/6644,,
(Clek-cce.-2ENKELE UITGEVOERDE ELEKTRISCHE INSTALLATIES OP SCHEPEN.
Een state-of-the art. onderzoek.
J. van den Hul Groningen, 1994
Rapportnr. OEMO 94/19
TU -Delft vakgroep maritieme werktuigkunde
cree4,,g0
INHOUDSOPGAVE INLEIDING
3
1 SHUTTLETANKERS
5 1.1 Wat is een shuttle-tanker)
5
1.2 Waarom een diese1-elektrische
shuttle-tanker? 5
1.3 Uitvoering van een diesel-elektrische
shuttle-tanker 6 1.4 De geInstalleerde machines 6 1.4.1 De generatorsets 6 1.4.2 De voortstuwingsmotor 6 1.4.3 De thrusters 6 1.4.4 De pompen 7 1.5 De gebruikte bewakingssystemen 7
1.5.1 Het AVM power management system
7
1.5.2 Het ADP-702 D.P.systeem
8
1.5.3 De ATC-3001
8
1.6 Besturing van de voortstuwingsmotor
8
1.7 Opbouw van de machinekamer
11
1.8 De lay-out van het boordnet
13
2 TANKER MET IJSBREKENDE CAPACITEIT
14
2.1 Waarom een ijsbrekende tanker)
14 2.2
Waarom diesel-elektrisch ijsbreken2 14 2.3 Uitvoering van een diesel-elektrische tanker
met ijsbrekende capaciteit
15
2.4 De geInstalleerde machines
15
2.4.1 De Azipod als voortstuwer
15 2.4.2 De generatorsets 16 2.4.3 Manoeuvreer systemen 17 2.4.4 Ladingbehandeling systemen 18 2.5
Besturing van de voortstuwingsmotor 18
2.6 opbouw van de machinekamer
18
2.7
De lay-out van het boordnet 19
2.8 Het varen met de Azipod
20 ...
3 EEN ONDERZOEKSVAARTUIG
21 3.1 Varen met een onderzoeksvaartuig
21 3.2 Een onderzoeksvaartuig, dus
diesel-elektrisch 21
3.3 Uitvoering van een diesel-elektrisch
onderzoeksvaartuig 22 3.4 De geInstalleerde machines 22 3.4.1 De generatorsets 22 3.4.2 De voortstuwers en thrusters 22 3.5 Besturing van de motoren
23 3.6 Lay-out van het boordnet
24
4 ENKELE BIJZONDERE
DIESEL-ELEKTRISCHE SYSTEMEN 25
4.1 Soft-start met behulp van omvormers aan
boord van de Queen Elizabeth 2 25
4.2 Soft-start methode aan boord van de
Koningin Beatrix
27
5
HET SYNCHRONISEREN VAN MOTOREN EN BOORDNET 29 5.1 Waarom de motoren synchroniseren met
het net'?
29 5.2 Het synchroniseren van de elektromotoren
op
het net
29 5.3 Het synchroniseren van de diesel-generators.
30 6 BESCHOUWENDE AFSLUITING 32 LITERATUURLIJST 35 ... ,..---, ... ... _.-._.. ...
INLEIDING
Dit rapport is geschreven als voor bereiding op de
afstudeeropdracht: gecombineerde elektrische aandrijving van voortstuwing en hulpwerktuigen.
Het doel van dit rapport is om door middel van een inventarisatie van enkele elektrische schepen enig inzicht te krijgen in de
'state-of-the-art' op het gebied van elektrische voortstuwing van schepen. Elektrische voortstuwing
is al vanaf het begin van deze eeuw in gebruik met een sterk fluctuerende populariteit. Hetgrootste nadeel is dat
er
door een extra energieconversie, mechanisch-elektrisch-mechanisch, een lager
rendement ontstaat dan bij een
diesel-directe voortstuwing. Er zijn echter oak nogal wat voordelen te noemen die afhankelijk van het scheepstype en het operationele scenario
aanleiding kunnen zijn om voor een diesel-elektrische
voortstuwing te kiezen. Deze voordelen zijn:
1-fysieke scheiding tussen voortstuwing en energieopwekking,
2-flexibel en economisch toepassen van verschillende vermogensniveaux,
3-de mogelijkheid cm voortstuwings-
en
hulpvermogen. te
combineren,
4-grotere keuzevrijheid Met betrekking tot de dieselmotoren,
5-makkelijk en betrouwbaar achteruitslaan, 6-toerenregeling van nul tot ±max.
7-hoge vermogensdichtheid en kleine, makkelijk vervangbare componenten,
8-stille en rustige bedrijfsvoering, 9-hoge betrouwbaarheid en redundantie,
10-hoge koppels bij loge toeren,
11-groot onderhoud aan de diesels. goat niet ten koste van beschikbaarheid van vermogen.
De voordelen 1, 3, 4 en 7 zijn tijdens
het ontwerpstadium
van belong. De voordelen 2, 5, 6, 8 en 10 zijn in het operationele gebied van belong. De voordelen 7 en 11 zijn met betrekking tot onderhoudbaarheid van belong en
voordeel 9 is met betrekking tot veiligheid van belong:. Het onderwerp
diesel-elektrische voortstuwing is enorm breed en beslaat tot op een zeer hoog detailniveau
interessante problemen. Het volt buiten de doelstelling van dit rapport om dat allemaal te beschrijven, de opzet van dit rapport is om enig inzicht te geven in enkele
installaties die de laatste jaren zijn
toegepast. Op deze
manier ontstaat er een referentie
aan de hand waarvan verder gedacht kan warden over nieuwe toepassingen. De tekst is verdeeld in vijf hoofdstukken, waarvan de eerste drie hoofdstukken een diesel-elektrisch schip behandelen. Deze hoofdstukken beginnen steeds met een
voor een diesel-elektrische uitvoering van dit
scheepstype. Het vierde hoofdstuk laat twee systemen zien waarbij een diesel-elektrische
voortstuwing wordt
gebruikt die met een verstelbare schroef hoofdzakelijk op twee toerentallen opereert. Het vijfde hoofdstuk zal kort ingaan op de vereiste synchronisatie van de motoren en
generatoren.
Het inzicht in de gevolgen van een diesel-elektrische installatie aan boord van een schip wordt grater naarmate men meer op de hoogte is van de gebruikelijke technieken en eisen met betrekking tot elektrische installaties aan boord van schepen. Het is dan oak interessant am de IEC 92 publicatie er eens op na te slaan en dan met name de nummers 201 Electrical installations in ships en 501 Special features, Electric propulsion plant.
1 SHUTTLE-TANKERS
1.1 Wat is een shuttle-tanker?
In de tankervaart kent men een aantal verschillende soorten tankers, afhankelijk van de te vervoeren lading en te varen trajecten. De shuttle-tanker is een tanker die in principe alleen ruwe olie vervoert. Het traject blijft daarbij beperkt tot het op en neer varen tussen platform en terminal. Het laden geschiedt op open zee en kan op een moderne shuttle-tanker op drie verschillende manieren gebeuren:
1 via een conventionele aansluiting die midscheeps
zit,
2 via een boegtop lading systeem wat op deze schepen vrij gebruikelijk is,
3 via een onderwater verbinding met een boei gat verbinding die met behulp van TV camera's tot stand wordt gebracht.
Tijdens het laden, dat tot een aantal dagen kan duren, wordt de tanker door middel van een dynamisch positioneer systeem op zijn plaats gehouden.
1.2 Waarom een diesel-elektrische
shuttle-tanker?
Een shuttle-tanker die in dynamisch positioneer bedrijf (D.P.bedrijf) verkeert heeft een grote vermogensbehoefte 17 tot 20 MW. Dit
vermogen is nodig am te laden en am de tanker op zijn pleats te houden. Met name deze laatste toepassing vraagt am een flexibele verdeling van het vermogen. De tanker wordt, ook onder slechte
omstandigheden (significante golfhoogte van 6 meter en windsnelheid van 20 meter per seconde),
met behulp van thrusters hoofdschroef en actief roer op zijn plaats gehouden.
Wanneer voor een conventionele
oplossing wordt gekozen ontstaat al gauw een buiten proportionele installatie. Dit kan voorkomen warden door de keuze van een diesel-elektrisch installatie. Deze geeft behalve acceptabele afmetingen ook een betere betrouwbaarheid, een grotere flexibiliteit en een hogere redundantie. Het is oak mogelijk am hiermee emissies te verminderen doordat de
diesels in generatorbedrijf
veel gelijkmatiger belast worden.
1.3 Uitvoering van een diesel-elektrische shuttle-tanker
Als voorbeeld van een diesel-elektrische shuttle-tanker neem ik de serie van twee die in Spanje bij AESA voor rederij Knutsen zijn gebouwd voor toepassing op het Heidrun oil field. Deze tankers zijn uitgerust met een
dubbele huid hebben een laadvermogen van 140000 kubieke meter en een deadweight van 125000 ton.
1.4 De geinstalleerde machines
Hier zal een korte beschrijving gegeven worden van de
machines die geinstalleerd zijn met betrekking tot het diesel-elektrische principe. Er zal oak een korte
beschrijving volgen van de systemen die toegepast zijn vanwege het speciale karakter van dit schip, zoals het dynamisch positioneer systeem en het power management systeem, zie 1.5 De gebruikte bewakingssystemen.
1.4.1 De generatorsets
De hoofd generatorsets bestaan uit vier
Sulzer 9ZAL4OS medium-speed diesel motoren die elk een ABB Marine 6275kW/6.6kV alternator aandrijven. Hiermee wordt de vermogensbehoefte gedekt voor alle operationele toestanden; hoofdvaart, dynamisch
positioneren, laden en lossen.
1.4.2 De voortstuwingsmotor
De voortstuwingsmotor is een synchrone
draaistroommotor die een vermogen van 19000kW ontwikkeld bij een toerental van 98 omw/min. De motor is direkt gekoppeld aan een vaste schroef en
levert bij een snelheid van 15.3 knoop een vermogen van 17500kW. Het toerental wordt geregeld met ABB Marine cycloconverters (zie 1.6) en om uitval tot een minimum te beperken is de motor uitgerust met tweedelige wikkelingen, ieder voorzien van eigen besturingselektronica. In geval van falen zal niet het hele voortstuwingsvermogen in een keer
wegvallen, er kan op halve kracht doorgevaren warden (fig 1.4).
1.4.3 De thrusters
Er is gebruik gemaakt van tunnel thrusters waarvan er drie in het voorschip en twee in het achterschip geplaatst zijn. De thrusters hebben elk een vermogen van 1750kW, en werken tijdens
dynamisch positioneren in combinatie met een actief roer en hoofdschroef.
1.4.4 De pompen
Voor het lossen aan de Rust terminal zijn er vier grote ladingpompen van 3000 kubieke meter per uur. Verder zijn er twee pompen van 1000 kubieke meter per uur voor ruwe olie en wassen en voor het
ballasten zijIn er twee pompen van 2500 kubieke meter,
per uur.
it5
De gebruikte bewakingssystemariDe shuttle tankers zijn uitgerust met een geintegreerd
bewakings- en besturingssysteem dat opgebouwd is uit drie
hood eenheden. Er is een AVM power management systeem,
een ADP-702 Mk2 dynamisch positioneer(D.P.) systeem en een ATC-3001 thruster besturings systeem. De drie
systemen staan met elkaar in verbinding via een zeer snel redundant netwerk. Dit bestaat uit twee single segment
industrial local area netwerken die beide een ander kabelpad gebruiken. In geval van falen van het ene net wordt automatisch overgeschakeld naar het andere net. Met behulp van deze vorm van besturen en bewaken wordt er voor gezorgt dat het opgewekte vermogen het benodigde vermogen zo optimaal mogelijk dekt.
1.5-1 Het AVM power management systeem
Het AVM power management systeem is een Verdeeld bewakings en besturings systeeem dat modulair is opgebouwd. Voor de shuttle tankers bevat het onder andere: machinekamer alarm en bewaking, alarm en gebeurtenissen registratie, vermogens beheers systeem, hoofddiesels besturingssysteem, havenset besturingssysteem, besturing van avenge machines, bewaking van zowel de machines als het complete schip en een trend voorspelling. Het AVM
system ig
oak aangesloten op de laadcomputer en hetbrandalarm.
Er zijn in totaaI zes operator stations,
op
de brug in de machinekamer besturingsruimte en in de ladingbewakingsruimte zijn er elk twee. Elk station is
compleet en onafhankelijk van de enderen, in geval van falen van het ene station kan een ander station over nemen. De geheugenfunctie bevat de gehele
systeem configuratie en dient tijdens het opstarten als back-up voor het op te starten station.
De gehele installatie heeft udrie operationele niveaus:
-volledig automatisch gestuurd door het AVM power management systeem,
automatische lading behandeling lokale besturing.
1.5.2 Het ADP-702 D.P.systeem
Het ADP systeem is gesplitst in twee computers waarvan een on-line en een stand-by het
overschakelen gebeurt automatisch en zonder piek verschijnsels. De voeding is verdeeld over twee onafhankelijke, ononderbreekbare
kabelpaden voorzien van een buffer met capaciteit voor een half uur.
De informatie over positie en invloeden van buiten krijgt het systeem via de volgende sensoren:
een oppervlakte referentie systeem, dit is een veel gebruikt systeem bij dynamisch positioneren, -een global positioning system (GPS),
een hydro akoestisch positie referentie systeem dit is vergelijkbaar met een sonar die zich orienteert op een van te voren bepaald punt
twee gyro kompassen,
-twee verticale referentie sensoren deze meten het rollen en het stoten van het schip,
-twee windmeters.
Het systeem bestuurt de thrusters, de schroef en het roer via het duale netwerk en krijgt via datzelfde netwerk informatie over de systemen
aan boord.
Het systeem kan zowel automatisch, semi-automatisch als bediend functioneren. Tevens is er een functie die het benaderen van een offshore-terminal
optimaliseert en een functie die afhankelijk van koers, positie en wind de ideale hoek en
positie ten opzichte van het laadpunt bepaalt en vasthoudt.
1.5.3 De ATC-3001
Het automatisch thruster control system bestuurt de snelheid van de elektrische
voortstuwingsmotor, en de pitch van de vijf thruster schroeven. Op de brug bevinden zich de joysticks en monitoren ten behoeve van dit systeem dat oak op het duals netwerk functioneert. Tijdens manoeuvreren kan het commando overgeschakeld worden tussen de ATC en ADP systemen.
1.6 Besturing van de voortstuwingsmotor
De besturing van de voortstuwingsmotor is voor de hier gekozen tankers geleverd door ABB marine Finland. Deze firma levert op dit moment twee soorten draaistroom aandrijvingen die op schepen toegepast worden:
de pulsbreedte modulatie frequentie
omvormer,
de cycloconverter.
De pulsbreedte modulatie
frequentie omvormer is geschikt voor vermogens in de orde van 0,5 tot 8 megawatt per unit in een toerenveld van 0 tot 1800 omwentelingen per minuut
De cycloconverter opereert in een vermogensrange van 3 tot 18 megawatt per unit en wordt toegepast in combinatie met een synchrone motor in een toerenveld van 0 tot 200 omwentelingen per minuut.
De shuttle-tankers zijn voorzien van een cycloconverter aandrijving van 19 megawatt. Het principe van de
cycloconverter is, wanneer het heel simpel wordt voorgesteld, als volgt:
-neem een driefasen draaistroomnet en splits dit in drie parallelle takken,
-zet op iedere tak rug aan rug twee thyristorbruggen,
-door de bruggen in ster of driehoek op de motor te schakelen en de ontsteking van de eerste drie of van de tweede drie bruggen te manipuleren
benadert de cycloconverter een wisselspanning en genereert een wisselstroom.
Zie voor het voorgaande oak de figuren 1.1 en 1.2
fig 1.1 principeschets van een cycloconverter met synchrone motor.
#
0'10
4,410120,10ii.r.r
go.rAvklit
%yr
,L I t..64;ik am A VALVAJPAI
r v v v v v
/i
fig 1.2 halve golflengte van spanning en stroom zoals de cycloconverter deze vormt. De onderbroken lijnen geven de dode intervallen aan waar de ene thyristorbrug
Zoals uit figuur 1.2 blijkt ligt er over de
uitgangsspanning een rimpel die bepaald wordt door de netfrequentie waarmee de cycloconverter gevoed wordt. Deze rimpel vormt een grotere storing naarmate de verhouding tussen de uitgangsfrequentie en de
voedinsfrequentie van de cycloconverter stijgt. Hier ligt dan ook de belangrijkste begrenzing in uitgangsfrequentie van de cycloconvertor, die normaliter onder eenderde van de voedingsfrequentie blijft. De toerenregeling gebeurt
door het onafhankelijk van elkaar besturen van de statorstroom en de rotorstroom. Op deze manier kan
tijdens frequentieverandering en belastingswijziging de flux in de motor, en daarmee het koppel, maximaal
gehouden worden. Het is wel nodig dat de besturings-elektronica beschikt over motorgegevens om de optimale verhouding tussen de stromen real-time te berekenen, men noemt deze techniek vector control, zie figuur 1.3.
1.7 Opbouw van de machinekamer
De machinekamer is opgebouwd over drie dekken die
gezamenlijk even hoog zijn als de holte van het schip. De machinekamer is helemaal achterin het schip geplaatst evenals de pompkamer zodat er optimaal gebruik van het brede deel van de romp gemaakt. kon warden voor het plaatsen van de tanks. Voor het beschrijven van de
indeling zal steeds van achter naar voren gekeken warden. Direct voor de schroef zitten, onder de schroefas door, twee tunnelthrusters gemonteerd. Deze configuratie vergt een langere schroefas maar zorgt door het zo ver mogelijk naar achteren plaatsen van de thrusters voor een optimaal thruster effect en door de kortere tunnels een optimaal thruster rendement. Dit is in verband met de
vaartrajecten die niet erg lang zijn maar wel veel dynamisch positioneer bedrijf kennen een belangrijke afweging. Voor de thrusters is de voortstuwingsmotor geplaatst die veel korter is dan een dieselmotor van vergelijkbaar vermogen waardoor de machinekamer oak veel korter is dan het geval zou zijn bij een diesel-directe aandrijving. Op dezelfde verdieping ligt voor de
machinekamer de pompkamer met daar boven de
besturingskamer voor de elektronica. Terug naar de
machinekamer, eon dek hoger staan het hoofdschakelbord eft de cycloconverters. De ruimte die hiervoor in gebruik is, is even lang als het machinekamer gedeelte daaronder en is door een waterdicht schot verdeeld in een bakboord en een stuurboord helft. Weer een dek hoger vinden we de generatorsets, deze staan alle vier naast elkaar met de motor naar de schroef en de generator naar de boeg. Oak hier is weer een tweedeling in langsrichting gemaakt am redenen van veiligheid en redundantie, zie figuren 1.4 en
, -wr 71-....t...
Lbit
-i. tet ......
-.6, 4111/ -..:-;-,--fi
oiJ<15)
/ A 4 . Ls] )aFig 1.5 doorsnedes van de machinekamer
31 Diesel generators
Main switchboard & dycloconveners Propulsion motor
Stem thrusters Cargo pumps Engine control room
;
\).
't4
Fig 1.4 impressie van de machinekamer en de laadboei
ylbjikliet62LI
t
=a.v.14.:
1.8 De lay-out van het boordnet
Het boordnet is omwille van redundantie gesplitst in twee delen, ieder deel is in staat om het schip op halve
kracht operationeel te houden. Het hoofdschakelbord is zodanig uitgevoerd dat het in geval van calamiteiten oak in tweeen gesplitst kan worden. De twee cycloconvertors kunnen allebei tegelijk door een helft van het
schakelbord gevoed warden. De besturingselektronica
beschikt voor dit soort situaties over vooraf ingestelde prioriteiten zodat in geval van uitval van de helft van het vermogen de essentiele functies in bedrijf blijven.
CRUDE OIL CARGO PUMPS
WASHING 1500 / 750 kW PUMP 4.50 kW (450 V SYSTEM) PROPULSION MOTOR 15.000 kW. 58 rpm 1 (450 V SI STEM)
Fig 1.6 de lay-out van het boordnet van de betreffende shuttle-tankers
0 DIESEL GENERATORS
6275 kW
CARGO PUMPS CRUDE OIL
1500/750 kW WASHING PUMP 450 kW MAIN SWITCHBOARD 6.6 kv 60 Hi THRUSTERS 1750 kW THRUSTERS 1750
TANKER MET IUSBREKENDE CAPACITEIT
2.1 Waerom een ijsbrekende tanker?
De in Finland gevestigde firma Nemarc Shipping Company is opgericht voor transport projecten in de noordelijke arctische regionen. Om de continuiteit op deze routes te waarborgen staan er twee mogelijkheden ter
beschikking:
de schepen assisteren met ijsbrekers, de schepen zelf laten ijsbreken.
Aangezien er veelal rekening gehouden moet worden met
het varen onder ijscondities is het aantrekkelijk om te kiezen voor schepen die zelf over ijsbrekende capaciteit beschikken om zodoende ijsbreker capaciteit uit
te sparen.
De firma Nemarc beschikt over een aantal van deze schepen, eon daarvan is de MIT Uikku die eind 1993 omgebouwd is tot diesel-elektrische tanker.
2,2 Waarbth, diesel-elektrisch ijsbrekee?
De combinatie ijsbreken en diesel-elektrische
voortstuwing is een gebruikelijke en wordt op ijsbrekeird al geruime tijd toegepast. De redenen waarom zijn ook van toepassing op de Uikku en zullen hier kort
besproken worden.
Tijdens varen door ijs treden er grote varieties op in het belastingsmoment van de schroef als gevolg van varieties in de ijsdikte en ijsmalen door de schroef. Deze varieties hebben tot gevolg dat er plotselinge toerendalingen kunnen optreden die gepaard gaan met stijgingen in koppel-behoefte. Dit is een scenario
wear een diesel veel ongunstiger is dan een elektromotoriz Dit komt omdat een dieselmotor pas koppel kan leveren
als het toerental circa 30% van het nominale toerental bedraagt, de elektromotor levert bij nul omwentelingen
reeds koppel.
Een bijkomend voordeel is dat met de elektronische
regeling van de voortstuwingsmotor een aantal essentiele beveiligingen ingebouwd kan worden.
Enkele in te bouwen veiligheden zijn:
een automatische vermogens en moment begrenzer om de spanningen in schroef en assysteem binnen de perken te houden,
-een snelheidsregeling die in geval van plotseling wegvallen van ijsbelasting de toeren begrensd en er tevens voor zorgt dat in geval van plotseling toenemeft van de belasting het toerental zo snel mogelijk
herstelt.
Deze aspecten gecombineerd met een vergrote wendbaarheid door het gebruik van thrusters maken diesel-elektrisch tot een geschikte
voortstuwingsconfiguratie voor schepen
die te maken hebben met zware ijsgang.
2.3 Uitvoering van een diesel-elektrische tanker met
ijsbrekende capaciteit
A1s voorbeeld zal ik hier een beschrijving geven van de tanker Uikku. Dit schip met dubbe1e huid, een lengte van 160 meter, een ladingtank inhoud van 16215 kubieke meter en een deadweight van 16000 ton is in 1977 gebouwd. Eind 1993 is het schip omgebouwd tot een diesel-elektrisch aangedreven tanker waarbij tevens de bestaande schroef, schroefas en roer vervangen zijn door een Azipod (zie oak 2.4.1 De Azipod als voortstuwer).
2.4 De geinstalleerde machines
Er zal hier een korte beschrijving volgen van de voor het diesel-elektrische principe belangrijke machines. als eerste zal een beschrijving gegeven warden van de Azipod, vervolgens de andere machines. De elektrische
installaties die oak op conventione1e schepen te vinden zijn zullen niet besproken worden.
2.4.1 De Azipod als voortstuwer
De Azipod dankt zijn naam aan de Engelse
beschrijving van zijn werkingsprincipe, die als volgt luidt: An azimuthing podded drive system" Hier moet "podded" gezien warden als het in een
waterdicht omhu1sel vatten van de motor waarbij de schroef direct op het uitgaande eind van de
motor bevestigd is. "Azimuthing" is het draaien rand een as, in dit geval loodrecht op de motoras en
verticaal gericht, zie figuur 2.1.
Bij de Uikku is een Azipod toegepast met een synchrone draaistroommotor van 11,4MW die direct gekoppeld is aan een vaste schroef. De motor heeft dubbele statorwindingen die aangestuurd warden door eigen cycloconverters zodat er een redundant systeem ontstaat.
De Azipod unit beschikt over Det Norske Veritas ijsklasse 10 en is ontworpen met de ervaring opgedaan bij de constructie van afdichtingen bij ijsbrekers die onder extreme omstandigheden
moeten opereren. Voor onderhoud en reparaties is de Azipod toegankelijk via de roterende bevestiging aan het achters chip, dit houd in dat veel
werkzaamheden uitgevoerd kunnen warden terwijl het schip in het water ligt.
Under de Uikku zit een duwende Azipod, zie figuur 2.2, een trekkende uitvoering is ook mogelijk.
Steering unit Shaft line Power/Data transmission Nmmtat
Ak
litIVIOliii
asistut.
mo.rm
Air cooling Electric motor 2.4.2 De generatorsetsDe hoofdgeneratorsets aan boord van de Uikku zijn: 2xWartsila Vasa 12V32/ABB diesel generator
a
4,8MW. lxwartsila Vasa 12V22/AEG diesel generator 1,9MW. -1xMak 282M12/AEG diesel generator 2,3MW.Voor nevenbedrijf beschikt de Uikku tevens over 2 MTU/AEG diesel generators van 520KW. elk.
Fig 2.2 de Uikku voorzien van een Azipod
Fig 2.1 principe opbouw van de Azipod
---doiND
11)2.4.3 Manoeuvreer systemen
Er is door de toepassing van de Azipod achter geen thruster nodig, voor is een tunnelthruster
gemonteerd van het merk Kamewa met een vermogen van 730KW. Er zijn twee luchtbellen blazers, voor het manoeuvreren door ijs, elk met een capaciteit van 13700 kubieke meter per uur.
Luchtbellen blazers zijn een gebruikelijk hulpmiddel in de ijsbrekertechnologie, om het effect ervan te laten zien zijn in figuur 2.3 de "ice torque loads" uitgezet tegen het voortstuwingsmotor moment.
Deze belasting ontstaat doordat de schroef in contact komt met grote stukken ijs, hierdoor ontstaat er een grillig patroon aan belastings-wisselingen op de schroef, figuur 2.4.
De cepresenteerde resultaten hebben betrekking op de testvaarten van de AC-AC diesel-elektrische
ijsbreker Otso uit 1986 en moeten gezien worden als rechtvaardiging voor het installeren van een
extra verbruiker in de vorm van een
luchtbellen-blazer. X=zonder luchtbellen Number of loaCs,our i I I 100 % Nominal torque of the propulsion motor
0-met luchtbellen
Torque of shaft
150%
fig 2.3 verschil tussen zonder en met luchtbellen
=Ion 1 000 mo 51) 400 200 0
MEAN VALUE OF 0 ICE 262.9 KNM
10 15 20
ICE
T(S)
fig 2.4 schroefbelasting tijdens varen door ijs
2.4.4 Ladingbehandeling systemen
Net schip beschikt over acht tanks, vier bb en vier sb, de tanks zijn gescheiden in groepen van twee met elk hun eigen leidingen. Iedere tank heeft een eigen hydraulisch aangedreven Frank Mohn deepwell pomp met een capaciteit van 420 kubieke meter per uur bij een druk van 10 bar.
Tevens is iedere tank uitgerust met een stoom warmte wisselaar die een zodanige capaciteit heeft dat bij een buitenluchttemperatuur van -30 graden celcius de lading op +70 graden celcius gehouden kan worden.
2.5 Besturing van de voortstuwingsmotor
De Azipod van de Uikku is een gezamenlijke ontwikkeling van ABB Marine en Kvaerner Masa Yards, de besturings-elektronica is geleverd door ABB Marine. De motor in de Azipod is, zoals eerder vermeld, voorzien van dubbele statorwindingen met elk hun eigen besturingselektronica. De synchrone motor wordt dus aangestuurd door twee
cycloconverters, deze hebben op hun beurt weer eigen koelwatersystemen, thyristor-ontsteeksystemen,
besturingssystemen en beveiligingssystemen. Ook hier
wordt gebruik gemaakt van het principe van vector-control om een zo optimaal mogelijk rendement uit de
voortstuwingsmotor te halen, voor meer informatie zie 1.6 Besturing van de voortstuwingsmotor.
2.6 Opbouw van de machinekamer
Aan board van de Uikku heeft in 1989 al een aanpassing plaatsgevonden, de MaK 282 is toen geinstalleerd als secundaire aandrijver van de stuurboord asgenerator. Deze combinatie is blijven staan en fungeert nu, met de MaK als primaire aandrijver, als vermogensleverancier
voor de boegthruster en het hydraulieksysteem dat de ladingpompen aandrijft. Tijdens de conversie in 1993 is de Warsila Vasa 12V22 gekoppeld aan de bakboord asgenerator en zijn de twee Wartsila Vasa 12V32 ABB generatorsets geplaatst.
Uit figuur 2.5 blijkt dat de machinekamer zoals die nu ingericht is niet korter is, echter de volledige
hoogte wordt niet meer benut. Er is dus ruimte over maar dat is niet het eerste doel geweest van deze conversie, vandaar dat er met de extra ruimte niets gedaan is. Er is hier slechts gestreeft naar een verbetering van de vaareigenschappen in ijs.
Fig 2.5 de machinekamer van de Uikku
2.7 De lay-out van het boordnet
Het boordnet dat gebruikt wordt voor de voortstuwing is gesplitst in een bakboord en een stuurboord helft zodat oak bier weer sprake is van redundantie. Iedere helft heeft eigen besturingselektronica voorzien van
eigen koelsysteem. Het voortstuwingssysteem maakt gebruik van een 6000V en een 400V voeding respectievelijk voor de motor en de besturing daarvan.
Water treatment unit Phase unns
*
t
6). Excitation una Control system or Stator 6kV 50112 ktS.." 400V 501-iz 410 NIS Excrtation unitfe-,
Phase unitsA A A
Water treatment
unit'
Fig 2.6 de lay-out van het boordnet
r
-?\
A
-1\Redundant contml system
2.8 Het varen met de Azipod
Het varen met de Azipod valt eigenlijk buiten het bestek van dit rapport maar door de invloed op de manoeuvreer-eigenschappen is het interessant om er een kleine
samenvatting van te geven.
De snelheid van de Uikku is bij een gelijk asvermogen gelijk gebleven aan de vroegere snelheid. De draaicirkel is kleiner geworden en heeft nu een straal van 120 meter, kleiner dan de lengte van het schip en de
manoeuvreerbaarheid in smalle wateren en havens is enorm
toegenomen. Met name dit laatste aspect kan van belang zijn voor tankers met korte vaartrajecten en veel
havenbezoeken. De verbeterde ijsbreekeigenschappen zijn
voor dit rapport niet van primair belang. Het feit dat de ijsbreekeigenschappen zijn verbeterd is wel belangrijk voor het experiment om een Azipod toe te passen, dit was namelijk de hoofdreden voor dit experiment.
3 EEN ONDERZOEKSVAARTUIG
3,1 Varen met een onderzoeksvaattuig
Het varen met een onderzoeksvaartuig is globeal gezien In
twee gedeeltes te. splitsen:
1 het varen naar de pleats waar onderzoek gedadn meet worden en weer terug,
2 het varen of dynamisch positioneren tijdens het doen van onderzoek.
Hieruit blijkt dat er verschillende snelheden met daar bijbehorende vermogens voor een langere tijd gehandhaafd
moeten kunnen worden.
Onderzoek dat door deze vaartuigen gedaan wordt vatieert
enorm en ken zowel om commerciele als om milieu
technische reden plaats vinden. Hierbij meet bijvoorbeeld
gedacht worden aan onderzoek near bodemgesteldheid met
behulp van seismografische apparatuur, onderzoek naar de visstand in bepaalde gebieden of controle van
pijpleidingen.
3-2, Zen onderzoeksvaartuig, dus diesel-elektrisch
Bovenstaande titel impliceert een vanzelfsprekendheid die door de praktijk niet voor 100% ondersteund wordt. De eisen die het varen met een onderzoeksvaartuig met zich meebrengt wijzen echter zo in de richting van een
diesel-elektrische voortstuwing, het merendeel van de
onderzoeksvaartuigen is daar oak mee uitgerust, dat het verantwoord is on de motivatie van een diesel-elektrisch systeem voor een onderzoeksvaartuig onder deze titel te plaatsen.
On te beginnen de verschillende snelheden waarop gevaren wordt. Wanneer dit diesel-direct gedaan wordt is het
bijna onmogelijk cm een installatie te ontwerpen die de
verschillende snelheden genereert met de diesels op een optimale belasting. Met een diesel-elektrische
voortstuwing ken dat wel door het geinstalleerde diesel vermogen zodanig te splitsen dat beide vermogens
behoef ten optimaal gedekt kunnen worden.
Een veel belangrijkere reden om een onderzoeksvaartuig
van een diesel-elektrische voortstuwing te voorzien is
gelegen in de eisen die voor het onderzoek aan board gelden. Er wordt veelal met geavanceerde, gevoelige elektronische meetapparatuur gewerkt. Dat betekent ddt het schip zo stil en rustig mogelijk dient te varen, ten einde de te meten omgeving niet te verstoren en
de apparatuur aan boord zo min mogelijk te beinvloeden.
Door toepassing van elektromotoren is het mogelijk on zelfs met behoorlijk lage toerentallen een zeer rustig bedrijf te bewerkstelligen. Dit betekent dat
de door de voortstuwingsmotor en schroefas aan het schip doorgegeven trillingen minimaal zijn. De diesels
die voor de energie opwekking zorgen kunnen in een
aparte, gelsoleerde ruimte opgesteld worden, daar waar ze het minste overlast veroorzaken.
3.3 Uitvoering van een diesel-elektrisch
onderzoeksvaartuig
Als voorbeeld van een diesel-elektrisch
onderzoeks-vaartuig zal ik een beschrijving geven van de Zirfaea. Dit schip is in bezit van het Noordzee directoraat van het ministerie van verkeer en waterstaat en wordt onder andere gebruikt voor controle van vaargeul dieptes, inspectie van uitgevoerde bagger opdrachten, pijplijn inspecties, het opsporen van wrakken en verloren
gevaarlijke lading, het nemen van bodem en watermonsters en het opruimen van olievervuiling.
De lengte van het schip is 63 meter, de maximale service snelheid 12 knopen en de minimale is 2 knopen.
3.4 De geinstalleerde machines
Hier zal volstaan worden met een beschrijving van de machines die ten behoeve van de diesel-elektrische installatie aan boord zijn. De gebruikelijke
elektrische installaties zullen buiten beschouwing blijven.
3.4.1 De generatorsets
Aan boord van de Zirfaea staan vier generatorsets die het boordnet voeden en er is een noodgenerator geplaatst. De hoofdgeneratorsets zijn Mitsubishi S6R MPTA/IndarLCB-400-S combinaties. De Mitsubishis
1everen 490KW on 1500 omw/min en de indars leveren 585KVA 3x660V-50Hz. De noodgenerator levert 105KVA
380V.
3.4.2 De voortstuwers en thrusters
Ten behoeve van de voortstuwing is er gebruik gemaakt van twee Azimuth-thrusters, geleverd door Lips, van het type FS500-226/500MN. Deze thrusters worden aangedreven door synchrone elektromotoren met een vermogen van 650KW. De voortstuwingsmotoren zijn horizontaal
opgesteld, er is this gekozen voor twee haakse overbrengingen per thruster. Voor in het schip zijn twee Lips tunnelthrusters gemonteerd met elk een vermogen van 330KW en van het type FT 104-DL. Ook de tunnelthrusters worden aangedreven door
synchrone motoren. De frequentieomvormer is geleverd door Bakker Sliedrecht en is een
synchro-convertor, zie oak 3.5 Besturing van de
motoren.
3.5 Besturing van de motoren
voor de besturing van alle vier de thruster motoren is in dit geval gekozen voor een synchro-convertor. De keuze kwam onder andere tot stand door de relatief lage
prijs en het onderhoudsvriendelijke karakter van deze frequentie omvormer. De synchro-convertor bestaat in feite uit een gelijkrichter met daar achter een wissel-richter, een zogenaamde gelijkstroomtussenkring omvormer. Om voor een zo constant mogelijke stroom te zorgen zit er in de gelijkstroomtussenkring een smoorspoel. De
thyristoren van het wisselrichter gedeelte wordt
gecommuteerd door het reactieve vermogen van de belasting die gevoed wordt, er moet dus altijd een synchrone motor gebruikt worden. Het aanlopen gebeurt met een externe aansturing van de wisselrichter tot de motor ongeveer 10% van het nominale toerental bereikt heeft. Tevens wordt via de bekrachtigingswikkeling voorzien in het zo snel mogelijk opbouwen van reactief vermogen.
figuur 3.1 principe schema synchro convertor
De frequentie omvormers warden bewaakt door een computer die tevens het power-reduce-system bestuurd. flit systeem zorgt ervoor dat er in overeenstemming met de boordnet-belasting steeds een optimale benutting van de generators
is. Dit systeem heeft een aantal ingebouwde beveiligingen die ook weer afhankelijk zijn van de manier van varen.
Zo zijn er een aantal prioriteiten codes voor wat betreft het te verdelen of af te tappen beschikbare vermogen dat in geval van D.P.bedrijf bijvoorbeeld heel anders is dan tijdens hoofdvaart met zwaar weer. Er zijn ook in- en uitsdhakelbeveiligingen en beveiligingen tegen
3.6 Lay-out van het boordnet
Het boordnet is gesplitst in een bakboord en een
stuurboord helft om redenen van redundantie. Tevens is er een splitsing gemaakt in een 660V en een 380V net, waarvan het eerste gevoed wordt door de generatorsets en het tweede via transformatoren uit het eerste. Zo is er
een 380V net waaruit het hele boordgebruik zoals keuken, verlichting, navigatie en metingen, ofwel direct of via een transformator, gevoed wordt en een 660V net dat de voortstuwingsmotoren voedt, zie figuur 3.2 het boordnet.
fig 3.2 het boordnet van de Zirfaea r
I
AENKELE B1JZONDERE DIESEL-ELEKTRISCHE SYSTEMEN
4.1 Soft-start net behulp van omvormers in de 'Queen
Elizabeth 2
Eind 1986 begin 1967 is het vlaggeschip van Cunard, de Queen Elizabeth 2, omgebouwd van een stoomturbine
installatie naar een diesel-elektrische installatie. De keuze voor en de vorm van de toegepaste diesel-elektrische installatie werden bepaald door een aant-al
factoren waarvan er een paar opgesomd zullen worden. -De nieuwe installatie moest meer vermogen kunnen
leveren dan de oude zonder dat daarvoor passagiers ruimte opgeofferd zou moeten worden.
De installatie moest het bestaande operationele scenario kunnen dekken op 85% van het
geinstalleerde vermogen, onder andere 40% van de te varen routes cross-atlantic op 28,5 knopen. De trilling- en geluidproduktie van de nieuwe
installatie mocht die van de oude niet overschrijden.
Een volledig onbemande geautomatiseerde machine,
kamer moest mogelijk zijn.
De hele verbouwing mocht niet meer tijd kosten dan zeven maanden.
-Het ontwerpen en fabriceren van de te installeren
machines moest plaatsvinden in dertien maanden. Deze eisen hebben hun weerslag gevonden in een
installatie die compact in een geisoleerde ruimte zonder tandwielkasten te monteren was.
Een nadeel van een toerenregeling zoals in dit soort
systemen meestal wordt toegepast is de netvervuiling door hogere orde harmonischen die de frequentie omvormer in het net genereert. Wanneer er sprake is van een klein voortstuwingsvermogen is dit meestal niet zo'n probleem, In geval van de QE2 met 2x44MW zou dit echter een
niet te verwaarlozen factor worden. Om deze problematiek het hoofd te bieden is er gekozen voor een mogelijkheid tot kortsluiten van de frequentie omvormers.
rra7..
-
.7..---r7r2 op 8 c cm'
figuur 4.1 de diesel generators in de QE2 4
De installatie van de QE2 bestaat onder andere uit twee
voortstuwingsmotoren van 44MW bij 144 omw/min, 2
synchro-convertors van 11MW, twee verstelbare schroeven en een boordnet voor de voortstuwing van 10KV 60Hz.
Tijdens starten en laag vermogenbedrijf worden de motoren gevoed door de convertors met de restrictie het bereikte toerental constant te houden op 72 omw/min (30Hz) of 144 omw/min (60Hz).
De motoren starten met de schroeven op een spoed nul, pas als de convertors op 30Hz zijn wordt de spoed zodanig
ingesteld dat er een vermogen van 5,5KW per convertor, het maximum op 30Hz,geleverd wordt. De snelheid van het
schip is dan ongeveer 15 knopen, voor hogere snelheden wordt het toerental verhoogd tot 144 omw/min waarbij automatisch de spoed verlaagd wordt zodat de converters
niet overbelast worden. De hele installatie komt dan op een vermogen van 11MW bij 144 omw/min, wanneer er meer vermogen nodig is worden de voortstuwingsmotoren op het 10KV 60Hz net gesynchroniseerd. Zoals figuur 4.2 laat zien is er een schakelmechanisme dat het mogelijk maakt om beide converters voor het aanlopen van de afzonderlijke motoren te gebruiken.
X
e
33kV
4.2 Soft start methode aan board van de Koningin Beatrix
De eind 1993 opgeleverde veerboot
Koningin
Beatrix is in verband met wendbaarheid, betrouwbaarheid en redundantie voorzien van een diesel-elektrische voortstuwings installatie.De voortstuwings installatie bestaat uit vier azimuth thrusters, twee voor en twee achter, elk aangedreven door een elektromotor van 1500KW. De machinekamer is in een voor en achter gedeelte gesplitst en kan zowel vanuit het voorste als het achterste deel de motoren voeden. Hierbij is de voor achter splitsing van de machinekamer gekoppeld met een links rechts splitsing in de voortstuwing. Op deze manier is er in geval van uitval van een deel van de energie voorziening toch zowel voor a1s achter een
schroef aangedreven, figuur 4.4 de lay-out van het elektrische schema van de koninin Beatrix.
Het starten van de motoren gebeurt door ze in te schakelen op 1800V 30Hz, de aanloopstroom blijft
daardoor beperkt tot twee keer de nominale stroom. Zo gauw de motoren aangelopen zijn wordt de spanning
verhoogd tot 3600V, op deze manier lopen de thrusters in zes seconden aan. Voor de overgang van havenbedrijf naar vaarbedrijf worden de frequentie en
spanning
van 3600V 30Hz verhoogd tot 6000V 50Hz.In de havenpositie wordt het motortoerental teruggeregeld naar 600 omw/min (30Hz) en oefenen de schroeven aan de zeezijde een kleine thrust uit om het schip in de fuik te houden. De schroeven aan de walzijde leveren geen thrust teneinde de hoeveelheid energie die tijdens
'wachten wordt verbruikt te minimaliseren. Op deze
manier wordt ook de beschoeiing gespaard.
figuur 4.3 opstelling van de motoren aan board van de Koningin Beatrix
1640A3 CCW cw c_QftIBOLRANG[5_1 CW CCW TR-3 EPM-3 AFT CCW CW 1R-4 EPPJ-4 NOMINAL SPECIFICATIONS 151103 1640A4 15I1U4
CABLE CONNECTION TOP (MCI) CABLE CONNECTION BOTTOM (MCT)
CSC
--I 1501E1.1 cw CON 1610A4 5014z
CSC - CONTROL SYSTEM CUBICLE
50111
G
- GENERATOR
EPM - ELECTRIC PROPULSION MOTOR DE
- DIESEL ENGINE
IR
- THRUSIER
CIRCUIT BREAKER
CCW.= COUNTER CLOCKWISE ROTATION C'A' = CLOCKWISE ROTATION
,
= LOOKING AT THE FLANGE Of THE INPUT SHAFT = COOL INGWATER COMECTION
CCVI 161 0A2 CSC 1501E31 1501E1 CW EPI4-1 (c) n 1-< LiC1 NItO IL' trl Cu hi
H-Hrt
cnn <
4=. CD CD (1) (1-(1) Cl TR-1 640AI FORWARD 1610A1 cw ON EP4-4 TR-2 1501A1 OE I 640A2 1511U2 CON CW 1501A2 DE-2 GENERATOR : 6kV 1590kW 1000 r.p.m. E-MOTOR : 6kV 150014 1000 r.p m. DIESEL ENGINE : 158014 1000 r.p m. FREQUENCY : 30 - 50Hz VOLTAGE : 3,6 - 6EV MIN. VOLTAGE : 1,710/ 1501A3 CW GOV 16I0A3 DE-3 1501A4 DE4 -a m7"---= 1S HET SYNCHRONISEREN VAN MOTOREN EN BOORDNET
5--1 14aarom de motoren synchroniseren met het net?
Het boordnet is aan de ene kant verbonden met de elektromotoren en aan de andere kant met de
diesel-eneratoren die het net voeden. Dit betekend dat de elektromotoren en vooral de besturingselektronica daarvan het net beinvloeden en eventueel verstoren., Aan de andere kant hebben de generators oak hun
invloeden op het net waarbij het vooral van belang is dat de invloeden van de verschillende generators elkaar niet versterken.
Het is in de praktijk geen gebruikelijke oplosslng om de elektromotoren op het net te synchroniseren het kan
echter wel een elegante oplossing zijn van bepaalde
problemen daarom zal er toch aandacht aan besteed worden. Het synchroniseren van de AC-generators is noodzakeliik en zal dus eveneens besproken warden.
Het synchroniseren van de elektromotoren
op
h&t. netEr zijn drie mogelijke redenen waarom dit principe toegepast zou kunnen warden:
beperken van rendementsverlies,
tegengaan van netvervuiling die in de vorm van hogere orde harmonischen gegenereerd warden door omvormers*, meer vermogen beschikbaar willen dan de omvormers kunnen leveren.
De eerste reden is niet zo'n zwaarwegende, het vergt namelijk extra investering, plaats en gewicht am een rendementswinst van rand de 2% te halen (een moderne omvormer heeft afhankelijk van type en fabrikaat een
rendement van 97-9'9%).
De tweede reden is, met name vanneer het om grate voort-stuwingsvermogens gaat die oak sterke harmonischen
opwekken, een reden die het overwegen van het principe waard is. Harmonischen laten zich maar moeilijk en met verlies van rendement wegfilteren of zijn door toepassin4 van extra transformatoren te verminderen. Gebruik maken van een omvormer die nauwelijks harmonischen genereert is
oak een mogelijkheid om harmonischen te beperken, de puls breedte modulator zie ook hooftstuk
6-De derde reden is een hele aannemelijke omdat er maar twee mogelijkheden zijn am meer vermogen op je motor te
krijgen namelijk, meer frequentie omvormers installeren of de omvormers die er zijn kortsluiten en de motoren direct uit het net voeden. Het mag duidelijk zijn dat in geval van zeer grate vermogens het al gauw goedkoper en bedrijfszekerder is om voor de laatste te kiezen.
*voot details over netvervuiling raadlpeeg vakliteratuur
Het synchroniseren van de motoren op het net is natuurlijk alleen maar mogelijk als de omvormer ill
staat is am de motor te voeden met een frequentie die gelijk is aan de netfrequentie.
Dit is met een cycloconvertor niet mogelijk aangezien
hiermee geen hogere frequenties dan eenderde van de
voedingsfrequentie gegenereerd wordt, zie ook 1.61 Besturing van de voortstuwingsmotor.
De pulsbreedte modulatie omvormer heeft geen reactieve belasting nodig en wordt dus vooral toegepast on
asynchrone motoren te voeden. Wanneer nu in acht wordt genomen dat de pulsbreedte modulatie omvormer nauwelijks harmonischen genereert mag duidelijk zijn dat het
kortsluiten hier geen rol van betekenis speelt.
De synchro-convertor wordt toegepast in combinatie met synchrone motoren en genereert wel harmonischen. Wanneer er dus een systeem is waar gebruik gemaakt wordt van
zeer grate vermogens en synchro-convertors kan het zinvol zijn om niet het gehele toerenbereik met de omvormers te regelen. Er kan dan oak gekozen warden voor de
mogelijkheid om met behulp van de omvormers een mooie aanloop karakteristiek te vormen en vervolgens het voile vermogen rechtstreeks aan de motoren te leveren, zie 4.1
Soft-start met behulp van omvormers in de QE2.
.5.3 Het synchroniseren van de dieSel-geherators
Wanneer er meerdere draaistroom generators op een net
geschakeld worden om dat net te voeden dan moeten deze generators zo synchroon mogelijk draaien. Net spreekt
voor zich dat twee draaistroomfasen elkaar net zo goed
kunnen uitdoven als versterken, er zal zowel naar een synchroon toerental als een gelijke hoek gestreefd moetem
worden.
In alle artikelen en folders die ik over dit onderwerp heb kunnen bemachtigen werd aan dit probleem geen enkele aandacht besteed. Net blijkt echter dat de firma Woodward elektronische besturingen maakt voor haar regulateurs die het mogelijk maken am meerdere dieselmotoren tot op
0,02% nauwkeurig synchroon te laten lopen. Dit principe wordt oak toegepast voor het synchroniseren van
dubbel-schroefs direct aangedreven schepen, de vereiste
nauwkeurigheid is daarbij echter niet zo groat..
Dit systeem meet de hoek en de hoeksnelheid en heeft oak de mogelijkheid om torsietrillingen binnen de perken te houden. De voorbeelden van dergelijke
regelsystemen die hier als illustratie gebruikt zijn, figuren 5.1 en 5.2 zijn van een steady-state schroef besturing. Tijdens een zeer informatief gesprek met de heer P. van de Woestijne, hoofd system engineering de firma Bakker-Sliedrecht, bleek echter dat de firma Woodward oak tijdens versnellen en vertragen van de
dieselmotoren nauwkeurig synchroondraaien
garandeert. Mede op basis van deze mogelijkheid is men tot het ontwerp gekomen van de installatie zoals die momenteel in de Koningin Beatrix functioneert.
Fig 5.1 het synchroniseren van meerdere diesel motoren 721 DIGITAL CONTROL
Fig 5.2 informatiestromen in een besturingseenheid
SPM SYNCHRONIZER INPUT' LOAD SHARING LINES TURBO BOOST PRESSURE INPUT REMOTE SPEED OR LOAD SETTING INPUT
TRANSDUCER iNPUT POWER SUPPLY DISCRETE INPUTS (9) MPLJ ACTUATOR mpu SPEED CONTROL ENGINE GENERATOR COUPLING TACM °METER TORSIONAL LEVEL LOAD SIC:4 AL BREAKER OPEN
Mao- A.;OR ALARM
MINOR ALARM GENERATOR LOAD CONTROL RELAY OUTPUTS
6 BESCHOUWENDE AFSLUITING
Bij een onderzoek naar de stand der techniek, waarbij van een zeer algemene vraagstelling is uitgegaan leek het logisch om ook met een algemene beschouwing van de
resultaten af te sluiten.
Zoals uit de gevonden schepen blijkt is er vertrouwen in het diesel-elektrische concept, oak voor grate vermogens. De toepassing wordt vooral gekozen met het doel am overlast door trillingen en geluid binnen de perken te houden of am een bepaalde
aandrijf-karakteristiek te verkrijgen, passagiersschepen, onderzoeksvaartuigen en ijsbrekers.
Door de gebleken betrouwbaarheid en de te verwachten voordelen doet de diesel-elektrische voortstuwing schoorvoetend zijn intrede in de tankervaart. Deze ontwikkeling gaat gepaard met de introductie van de Azipod, die een alternatief kan zijn voor de nu
toegepaste azimuth thrusters omdat er in ieder geval een en vaak toch wel twee haakse overbrengingen
vermeden kunnen warden.
In de meeste artikelen die het varen met een diesel-elektrisch schip beschreven werd niet meer verteld dan dat de manoeuvreerbaarheid verbeterd was en het schip rustiger werd. Nergens geeft men concrete informatie over rendementen brandstofverbruik of elektrische problemen aan boord. Wat ook zinvol lijkt om eens naar te kijken is de vereiste opleiding van machinekamer-technici waar een verschuiving naar de elektrotechniek te verwachten valt.
Een ander opvallend feit is dat de tankers die bier besproken zijn varen/gaan varen met een cycloconvertor
terwijl juist over de mogelijkheden daarvan weinig te
vinden is. Bij navraag onder andere bij de firma ABB (op de beurs Aandrijftechniek)blijkt dat het principe
cycloconvertor met synchrone motor eigenlijk niet geschikt is voor algemene toepassing en dat in de toekomst het principe van pulsbreedte modulatie in
combinatie met een synchrone of asynchrone motor favoriet zal zijn. Over de volgens dit principe werkende
installaties is echter weinig terug te vinden behalve een plaatje met een alternatieve configuratie voor de
shuttle- tankers, zie figuren 6.1 en 6.2.
,91,111 Voltage
Current
fig 6.1 het principe van puls breedte modulatie
ASSIGNMENT SWITCHING
714RUSTERS
CRUDE OIL CARGO PUMPS IMO kW
WASHING ISC(I I ISO SW
PUMP SO PROPULSION mOTOR 16.800 kW. 50 PM REAaRAWAmcm came_ wAmswitwassaI II 3.1 II0Hz
CARGO PUMPS CRUDE OIL 1503/ 750 wr WASHING
PUMP 450WO
(450V
SYS TEIA)n
Fig 6.2 alternatief voor de cycloconvertor combinatie van
de shuttle-tankers, nu met puls breedte modulatie, kociankermotoren en tandwielkast vergelijk figuur 1,k
Een ander opvallend aspect was dat er eigenhik maar een
beperkt aantal bronnen is waaruit alle artikelen puttenfl Er is steeds sprake van dezelfde plaatjes en dezelfde stukjes tekst, sons wel wat verdraaid maar meestal zeer
herkenbaar. Wanneer er dan tekeningen en tekst bij elkaar staan die niet overeenstemmen kan dat zijn omdat er
alleen een principe wordt uitgelegd maar ergens blijft
dan toch het gevoel, is deze informatiebron geschikt of
moet er verder gezocht worden...
fig 6.3 vier plus twee is vijf
71:. ---
m7
t,I
._.... ....-... N
-2--c,.---
,Or-k..11
--I
tr.:- ..
jr7n-1
r Lik
ti.---
,,,... 7<rtN. 7T.t
:as"'"
a a.... 1
____ , oa_.., ..,:tiNIII --=
.. eP . -snow ...60.... -a A4
I
-- -
s
fan
,t
1:1 411e. a r.,..-Th,..n
.tiatilt .F.4,, La_ am,
.,..01
, Actg. 1,,-
ct
.Nak.-
° ' :C1' k tg-tr! I- cr-L-fk--)Jo, If 5Machinekamer lay- Fantasy bijt het spits af Het aancleijfmodel
out van de Fantasy Voor de nieuwe schepen van de Bij elle vier schepen, waaronder de
(ref:AMHelsinki) Fantasy-klasse werd derhalve een, 'Fascination', is hetzelfde diesel-speciaal toegesneden voortstu- elektrische aandrijfmodel inge-wingsontwerp met een elektrici- ,bouwd. Dit bestaat uit vier Wartsila,
teitsvoorziening uitgedacht, waar- Sulzer 12ZAV 405 en twee Wartsila
;tog elektrische energie de hoofd- Sulzer SZAL 405 mediumspeed die-voeding vormde. Hierbij werd uit- selmotoren, elk gekoppeld aan een gegaan van het Cyclo-converter wisselstroomgenerator. Vier met
SYSTEM) MEGASTAR TK 1 I
-0
0 0 0LITERATUURLIJST
A diesel-electric relaunch for the 'QE2', MER, august
1986 pp 9-10.
Bakker Sliedrecht,
1993
Bakker Sliedrecht levert elektrisch voortstuwings systeem voor de veerboot Konin gin Beatrix.
.Barman and Sharman,
1993
J.B. Borman and B.P. Sharman: "Electric propulsion of passenger ships and other vessels" Trans IMarE vol. 106, part 2, pp
77-104.
Care for the environment features strongly in design of first diesel-elektric shuttle, MER, june
1994 pp 45-46.
Diesel-electric options for tanker propulsion, TheMotor Ship, april
1994 pg 47.
Diesel-elektric propelled tankers, Shipping World & Shipbuilder, january/february
1994 pp 38-43
Integration needs early planning, The Motor Ship, september
1994 pp 92-96.
Kanerva and Nurmi
M. Kaverna, M.Sc. and J. Nurmi, "Diesel-electric safety tankers" at: The Motor Ship, 14th International Marine Propulsion Conference.
Konin gin Beatrix, new double-ended double-deck car/passenger Ro-Ro ferry for the Vlissingen
Breskens service, Holland Shipbuilding International,
december
1993 pp 35-45
Naval architecture of electric ships
-past,present
and future, Transactions, vol. 101,1993, pp 583-607.
Niini,
1994
M. Niini: "A new generation of 'standard' diesel-electric Ro-Ro ferry", at: Ro-Ro
'94,
Gothenburg. Peters and Zeyl, vanD.J. Peters and C. van Zeyl: "Electric propulsion systems -the way of the future", at: 41st annual technical conference.
Rautelin,
1990
A. Rautelin: "Variable speed AC-thruster drives" ,
at: The first offshore station keeping symposium, february
1990
Houston, Texas.Zirfaea, multifunctional survey vessel completed by Bodewes scheepswerf 'Volharding' Foxhol BV., Holland Shipbuilding International, may
