Schalttafelwärter der Kraftanlage von Hand eingestellt. Mit Hilfe dieses Widerstandes kann die Erregung des Generators 25 bei großer Belastung verstärkt, bei geringer Belastung geschwächt werden, so daß sowohl ein stabiles Arbeiten des Schiffsschraubenmotors als auch eine unnötige Erwärmung des Hauptgenerators vermieden wird. Zu diesem Zwecke muß an der Schalttafel der Kraftanlage ein Stabilitätsanzeiger vorhanden sein, so daß der Wärter darauf aufmerksam gemacht wird, ob die Erregung des Generators zu verändern ist oder nicht. Jedenfalls muß die Erregung des Hauptgenerators in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Schiffsschraubenmotors eingestellt werden. Dies ist aber hinsichtlich der Hilfseinrichtungen nachteilig, auch dann, wenn das Regeln des Hauptgenerators innerhalb der durch die Feststellvorrichtung 47 eingestellten Geschwindigkeitsgrenzen erfolgt und also die Hilfseinrichtungen vom Hauptgenerator mit Energie versorgt werden. Es kann z. B. zu 9" den Hilfseinrichtungen des Schiffes ein Motor gehören, der eine konstante Belastung hat, beispielsweise ein Aufzugsmotor, der ein gegebenes Gewicht hebt. Das Drehmoment eines Schiffsschraubenmotors ändert sich bekannt-Hch quadratischimit der Geschwindigkeit. Läuft infolgedessen das Schiff mit voller Geschwindigkeit, so muß der Hauptgeneratorstarkerregt sein, um den notwendigen Strom für den Schiffsschraubenmotor liefern zu können. In diesem Falle wird auch der Aufzugsmotor stabil arbeiten können. Wird nun aber die Geschwindigkeit der Schiffsschraube auf ¹J₂ des vollen Wertes verringert, dann sinkt das erforderliche Drehmoment des Schiffsschraubenmotors auf */₄ des früheren Wertes. Die Erregung des Hauptgenerators muß infolgedessen, um ein stabiles Arbeiten des Schiffsschraubenmotors zu gewährleisten und um ein unnötiges Erwärmen der Motoren und des no Generators zu verhindern, ebenfalls entsprechend verringert werden. Das würde aber ein Außertrittfallen des Aufzugsmotors verursachen, da dessen Drehmoment konstant geblieben ist und sich nicht auf ¹Z₄ seines früheren Wertes verringert hat. Dieses Beispiel zeigt deutlich, daß, sofern die Hilfseinrichtungen ebenfalls vom Hauptgenerator mit Energie versorgt werden, die Erregung des Hauptgenerators auch unter Berücksichtigung der Erfordernisse der Hilfseinrichtungen eingestellt werden muß. Wechselstrommotore,

wie sie gewöhnlich für Hilfseinrichtungen von Schiffen verwendet werden, sind zumeist für ein Arbeiten bei einem konstanten Verhältnis der Voltzahl zur Periodenzahl entworfen. Beträgt beispielsweise die Periodenzahl 60 und die Voltzahl 2400, so muß bei einer Änderung der Periodenzahl auf 45 die Voltzahl auf ungefähr 1800 vermindert werden. Um bei einem normalen Induktionsmotor einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es notwendig, die Spannung etwas weniger zu ändern als die Frequenz, d. h. mit anderen Worten, die Voltzahl gegenüber der entsprechenden Periodenzahl etwas zu erhöhen. Die Kühlung eines selbstgekühlten Motors verringert sich entsprechend seiner Geschwindigkeitsverringerung, daher ist es wünschenswert, bei normalen Induktionsmotoren innerhalb eines gegebenen Ge- schwindigkeitsbereiches das Verhältnis der Voltzahl zur Periodenzahl praktisch konstant zu erhalten. Der Wirkungsgrad des Schiffsschraubenmotors kann durch dieses Konstanthalten des Verhältnisses Voltzahl zu Periodenzahl gegenüber einem Vergrößern desselben verschlechtert oder verbessert werden, je nachdem ob bereits der Motor seinen maximalen Wirkungsgrad erreicht oder nicht erreicht hat. Ist der maximale Wirkungsgrad nicht erreicht, so wird das Konstanthalten des Verhältnisses den Wirkungsgrad des Schiffsschraubenmotors tatsächlich verbessern. Wird das Verhältnis Voltzahl zu Periodenzahl wesentlich konstant gehalten, so können normale Induktionsmotor verwendet werden. Diese Motore arbeiten auch dann in bezug auf die Erwärmung der Maschine günstig. Es ist daher wichtig, daß die Erregung des Hauptgenerators mit Rücksicht auf die Hilfsmotore eingestellt wird, je nachdem ob diese konstant oder nicht konstant belastet sind.

Erfindungsgemäß wird zu diesem Zwecke eine Einrichtung vorgesehen, die Änderungen des Verhältnisses Voltzahl zu Periodenzahl des Hauptgenerators anzeigt, so daß die Erregung des Hauptgenerators so geregelt werden kann, daß ein ungünstiges Arbeiten der Hilfsmotoren vermieden wird. Diese Einrichtung macht den Schalttafelwärter darauf aufmerksam, daß die Erregung der Hauptmaschine einer weiteren Einstellung bedarf. Ferner wird durch diese Einrichtung das Hilfsnetz selbsttätig vom Hauptgenerator abgeschaltet, wenn das Verhältnis Voltzahl zu Periodenzahl eine vorher bestimmte Grenze überschreitet". Die Einrichtung besteht aus einem auf Veränderungen des Verhältnisses \^Aoltzahl zu Periodenzahl ansprechenden Relais 66. Dieses Relais besitzt eine auf dem Kern 68 angeordnete Spule 67. Diese Spule ist mit dem Arbeitsstromkreis 28 des Generators 25 über einen Spannungswandler 69 verbunden. Der Stromkreis der Spule 67 soll einen relativ hohen induktiven Widerstand besitzen. Dies ist in der Zeichnung durch 6g die Reaktanz 70 angedeutet. Das soll jedoch nicht heißen, daß unbedingt eine besondere Reaktanz in diesem Stromkreis angeordnet werden muß, sondern es kann die Spule 67 selbst bereits eine hohe Reaktanz besitzen. Wird nun die Spannung des Hauptgenerators verringert ohne gleichzeitige Änderung der Frequenz, beispielsweise bei einer Änderung der Erregung des IJauptgenerators ohne Änderung seiner Geschwindigkeit, so wird die Erregung der Spule 67 im Verhältnis der Spannungsverringerung geschwächt. Wenn jedoch die Geschwindigkeit des Hauptgenerators vermindert wird ohne gleichzeitige Verminderung der Erregung, so erfolgen keine Änderungen der Erregung der Spule 67. Dies ergibt sich aus folgendem Beispiel: Wird die Geschwindigkeit des Hauptgenerators so verringert, daß die Periodenzahl von 60 auf 45 sinkt, während die Erregung konstant gehalten wird, so wird die Spannung, die durch den Hauptgenerator erzeugt wird, in demselben Verhältnis sinken, beispielsweise von 2400 Volt auf 1800 Volt. Das Verhältnis der Voltzahl zur Periodenzahl ist jedoch in jedem Falle gleichgeblieben, nämlich 40. Infolge der hohen Reaktanz und des geringen 0hmschen Widerstandes der Spule 67 wird die gesamte Spannungsänderung durch die Reaktanz ausgeglichen, so daß die Erregung der Spule 67 sich nicht ändert. Es wird nämlich durch die Verringerung der Frequenz gleichzeitig mit der Spannungsverringerung auch die gegenelektromotorische Kraft der Selbstinduktion der Reaktanz verringert, so daß durch Spule 67 der gleiche Strom fließt wie vorher.

Fällt nun während der Fahrt des Schiffes das Verhältnis der Voltzahl zur Periodenzahl unter einen vorher bestimmten Wert, so wird der Kern des Relais 66 sich nach abwärts bewegen, wodurch der Schalter 71 und damit der Stromkreis für das Relais 72 geschlossen wird. Dadurch schließt sich ein Schalter 73, und es wird ein Regelwiderstand zu dem Regelwiderstand 63 des Feldstromkreises des Hauptgenerators parallel geschaltet und damit die Erregung dieser Maschine verstärkt. Infolgedessen wird das Verhältnis Voltzahl zu Periodenzahl wieder vergrößert, und das Re-Iais 66 öffnet wieder den Schalter 71 und damit auch den Schalter 73. Der zum Regelwiderstand 63 parallel liegende Widerstand ist dadurch wieder abgeschaltet. Das Relais wird also hin und. her schwingen und den Widerstand 63 kurzschließen und den Kurzschluß wieder aufheben und dadurch die Er-

Claims (4)

regung des Generators 25 selbsttätig richtig einzustellen versuchen und so ein Außertrittfallen oder Kippen der Hilfsmotore verhindern. Dieses Hinundherschwingen des Relais 66 zeigt gleichzeitig dem Schalttafelwärter, daß die Erregung des Hauptgenerators geändert werden muß, was von Hand mit Hilfe des Regelwiderstandes 63 erfolgen kann. Würde nun jedoch das Verhältnis Voltzahl zu Periodenzahl bis auf einen Wert fallen, der ein Außertrittfallen oder Kippen der Hilfsmotore bewirken könnte, so würde sich erfmdungsgemäß der Kern 68 weiter nach "abwärts bewegen und dadurch den Schalter 53 öffnen und den Erregerkreis der Spule 32' unterbrechen. In diesem Falle schaltet dann der Schalter 32 den Hilfsstromkreis 31 vom Hauptgenerator 25 ebenfalls ab, und die Hilfskraftanlage 35, 36 übernimmt die Energielieferung für die Hilfseinrichtungen. Gemäß dem eben beschriebenen Beispiel schaltet das Relais 66 in den Feldstromkreis des Haüptgenerators einen einzigen Shunt ein. Es können selbstverständlich Einrichtungen vorgesehen sein, daß durch das Relais 66 mehrere Shunts stufenweise eingeschaltet werden. Zu diesem Zwecke kann das Relais 66 Schalter betätigen, die einen Servomotor einschalten, und zwar so, daß dieser je nachdem das Verhältnis der Voltzahl zur Periodenzahl die obere oder untere Grenze unterschreitet, in der einen oder anderen Umlaufsrichtung rotiert. Um die Wirkungsweise des Relais 66 noch besser zu veranschaulichen, sollen nachstehend noch Zahlenbeispiele angegeben werden: Das Relais 66 möge so eingestellt werden, daß es den Schalter 73 schließt und damit den Widerstand 63 kurzschließt, wenn die Spannung des Hauptgenerators auf ungefähr 2150 Volt bei 60 Perioden entsprechend einer Drehzahl von 3600 UpM oder 1600 Volt bei 45 Perioden entsprechend einer Drehzahl von 2700 UpM fällt. Wird die Spannung auf ungefähr 2600 Volt bei 60 Perioden oder 1950 Volt bei 45 Perioden erhöht, so hebt das Relais den Kurzschluß des Widerstandes 63 auf. Durch diese Wirkungsweise des Relais 66 wird nicht nur ein Außertrittfallen und Kip- pen der Hilfsmotore, sondern auch ein Kippen des Schiffsschraubenmotors verhindert. Der Erregerstrom sowohl für die Maschine 35 als auch für den Generator 25 wird von der Erregermaschine 43 geliefert, die in dem einen Falle von der Maschine 35, in dem anderen Falle von der Turbine 36 angetrieben wird. Die Maschinen der Hilfskraftanlage 35' 36 laufen somit nie beide gleichzeitig leer. Es könnte nun selbstverständlich auch auf der Welle des Hauptgenerators eine Erregermaschine vorgesehen sein. Die Anordnung einer solchen Erregermaschine würde es dann ermöglichen, daß der Hauptgenerator auch dann arbeiten kann, wenn die Hilfskraftanlage nicht in Betrieb ist. Bei einer derartigen Anordnung jedoch müßte der Erregerstrom der Hauptmaschine 25 trotzdem, wenn die Geschwindigkeit der Hauptturbine 24 unter einen bestimmten Wert sinkt, von der Erregermaschine 43 geliefert werden. Es ergibt sich daraus, daß die Anordnung gemäß der Erfindung auch in bezug auf die Erregung der Hauptmaschine vorteilhaft ist. Durch das Vorsehen eines doppelten Antriebes für die Erregermaschine 43 wird ferner erreicht, daß, sofern die Hauptturbine die richtige Drehzahl besitzt, die Erregermaschine nicht unnötig die Hilfskraftmaschine belastet. In der Abb. 3 ist ein zusätzlicher Stromkreis 74 gezeichnet, der beispielsweise zur Speisung von Motoren zum Antriebe von Hebezeugen o.' dgl. dient. Besonders Lastschiffe sind zuweilen mit derartigen Einrichtungen versehen. Die Leistungen, die die Antriebsmotoren solcher Förderanlagen benötigen, sind verhältnismäßig für die kleine Hilfskraftanlage 35, 36 zu groß. Deshalb kann der Stromkreis 74 über den Schalter 75 von dem Hauptstromkreis 28 direkt gespeist werden. go Patentansprüche:

1. Kraftanlage für Schiffe mit einer oder mehreren Hauptkraftmaschinen zum unmittelbaren oder elektrischen Antrieb der Schiffsschrauben mit großer Drehzahlregelung und einer oder mehreren Hilfskraftmaschinen und Stromerzeuger zum Betriebe der Schiffshilfseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein und dasselbe Hilfsnetz während der normalen Fahrt, gänzlich von der Hauptkraftanlage und bei Fahrtverminderung oder Umkehr gänzlich -von der Hilfskraftanlage gespeist wird, wobei die Maschine oder die Maschinen der Hilfskraftanlage auch während der Speisung des Hilfsnetzes von der Hauptkraftanlage aus mit normaler Drehzahl elektrisch als Motor betrieben mitlaufen.

2. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Veränderung der Drehzahl der Hauptmaschine ■ unter einen bestimmten Wert der Leistungsregler der Hilfsmaschine dieser Maschine Dampf oder Brennstoff zur Lastübernahme zuführt, wobei gleichzeitig mittels selbsttätiger Schalter die Hauptmaschine oder der von ihr angetriebene Generator vom Hilfsnetz abgeschaltet wird.

3. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwen-

dung von Wechselstrom zum Antrieb der Schiffsschraube der Synchrongenerator der Hilf smaschine während der normalen Fahrt des Schiffes als Motor zwecks Verbesserungdes Leistungsfaktors übererregt wird.

4. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung der Frequenz bei veränderter Fahrgeschwindigkeit oder beim Manövrieren des Schiffes ein Volt-Frequenz-Relais das 'Hilfsnetz selbsttätig vom Hauptgenerator abschaltet, wenn das Verhältnis Voltzahl zur Periodenzahl eine bestimmte Grenze überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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