Dieselsähköinen voimansiirto

Dieselsähköinen Dr16-veturi.

Dieselsähköinen voimansiirto on menetelmä, jossa kulkuneuvon, yleensä laivan tai veturin dieselmoottoriin on kytketty sähkögeneraattori, josta syötetään sähkövirtaa sähkömoottoreille, jotka toimivat varsinaisina ajomoottoreina. Vanhemmissa konemalleissa kyseessä oli tasavirta, koska tällä virralla voidaan käyttää suoraan käyttömoottoreita, mutta nykyään suositaan invertteri- eli taajuusmuuttajakäyttöä, jossa tasavirrasta tehdään halutun taajuista vaihtovirtaa. Nykyisin invertteriä syöttävää tasavirtaa tuotetaan vaihtovirtageneraattorilla; koneistoon on tätä varten liitetty tasasuuntaussillat. Invertterikäyttö tekee mahdolliseksi käyttää miltei huoltovapaita oikosulkumoottoreita.

Järjestelmän etu laivoissa on, että pääkoneita voidaan käyttää kaiken aikaa optimaalisella teholla, jolloin polttoaineen kulutusta saadaan vähennettyä. Samalla voidaan periaatteessa luopua erillisistä sähköä tuottavista apukoneista.

Vetureissa voidaan erottaa vanhempi tasavirtakäyttö, jossa oli dieselmoottoriin kytketty, joko tasavirtageneraattori, tai vaihtovirtageneraattori, jonka virran tasasuuntauksen yhteydessä joissakin tapauksissa käytettiin säätöelementteinä tyristoreja. Ajomoottoreina käytettiin tasavirtamoottoreita. Dieselsähköisiä vetureita ovat Suomessa olleet Dr12, Dr13, Dr15, Dr16, Dr18 ja Dr19.

Modernimmassa taajuusmuuttajakäytössä dieselmoottoriin kytketty vaihtovirtageneraattori tuottaa vaihtovirtaa, joka tasasuunnataan ja syötetään taajuusmuuttajan eli invertterin välipiiriin, josta taajuusmuuttaja muuttaa tasavirran taajuudeltaan ajonopeuden ja -tilanteen mukaan muuteltavaksi vaihtovirraksi, joka syötetään ajomoottoreihin, jotka ovat oikosulkumoottoreita. Nämä ovat vastaaviin tasavirtamoottoreihin verrattuna pienempiä ja kevyempiä ja miltei huoltovapaita. Taajuusmuuttajakäyttö oikosulkumoottoreineen pystyy myös käyttämään veturikäytössä erittäin tärkeän pyörän ja kiskon välisen kitkan miltei ihanteellisesti hyväksi myös vaikeissa olosuhteissa.

Maantieliikenteessä sarjahybridiauto toimii samalla periaatteella, kuitenkin niin, että sähköenergiaa varastoidaan myös ajoakkuihin.

Historiaa

Panssarilaiva Väinämöinen

Eräs ensimmäisistä dieselkoneilla varustetuista aluksista (aivan ensimmäinen oli tanskalainen M/S Selandia^[1]), venäläinen jokitankkeri Vandal oli myös ensimmäinen dieselsähköisellä koneistolla varustettu alus. Yhdysvaltain laivasto otti 1920-luvulta alkaen käyttöön höyryturbiini-sähkökäyttöisiä taistelulaivoja.

Suomessa dieselsähkökoneistot asennettiin ensimmäisinä panssarilaiva Väinämöiseen 1929 ja myöhemmin sisaralus Ilmariseen. Kolmas oli jäänmurtaja Sisu vuonna 1939. Vuodesta 1954, kun jäänmurtaja Voima valmistui, kaikki suomalaiset jäänmurtajat on varustettu dieselsähköisellä koneistolla.

Seuraava suuri kehitysaskel oli tarkastusalus Saaristo, joka valmistui vuonna 1965 Reposaaren Konepajalla Porissa. Aluksessa käytettiin koneiston säätötekniikassa ensi kerran puolijohdetekniikkaa, ns. syklokonverttereita, joka nopeasti osoittautuikin oikeaksi kehityskuluksi, ja asennettiin sittemmin ensin jäänmurtaja Varmaan (Wärtsilä Oy Helsingin telakka 1968) ja sen jälkeen valmistuneisiin jäänmurtajiin sekä vuonna 1975 myös Saariston sisarlaiva Suuntaan.

Dieselsähköinen voimansiirto on yleistynyt laivoissa. Järjestelmään lisätään nykyään useimmin myös ns. ruoripotkurit. (Esimerkiksi ABB:n "Azipod") Tässä järjestelmässä potkurit sähkömoottoreineen ovat kääntyviä, toisin sanoen erillistä peräsintä ei enää tarvita. Alusta ohjataan kääntämällä moottoripakettia. Menetelmä antaa alukselle perinteistä ohjausjärjestelmää paremman ohjattavuuden. Suuren potkuriakselia pyörittävän mäntämoottoripääkoneen jäädessä pois, laivan värinöiden hallinta on helpompaa.

Lähteet

• Segercrantz, Henrik: Jäänmurtajista risteilyaluksiin ja kaksitoimisiin säiliöaluksiin : katsaus diesel-sähköisen propulsiotekniikan kehitykseen. Voima ja käyttö, 2002, 100. vsk, nro 2, s. 6–9. Helsinki: Suomen konepäällystöliitto. ISSN 0355-7081

Viitteet

1. Karlsson, Bengt: 'Selandia' - maailman ensimmäinen diesellaiva valtameriliikenteeseen : Burmeister&Wain Skibsvaerftin käänteentekevä toimitus 100 vuotta sitten. Voima ja käyttö, 2012, 106. vsk, nro 4, s. 20–21. Helsinki: Suomen konepäällystöliitto. ISSN 0355-7081