| WO1996006774A1 | 1996-03-07 |
| US4836809A | 1989-06-06 | |||
| DE3222054A1 | 1983-12-15 |
| 1. | Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Schiffen mit Bug und Heckpropeller, insbesondere bei Fahrschiffen, wobei die Drehzahl des vorderen Propellers jeweils niedriger als die Drehzahl des hinteren Propellers ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur WirkungsgradOptimie¬ rung eine Minimalwertregelung der Summe der aufgenommenen Wirkleistungen beider Antriebssysteme erfolgt. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß eine Vorsteuerung nach Erfahrungs werten erfolgt und daß die Minimalwertregelung zur Korrektur verwendet wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bereits beim Hochfahrvor¬ gang eine Optimierung erfolgt. |
| 4. | Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers bei Schiffen mit symmetrischer Propelleranordnung und jeweils zugehörigen separaten Antrieben, insbesondere zur Durchfüh¬ rung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 3, g e k e n n z e i c h z e i c h n e t durch einen Regler (10) mit den Wirkleistungen beider Antriebe (2, 4) als Eingangsgrößen, wobei im Regler (10) die Drehzahl des Bugpropellerε bestimmt wird, bei der die Summe der Wirklei¬ stungen ein Minimum ist. |
| 5. | Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der Regler (10) als digitaler Regler ausgelegt ist. |
| 6. | Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Regler (10) ein Summationsglied (11) zur Bildung der Summe der Wirkleistungen beider Antriebe vorgeschaltet ist . |
| 7. | Anordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß Meßumformer (8, 9) zur Erfassung der Wirkleistungen beider Antriebe vorhanden sind. |
| 8. | Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel fur die Umschaltung der DrehzahlSollwertFuhrung beider Antriebe (2, 4) bei Fahrtrichtungswechsel vorhanden sind. |
Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Schiffen mit Bug- und Heckpropeller sowie Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades bei Schiffen mit Bug- und Heckpropeller, insbesondere bei Fährschiffen, wobei die Drehzahl des vor- deren Propellers jeweils niedriger als die Drehzahl des hin¬ teren Propellers ist. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers bei solchen Schiffen mit symmetrischer Propel¬ leranordnung und jeweils zugehörigen separaten Antrieben.
Moderne Fährschiffe können einen Bugpropeller und einen Heck¬ propeller aufweisen, welche beide jeweils von separaten An¬ trieben angetrieben werden. Durch eine solche Anordnung wird ein Wenden des Schiffes fur die Richtungsumkehr vermieden. Üblicherweise werden solche Schiffe mit symmetrischer Propel¬ leranordnung nach einer empirisch ermittelten Kennlinie ge¬ fahren. Dies bedeutet im einzelnen, daß der vordere Propeller je nach Fahrrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahl des hinteren Propellers mit in etwa 10 % niedriger Drehzahl ge- fahren wird, um insbesondere eine Bremswirkung des fur den Schub nicht auszunützenden vorderen Propellers soweit wie möglich zu vermeiden.
Bekanntermaßen erhöht die Bremswirkung den Energieverbrauch der gesamten Fahranlage: Da mit den bisherigen empirischen Losungen eine Vielzahl von nicht meßbaren Faktoren, welche Einfluß auf die optimale Drehzahl des vorderen Propellers haben, nicht berücksichtigt werden können, bleibt die bis¬ herige Vorgehensweise m vielen Aspekten unbefriedigend Dei Wirkungsgrad der gesamten Antriebsanlage ist unter Umstanden schlecht, da sich ändernde Stromungsverhaltnisse, Wellengang und ahnliche äußere Faktoren nicht exakt erfaßt werden
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein verbessertes Verfahren mit zugehöriger Anordnung anzugeben, mit denen ins¬ besondere die Einstellung der Drehzahl des Bugpropellers auf einen Wert, der bei jeder Schiffsgeschwindigkeit und sonsti¬ gen beliebigen Einflußfaktoren zu einem gunstigen Gesamt-An- triebsenergieverbrauch fuhrt
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der ein- gangs genannten Art dadurch gelost, daß zur Wirkungsgrad- Optimierung eine Minimalwertregelung der Summe der aufgenom¬ menen Wirkleistungen beider Antriebssysteme erfolgt . Die zu¬ gehörige Anordnung zur Einstellung der Drehzahl des Bugpro¬ pellers ist durch einen Regler mit den Wirkleistungen beider Antriebe als Eingangsgroßen gekennzeichnet, wobei im Regler die Drehzahl des Bugpropellers bestimmt wird, bei der die Summe der Wirkleistungen ein Minimum ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere eine Vor- Steuerung, die nach Erfahrungswerten erfolgt, zur Korrektur erganzen. Auch beim Hochfahrvorgang des Heckpropellers kann bereits eine Optimierung erfolgen. Im sogenannten Split-Mode, d.h. beim Langsamfahren in einem Hafenbecken od. dgl. wird trotzdem dem Steuermann volle Freiheit zum unabhängigen Ein- satz beider Antriebe gegeben.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß eine vorhergehende Er¬ mittlung und Ausführung von empirischen Kennlinien nicht mehr zwingend erforderlich ist und trotzdem mit einer minimierten Gesamtleistung gefahren wird. Da die Antriebsleistungen bei Fahrschiffen üblicherweise im MW-Bereich liegen, ist insge¬ samt mit einer nicht unerheblichen Energieeinsparung zu rech¬ nen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sicn aus der nachfolgenden Figurenbeschreioung eines Ausfuhrungs-
beispiels. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Block¬ schaltbild einer Minimalwert-Regelung bei Fährschiffen.
In der Figur ist mit 1 ein Fahrschiff angedeutet, das sowohl am Bug als auch am Heck jeweils eine komplette Antriebsanlage aufweist, die beide identisch aufgebaut sind Dadurch sind derartige Schiffe im Fahrbetrieb in der Lage, ohne Wendemanö¬ ver eine Fahrtrichtungsumkehr aufzunehmen. Im einzelnen ist in der Figur ein erster Motor mit 2 mit zugehörigem Propeller 3 und ein zweiter Motor mit 4 und zugehörigem Propeller 5 be¬ zeichnet. Beide Motoren 2 und 4 werden über geeignete Lei- stungsstellglieder 6 und 7, die an das Bordnetz angeschaltet sind, angesteuert.
Über Meßumformer 8 und 9 sind die jeweils von den einzelnen Motoren 2 und 4 aufgenomnmenen Leistungen erfaßbar. Die ge¬ messenen Werte werden einem Regler 10 zugeführt und dort ver¬ arbeitet. Zweckmäßigerweise ist dem Regler 10 ein Summations- glied 11 vorgeschaltet, so daß als Eingangsgroße bereits die Summe beider Leistungen eingegeben wird.
Beiden Motoren 2 bzw. 4 ist jeweils eine Einheit 12 bzw 14 zur Drehzahlregelung zugeordnet. Im vorliegenden Fall ist die Einheit 14 mit einem Maschmentelegraph 15 gekoppelt, so daß eine geeignete Drehzahl im Sinne einer Geschwindigkeits¬ steuerung des Schiffes vorgegeben werden kann
Der Regler 10 arbeitet als Minimalwertregler. Dies bedeutet konkret, daß bei Vorgabe einer bestimmten Drehzahl am Heck- propeller und einer üblicherweise um etwa 10 % geringeren
Drehzahl am Bugpropeller mit den Meßumformern 8 und 9 die je¬ weils aufgenommenen Leistungen erfaßt und über das Summa- tionsglied 11 dem Regler 10 zugeführt werden Der Regler lu verstellt die Drehzahl des vorderer Propeller-Antriebes so lange, bis der Summenwert der aufgenommenen Wirkleistungen oeider Antrieossysteme zu einem Minimum gebracht wird
In praktischer Realisierung ist der Minimalwert-Regler 10 als digitaler Regler ausgebildet. Er kann damit eine Zusatzfunk¬ tion zu den üblichen Antriebsregelungen ausführen und erfor¬ dert deswegen keine zusätzlichen Anlagegrößen als Regel-Ist- werte. Bei Fahrtrichtungswechsel kann die Drehzahlsollwert- Fuhrung beider Antriebssysteme unmittelbar elektronisch umge¬ schaltet werden.
Mit dem beschriebenen Regelkonzept kann also m vergleichs- weise einfacher Weise die fur die Gesamtanlage aufzuwendende Energie vermindert werden. Damit ist eine Wirkungsgrad-Opti¬ mierung erreicht.
In der Praxis kann es zweckmäßig sein, von der bekannten empirischen Vorsteuerung auszugehen und die beschriebene Minimalwertregelung insbesondere zur Korrektur der vor¬ handenen Kennlinien zu verwenden. Auch bereits beim Hoch¬ fahrvorgang des Schiffes kann die beschriebene Wirkungsgrad- Optimierung erfolgen. Unabhängig davon ist im sogenannten Split-Mode, d.h. beim Langsamfahren m einem Hafenbecken od. dgl., die volle Manövrierfähigkeit des Schiffes gegeben. Ohne die beschriebene Minimalwertregelung können also m diesem Fall beide Propellermotoren unabhängig voneinander m beliebiger Richtung betrieben werden.