NO153563B - Anordning for aa styre hastigheten til et skip forsynt med en styrbar vripropell. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for å styre hastigheten til et skip forsynt med en styrbar vripropell av den art som angitt i innledningen til søknadens eneste krav.

Som et eksempel på tidligere kjente metoder for regulering av hovedmotoren og den regulerbare stigning ved propellen til skip som er utstyrt med propeller med regulerbar stigning, er det kjent en metode som benyttes med automatisk belastningsreguleringssystem, generelt betegnet som ALC. ALC-systemet regulerer bladvinkelen til propell med regulerbar stigning på en slik måte at det skraverte område på fig. 1

blir driftsområdet for hovedmotoren. Mer spesielt er den øvre grense definert av den ønskede belastningskarakteristikk for hovedmotoren angitt ved a på fig. 1, og den nedre grense er angitt av linjen b som bestemmes for å gi en viss margin med hensyn til karakteristikken a, slik at hvis de løpende driftsbetingelser går under den øvre grense (en overbelastningstilstand) eller den nedre grense (en lavbelastningstilstand) på grunn av ytre betingelser, vil bladvinkelen til propellen med regulerbar stigning reguleres slik at den bestandig holder driftsbetingelsen innenfor det skraverte område.

Det er således en ulempe at selv om ALC-systemet effektivt benytter hovedmotorens utgang er det ikke gitt noen betraktning med hensyn til propellens effektivitet med det resultat at den optimale effektivitet ikke kan oppnås, og følge-lig vil det minimale brennstofforbruk ikke kunne oppnås ved eksisterende skipshastigheter og ytre betingelser.

En annen fremgangsmåte for opprettholdelse av hastigheten for skip ved en forutbestemt verdi er beskrevet i den ålment tilgjengelige japanske patentsøknad publikasjon nr. 52-22298, og denne metode viser klart ikke metoden for regulering av omdreiningene til hovedmotoren.

Det er en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en reguleringsmetode for oppnåelse av konstant skipshastighet som overvinner de foran nevnte ulemper ved den kjente teknikk og som minimaliserer brennstofforbruket.

Med andre ord vedrører foreliggende oppfinnelse at

en ønsket hestekraft dvs. effekten svarende til en ønsket skipshastighet oppnås i samsvar med den aktuelle hestekraft, den målte skipshastighetsverdi og den forutbestemte skipshastighetsverdi, at

at ønsket turtall utledes i samsvar med -mini-mumsbrennstof f-karakteristikafunksjonen som oppnås ± samsvar med den forutbestemte motorbelastningsfunksjonsgenerator for optimal propelleffektivitet og skipsbelastningskarakteristikafunksjonen og den ønskede hestekraft for således å regulere hovedmotorens hastighet eller turtall og at en ønsket brennstoffreguleringsstangstilling oppnås i samsvar med det ønskede turtall og den ønskede hestekraft for å sammenligne den med den aktuelle brennstoffreguleringsstangstilling og derved regulere propell-bladets vinkel.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp aven anordning av den innledningsvis nevnte art, hvis karakteristiske trekk fremgår av søknadens eneste krav.

Ytterligere trekk, hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse. På tegningen er det vist: fig. 1 et karakteristisk diagram som viser driftsområdet i henhold til det tidligere kjente ALG-system,

fig. 2 et blokkdiagram som viser et reguleringssystem for gjennomføring av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 A - C forskjellige minimumsbrennstoffkarak-teristikadiagrammer, og

fig. 4 et karakteristisk diagram som viser forholdet mellom skipshastighet og krevet hestekraft.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til fig. 2. En skipshastighetsinnstiller 1 er beregnet på innstilling av den løpende ønskede skipshastighet. En omdreiningstalldetektor 2 er en beregnet for måling ay det aktuelle omdreiningstall for en propellaksel, og en omdreiningstalloverføringsenhet 3 sender det omdreiningstall som er målt av omdreiningstalldetektoren 2. En brenn-stof f styrestangstillingsoverf øring 4 sender den aktuelle brennstoffreguleringsstangstilling. I det påfølgende er det benyttet både uttrykkene regulering og kontroll for å angi at det foretas en styring. En hestekraftdatabehandlingsenhet 5 dvs. effektdatabehandlingsenhet reagerer på omdreiningstallsignalet fra omdreiningstalloverføringen 3 og brennstoffreguleringsstang-stillingssignalet fra brennstoffreguleringsstangstillingsoverføreren 4 for å beregne den tilsvarende hestekraft. En skipshastighetsdetektor 6 måler den aktuelle skipshastighet og den omfatter en elektromagnetisk måleenhet eller lignende. En skipshastig-hetsoverfører 7 sender skipshastigheten som måles av skipsde-tektoren 6. En ønsket hestekraftdatabehandlingsenhet 8 reagerer på hestekraften og skipshastigheten respektivt sendt fra hestekraftdatabehandlingsenheten 5 og skipshastighetsoverføre-ren 7 og den ønskede skipshastighet som er sendt fra skipets hastighetsinnstiller 1 for å beregne en ønsket hestekraft på .den måte som er beskrevet nedenfor. En ønsket brennstoffregu-leringsstangstillingsdatabehandlingsenhet 9 reagerer på den ønskede hestekraft fra den ønskede hestekraftdatabehandlingsenhet 8 og det ønskede omdreiningstall fra en ønsket omdrei-ningstalloverfører 13 som vil bli beskrevet nedenfor for å beregne en ønsket brennstoffreguleringsstangstilling. En mo-torbelastningsfunks jonsgenerator for optimal propelleffektivitet 10 reagerer på skipshastigheten som er tilstede ved skipshastighetsinnstilleren 1 for å bestemme forholdet mellom brenn-stof f reguleringsstangens stilling og omdreiningstallet som resulterer i den optimale propelleffektivitet på den måte som beskrevet nedenfor.

En bestemt belastningskarakteristikkfunksjonsgene-rator 11 er av den type som benyttes i det vanlige ALC-system. En motorbelastningsfunksjonsgenerator for minimalt brennstoff-forbruk 12 sammenligner funksjonene fra motorbelastningsfunksjonsgeneratoren for optimal propelleffektivitet 10 og den bestemte belastningskarakteristikk.funksjonsgenerator 11, slik at funksjonen fra den ønskede belastningskarakteristikkfunk-sjonsgenerator 11 benyttes i området hvor funksjonen fra motor-belastningsf unks jonsgeneratoren for optimal propelleffektivitet 10 resulterer i et rikt dreiemoment og funksjon fra motot-belastningsfunksjonsgeneratoren for optjmal propelleffektivitet 10 benyttes i området hvor det ikke er noen mulighet for å gi et rikt dreiemoment for således å gi en funksjon på en måte som vil bli beskrevet nedenfor.

Den ønskede omdreiningstalloverfører 13 sender det ønskede omdreiningstall som bestemmes av -motorbelastningsfunksjonsgeneratoren for -minimalt brennstofforbruk 12. En propell med regulerbar stigning har en bladyinkelkontroll 14 som kontrollerer bladvinkelen til en propell med regulerbar stigning på en slik måte at den aktuelle brennstoffreguleringsstangstilling blir lik den ønskede brennstoffreguleringsstangstilling som er beregnet av den ønskede brennstoffreguleringsstangstilling-databehandlingsenhet 9. En omdreiningstallkontroll 15 kontrollerer omdreiningstallet for hovedmotoren, slik at det blir likt det ønskede omdreiningstall fra den ønskede om-dreiningstalloverf ører 13.

Motorbelastningsfunksjonsgeneratoren for optimal propelleffektivitet 10 skal nå beskrives mer detaljert. Hvor motoren har en tilstrekkelig gjenblivende kraft, kan bladvinkelen til en propell med regulerbar stigning og et omdreiningstall bestemmes som minimaliserer den krevede hestekraft for skipet for å driveg med en gitt hastighet. Imidlertid er det utsatt for variasjoner i avhengighet av belastningsbetingelse-ne for skipet, vind og bølger under sjønavigasjonen etc. Som et resultat vil motstanden for skipet, dvs. belastningsbeting-elsene og de ytre utøvede krefter på grunn av vind og bølger bli variert på mange måter for å oppnå for hver av skipsmot-standene det nødvendige omdreiningstall og bladvinkelen for propellen med regulerbar stigning for å minimalisere den krevede hestekraft for å drive skipet ved den gitte hastighet. Dette forhold er slik at hvis brennstoffreguleringsstangstill-ingen er gitt som en funksjon av omdreiningstallet, så vil bladvinkelen for propellen med regulerbar stigning kunne bestemmes og reguleres av kontrollen 14 for bladvinkelen til propellen med regulerba,r stigning. Denne funksjon er først tilveiebragt for hver av de forskjellige skipshastigheter og det funksjonelle forhold mellom brennstoffreguleringsstang-stillingen og omdreiningstallet svarende til skipshastigheten Som er på forhånd innstilt av skipshastighetsinnstilleren 1 oppnås ved interpolasjon. Hvis driftshastigheten er fast, er bare en slik funksjon nødvendig.

Motorbelastningsfunksjonsgeneratoren for minimalt brennstofforbruk 12 skal nå beskrives øer detaljert under henvisning til fig. 3. På figuren yiser de uttrukne linjer en optimal propelleffektivitetskurve, mens de stiplede linjer viser en skipsbelastningskarakteristikk-kurye, mens de tykke linjer angir en -minimums brennstoffkarakteristikk-kurve. Fig. 3A viser et tilfelle hvor den optimale propell-ef f ektivitetskurve ligger under skipsbelastningskarakteristikk-kurven, dvs. et tilfelle hvor det ikke er noen fare for å bevirke en overbelastningstilstand på hovedmotoren innenfor hele dens omdreiningstallområde selv hvis bladvinkelen til propellen med regulerbar stigning reguleres i samsvar med den optimale propelleffektivitetskurve. Fig. 3B viser et tilfelle hvor den optimale propell-ef f ektivitetskurve ligger over skipsbelastningskarakteristikk-kurven, slik at det er en fare for å bevirke en overbelastningstilstand på hovedmotoren i dens omdreiningstallområde hvis bladvinkelen til propellen med regulerbar stilling reguleres i samsvar med den optimale propelleffektivitetskurve, slik at det bare er mulig å regulere bladvinkelen i samsvar med skipets belastningskarakteristikk-kurve. Fig. 3c viser et tilfelle hvor den optimale propell-ef f ektivitetskurve og skipsbelastningskarakteristikken krysser hverandre, slik at mens det er et visst område hvor bladvinkelen kan reguleres i samsvar med den optimale propelleffektivitetskurve, er det fare for å bevirke en overbelastningstilstand for hovedmotoren i det gjenblivende område og gjør det således nødvendig å regulere bladvinkelen i samsvar med skipets belastningskarakteristikk-kurye.

I samsvar med denne funksjon kan det optimale omdreiningstall som svarer til den krevede forutinnstilte hestekraft for den forutbestemte skipshastighet velges hurtig, hvorved variasjoner i skipshastigheten kan unngås.

Den ønskede hestekraftdatabehandlingsenhet 8 skal 'nå beskrives mer detaljert under henvisning til fig. 4. På figuren viser kurven A forholdet mellom skipets hastighet og den krevede hestekraft under normale belastningsbetingelser for skipet og normale s jø/v?erbetingelser. Kurven A, er på forhånd lagret i den ønskede hestekraftdatahehandlingsenhet 8. Der^ etter blir hestekraften og skipshastigheten ved den aktuelle navigasjonsbetingelse respektivt mottatt fra hestekraftdatabehandlingsenheten 5 og skipshastighetsoverføreren 7. Her blir hestekraften og skipshastigheten respektivt representert av Pb og Vb. Denne navigasjonsbetingelse er indikert ved et punkt b på figuren. Kurven B viser forholdet -mellom hestekraft og skipshastighet oppnådd på basis av punktet b under de løpende navigasjonsbetingelser. Dette oppnås på følgende måte:

Først blir forholdet mellom skipshastighet og hestekraft avrundet til forholdet i følgende uttrykk:

Mer spesielt og i samsvar med kurve A blir heste-kreftene Pab og Pao respektivt svarende til skipshastighetene Vb og Vo oppnådd fra det lagrede forhold mellom hestekraft og skipshastighet, og de oppnådde verdier blir innsatt i ligning (1) hvorved samtidig ligningene løses og det oppnås "g", "r". Disse verdier representeres respektivt av qa og ra.

Deretter blir kurven B utledet som følgende uttrykk:

Punktet b (Pb, Vb) innsettes i ligningen (2) for å oppnå verdien for qb. På denne måte kan kurven B i området for skipshastighetene Vb til Vo bli tilfredsstillende beregnet.

Som et resultat kan den hestekraft Pbo som er nød-vendig for skipet for å drives ved skipshastigheten Vo under de løpende navigasjonsbetingelser kunne oppnås ut fra ligningen (2).. Ved å sende hestekraften Pbo til motorbelastnings-funks jonsgeneratoren for minimalt brennstofforbruk 12, er det mulig nøyaktig å forutinnstille det krevede omdreiningstall.

På figuren viser kurven C forholdet mellom hestekraften og skipshastigheten hår navigasjonsbetingelsen er ved et punkt C, og denne kurve kan oppnås på tilsvarende måte som den ovenfor nevnte kurve B.

Reguleringsmetoden ifølge den foretrukkede utførelse gjennomføres med det ovenfor beskrevne reguleringssystem som på sin side virker på følgende måte: 1) Hestekraftdatabehandlingsenheten 5 beregner den aktuelle hestekraft i samsvar med den aktuelle brennstoffreguleringsstangstilling fra brennstoffreguleringsstangstillings-overføreren 4, og motoromdreiningstallet detekteres av omdreiningstalldetektoren 2 og mottas oyer omdreiningstall-overføreren 3.

2) I samsvar med dette databehandlingsresultat (hestekraft)

og den aktuelle skipshastighet som måles av skipets has-tighetsdetektor 6 og -mottas over skipshastighetsoverføre-ren 7, vil den ønskede hestekraftdatabehandlingsenhet 8 beregne den ønskede hestekraft som svarer til den ønskede skipshastighet som er forutirinstilt på skipshastighetsinnstilleren 1.

3) Som reaksjon på den ønskede hestekraft vil den optimale propelleffektivitetsfunksjon som mottas fra motorbelastningsfunksjonsgeneratoren for optimal propelleffektivitet 11 og den bestemte belastningskarakteristikkfunksjon som

mottas fra den bestemte belastningskarakteristikkfunksjons-generator 11 bevirke at motorbelastningsfunksjonsgeneratoren for minimalt brennstofforbruk 12 frembringer et ønsket omdreiningstall som på sin side tilføres til den ønskede

omdreiningstalloverfører 13.

4) Den ønskede omdreiningstalloverfører 13 overfører det ønskede omdreiningstall til omdreiningstallstyreren 15 som på

sin side regulerer hastigheten for hovedmotoren.

5) På den annen side, i samsvar med det ønskede omdreiningstall fra den ønskede omdreiningstalloverfører 13 og den ønskede hestekraft fra den ønskede hestekraftdatabehandlingsenhet 8, vil den ønskede brennstoffreguleringsstang-stillingdatabehandlingsenhet 9 beregne en ønsket brenn-stof freguleringsstangstilling, og denne brennstoffreguleringsstangstilling blir så sammenlignet med den aktuelle brennstoffreguleringsstangstilling fra brennstoffreguler-ingsstangstillingsoyerføreren 4 og således regulerer propellbladvinkelen over bladvinkelkontrollen 14 for propellen med regulerbar stigning.

Det fremgår således av foranstående at i sapisvar med anordningen ifølge oppfinnelsen kan det ønskede omdr.ei^ ningstall for hovedmotoren oppnås i samsvar med den ønskede hestekraft som er nødvendig for å oppnå den ønskede skipshastighet og motorbelastnin<g>sfunksjonen for minimalt brennstoff-forbruk som utledes i betraktning av såvel den optimale pro-pellef f ektivitetskarakteristikk som den bestemte belastningskarakteristikk og gjør det således mulig ikke bare å opprettholde den aktuelle skipshastighet ved den ønskede skipshastighet, men også å minimalisere brennstofforbruket for hovedmotoren .

Claims (1)

1. Anordning for å styre hastigheten til et skip forsynt med en styrbar vripropell innbefattende

   en skipshastighetsinnstiller (1),

   en omdreiningstalldetektor (2) for detektering av omdreiningshastigheten til en aksel for skipets hoved-maskin,

   innretning (4) for å detektere den virkelige brennstoffstyrestangposis jonen,

   en skipshastighetsdetektor (6) for detektering av propellhastigheten til skipet,

   en belastningskarakteristikk-funks jonsgenerator (11) for å generere funksjonen til en konstruert maskinbelastningskarakteristikk,

   innretning for å beregne ønsket brennstoffstyre-stangposisjon for tilførsel av brensel til hovedmaskinen på basis av maskinbelastningskarakteristikkens funksjon til belastningskarakteristikk-funksjongeneratoren (11), og

   bladvinkelstyrer (14) for å styre bladvinkelen til propellene slik at den virkelige posisjonen for brenn-stof f styrestangen blir lik en ønsket posisjon for brenn-stof f styrestangen ved å sammenligne de to posisjonene, karakterisert ved

   et første effektbehandlerorgan (5) for å tilveiebringe den virkelige maskinutgangseffekten fra omdreiningshastigheten til hovedmaskinen detektert av omdreiningstalldetektoren (2) og den virkelige posisjonen for brennstoffstyrestangen detektert av innretningen (4) for å detektere den virkelige posisjonen til brennstoffstyrestangen,

   et andre effektbehandlerorgan (8) for å beregne en ønskelig maskineffektutgang korresponderende med for-håndsinnstilt skipshastighet fra den virkelige maskin-utgangsef fekten detektert av det første effektbehandler-organet (5) for å tilveiebringe den virkelige utgangs-effekten til maskinen, den virkelige skipshastigheten detektert av skipshastighetsdetektoren (6) og skipshastigheten innstilt av skipshastighetsinnstilleren (1),

   en første funksjonsgenerator (10) for generering av en ønsket maskinbelastningsfunksjon for optimal propell virkningsgrad,

   en andre funksjonsgenerator (12) for generering av en funksjonskarakteristikk for minimalt brennstofforbruk ved å velge en funksjon som tilveiebringer en nedre posisjon for brennstoffstyrestangen ved sammenligning mellom maskinbelastningsfunksjonene til første og andre funksjonsgenerator (10, 11),

   en omdreiningstalloverfører (13) for å utlede en ønsket omdreiningshastighet for akselen i samsvar med funksjonen til den andre funksjonsgeneratoren (12),

   en omdreiningstallstyrer (15) for å styre omdreiningshastigheten til akselen som reaksjon på den ønskelige omdreiningshastigheten til omdreiningstallover-føreren (13) for å utlede en ønsket omdreiningshastighet, og

   en databehandlingsenhet (9). for å utlede en ønsket posisjon for brennstoffstyrestangen i samsvar med den ønskede maskineffektutgangen til det andre effektbe-handlerorganet (8) og den ønskede omdreiningshastigheten for omdreiningstalloverføreren (13),

   hvor hastigheten til skipene blir opprettholdt ved forutbestemt hastighet av skipshastighetsinnstilleren (1) for innstilling av skipets hastighet og brennstofforbruket med hensyn til den forutbestemte hastigheten blir minimalisert ved å styre propellbladvinkelen ved hjelp av bladvinkelstyreren (14) og ved å styre omdreiningshastigheten til akselen ved hjelp av omdreiningstallstyreren (15).