DE311797C

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Publication number: DE311797C
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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.The invention relates to an electric ship propulsion system with a main turbine, which with the exhaust steam of an auxiliary turbine can be fed in order to achieve two: .er more economical Speeds. It consists in that the propeller motor runs independently of the generators and for -roll speed fed by the main generator, which is driven by the main turbine alone, while for low speeds the main generator in parallel with a double synchronous generator. is working, which is driven by the auxiliary turbine. As such, economic speeds full speed and one speed when cruising come into consideration. The auxiliary turbine also runs here twice the speed of the main turbine.

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,The drawing shows several exemplary embodiments of the invention. In Fig. 1, 5 is a Main turbine with high efficiency at high speed and high steam tension, whatever economy is running at a slower speed at a lower speed Steam tension. It drives an alternator 6 with a direct coupling,

■ 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. ■ which is expediently designed in multiple phases. It is connected via lines 7 to the multiphase induction motor 8, on whose shaft 9 the propeller 10 is silzt. The auxiliary turbine 11 runs with high efficiency with high steam tension. The exhaust steam line, which opens into the feed connection 13 of the main turbine 5 , is 1: 1. The steam inlet 14 for the turbine 11 is connected to the main steam pipe 15, which can also be connected to the steam inlet of the main turbine 5. Three valves 16, 17, 18 can cause the main turbine 5 to be fed directly with live steam, with the turbine 11 being switched off, the turbine 5 running at high speed and high efficiency.

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. According to FIG. 1, the turbine 11 is directly coupled with the rotating field magnet system 21 of an induction generator 20, whose field winding is designed as a short-circuit winding. The armature 22 of this induction generator is mounted on the same shaft with generator 6 and turbine 5. The winding of the armature 22 can be over Slip rings 23 and a switch 24 are connected to the lines 7. The drive the propeller is done solely by the motor 8, which is not mechanically connected to the rest Drive is connected .. 25 is a reversing switch.

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. WährendFor high speeds, switch 24 is opened, switch 26 is opened closed and thereby the motor 8 is fed directly from the generator 6. The valves 16, 18 are closed and the live steam flows through the valve 17 directly Main turbine 5 closed. This and the generator 6 run at high speed and the frequency of the generator 6 also causes the motor 8 to circulate at high speed for full speed. While

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.the turbine 11 is ineffective during this run and the armature 22 of the induction generator runs idle within the stationary field winding 21. The speed of the ship can only be changed by changing the "Steam tension, for example regulated by the valve 42, its setting by a Speed relay 43 can take place, which can also act as a remote control.

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.For driving at low speeds, for example when cruising, the turbine 5 is operated at a lower speed, so that the generator 6 also operates at a lower frequency and the motor 8 also assumes a lower speed. For this purpose, the switch 24 and the valve 17 are closed while the valves 16, 18 are opened. High voltage steam then flows into the auxiliary turbine 11, while the main turbine 5 is operated with exhaust steam. The relative speeds of the turbine 5 and 11 depend on the dimensioning of the synchronous generator and the induction machine, in particular on their number of poles. For example, assuming that the induction machine is driven by the generator, the induction machine is almost want to run onto its S3 ^r nchrone speed. This means that the field magnet 20 wants to run at a speed equal to the rotational speed of the primary winding 22 plus the synchronous speed, reduced by the slip. The synchronous speed of the induction machine is determined by the number of poles and the frequency of the supplied current, which in turn depends on the number of poles of the generator 6 and the speed of the. Turbine 5. If the turbine 11 is fed, it drives the field magnet 20 and its speed will increase to a value which is slightly higher than its synchronous speed plus the speed of the rotating armature 22. As a result, the induction machine will start to run as an induction generator where it gets its excitation from the synchronous machine. The relative speed of the two generators is then determined by their electrical rating. Assuming, for example, that the operating speeds of the elements of the two generators are essentially the same, the auxiliary turbine will run at essentially twice the speed of the main turbine plus the slip of the induction machine.

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.· ' .For further explanation it may be assumed that the cruiser speed the main turbine 5 is running at about half its normal speed. Consequently the alternator 6 also generates a frequency equal to half its normal. The frequency of the Induction generator is determined by that of the synchronous generator, and. both deliver in parallel connection to the induction motor 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.In the embodiment of FIG. 2, the induction generator 31 to 33 is only connected to the 70 ' Auxiliary turbine 11 is connected via an intermediate gear 30. The rotor 31 has a short-circuit winding 32. The armature winding 33 is for parallel work with "the generator 6 set up. In this circuit, too, the mode of operation of the device agrees with that the Fig. 1 essentially coincides. One advantage is that the induction generator while the ship is moving at full speed, while at the circuit of FIG. 1, the armature always runs.

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.Pole changes can be avoided by the circuits described. If three different speeds are to be achieved, the mean must also be used the pole changing are used, but only for the drive motor, so that one So when using the invention three speeds with only one pole change can reach.

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. 2, 40 is a speed relay which controls a valve 41 and the speed the turbine 11 is limited. The valve 42 is arranged in the main steam pipe and is controlled by a speed relay 43 and regulator 44. 47 is a hydraulic servomotor, 46 its.schiebkasten, 48 the transmission organ .for the movement of the servomotor.

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 zuIn Fig. 3, a further embodiment is shown, which is a development of Represents the device according to FIG. The characters have the same meaning here as in Fig. 2. The auxiliary turbine 11 is directly coupled to a double synchronous generator, whose; Rotor 31 has a polyphase field winding 32, the connections of which are too Slip rings 33 are directed. The stator 34 of the double synchronous generator has a polyphase armature winding 35, which is connected to the winding 32 via a switch 36 can be placed parallel to the lines 7. Is the winding 32 with alternating current energized and the rotor 31 is at twice the synchronous speed with respect to the Driven by the frequency of the excitation current, it induces one in the armature winding Single frequency current. According to this, the propeller motor 8 runs with a asynchronous speed, which is just about 'the slip from the simple synchronous speed differs. The induction motor 8 runs here in contrast to

älteren Anordnungen ,mechanisch unabhängig von der Hilfsturbine und treibt den Propeller ίο an. ■ . . ■ older arrangements, mechanically independent of the auxiliary turbine and drives the propeller ίο. ■. . ■

" 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."For higher speeds, switch 24 is opened and switch 26 is closed, so that the motor 8 is fed by the main generator 6 alone. The ven-. Tiles 16 and 18 are closed and valve 17 is open so that the turbines steam high pressure is supplied, rotates at full speed and the generator 6 The motor 8 feeds at a high frequency for full speed of the ship. The auxiliary turbine 11 and the double synchronous generator stand still. -, expressions of speed can be achieved by changing the vapor admission voltage.

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.Switch 24 is closed for cruises, likewise the valve 17, while the valves 16. and. 18 can be opened. Through this the two electric generators are connected to each other and: the- turbine 11 receives full steam pressure, while the turbine 5 is fed by exhaust steam.

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. ,The relative speeds of the turbines 5 and 11 then depend on the electrical rating of the two generators, in particular on their number of poles. The double synchronous generator must then be driven at a slightly higher speed than the double synchronous speed. As soon as the double synchronous speed is reached, the synchronization switch 36 can be closed and the two generators fall into step and determine the speeds of the turbines 5 and 11 with respect to one another. The armature winding 35 supplies ir follow the peculiar feeding the field winding 32 y a current to the lines, which is the same frequency with that of the generator 6. The armature 31 must in this case rotate at twice synchronous speed, so that it can be driven directly by the Hilfsturtine 11 which, as a result, together with the doubly synchronous generator, turns out to be correspondingly small. Changes in ship speed The cruise can also be changed by changing the. Admissions voltage of the auxiliary turbine can be achieved. A particularly low speed can finally be achieved by the pole-changing switch 38 for the propeller motor 8. ,

Claims

Patent claims: '

i. Electric '.. ship drive with Main and auxiliary turbine, b; i dem the main turbine for the purpose of achieving two more economical 'speeds fed with the exhaust steam of the auxiliary turbine can be, characterized in that the main turbine (5) is a synchronous AC generator (6) (main generator) drives the propeller motor that runs mechanically independently of it (8) feeds at full ship speed, while the propeller motor (8) feeds at low ship speeds from the main generator (6) in parallel with a double synchronous induction generator (Auxiliary generator) (20) is fed, which is driven by the auxiliary turbine (11) fed with live steam is ,, whose exhaust steam then feeds the main turbine (5).

2. Electric ship propulsion system according to claim i, characterized by a double synchronous generator, whose armature (31) is on the shaft of the main turbine (ti) sits and its field winding (32) from the auxiliary turbine with double synchronous Speed is driven.

3. Electric ship propulsion according to claim ι or 2, characterized in that that at low speed the main generator (6) and the armature winding (35) of the double synchronous generator are connected in parallel, while the field winding (32) as an independent short-circuit winding is trained.

4. Electric ship propulsion system according to claim I, characterized in that the Main generator (6) and the generator driven by the auxiliary turbine (11) run mechanically independently of each other and at low ship speed in parallel the mechanically Feed the propeller motor (8) running independently of the generators.

5. Electric ship propulsion according to claim ι and 4, characterized in that that at low ship speed the mechanically independent of the generators running propeller motor (8) from the main generator (6) and one of the Auxiliary turbine (s) powered double synchronous generator (31 to 33) is, with stator (34) and rotor winding (31, 32) of the double synchronous Generator are connected in parallel.

6. Electric ship propulsion according to claim ι or the following, characterized in that that a third economic speed through pole changing of the propeller motor (8) is achieved.

For this purpose 2 sheets of drawings.