DE311797C

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Publication number: DE311797C
Application number: DENDAT311797D
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Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schiffsantrieb mit Hauptturbine, welche mit dem Abdampf einer Hilfsturbine gespeist werden kann, zwecks Erzielung zwe:.er wirtschaftlicher Geschwindigkeiten. Sie besteht darin, daß der Propellermotor unabhängig von den Generatoren läuft und für -rolle Geschwindigkeit vom Hauptgenerator, der von der Hauptturbine allein angetrieben wird, gespeist wird, während für niedrige Geschwindigkeiten der Hauptgenerator parallel mit einem doppelt synchronen Generator. arbeitet, welcher von der Hilfsturbine angetrieben wird. Als solche wirtschaftlichen Gsschwindigkeiten kommt die volle Geschwindigkeit und eine Geschwindigkeit beim Kreuzen in Betracht. Hierbei läuft d^e Hilfsturbine· mit doppelter Drehzahl als die Hauptturbine.

Die Zeichnung zeigt mehrere Ausfxhrungsbeispiele der Erfindung. In Fig. 1 ist 5 eine Haupttürbine mit hohem Wirkungsgrad bei großer Geschwindigkeit und großer Dampfspannung, welche auch wirtschafte eh läuft mit geringerer Geschwindigkeit bei geringerer Dampfspannung. Sie treibt mit direkter Kupplung einen Wechselstromgenerator 6 an,

■ der zweckmäßig mehrphasig ausgebildet ist. Er ist über Leitungen 7 mit dem Mehrphaseninduktionsmotor 8 verbunden, auf dessen Welle 9 die Schiffsschraube 10 silzt. Die Hilfsturbine 11 läuft mit hohem W irkungsgrad bei hoher Dampfspannung. 1:1 ist die Abdampf leitung, welche in den Zuf ihrungs- stutzen 13 der Hauptturbine 5 mündet. Der Dampfeinlaß 14 für die Turbine 11 ist an das Hauptdampf rohr 15 angeschlossen, welches auch mit dem Dampfeinlaß der Hauptturbine 5 verbunden werden kann. Drei Ventile 16, 17, 18 können die direkte Speisung der Hauptturbine 5 durch Frischdampf bewirken unter Ausschaltung der Turbine 11, wobei die Turbine 5 mit hoher Geschwindigkeit und hohem Wirkungsgrad läuft.

Gemäß Fig. 1 ist die Turbine 11 direkt gekuppelt mit dem umlaufenden Feldmagnetsystem 21 eines Induktionsgenerators 20, dessen Feldwicklung als Kurzschlußwicklung ausgebildet ist. Der Anker 22 dieses Induktionsgenerators ist auf der gleichen Welle mit dem Generator 6 und der Turbine 5 montiert. Die Wicklung des Ankers 22 kann über Schleifringe 23 und einen Schalter 24 mit den Leitungen 7 verbunden werden. Der Antrieb des Propellers erfolgt allein durch den Motor 8, der nicht mechanisch mit dem übrigen Antrieb verbunden ist.. 25 ist ein Reversierschalter.

Für große Geschwindigkeiten wird der Schalter 24 geöffnet, der Schalter 26 ge-^ schlossen und hierdurch der Motor 8 unmittelbar vom Generator 6 gespeist. Die Ventile 16, 18 sind geschlossen und der Frischdampf fließt durch das Ventil 17 unmittelbar der Hauptturbine 5 zu. Diese und der Generator 6 laufen mit hoher Geschwindigkeit und die Frequenz des Generators 6 bedingt auch den Umlauf des Mo,tors 8 mit hoher Geschwindigkeit für volle Fahrt. Während

dieses Laufs ist die Turbine 11 wirkungslos und der Anker 22 des Induktionsgenerators läuft leer innerhalb der stillstehenden Feldwicklung 21. Die Geschwindigkeit des Schiffes kann einzig durch Änderung der "Dampfspannung, etwa durch das Ventil 42 geregelt werden, dessen Einstellung durch ein Geschwindigkeitsrelais 43 erfolgen kann, das auch als Fernsteuerung wirken kann.

Für die Fahrt mit geringen Geschwindigkeiten, etwa beim Kreuzen, wird die Turbine 5 mit geringerer Geschwindigkeit betrieben, so daß auch der Generator 6 mit kleiner Frequenz arbeitet und der Motor 8 auch eine geringere Geschwindigkeit annimmt. Zu .diesem Zweck wird der Schalter 24 und das Ventil 17 geschlossen, während die Ventile 16, 18 geöffnet werden. Dampf hoher 'Spannung fließt dann in die Hilfsturbine 11, während die Hauptturbine 5 mit Abdampf betrieben wird. Die relativen Geschwindigkeiten der Turbine 5 und 11 hängen ab von der Bemessung des Synchrongenerators und der Induktionsmaschine, insbesondere von deren Polzahl. Wird beispielsweise angenommen, daß die Induktionsmaschine vom Generator angetrieben wird, so wird die Induktionsmaschine nahezu auf ihre S3^rnchrone Geschwindigkeit auflaufen wollen. Dies bedeutet, daß der Feldmagnet 20 mit einer Geschwindigkeit laufen will gleich der Umlaufsgeschwindigkeit der Primärwicklung 22 plus der synchronen Geschwindigkeit, vermindert um den Schlupf. Die synchrone Geschwindigkeit der Induktionsmaschine ist an sich bestimmt durch die Polzahl und die Frequenz des zugeführten Stromes, vrelche ihrerseits wieder abhängt von der Polzahl des Generators 6 und der Geschwindigkeit der . Turbine 5. Wird die Turbine 11 gespeist, so treibt sie den Feldmagneten 20 an und dessen Geschwindigkeit will anwachsen auf einen Wert, der etwas höher ist als seine synchrone Geschwindigkeit plus der Geschwindigkeit des umlaufenden Ankers 22. Infolgedessen wird die Induktionsmaschine als Induktionsgenerator zu laufen beginnen, wobei sie ihre Erregung von der Synchronmaschine erhält. D„ie relative Geschwindigkeit der beiden Generatoren ist dann durch deren elektrische Bemessung bestimmt. Nimmt man beispielsweise an, daß die Arbeitsgeschwindigkeiten der Elemente der beiden Generatoren im wesentlichen gleich sind, so wird die Hilfsturbine im wesentlichen mit der doppelten Geschwindigkeit der Hauptturbine plus dem Schlupf der Induktionsmaschine laufen.

Zur weiteren Erklärung möge angenommen werden, daß bei der Kreuzergeschwindigkeit die Hauptturbine 5 ungefähr mit der Hälfte ihrer normalen Geschwindigkeit läuft. Infolgedessen erzeugt der Wechselstromgenerator 6 ebenfalls eine Frequenz gleich der Hälfte seiner normalen. Die Frequenz des Induktionsgenerators ist durch die des Synchrongenerators bestimmt, und. beide liefern in Parallelschaltung Strom an den Induktionsmotor 8.· ' .

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist der Induktionsgenerator 31 bis 33 nur mit der 70' Hilfsturbine 11 über ein Zwischengetriebe 30 verbunden. Der Rotor 31 besitzt eine Kurzschlußwicklung 32. Die Ankerwicklung 33 ist für Parallelarbeiten mit" dem Generator 6 eingerichtet. Auch in dieser Schaltung stimmt die Wirkungsweise der Einrichtung mit derjenigen der Fig. 1 im wesentlichen überein. Ein Vorteil besteht darin, daß der Induktionsgenerator während der Fahrt des Schiffes mit voller Geschwindigkeit stillsteht, während bei der Schaltung nach Fig. 1 der Anker stets mitläuft.

Durch die beschriebenen Schaltungen können Polumschaltungen vermieden werden. Sollen drei verschiedene Geschwindigkeiten erreicht werden, so muß wohl auch das Mittel der Polumschaltung verwendet werden, jedoch einzig für den Antriebsmotor, so daß man also bei Anwendung der Erfindung drei Geschwindigkeiten bei nur einer Polumschaltung erreichen kann.

In Fig. 2 ist 40 ein Geschwindigkeitsrelais, welches ein Ventil 41 steuert und die Geschwindigkeit der Turbine 11 begrenzt. Das Ventil 42 ist im Hauptdampfrohr angeordnet und wird von einem Geschwindigkeitsrelais 43 und Regulator 44 gesteuert. 47 ist ein hydraulicher Servomotor, 46 dessen.Schieberkasten, 48 das Übertragungsorgan .für die Bewegung des Servomotors.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, welche eine Weiterbildung der Einrichtung nach Fig. 2 darstellt. Die Zeichen haben hier dieselbe Bedeutung wie in Fig. 2. Die Hilfsturbine 11 ist mit einem doppelt synchronen Generator direkt gekuppelt, dessen; Läufer 31 eine mehrphasige Feldwicklung 32 besitzt, deren Anschlüsse zu Schleifringen 33 geleitet sind. Der Ständer- 34 des doppelt synchronen Generators besitzt eine mehrphasige Ankerwicklung 35, welche mit der Wicklung 32 über einen Schalter 36 parallel an die Leitungen 7 gelegt werden kann. Ist die Wicklung 32 mit Wechselstrom erregt und wird der Läufer 31 mit doppelt synchroner Geschwindigkeit in bezug auf die Frequenz des Erregerstroms angetrieben, so induziert ■ er in der Ankerwicklung einen Strom einfacher Frequenz. Entsprechend dieser läuft der Propellermotor 8 mit einer asynchronen Geschwindigkeit, die sich nur um ' den Schlupf von der einfach synchronen Geschwindigkeit unterscheidet. Der Induktionsmotor 8 läuft hierbei im Gegensatz zu

älteren Anordnungen ,mechanisch unabhängig von der Hilfsturbine und treibt den Propeller ίο an. ■ . . ■

" Für größere Geschwindigkeiten wird der Schalter 24 geöffnet und der Schalter 26 geschlossen, so daß der Motor 8 allein vom Hauptgenerator 6 gespeist wird. Die Ven-. tile 16 und 18 sind geschlossen und das Ventil 17 geöffnet, so daß die Turbines Dampf hoher Pressung zugeführt erhält, mit voller Geschwindigkeit umläuft und der Generator 6 mit hoher Frequenz den Motor 8 speist für volle Fahrt des Schiffes. Die Hilfsturbine 11 und der doppelt synchrone Generator stehen hierbei still. - , Geschwindigkeitsäiderungen können durch Änderung der Admissionsspannung des Dampfes erzielt werden.

Für Kreuzerfahrt wird der Scha .ter 24 geschlossen, ebenso das Ventil 17, wi.hrend die 'Ventile 16. und . 18 geöffnet werden. Hierdurch sind die beiden elektrischen Generatoren miteinander verbunden und: die- Turbine 11 erhält vollen Dampfdruck, während die Turbine 5 durch Abdampf gespeist wird.

Die relativen Geschwindigkeiten der Turbinen 5 und 11 hängen dann von der elektrischen Bemessung der beiden Generatoren, ab, insbesondere von deren Polzahl. Der doppelt synchrone Generator muß dann mit etwas höherer ,als der doppelt synchronen Geschwindigkeit angetrieben werden. Sobald die doppelt synchrone Geschwindigkeit er reicht ist, kann der Synchronisierschalter 36 geschlossen werden und die beiden Generatoren fallen in Tritt und bestimmen die-Geschwindigkeiten der Turbinen 5 und 11 in bezug aufeinander. Die Ankerwicklung 35 liefert ir folge der eigenartigen Speisung der Feldwicklung 32 einen Strom an die Leitungen y, welcher gleicher Frequenz ist mit demjenigen des Generators 6. Der Anker 31 muß hierbei mit doppelt synchroner Geschwindigkeit umlaufen, so daß er direkt von der Hilfsturtine 11 angetrieben werden kann, welch letztere infolgedessen zusammen mit dem doppelt synchronen Generator entsprechend klein ausfällt. Änderungen der Schiffsgeschwindigkeit Dei Kreuzfahrt können ebenfalls durch Änderung der . Admissionsspannung der Hilfsturbine erreicht werden. Eine besonders ni edrige Geschwindigkeit kann schließlich durch den Polumschalter 38 für den Propellermotor 8 erreicht werden. ,

Claims

Patent-Ansprüche: '

i. Elektrischer '.. Schiffsa-itrieb mit Haupt- und Hilfsturbine, b;i dem die Hauptturbine zwecks Erzielung zweier wirtschaftlicher ' Geschwindigkeiten mit dem Abdampf der Hilfsturbine gespeist werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptturbine (5) einen synchronen Wechselstromgenerator (6) (Hauptgenerator) antreibt, der den von ihm mechanisch unabhängig laufenden Propellermotor (8) bei voller Schiffsgeschwindigkeit speist, während der Propellermotor (8) bei niedrigen Schiffsgeschwindigkeiten vom Hauptgenerator (6) in Parallelschaltung mit einem doppelt synchronen Induktionsgenerator (Hilfsgenerator) (20) gespeist wird, welcher von der mit Frischdampf gespeisten Hilfsturbine (11) angetrieben wird,, deren Abdampf dann die Hauptturbine (5) speist.
2. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen doppelt synchronen Generator, dessen Anker (31) auf der Welle der Hauptturbine (ti) sitzt und dessen Feldwicklung (32) von der Hilfsturbine mit doppelt synchroner Geschwindigkeit angetrieben wird.
3. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger Geschwindigkeit der Hauptgenerator (6) und die Ankerwicklung (35) des doppelt synchronen Generators parallel geschaltet sind, während die Feldwicklung (32) als unabhängige Kurzschlußwicklung ausgebildet ist.
4. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgenerator (6) und der von der Hilfsturbine (11) angetriebene Generator mechanisch unabhängig voneinander laufen und bei niedriger Schiffsgeschwin- · digkeit in Parallelschaltung den mechanisch unabhängig von den Generatoren laufenden Propellermotor (8) speisen.
5. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger Schiffsgeschwindigkeit der mechanisch von den Generatoren unabhängig laufende Propellermotor (8) vom Hauptgenerator (6) und einem von der Hilfsturbine (n) angetriebenen doppelt synchronen Generator (31 bis 33) gespeist wird, wobei Ständer (34) und Läuferwicklung (31, 32) des doppelt synchronen Generators parallel geschaltet sind.
6. Elektrischer Schiffsantrieb nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte wirtschaftliche Geschwindigkeit durch Polumschaltung des Propellermotors (8) erzielt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.