WO2010017814A2 - Ship propulsion system for the propulsion of a ship, particularly a double-ended ship, in two different directions of travel and method for the operation thereof - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a ship propulsion system for propulsion of a ship, in particular a double-end ship, in two different directions of travel according to claim 1 and a method for operating such a ship propulsion system according to claim 2.
  • a propulsion system which is suitable for propulsion of a ship in two different directions of travel and thus in particular for installation on large double-decker ships, such as e.g. Double end ferries is suitable. It can be taken into account that in ships of this type, due to the length of the ship, an amidships engine room with shafts leading in both directions is often unsuitable. Rather, with the invention, two symmetrical machine rooms can be set up in the vicinity of the ship ends.
  • FIGS. 1-4 Two identical machine rooms are set up in the area of the ship ends, the basic construction of which can be seen in FIGS. 1-4. Showing:
  • Fig. 1 the front in relation to the direction of travel of the ship
  • Fig. 3 shows a machine in pure diesel mode
  • Fig. 4 shows a machine in pure electric mode.
  • a first internal combustion engine in the form of a main diesel engine 1, which provides about half the service speed for service speed, via a shaft 6 with a (first continuous) switchable first clutch K1 with a first electrical
  • Machine 2 connected, which in turn can also generate about half the drive power as well as implement motorized. Beyond is a single-stage transmission 3, which is connected to the first electric machine 2 by a second switchable clutch K2. The large gear shaft of the transmission 3 ultimately leads outboard to a first propulsion unit in the form of a variable pitch propeller 4, which is designed for the entire drive power. In addition, in each engine room, a conventional diesel generator set 5 with relatively small rated power.
  • the circuit in Fig. 1 represents the front in the direction of travel engine room VM.
  • the diesel engine 1 is running below its rated power and drives via the closed first clutch K1 to the generator operated as the first electric machine 2, which in turn is connected via the closed switch S to the electrical system and thus feeds electrical power into the electrical system.
  • the second clutch K2 is opened, so that the transmission 3 and the propeller 4 are not mechanically driven.
  • the wings of the propeller are in gliding position, so that this strand is at a standstill.
  • FIG. 2 shows the machine room AM lying aft in the direction of travel with a second internal combustion engine in the form of a second diesel engine 11.
  • the second diesel engine 1 1 also runs below its rated power, which is passed through the closed third clutch K3 in the shaft train.
  • a second electric machine 21 runs in the engine mode by picking up the electrical power generated by the front engine VM from the electrical system.
  • Both the diesel-mechanical, as well as the electromechanical power, which add up to the total required drive power are fed through the closed fourth clutch K4 in the transmission, where translated and directed to a second propulsion unit in the form of a second propeller 41, which in turn drives the ship ,
  • Starting up from standstill to rated operation consists of starting the drives and the subsequent load pickup.
  • the front diesel engine 1 is started with the engaged electric machine 2. Subsequently, the electric machine 2 is synchronized with the network and, initially load-free, switched.
  • the aft strand can be raised in three different ways: 1.
  • the diesel engine 1 1 is started alone, the third K3 and the fourth clutch K4 are open. Subsequently, first the second electric machine 21 (under open network connection) is accelerated by closing the third clutch K3 and finally the rest of the train by closing the fourth clutch K4.
  • Solution 1 is very gentle for the diesel engine 11, because not the entire mass of the shaft system including the electric rotor of the second electric machine 21, gearbox 31 and propeller 41 must be accelerated all at once.
  • Solution 3 protects the clutches K3 and K4, because they close at standstill and thus no switching work (acceleration to synchronous speed) must be applied.
  • Solution 2 is a compromise option.
  • diesel engines are designed to be cranked in uncoupled systems, and each time in addition to the engine, the entire drivetrain must be accelerated so that Solution 3 can be considered as the appropriate one. Now also the aft electric machine can be synchronized with the mains and switched on.
  • the aft electric machine 21 remains initially disconnected from the network.
  • the aft diesel engine 1 1 is now used first, wherein the electric machine 21 rotates freely. In this state, the acceleration on the Kombinatorkurve done, a constant speed operation is not required.
  • the electric machine 21 is energized to pick up power from the front train VM and supply it to the waveguide, which then happens in the constant speed mode.
  • a third possibility is given when the electrical machines 2 and 21 have a common, but separate from the rest of the electrical system busbar. In that case, the electrical power of the front strand VM can be continuously summed on the aft strand AM, without being on a
  • the forward propeller 4 in the current direction of travel is to be taken to stop the ship in operation, this can be done in two ways. It is assumed that the front diesel engine 1 is running and the electric machine 2 is still located on the network to supply the aft strand AM with power. Since this power on the aft strand AM is temporarily no longer needed, the front electric machine 2 can be disconnected from the network for the time being. Now, the second clutch K2 can be closed and the shaft line can be accelerated with propeller 4, which corresponds to the circuit in Fig. 3. The other option is to spare the second clutch K2.
  • the system propeller-shaft-transmission is accelerated by adjusting the blade pitch on the propeller 4 in the turbine quadrant, until the speed of the pinion shaft synchronously to the engine speed and the second clutch K2 can be closed without switching work.
  • the engine power is resumed at the same time and brought the sash position in the drive quadrant with a positive thrust direction, so that brake thrust is generated.
  • the electric machines do not have to be raised from standstill under load for motor operation. Instead, they are accelerated by the diesel engines without load and then connected to the grid. This makes it possible to save costly power electronics and significantly increases the life of the electrical machines.
  • the drive can be done exclusively dieselmechanisch.
  • the circuit of the aft system AM for this case is shown in Fig. 3. Electrical conversion losses are avoided in this area. For larger power conversion losses must be accepted only for the proportion above half the drive power. Thus, the overall efficiency compared to a system with exclusively electric traction motors is significantly higher.
  • Main diesel engine are generated and therefore the auxiliary diesel engines are turned off.
  • the circuit can then be optimized in terms of the best efficiencies in the nominal point of the machine in question.
  • PTO Power Take Off
  • power generation is carried out directly and thus without transmission losses, which further contributes to a higher overall efficiency.

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Abstract

The invention relates to a ship propulsion system for the propulsion of a ship, particularly a double-ended ship, in two different directions of travel, and to a double-ended ship, particularly a double-ended ferry, comprising a ship propulsion system according to the invention.

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Schiffantriebssystem zum Antrieb eines Schiffes, insbesondere eines Doppelendschiffes, in zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen und Verfahren zu dessen BetriebShip propulsion system for propulsion of a ship, in particular a double-end ship, in two different directions of travel and method for its operation
Die Erfindung betrifft ein Schiffantriebssystem zum Antrieb eines Schiffes, insbesondere eines Doppelendschiffes, in zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Schiffantriebssystems gemäß Anspruch 2.The invention relates to a ship propulsion system for propulsion of a ship, in particular a double-end ship, in two different directions of travel according to claim 1 and a method for operating such a ship propulsion system according to claim 2.
Im Folgenden wird ein Antriebssystem vorgeschlagen, das sich zum Antrieb eines Schiffes in zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen und somit insbesondere für die Installation auf großen Doppelendschiffen wie z.B. Doppelendfähren eignet. Dabei kann berücksichtigt werden, dass in derartigen Schiffen aufgrund der Schiffslänge oftmals ein mittschiffs angeordneter Maschinenraum mit in beide Richtungen führenden Wellenleitungen ungeeignet ist. Vielmehr können mit der Erfindung zwei symmetrische Maschinenräume in der Nähe der Schiffsenden eingerichtet werden.In the following, a propulsion system is proposed, which is suitable for propulsion of a ship in two different directions of travel and thus in particular for installation on large double-decker ships, such as e.g. Double end ferries is suitable. It can be taken into account that in ships of this type, due to the length of the ship, an amidships engine room with shafts leading in both directions is often unsuitable. Rather, with the invention, two symmetrical machine rooms can be set up in the vicinity of the ship ends.
Hauptsächlich kann dabei vermieden werden, dass in beiden Maschinenräumen jeweils die gesamte für den Vortrieb in einer Fahrtrichtung benötigte Antriebsleistung in Form von einer oder mehreren Verbrennungskraftmaschinen, üblicherweise Dieselmotoren, installiert werden muss, da in einem solchen Fall auf dem Schiff die doppelte benötigte Antriebsleistung vorgehalten wird und dadurch hohe Kosten, vor allem bei der Investition, entstehen.Mainly it can be avoided that in both engine rooms each of the entire required for propulsion in one direction drive power in the form of one or more internal combustion engines, usually diesel engines, must be installed, since in such a case on the ship twice the required power is maintained and thereby high costs, especially when investing, arise.
Eine weitere Möglichkeit, die Installation der doppelt im Schiff angeordneten benötigten Antriebsleistung zu vermeiden, bestände darin, in einem mittschiffs angeordneten Maschinenraum mittels mehrerer Dieselgeneratoren dieAnother way to avoid the installation of the double arranged in the ship required driving power, it would be in a midships engine room using several diesel generators the
Antriebsleistung in elektrischer Form zu erzeugen, die dann von elektrischen Fahrmotoren an die betreffende Propellerwelle weitergegeben wird. In diesem Fall ist zwar die installierte Antriebsleistung nicht doppelt vorhanden, allerdings werden insgesamt drei Maschinenräume benötigt und es müssen für die gesamte umgesetzte Leistung elektrische Wandlungsverluste in Kauf genommen werden.To generate drive power in electrical form, which is then passed by electric traction motors to the relevant propeller shaft. In this case, although the installed drive power is not duplicated, however A total of three engine rooms are needed and it must be accepted for the entire performance converted electrical conversion losses.
Das mit den Ansprüchen 1 und 2 beanspruchte und im Folgenden in einer vorteilhaften Ausgestaltung beschriebene Schiffantriebssystem bzw. Verfahren zum Betreiben eines derartigen Schiffantriebssystems vermeidet die oben beschriebenen Nachteile bzw. erzielt die beschriebenen Vorteile.The claimed with the claims 1 and 2 and described below in an advantageous embodiment of the ship propulsion system or method for operating such a ship propulsion system avoids the disadvantages described above or achieves the advantages described.
Es werden im Bereich der Schiffsenden zwei identische Maschinenräume eingerichtet, deren prinzipieller Aufbau in den Figuren 1 - 4 zu sehen ist. Dabei zeigen:Two identical machine rooms are set up in the area of the ship ends, the basic construction of which can be seen in FIGS. 1-4. Showing:
Fig. 1 die in Bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes vordereFig. 1, the front in relation to the direction of travel of the ship
Maschinenanlage mit reiner Stromerzeugung,Machinery with pure power generation,
Fig. 2 die in Bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes achterliche Maschinenanlage mit dieselelektrischem Kombibetrieb,2 with respect to the direction of travel of the ship aft engine system with diesel-electric combined operation,
Fig. 3 eine Maschinenanlage im reinen Dieselbetrieb undFig. 3 shows a machine in pure diesel mode and
Fig. 4 eine Maschinenanlage im reinen Elektrobetrieb.Fig. 4 shows a machine in pure electric mode.
Wie Fig. 1 zeigt, ist eine erste Verbrennungskraftmaschine in Form eines Hauptdieselmotors 1 , der etwa die halbe Antriebsleistung für Dienstgeschwindigkeit bereitstellt, über eine Welle 6 mit einer (im laufenden Betrieb) schaltbaren ersten Kupplung K1 mit einer ersten elektrischenAs shown in FIG. 1, a first internal combustion engine in the form of a main diesel engine 1, which provides about half the service speed for service speed, via a shaft 6 with a (first continuous) switchable first clutch K1 with a first electrical
Maschine 2 verbunden, die ihrerseits ebenfalls etwa die halbe Antriebsleistung sowohl generieren als auch motorisch umsetzen kann. Jenseits befindet sich ein einstufiges Getriebe 3, das mit der ersten elektrischen Maschine 2 durch eine zweite schaltbare Kupplung K2 verbunden ist. Die Großradwelle des Getriebes 3 letztlich führt nach außenbords zu einer ersten Vortriebseinheit in Form eines Verstellpropellers 4, der für die gesamte Antriebsleistung ausgelegt ist. Außerdem befindet sich in jedem Maschinenraum ein herkömmlicher Dieselgeneratorsatz 5 mit relativ kleiner Nennleistung.Machine 2 connected, which in turn can also generate about half the drive power as well as implement motorized. Beyond is a single-stage transmission 3, which is connected to the first electric machine 2 by a second switchable clutch K2. The large gear shaft of the transmission 3 ultimately leads outboard to a first propulsion unit in the form of a variable pitch propeller 4, which is designed for the entire drive power. In addition, in each engine room, a conventional diesel generator set 5 with relatively small rated power.
Zunächst wird nun beschrieben, wie der Fahrzustand unter Dienstgeschwindigkeit realisiert wird. Die Schaltung in Fig. 1 repräsentiert den in Fahrtrichtung vorn liegenden Maschinenraum VM. Dort läuft der Dieselmotor 1 unter seiner Nennleistung und treibt über die geschlossene erste Kupplung K1 die als Generator betriebene erste elektrische Maschine 2 an, die ihrerseits über den geschlossenen Schalter S mit dem Bordnetz verbunden ist und somit elektrische Leistung in das Bordnetz einspeist. Die zweite Kupplung K2 ist geöffnet, so dass das Getriebe 3 und der Propeller 4 nicht mechanisch angetrieben werden. Die Flügel des Propellers sind in Segelflugstellung, so dass sich dieser Strang im Stillstand befindet.First, it will now be described how the driving state under service speed is realized. The circuit in Fig. 1 represents the front in the direction of travel engine room VM. There, the diesel engine 1 is running below its rated power and drives via the closed first clutch K1 to the generator operated as the first electric machine 2, which in turn is connected via the closed switch S to the electrical system and thus feeds electrical power into the electrical system. The second clutch K2 is opened, so that the transmission 3 and the propeller 4 are not mechanically driven. The wings of the propeller are in gliding position, so that this strand is at a standstill.
In Fig. 2 ist der in Fahrtrichtung achtern liegende Maschinenraum AM mit einer zweiten Verbrennungskraftmaschine in Form eines zweiten Dieselmotors 1 1 zu sehen. Der zweite Dieselmotor 1 1 läuft ebenfalls unter seiner Nennleistung, die über die geschlossene dritte Kupplung K3 in den Wellenstrang geleitet wird. Eine zweite elektrische Maschine 21 läuft im motorischen Betrieb, indem sie die von der vorderen Maschinenanlage VM erzeugte elektrische Leistung vom Bordnetz aufnimmt. Sowohl die dieselmechanische, als auch die elektromechanische Leistung, die sich zur gesamten erforderlichen Antriebsleistung summieren, werden über die geschlossene vierte Kupplung K4 in das Getriebe geführt, dort übersetzt und zu einer zweiten Vortriebseinheit in Form eines zweiten Propellers 41 geleitet, der seinerseits das Schiff antreibt.FIG. 2 shows the machine room AM lying aft in the direction of travel with a second internal combustion engine in the form of a second diesel engine 11. The second diesel engine 1 1 also runs below its rated power, which is passed through the closed third clutch K3 in the shaft train. A second electric machine 21 runs in the engine mode by picking up the electrical power generated by the front engine VM from the electrical system. Both the diesel-mechanical, as well as the electromechanical power, which add up to the total required drive power are fed through the closed fourth clutch K4 in the transmission, where translated and directed to a second propulsion unit in the form of a second propeller 41, which in turn drives the ship ,
Das Hochfahren aus dem Stillstand bis zum Nennbetrieb setzt sich aus dem Starten der Antriebe und der anschließenden Lastaufnahme zusammen.Starting up from standstill to rated operation consists of starting the drives and the subsequent load pickup.
Zunächst wird der vordere Dieselmotor 1 mit der eingekuppelten elektrischen Maschine 2 angelassen. Anschließend wird die elektrische Maschine 2 mit dem Netz synchronisiert und, zunächst lastfrei, aufgeschaltet. Der achterliche Strang kann auf drei verschiedene Weisen hochgefahren werden: 1. Der Dieselmotor 1 1 wird alleine angelassen, wobei die dritte K3 und die vierte Kupplung K4 geöffnet sind. Anschließend wird zunächst die zweite elektrische Maschine 21 (unter geöffneter Netzverbindung) durch Schließen der dritten Kupplung K3 und zuletzt der Rest des Stranges durch Schließen der vierten Kupplung K4 beschleunigt.First, the front diesel engine 1 is started with the engaged electric machine 2. Subsequently, the electric machine 2 is synchronized with the network and, initially load-free, switched. The aft strand can be raised in three different ways: 1. The diesel engine 1 1 is started alone, the third K3 and the fourth clutch K4 are open. Subsequently, first the second electric machine 21 (under open network connection) is accelerated by closing the third clutch K3 and finally the rest of the train by closing the fourth clutch K4.
2. Der zweite Dieselmotor 1 1 und der elektrische Rotor der zweiten elektrischen Maschine 21 werden mit geschlossener Kupplung K3 gemeinsam gestartet, anschließend Getriebe 31 und Propeller 41 durch Schließen der Kupplung K4 eingekuppelt.2. The second diesel engine 1 1 and the electric rotor of the second electric machine 21 are started together with the clutch K3 closed, then coupled gear 31 and propeller 41 by closing the clutch K4.
3. Beide Kupplungen K3 und K4 werden im Stillstand geschlossen und dann der gesamte Strang über den Dieselmotor 11 gestartet.3. Both clutches K3 and K4 are closed at standstill and then started the entire strand via the diesel engine 11.
Bei der Wahl des Verfahrens ist folgendes zu beachten: Lösung 1 ist für den Dieselmotor 11 sehr schonend, weil nicht die gesamte Masse des Wellensystems einschließlich elektrischem Rotor der zweiten elektrischen Maschine 21 , Getriebe 31 und Propeller 41 auf einmal beschleunigt werden muss. Lösung 3 hingegen schont die Kupplungen K3 und K4, da sie im Stillstand schließen und somit keine Schaltarbeit (Beschleunigen auf Synchrondrehzahl) aufgebracht werden muss. Lösung 2 stellt eine Kompromissvariante dar. Generell sind Dieselmotoren jedoch darauf ausgelegt, dass sie in ungekuppelten Systemen angelassen werden können, wobei jedesmal nebst Motor der ganze Antriebsstrang beschleunigt werden muss, so dass Lösung 3 als die geeignete angesehen werden kann. Nun kann auch die achterliche elektrische Maschine mit dem Netz synchronisiert und aufgeschaltet werden.In the choice of the method, the following should be noted: Solution 1 is very gentle for the diesel engine 11, because not the entire mass of the shaft system including the electric rotor of the second electric machine 21, gearbox 31 and propeller 41 must be accelerated all at once. Solution 3, on the other hand, protects the clutches K3 and K4, because they close at standstill and thus no switching work (acceleration to synchronous speed) must be applied. Solution 2 is a compromise option. Generally, however, diesel engines are designed to be cranked in uncoupled systems, and each time in addition to the engine, the entire drivetrain must be accelerated so that Solution 3 can be considered as the appropriate one. Now also the aft electric machine can be synchronized with the mains and switched on.
Anschließend wird der Antriebsstrang unter Last genommen, indem beide Dieselmotoren 1 und 1 1 synchron und unter konstanter Drehzahl ihr Drehmoment erhöhen.Then the drive train is taken under load by both diesel engines 1 and 1 1 synchronously and at constant speed increase their torque.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, zunächst beide Sätze zu starten, wie oben beschrieben. Die achterliche elektrische Maschine 21 bleibt jedoch zunächst vom Netz getrennt. Zur Beschleunigung des Schiffes wird nun zunächst der achterliche Dieselmotor 1 1 verwendet, wobei die elektrische Maschine 21 frei mitdreht. In diesem Zustand kann die Beschleunigung auf der Kombinatorkurve erfolgen, ein Konstantdrehzahlbetrieb ist nicht erforderlich. Wenn der Dieselmotor 11 seine Nennleistung bei Nenn(-netz-)drehzahl erreicht hat, wird die elektrische Maschine 21 aufgeschaltet, um vom vorderen Strang VM Leistung aufzunehmen und der Wellenleitung zuzuführen, was dann im Konstantdrehzahlmodus geschieht.Another possibility is to start both sets first, as described above. However, the aft electric machine 21 remains initially disconnected from the network. To accelerate the ship, the aft diesel engine 1 1 is now used first, wherein the electric machine 21 rotates freely. In this state, the acceleration on the Kombinatorkurve done, a constant speed operation is not required. When the diesel engine 11 has reached its rated power at rated (net) speed, the electric machine 21 is energized to pick up power from the front train VM and supply it to the waveguide, which then happens in the constant speed mode.
Eine dritte Möglichkeit ist gegeben, wenn die elektrischen Maschinen 2 und 21 über eine gemeinsame, aber vom übrigen Bordnetz getrennte Sammelschiene verfügen. In dem Fall kann die elektrische Leistung des vorderen Stranges VM ständig auf den achterlichen Strang AM aufsummiert werden, ohne auf einenA third possibility is given when the electrical machines 2 and 21 have a common, but separate from the rest of the electrical system busbar. In that case, the electrical power of the front strand VM can be continuously summed on the aft strand AM, without being on a
Konstantdrehzahlbetrieb angewiesen zu sein oder eineConstant speed operation to be instructed or one
Frequenzumrichterschaltung zu benötigen. Die einzige Voraussetzung hierfür ist, dass der vordere VM und der achterliche Strang AM auf dieselbe (aber variable)To require frequency converter circuit. The only requirement for this is that the front VM and the aft strand AM have the same (but variable)
Drehzahl synchronisiert sind.Speed are synchronized.
Alle drei erwähnten Hochfahrvarianten sind dank des Verstellpropellers problemlos möglich.All three mentioned start-up variants are easily possible thanks to the variable pitch propeller.
Wenn der in aktueller Fahrtrichtung vorne liegende Propeller 4 zum Aufstoppen des Schiffes in Betrieb genommen werden soll, so kann das auf zwei Arten erfolgen. Dabei wird davon ausgegangen, dass der vordere Dieselmotor 1 läuft und dessen elektrische Maschine 2 noch am Netz befindlich ist, um den achterlichen Strang AM mit Leistung zu versorgen. Da diese Leistung am achterlichen Strang AM vorläufig nicht mehr gebraucht wird, kann die vordere elektrische Maschine 2 vorerst vom Netz getrennt werden. Nun kann die zweite Kupplung K2 geschlossen und die Wellenleitung mit Propeller 4 beschleunigt werden, was der Schaltung in Fig. 3 entspricht. Die andere Möglichkeit soll die zweite Kupplung K2 schonen. Zu diesem Zweck wird das System Propeller- Welle-Getriebe dadurch beschleunigt, dass die Flügelsteigung am Propeller 4 in den Turbinenquadranten verstellt wird, bis die Drehzahl der Ritzelwelle synchron zur Motordrehzahl ist und die zweite Kupplung K2 ohne Schaltarbeit geschlossen werden kann. Natürlich sind beliebige Zwischenlösungen möglich. Nach dem Einkuppeln wird gleichzeitig die Motorleistung wieder aufgenommen und die Flügelstellung in den Antriebsquadranten mit positiver Schubrichtung gebracht, so dass Bremsschub erzeugt wird.If the forward propeller 4 in the current direction of travel is to be taken to stop the ship in operation, this can be done in two ways. It is assumed that the front diesel engine 1 is running and the electric machine 2 is still located on the network to supply the aft strand AM with power. Since this power on the aft strand AM is temporarily no longer needed, the front electric machine 2 can be disconnected from the network for the time being. Now, the second clutch K2 can be closed and the shaft line can be accelerated with propeller 4, which corresponds to the circuit in Fig. 3. The other option is to spare the second clutch K2. For this purpose, the system propeller-shaft-transmission is accelerated by adjusting the blade pitch on the propeller 4 in the turbine quadrant, until the speed of the pinion shaft synchronously to the engine speed and the second clutch K2 can be closed without switching work. Of course, any intermediate solutions are possible. After engagement, the engine power is resumed at the same time and brought the sash position in the drive quadrant with a positive thrust direction, so that brake thrust is generated.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schiffantriebssystems bzw. Steuerungsverfahrens können gegenüber anderen Schaltungen folgende Vorteile genutzt bzw. Probleme umgangen werden:With the aid of the ship propulsion system or control method according to the invention, the following advantages can be used or problems avoided compared to other circuits:
Die elektrischen Maschinen müssen für den motorischen Betrieb nicht aus dem Stillstand unter Last hochgefahren werden. Sie werden stattdessen lastfrei durch die Dieselmotoren beschleunigt und anschließend ans Netz geschaltet. Das ermöglicht die Einsparung kostenaufwändiger Leistungselektronik und erhöht wesentlich die Lebensdauer der elektrischen Maschinen.The electric machines do not have to be raised from standstill under load for motor operation. Instead, they are accelerated by the diesel engines without load and then connected to the grid. This makes it possible to save costly power electronics and significantly increases the life of the electrical machines.
Bei kleinen erforderlichen Antriebsleistungen kann der Antrieb ausschließlich dieselmechanisch erfolgen. Die Schaltung der achterlichen Anlage AM für diesen Fall ist in Fig. 3 dargestellt. Elektrische Wandlungsverluste werden in diesem Bereich vermieden. Bei größeren Leistungen müssen nur für den Anteil oberhalb der halben Antriebsleistung elektrische Wandlungsverluste in Kauf genommen werden. Damit ist der Gesamtwirkungsgrad gegenüber einer Anlage mit ausschließlich elektrischen Fahrmotoren deutlich höher.For small required drive power, the drive can be done exclusively dieselmechanisch. The circuit of the aft system AM for this case is shown in Fig. 3. Electrical conversion losses are avoided in this area. For larger power conversion losses must be accepted only for the proportion above half the drive power. Thus, the overall efficiency compared to a system with exclusively electric traction motors is significantly higher.
Für erforderliche Antriebsleistungen zwischen halber und voller Gesamtleistung kann sogar in Erwägung gezogen werden, den vorderen Hauptdieselmotor 1 abzustellen und einen oder beide Hilfsdieselmotoren 5 für die nötige Stromerzeugung zu verwenden, wenn der Bordstrombedarf das zulässt. Im Gegenzug kann der Bordstrombedarf auch nur durch den vorderenFor required drive powers between half and full total power can even be considered to turn off the front main diesel engine 1 and to use one or both auxiliary diesel engines 5 for the necessary power generation, if the on-board power supply permits. In return, the on-board power requirement can only by the front
Hauptdieselmotor mitgeneriert werden und folglich die Hilfsdieselmotoren abgestellt werden. Die Schaltung kann dann hinsichtlich der besten Wirkungsgrade im Nennpunkt der betreffenden Maschine optimiert werden. Gegenüber der Stromerzeugung durch einen am Getriebe angesetzten PTO (Power Take Off) wird hier die Stromerzeugung direkt und damit ohne Getriebeverluste durchgeführt, was weiter zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad beiträgt.Main diesel engine are generated and therefore the auxiliary diesel engines are turned off. The circuit can then be optimized in terms of the best efficiencies in the nominal point of the machine in question. Compared to power generation by means of a PTO (Power Take Off) connected to the gearbox, power generation is carried out directly and thus without transmission losses, which further contributes to a higher overall efficiency.
Im Gegensatz zu dem rein dieselmechanischen Konzept, das in der Regel mindestens zwei Dieselmotoren pro Ende sowie mindestens einen PTO/PTI (Power Take Off/Power Take In) aufweist, kommt bei dem hiesigen Konzept ein einfaches Getriebe zum Einsatz, das lediglich aus einer Stirnradpaarung und nur zwei austretenden Wellen besteht. Im anderen Fall wären mindestens vier Wellendurchtritte und entsprechend viele Radpaarungen erforderlich.In contrast to the purely diesel-mechanical concept, which usually has at least two diesel engines per end and at least one PTO / PTI (Power Take Off / Power Take In), comes with the local concept, a simple transmission is used, which only consists of a Stirnradpaarung and there are only two outgoing waves. In the other case, at least four shaft passages and a corresponding number of wheel pairs would be required.
Durch die relativ kurze Baulänge der elektrischen Maschine sowie die Möglichkeit der hintereinander liegenden Anordnung beider Maschinen (E- Maschine und Dieselmotor) entsteht ein kurzer, aber vor allem sehr schlanker Maschinenraum, der sich gut in die Schiffsenden einpassen lässt.Due to the relatively short length of the electric machine and the possibility of the arrangement of both machines (electric motor and diesel engine) arranged one behind the other, a short, but above all, very slim machine room is created, which can be easily fitted into the ship's ends.
Durch die Möglichkeit, den aktiven Antriebsstrang sowohl nur dieselmechanisch als auch nur elektromechanisch anzutreiben, ist die Antriebsanlage vollständig redundant ausgeführt. Das wird in diesem Fall durch das Vorhandensein der beiden Schaltkupplungen K3 und K4 erreicht, siehe Fig. 4. Im Falle eines Schadens am achterlichen Hauptdieselmotor 1 1 wird die dritte Kupplung K3 geöffnet und der Antriebsstrang elektrisch angetrieben. Entsprechendes gilt für den Ausfall des vorderen Dieselmotors.The ability to drive the active drive train both diesel mechanical and only electromechanical, the drive system is completely redundant. This is achieved in this case by the presence of the two clutches K3 and K4, see Fig. 4. In the event of damage to the aft main diesel engine 1 1, the third clutch K3 is opened and the drive train electrically driven. The same applies to the failure of the front diesel engine.
Durch die Möglichkeit, sowohl mit beiden Hauptdieselmotoren 1 , 11 als auch mit den zusätzlich installierten kleineren Hilfsdieselmotoren 5 Strom für das Bordnetz zu erzeugen, ist auch die Stromerzeugung mit einer mehrfachen Redundanz sichergestellt.The ability to generate power for the electrical system with both main diesel engines 1, 11 and with the additionally installed smaller auxiliary diesel engines 5, the power generation is ensured with multiple redundancy.
Es muss dieselmotorisch nur die einfache benötigte Leistung vorgehalten werden, es werden dabei nur zwei identische Maschinenräume benötigt. Andere Konzepte sind entweder mit der doppelten erforderlichen Leistung ausgestattet oder weisen einen mittschiffs angeordneten dritten Maschinenraum auf. Only the simple required power has to be kept in diesel engine mode, only two identical engine rooms are needed. Other Concepts are either equipped with twice the required power or have a third engine room arranged amidships.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
I erste Verbrennungskraftmaschine, DieselmotorI first internal combustion engine, diesel engine
I 1 zweite Verbrennungskraftmaschine, Dieselmotor 2 erste elektrische MaschineI 1 second internal combustion engine, diesel engine 2 first electric machine
21 zweite elektrische Maschine21 second electric machine
3, 31 Getriebe3, 31 gears
4, 41 Vortriebseinheit, Propeller4, 41 propulsion unit, propeller
5 Hilfsdiesel 6, 61 Wellenanlage5 auxiliary diesel 6, 61 shaft system
K1 erste KupplungK1 first clutch
K2 zweite KupplungK2 second clutch
K3 dritte KupplungK3 third clutch
K4 vierte KupplungK4 fourth clutch
AM achternliegende MaschineAM aft machine
VM vornliegende MaschineVM forward machine
S Schalter S switch

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Schiffantriebssystem zum Antrieb eines Schiffes, insbesondere eines Doppelendschiffes, in zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen, umfassend1. Ship propulsion system for driving a ship, in particular a double-end ship, in two different directions, comprising
- eine erste Vortriebseinheit (4) zum Vortrieb des Schiffes in einer ersten Fahrtrichtung und eine zweite Vortriebseinheit (41 ) zum Vortrieb des Schiffes in einer zweiten, zu der ersten Fahrtrichtung unterschiedlichen, insbesondere entgegen gesetzten, Fahrtrichtung des Schiffes,a first propulsion unit (4) for advancing the ship in a first direction of travel and a second propulsion unit (41) for advancing the ship in a second direction of travel of the ship which is different, in particular opposite, to the first direction of travel;
- eine erste Antriebseinheit mit einer ersten Wellenanlage (6), einer ersten Verbrennungskraftmaschine (1 ) zum Antrieb der ersten Wellenanlage (6), einer mit der ersten Wellenanlage (6) mechanisch gekoppelten ersten elektrischen Maschine (2) und einer ersten Kupplungseinheit (K1 ) zur mechanischen Kopplung der ersten Wellenanlage (6) mit der ersten Vortriebseinheit (4), wobei die erste elektrische Maschine (2) sowohl als von der ersten Verbrennungskraftmaschine (1 ) angetriebener Generator als auch als Motor zum Antrieb der ersten Wellenanlage (6) betreibbar ist,a first drive unit with a first shaft system (6), a first internal combustion engine (1) for driving the first shaft system (6), a first electric machine (2) mechanically coupled to the first shaft system (6) and a first coupling unit (K1) for mechanically coupling the first shaft system (6) to the first propulsion unit (4), wherein the first electric machine (2) can be operated both as a generator driven by the first internal combustion engine (1) and as a motor for driving the first shaft system (6) .
- eine zweite Antriebseinheit mit einer zweiten Wellenanlage (61 ), einer zweiten Verbrennungskraftmaschine (11 ) zum Antrieb der zweiten Wellenanlage (61 ), einer mit der zweiten Wellenanlage (61 ) mechanisch gekoppelten zweiten elektrischen Maschine (21 ) und einer zweiten Kupplungseinheit (K2) zur mechanischen Kopplung der zweiten- A second drive unit with a second shaft system (61), a second internal combustion engine (11) for driving the second shaft system (61), with the second shaft system (61) mechanically coupled second electric machine (21) and a second coupling unit (K2) for the mechanical coupling of the second
Wellenanlage (61 ) mit der zweiten Vortriebseinheit (41 ), wobei die zweite elektrische Maschine (21 ) sowohl als von der zweiten Verbrennungskraftmaschine (11 ) angetriebener Generator als auch als Motor zum Antrieb der zweiten Wellenanlage (61 ) betreibbar ist, - eine elektrische Verbindung zwischen der ersten (2) und der zweiten elektrischen Maschine (21 ), insbesondere über ein Bordnetz des Schiffes, zur Versorgung der ersten elektrischen Maschine (2) im Motorbetrieb mit von der zweiten elektrischen Maschine (21 ) im Generatorbetrieb erzeugter elektrischer Leistung und/oder zur Versorgung der zweiten elektrischen Maschine (21 ) im Motorbetrieb mit von der ersten elektrischen Maschine (2) im Generatorbetrieb erzeugter elektrischer Leistung. Shaft system (61) with the second propulsion unit (41), wherein the second electric machine (21) both as driven by the second internal combustion engine (11) generator and as a motor for driving the second shaft system (61) is operable - an electrical connection between the first (2) and the second electric machine (21), in particular via an electrical system of the ship, for supplying the first electric machine (2) during engine operation with electric power generated by the second electric machine (21) during generator operation and / or for supplying the second electric machine (21) in motor operation with electric power generated by the first electric machine (2) during generator operation.
2. Verfahren zum Betrieb des Schiffsantriebssystems nach Anspruch 1 , bei dem zum Antrieb des Schiffes in der ersten Fahrtrichtung2. A method for operating the ship propulsion system according to claim 1, wherein for driving the ship in the first direction of travel
- die erste Wellenanlage (6) mechanisch mit der ersten Vortriebseinheit gekoppelt ist, - die zweite Wellenanlage (61 ) mechanisch von der zweiten Vortriebseinheit entkoppelt ist,- The first shaft system (6) is mechanically coupled to the first propulsion unit, - The second shaft system (61) is mechanically decoupled from the second propulsion unit,
- die erste elektrische Maschine (2) als Motor betrieben wird und zusammen mit der ersten Verbrennungskraftmaschine (1 ) die erste Wellenanlage (6) antreibt, - die zweite elektrische Maschine (21 ) als Generator betrieben wird, der von der zweiten Verbrennungskraftmaschine (11 ) angetrieben wird,- The first electric machine (2) is operated as a motor and drives together with the first internal combustion engine (1), the first shaft system (6), - The second electric machine (21) is operated as a generator of the second internal combustion engine (11) is driven,
- die als Motor betriebene erste elektrische Maschine (2) mit elektrischer Leistung betrieben wird, die von der als Generator betriebenen zweiten elektrischen Maschine (21 ) erzeugt wird, und bei dem zum Antrieb des Schiffes in der zweiten Fahrtrichtung- The operated as a motor first electric machine (2) is operated with electric power generated by the operated as a generator second electric machine (21), and in which for driving the ship in the second direction of travel
- die erste Wellenanlage (6) mechanisch von der ersten Vortriebseinheit entkoppelt ist,the first shaft system (6) is mechanically decoupled from the first propulsion unit,
- die zweite Wellenanlage (61 ) mechanisch mit der zweiten Vortriebseinheit gekoppelt ist, - die zweite elektrische Maschine (21 ) als Motor betrieben wird und zusammen mit der zweiten Verbrennungskraftmaschine (1 1 ) die zweite Wellenanlage (61 ) antreibt,- The second shaft system (61) is mechanically coupled to the second propulsion unit, - The second electric machine (21) is operated as a motor and together with the second internal combustion engine (1 1) drives the second shaft system (61),
- die erste elektrische Maschine (2) als Generator betrieben wird, der von der ersten Verbrennungskraftmaschine (1 ) angetrieben wird, - die als Motor betriebene zweite elektrische Maschine (21 ) mit elektrischer- The first electric machine (2) is operated as a generator, which is driven by the first internal combustion engine (1), - operated as a motor second electric machine (21) with electrical
Leistung betrieben wird, die von der als Generator betriebenen ersten elektrischen Maschine (2) erzeugt wird.Power is generated, which is generated by the generator operated as the first electric machine (2).
3. Doppelendschiff, insbesondere Doppelendfähre, mit einem Schiffantriebssystem nach Anspruch 1. 3. Doppelendschiff, in particular Doppelendfähre, with a ship propulsion system according to claim 1.
PCT/DE2009/075041 2008-08-11 2009-08-10 Ship propulsion system for the propulsion of a ship, particularly a double-ended ship, in two different directions of travel and method for the operation thereof WO2010017814A2 (en)

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