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Elektrischer Schiffsantrieb für Drei- und Mehrwel.lenschiffe Beim
Betrieb von Schiffen pflegt man häufig zwei grundsätzlich verschiedene Be' triebszustände
zu unterscheiden, nämlich die Marschfahrt und die Hauptfahrt. Bei der Marschfahrt
wird angestrebt, unter mäglichster Einsparung an Brennstoff, also bestem Wirkungsrad,
möglichst lange Strecken zu überwinden; bei der Hauptfahrt dagegen kommt es hauptsächlich
darauf an, die höchste Geschwindigkeit zu entwickeln. Demgemäß wurden auch bereits
für die Marschfahrt Dieselmotoren wegen ihres geringen Brennstoffverbrauches, für
die Hauptfahrt dagegen Dampfturbinen wegen ihres geringen. Gewichtes je Leistungseinheit
vorgesehen, also aus beiden Maschinenarten kombinierte Antriebsanlagen ausgeführt.
Umeinen guten Wirkungsgrad bei Marschfahrt und keinen unnützen Aufwand. an: Raum
und Gewicht zu bekommen, maß man bei diesen kombinierten Anlagen anstreben, daß
die Marschmaschinen bei der Marschfahrt nicht nur einzehre, sondern alle Wellen
antreiben, cla,ß sie auch bei Marschfahrt ihre Leistung bei voller Drehzahl abgeben,
und daß sie bei Hauptfahrt gleichfalls mit voller Leistung mitarbeiten können.
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Versucht man, diese drei Forderungen zu erfüllen, dann entstehen bei
mechanischer Übertragung, insbesondere wenn es sich um Drei- und. Mehrwellenschiffe
handelt, sehr verwickelte Anlagen mit abschaltbaren oder umschaltbaren Übersetzungen,
mit Verstellpropellern und ähnlichen verwickelten Konstruktionen, die als eine starke
Beeinträchtigung der Betriebssicherlicit angesehen werden massen. Wegen dieser Hindernisse
hat man sich praktisch bei solchen Anlagen in der Regel damit begnügt, die Marschmaschinen
(z. B. Dieselmotoren) nur auf einer Welle anzuordnen und bei Marschfahrt die anderen
Wellen ausgekuppelt mitlaufen zu lassen. D.1.-bei ist aber nur die dritte der eingangs
,genannten Forderungen erfüllbar, nämlich, daß die Marschmotoren auch bei der Hauptfahrt
mitwirken können. Die zweite Forderung.
daß die Marschmaschinen
bei Marschfahrt ihre Leistung bei voller Drehzahl abgeben sollen, ist, da die Marschgeschwindigkeit
erheblich geringer ist als die Hauptgeschwin-'digkeit, allenfalls noch unter Zuhilfenahme
v an Verstellpropellern erfüllbar, die man, wie bereits gesagt, aus Sicherheitsgründen
vermeidet.
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Da die Schwierigkeiten, welche sich bei mechanischer Kraftübertragung
ergeben, 1) ei einer elektrischen Übertragung leichter vermieden werden können,
hat man bereits vorgeschlagen, bei Drei- und Melirwellens-chiffen die eingangs genannten
Forderungen mit Hilfe einer elektrischen Drehstromkraftübertragung ztt erfüllen.
So ist es z. B. bekannt, auf allen Wellen besondere Marsch- lind Hauptmotoren oder
auch polumschaltbare Motoren anzuordnen. Alle Schrauben werden dann bei Marschfahrt
über die Marschmotoren, bei Hauptfahrt -über die Hauptmotoren angetrieben. Derartige
elektrische Kraftübertragungen mit Marsch- und Hauptmotoren auf allen Wellen haben
aber immer noch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig verwickelt oder durch die
Anordnung zweier Motoren auf jeder Schraubenwelle ztt schwer sind. Weiterhin sind
auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen bei Marschfahrt mehrere Motoren von
einem einzigen Generator, bei Hauptfahrt dagegen jeder Motor von .einem Generator
gespeist wird. Der erforderliche Geschwindigkeitsunterschied zwischen Marschfahrt
und Hauptfahrt wird auch, bei diesen Anordnungen durch Polumschaltung oder ähnliche
Maßnahmen an den Motoren erzielt, wodurch die gesamte Anordnung wiederum verhältnismäßig
verwickelt wird. Des weiteren ist auch schon vorgeschlagen -worden, auf jeder Schraubenwelle
zwei Motoren vorzusehen, wobei die Geschwindigkeitsänderung zwischen Marsch- und
Hauptfahrt dadurch erzielt -wird, daß -die Sekundärseite je eines Motors auf Einphasenbetrieb
>:angeschaltet wird. Hierdurch nehmen die Motoren die halbe Drehzahl an. Abgesehen
davon, daß auch hier die Anlage durch die Anordnung zweier Motoren auf jeder Schraubenwelle
zu schwer ist, entspricht dieses Umschaltungsverfahren praktisch einer Polumschaltung,
so daß die Gesamtanordnung wiederum ziemlich verwickelt wird. Ferner sind auch,
Anordnungen bekanntgeworden; bei denen ebenfalls alle Schraubenwellen mit mindestens
zwei Motoren ausgerüstet sind und bei denen sowohl bei Haupt- als auch bei Marschfahrt
alle Wellen elektrisch voneinander abhängig sind. Auch bei diesen Anordnungen besteht
der Nachteil des hohen Gewichtes und der weitere Nachteil, daß die Schraubenwellen
nicht tinabhiitigi"g voneinander geregelt werden können. Letzteres führt zu einer
starken Einschränkung der Betriebseigenschatir-ii des Schiffes.
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Endlich sei noch erwähnt, daf> auch Schaltungen bekanntgeivor den
sind, bei denen die-Schraubenwellen mittels Asynchronniotoren angetrieben werden,
die in Isriskad,e geschaltet oder doppelt gespeist werden. Auch diese Anordnungen
entbehren. vor allem der erii-iinscliten Einfachheit.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrtmde, derartige
elektrische t--ücrtragungen bei Drei- tind Mehrwellenschiffen zu vereinfachen. Die
Erfindtin:bestelit im wesentlichen in der Erkenntnis, daß die bestmöglichen Betriebseigenschaften
bei einem Schiftsantrieb für Drei- und Melirivclleiiscliitle nur dann erzielt werden,
wenn er gleichzeitig allen nachfolgend aufgeführten Bedin,7ti.i:` eil g entig t
a) Für Haupt- und Marschfahrt sind getrennte Primärmaschinen anzuordnen, die im
all- gemeinen verschiedener Bauart sein würden (Dieselmotoren für die Marschfahrt
und Dampfturbinen für die Haupttahiti.
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b) Bei mindestens zwei Schraubenwellen des Schifi=es sollen mir einfache
Motoren angewendet werden, also weder poluinschaltbarc noch Düppelmotaren, wobei
diese Motoren bezüglich ihrer Polzahl. und Leistung Cntsprechend den Bedingungen
für die Hauptfahrt gebaut sein müssen.
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ej Es müssen Mittel vorgesehen werden, daß bei allen Betriebszuständen
alle Schratibenwellen gleichzeitig angetrieben werden können, jedoch so, daß die
Drehzahl jeder einzelnen Welle unabhängig von den anderen geregelt werden kann.
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d) Die Marschmotoren arbeiten nicht nur bei Marschfahrt, sondern auch
bei Hauptfahrt mit, und zwar in beiden Fällen mit voller Leistung und Drehzahl.
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Nur bei einem Schiffsantrieb, der diesen vier Bedingungen ,genügt,
können bei -,leiclizeitig großer Einfachheit im Aufbau die besten Betriebseigenschaften
erzielt iver(Ien. Volallem ist es bei Erfüllung dieser Bedingtingen möglich, mit
einem Minimum an llascliinen auszukommen, wodurch die Anlage den g i-o-I)en Vorteil
eines geringen Gewichts aufweist. Gegenstand vorliegender Erfindung ist daher ein
elektrischer Schiffsantrieb für Drei und Mehrwellenscliiffe, der mit in der Polzahl
unveränderlichen Synclironinascliinen und mit Dampf- oder Gasturbinen als Primärmaschinen
für die Hauptfahrt und Dieselmotoren als Primärmaschinen für die 'Marschfahrt ausgeriistet
ist, wobei die Zahl der Marschfabrtinaschinen mit der Zahl der Schraubenwellen übereinstimmt.
Die Er.i ndun
- besteht darin, daß die Primärmaschinen für Marschfahrt
sowohl bei Marschfahrt als auch bei Hauptfahrt mit voller D,rehu-thl betrieben werden
und daß mindestens -zwei Schraubenwellen mit einfachen, den Bedingungen der Hauptfahrt
angep.aßten Motoren ausgerüstet sind; die bei Hauptfahrt mit voller, bei Marschfahrt
mit verminderter Frequenz gespeist -werden, wobei die Polzahl der Mar schfahr tgener
atoren für eine im Verhältnis der Geschwindigkeiten von Marsch- und Hauptfahrt kleinere
Frequenz bemessen ist als die Polzahl der Hauptfahrtgeneratoren und daß stets alle
Schraubenwellen -- jedoch unabliängib voneinander - angetrieben werden können. Der
Erfindungsgedanke wird iin nachstehenden an Hand ,der in den Abbildungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Als Beispiel wird in allen Abbildungen :ein
Schiff mit drei Wellen zugrunde gelegt, bei dem in der Hauptfahrt die Motoren von
zwei Wellen durch die Hauptgruppen, der Motor der dritten Welle durch die Marschgruppen
gespeist wird, während bei der Marschfahrt alle drei Wellen ihre Energie von den
Marschgruppen erhalten.
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In Abb. i sind auf der linken Seite die Propeller mit den Antriebsmotoren
i, 2, 3, :l. angedeutet sowie die Verbindungen, welche von den Motoren zu den verschiedenen
Generatorgruppengehen. Die Hauptgeneratoren 5 und 6 werden von je einer Dampfturbine/
und 8 angetrieben und sollen beispielsweise eine Nennleistung von je 18 ooo
kW bei 5o Hz haben. Die Marschgeneratoren 9, i o, ii werden von Dieselmotoren 12,
13, 14 angetrieben. Sie leasten zusammen gleichfalls i 8 ooo lLW, jeder einzelne
also 6ooo kW. Die Nennfrequenz ist jedoch der Erfndtiaag entsprechend für die Marschgeneratoren
mit 35 Hz gewählt. Von den Propellermatomen werden die außenliegenden Motoren i
uild 3 für eine Nennleistung von je 18 ooo kW bei 5o Hz bemessen, @so daß sie die
ganze Nennleistung der Turbogrtuppen 5, 7 bzw. 6, 8 aufnehmen können. . Die mittlere
Propellerwelle trägt zwei Motoren 2, ¢, von denen aber jeweils nur einer eingeschaltet
ist. Der Hauptmotor 4. ist für 18 ooo kW bei 35 Hz bemessen und macht dabei
i oo U/min. Der auf der gleichen Welle sitzende Marschmotor 2 ist für 6ooo kW Nennleistung
bemessen und macht bei 35 Hz 70 L?;'min. Bei Hauptfahrt werden die Motoren
i, 3 der beiden äußeren Propellerwellen von den Turbobeneratoren 5, 6 mit je 18
ooo kW bei 5o Hz gespeist; sie machen dabei ioo U/min. Ferner wird der Hauptmotor
q. von den Dieselgeneratoren 9, i o, i i mit i8ooo kW bei 35 Hz gespeist und macht
ebenfalls ioo U/min. Bei Marschfahrt werden die-beiden Turbogeneratoren 5, 6 stillgelegt
und die beiden Motoren i, 3 der außenliegenden Wellen sowie der Marschmotor 2 der
mittleren Welle von den Dieselgeneratoren 9, io, i i ,einzeln gespeist. Der Marschmotor
2 macht dabei 7o U/min, und die Motoren i, 3 nehmen die gleiche Drehzahl an, da
sie nunmehr nur mit 35 Hz gespeist werden. Die Leistungsaufnahme jedes Motors geht
entsprechend &-r dritten Potenz der Drehzahl auf je 6ooo 1LW zurück, so daß
alle drei Motoren wiederum r800o kW benötigen. Bei dieser der Erfindung entsprechenden
Anordnung ist also erreicht, daß die Dieselmotoren i2, 13, 1q. bei Marschfahrt und
bei Hauptfahrt mit voller Leistung und voller Drehzahl laufen und daß bei Marschfahrt
alle Propellerwellen angetrieben werden, ohne daß die auf@-enliegenden Wellen mit
besonderen Marschmotoren aus gerüstet zu werden brauchen.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung zeigt
Abb.2. Hier sind wiederum zwei Dampfturbinen 27, 28 andeutet, die zwei Hauptgeneratoren
25, 26 antreiben. Diese Hauptgeneratoren speisen bei Hauptfahrt die Motoren 21,
23 mit je i 8 ooo kW bei 5o Hz. Ferner sind die Dieselmotoren 32-,33, 3.1 vorgesehen,
mit denen aber nunmehr je zwei Generatoren, nämlich die Marschgeneratoren 29, 3o,
3 i und die Hauptgeneratoren 35, 36, 37, gekuppelt sind. Bei .Hauptfahrt speisen
die Hauptgeneratoren ;5, 36, 37 den Motor 22 mit zusammen 18 ooo kW bei 5o
Hz. - Bei Marschfahrt werden die Hauptgeneratoren 25, 26 stillgesetzt und die Hauptgeneratoren
35, 36, 37 abgeschaltet. Die drei Motoren 2i, 22, 23- werden dann einzeln von den
Marschgeneratoren 29, 30, 31 mit 35 Hz gespeist. Die Leistungsaufnahme jedes Motors
beträgt 6ooo kW, so da(.> wiederum der Erfindung entsprechend die Dieselmotoren
sotvohl bei Haupt- als auch bei Marschfahrt mit voller Drehzahl und voller Leistung
arbeiten können und bei Marschfahrt alle Propellerwellen angetrieben sind.
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Abb. 3 zeigt ein Beispiel, bei welchem droi Turbogruppen und drei
Dieselgruppen vor--e sehen sind. Im übrigen ist die Anordnung grundsätzlich die
gleiche wie bei Abb. 2. Die Arbeitsweise ist so gedacht, daß bei Hauptfahrt jeder
der Motoren a i, 4.2, 4.3 von je einem Turbogenerator 4.1-bzw. 4.5 bzw. 4.6 und
parallel dazu von je einem Hauptgenerator der Dieselgruppen d.7 bzw. 48 bzw. 4.9
gespeist wird. Bei Marschfahrt sind die Maschinen ,1a, 45, 46 stillgesetzt, und
die .Speisung der Propellermotoren erfolgt wiederum ausschließlich durch die Marschgeneratoren
50,51,52 auf den Dieselgruppen mit verminderter Frequenz.
Abb.
¢ zeigt die gleiche Maschinenaufteilung wie Abb.3, jedoch eine andere Anordnung
der Maschinen im Schiff. Dementsprechend ist auch die Bezeicbnung ebenso gewählt
wie bei Abb.3.
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Zwischen dem Beispiel in Abb. i und den Beispielen in den übrigen
Abbildungen besteht der grundlegende Unterschied, daß bei dem ersteren die mittlere
Welle zwei Motoren erhält, während bei dem nachfolgenden Beispiel die Dieselgruppen
mit zwei Generatoren ausgerüstet werden. Die letzteren Beispiele ergeben zwar eine
etwas schwerere Anlage als das Beispiel nach Abb. i. Dieses Mehrgewicht der Anlagen
nach Abb. a bis Abb. q. kommt aber den Manövereigenschaften der Anlage zugute, da
die mittlere Propellerwelle keine größeren Schwungmassen hat als die außenliegende
und die Schwungmasse der Generatorgruppen vergrößert ist. Außerdem hat sie den Vorteil,
daß die Ausrüstung der drei Propellerwellen gleich ausgeführt ist und daß der Wirkungsgrad
der elektrischen übertragung auch bei der dritten Welle besser isst.
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Die Erfindung kann man auch sinngemäß auf andere Wellenzahlen anwenden.