Onderwerp: Ombouwen naar vol elektrisch (de diesel eruit!)

Erikdejong schreef :
P = T x omega

Hierbij is P het vermogen in Watt [W], T het koppel in Newton meter [Nm] en omega de hoeksnelheid in radialen per seconde [rad/s].

Het gaat dus niet alleen om vermogen en evenmin alleen om koppel. Wel van belang is de koppelkromme van de krachtbron. Deze is bij een elektromotor veel vlakker.

De schroef heeft geen weet van de krachtbron en ziet alleen koppel en hoeksnelheid aan de schroefas;
1 Nm = 1 Nm ; 1 pk = 1 pk

johannesw schreef : Mastervolt heeft ook enkele 'zo uit de doos' oplossingen voor hybride. Wellicht is oceanvolt ook interesant voor je: oceanvolt.com/

Ome Ed schreef : Daar zit hem nu juist de kneep.
Verder heb je volkomen gelijk, zonder vermogen geen koppel.

Maar koppel is erg belangrijk, en een diesel motor heeft een heel beroerde koppelcurve als je die gaat vergelijken met de schroefcurve. Een electro motor kan afgestemd worden op het juiste koppel en daardoor in sommige gevallen tweemaal zo efficient zijn als een dieselmotor.

Ofwel 1kWh opgenomen vermogen door en electromotor zou in sommige gevallen overeen kunnen komen met 2kW opgenomen vermogen door een dieselmotor met gelijke voortstuwing. Als je die 1kWh gaat leveren met een diesel generator door directe verbinding naar de eelctromotor heb je een extra verlies voor het omvorm proces van mechanische energie naar electrisch energie van ongeveer 20%. De generator zou in dat geval 1,2kWh aan energie uit de diesel halen. Ofwel een rendements winst van ruim 60%.

Nu worden dit soort rendementsverbeteringen voornamelijk gehaald bij de grotere vermogens (we praten dan 5000kW en meer), maar bij jachten is zeker ook het een en ander te behalen aan winst.

Ome Ed schreef :
Die uitspraak begrijp ik niet zo goed als ik naar de koppelcurve kijk van mijn Vetus (plaatje) want die loopt in het gebruiksgebied , dus tussen dik 1500 en 3000 rpm toch aardig vlak. Veel vlakker kan niet.

Eigenlijk begrijp ik sowieso de eeuwigdurende discussie over koppel en vermogen ook niet zo goed , immers , zoals al geschreven , koppel en vermogen zijn onlosmakelijk door het toerental aan elkaar gerelateerd. De vorm van de vermogenscurve bepaald tevens de vorm van de koppelcurve. Je kunt de koppelcurve dan ook
met T=P/omega heel simpel berekenen uit de vermogencurve.
Het is inderdaad wel zo dat de vermogenscurve ( en dus de koppelcurve) van een electromotor anders verloopt dan die van een dieselmotor.
Maar het probleem bij het overbrengen van dat vermogen via de schroef op het water blijft omdat de schroefcurve per definitie een ca. kwadratische functie is en een motor dus zijn beschikbaar vermogen alleen op het toerental waarbij de schroef is berekend in het water kan brengen.Wat dat betreft is een schroef met verstelbare bladen beter .
Misschien kan Erik wat meer licht in het duister brengen?
Ad

Kijk, we gaan al van vermogensvergelijking naar koppelvergelijking. Dat is in deze veel relevanter. Uit die 'draaikracht' komt uiteindelijk de stuwkracht voort en die stuwkracht levert uiteindelijk de snelheid, niet het aantal kW of pk's. Dat is door alle tussenliggende factoren zoals rendement van de schroef, schroefdiameter, lager- en koppelingverliezen, opwekkingsverliezen niet meer in de vergelijking te beschouwen.

Even een vraag die ik mijn leerlingen 'Medische techniek' stelde in het geval van de boormachines zoals die op de operatiekamer worden gebruikt:
"Als de stroom door de elektromotor wordt verhoogd, verhoog ik dan in eerste instantie het koppel van de motor, het toerental van de motor of het vermogen van de motor?"
Van de zelfde orde:
"als ik in de auto (geen Tesla, Nissan Leaf of Smart E) gas geef, verhoog ik dan in eerste instantie het koppel van de motor, het toerental van de motor of het vermogen van de motor?"
Op beide vragen hetzelfde antwoord, je verhoogt in eerste instantie het koppel, vervolgens het toerental en daarmee neemt dan ook het vermogen toe.
Nu zijn voor zeilers dit soort motoren eigenlijk 'rare' dingen, zij willen zeilen! Toch? Goed dan voor de 'ongemotoriseerde' zeilers dezelfde vraag:
"Als ik meer wind in het zeil vang, verhoog ik dan in eerste instantie de aandrijfkracht, de snelheid of het aandrijfvermogen?" Ik verwacht dat nu iedereen het antwoord weet.
Platina, Goud en Iridium zijn edelmetalen en kosten een vermogen. Daarom vergelijken we ze in eerste instantie in prijs. Natuurkundig moet je ze in 'edelheid' vergelijken, dat is steekhoudend, de prijs, het vermogen dat ze kosten, is van veel meer zaken afhankelijk.

Groeten, schoolmeester Peper.

Yellow Boat schreef :
In getoonde grafiek, is de koppelkromme niet de 'rechte' lijn, maar het krabbeltje linksbovenin. Dat dit nog enigszins recht lijkt, komt doordat de grafiek bij 1000 rpm begint, de 'bocht' is er afgesneden.

Peper schreef :
De vermogensopgave benoemt niet de opgewekte kracht, maar het vermogen om een kracht te kunnen leveren bij een bepaald toerental. De formule die ik al eerder voorbij liet gaan, toont dit ondubbelzinnig.

P = T x omega

Bij een gegeven vermogen kan hoeksnelheid worden ingeruild voor koppel. Dit principe wordt o.a. toegepast in de versnellingsbak van een auto. Maar ook in het blok van de gootschoot gebeurd iets dergelijks, ook daar wordt ook snelheid ingeruild voor kracht. Dit terwijl het vermogen van de schipper niet wijzigt.

De discussie is in zoverre belangrijk, dat mensen nogaleens ten onrechte aangeven dat alleen koppel er toe doet. Terwijl de relatie met vermogen onlosmakelijk is.

@YB:
Ik laat Erik de dingen over de schroef. Ik heb me in een stoffig verleden veel bemoeid met 'no- break sets' voor ziekenhuizen. Dat is een diesel, een flink vliegwiel en daarachter een drie fase motor/generator. In die hoedanigheid heb ik veel te maken gehad met de koppel-toerenkromme's van elektromotoren en dieselmotoren en vooral met de aanpassing op elkaar.

Kijkend naar de curves van de diesel valt inderdaad op dat deze erg vlak is. De curve gaat echter tot 3000 rpm (of 50Hz voor een twee polige elektromotor) terwijl de motor vrijlopend waarschijnlijk nog veel sneller kan (tot 5000rpm?). Zou in dat gebied worden geregistreerd, dan zie je de curve voor het koppel 'instorten'. Vergelijk het met de kromming van de aarde, die is van dichtbij ook vlak. Vanaf de maan is het een bol en helemaal niet meer vlak. Ik denk nu dat de motor is uitgerust met een toerental begrenzende injectorpomp die een opbrengstcurve heeft aangepast op het toerental dat de motor draait.
Dan krijg je in een kort traject een redelijk vlakke curve.

Kijk je in de verbruikscurve, dan zie je bij nominale last (dat zeggen ze er niet bij, dus dat is een aanname!) het laagste verbruik bij het bereiken van het hoogste koppel. Op dit punt is het aanzuig'vacuüm' het diepst en kan de motor het best 'ademhalen'. Doordat op dit punt de cilindervulling met lucht en brandstof optimaal is, is de ontbranding het sterkst en de klap die het vliegwiel meekrijgt ook het grootst en de bijdrage in het koppel van de motor ook maximaal.
Door nog sneller 'minder harde klappen' tegen het vliegwiel te geven, neemt het toerental en het vermogen nog wel toe, maar het koppel niet meer. (dat was waar je met de vermogensregeling van de 'no-break set' telkens weer tegenaan liep!)

Een verbrandingsmotor geeft het grootste koppel af (en verbruikt het minst) op de eerste top van de koppel-toeren curve (kun je ook zien in jouw grafiek). Je bent slim als je de 'aandrijftrein' op dit punt afstelt. Kijk je dan naar het opgewekte vermogen in dat punt, dan is dat iets van 7pk en daarmee maak je in deze wereld geen indruk, vooral niet als je ook 10pk kunt opwekken door de motor sneller te laten draaien (waarbij je dan wel koppel verliest).
Bij een elektromotor vallen het hoogste koppel en het hoogste vermogen samen in de curve. Daardoor levert een een elektromotor van een 'miezerige' 7pk hetzelfde koppel (en daarmee dezelfde snelheid) als een 'stoere' 10pk diesel. Het koppel is gelijk en daarmee is de stuwdruk gelijk (bij hetzelfde schroeftoerental en spoed en aantal bladen) en ook de snelheid van de boot gelijk (bij dezelfde romp), terwijl er een heel groot verschil in vermogen van de motoren is.

Dank voor je motorcurves, want nu kan ik het sprookje van de E-pk's ten opzichte van de D-pk's ontzenuwen. Een pk is een pk en een kW is een kW om het even waar die door wordt geleverd. De elektromotor is veel makkelijker op de schroef aan te passen en kan daarom het koppel in een veel gunstiger gebied leveren, waardoor je minder pk's 'op het plaatje' ziet staan dan bij een dieselmotor en toch dezelfde snelheid vaart.

In de 'no-break set' moest dus de elektromotor worden aangepast op de 3000 toeren draaiende diesel en niet andersom. De regeling van de diesel was sowieso veel te traag om binnen de seconde aan te passen op het leveren van energie aan de toestellen die op de 'no-break set' waren aangesloten.
Groeten, Peper.

M.i. worden nu twee dingen doorelkaar gehaald. Erik en Peper laten voorbeelden zien van versnellen, dus een dynamische verandering. YB laat een statische karakteristiek zien van een dieselmotor. Om met dat laatste te beginnen. Getoond wordt o.a. de koppellijn bij volle brandstof inspuiting. Ook de vermogenslijn geldt bij volle inspuiting. Het werkgebied van een dieselmotor op de getoonde koppellijn ( bij volle inspuiting) is maar heel beperkt. Bij vol "gas" ( is 100% gevraagde toeren) mogen de toeren niet te laag worden, anders gaat de diesel sterk roken. 85 a' 90% , lager is niet goed. De schroef is dan te zwaar. De getoonde volkoppellijn geldt helemaal niet als werklijn bij lage toeren.
Het gevraagde koppel van een schroef is ruwweg kwadratisch met het toerental. Als een goed gekozen schroef bij volle toeren het koppel vraagt dat de motor dan kan leveren, dat zal bij lagere toeren ook een veel lager koppel worden gevraagd en dat zeker ver onder de getoonde koppellijn ligt van 100% inspuiting. M.a.w. de vorm van de koppellijn doet er nauwelijks toe. Daarom is een dieselmotor een ideale aandrijving voor processen, waarbij bij lage toeren ook een laag koppel wordt gevraagd. ( Processen met een "ventilator "karakteristiek ).
Bij versnellen vanuit een laag toerental is het wel belangrijk om wat extra koppel achter de hand te hebben. Bij een e- aandrijving met een max. koppellijn die ook bij lage toeren bruikbaar is, zal het versnellen wat sneller gaan. Maar daar gaat dit draadje niet over.

Jan

Het koppel van diesel aandrijving ligt ALTIJD ver boven hetgeen de schroef vraagt.
Dat er een KOPPELOMVORMER, de vertraging in de keerkoppeling, achter zit heeft niets met het koppel te maken, maar met het maximale toerental dat de schroef mag maken.

Te beginnen waarom het gaat; het schip heeft STUWdruk nodig, die haal je uit een schroef of (stuwrad.)

Het beste ben je dan met een grote diameter en geringe spoed en veel blad oppervlak en gering toeren.

Dan kom je bij de krachtbron terecht, tot heden een verbrandingsmotor.
Die heeft eigenschappen die niet zo goed bij de gewenste schroef passen.
(diesel wat beter dan benzine).

Diesel heeft een minimaal toeren waarop hij draaien kan, maar ook een maximaal toerental.
Daartussen MOET hij dus z´n werk kunnen doen.
In dat toeren bereik heeft hij meer dan genoeg koppel beschikbaar. Een behoorlijk overschot zelfs.

De schroef wordt dus zo goed mogeljk aangepast aan de beschikbare zaken.
Tot heden met volle tevredenheid.

Koppel is nodig voor auto´s en treinen en zo.
Met de auto haal ik in de 5de "versnelling" hoge snelheden, maar kan er niet vanuit stilstand in wegrijden of heuvel op.
Om die reden zit er een koppel omvormer in, de versnellingsbak in de volksmond.
Bij een schip ligt dat anders.

Maar de techniek schrijdt voorwaarts, nu komt de elektro motor in beeld.
Die heeft héél andere eigenschappen, een enorm koppel bij laag toerental en een enorm toerenbereik.
Daarnaast, zolang het in de electra blijft, zeer hoge rendementen.
Het stukje waar de elektra wordt opgewekt en bewaard, steekt een beetje anders in elkaar.
De trein kan, dank zij de bovenleiding, direct de opgewekte electra benutten. Opgewekt met fossiel of wind en zon.

Voor auto´s en schepen moet er die accu tussen zitten, dit maakt dat het rendement nog steeds minder is dan de directe stap van de diesel aandrijving.
We zitten nu volop in de leer/ontwikkelingscurve voor electra aandrijving, het gaat best goed komen.

De eigenschappen van de elektromotor moeten nog pas gemaakt worden in het scheepsaandrijfsysteem. Dat zal vooral in de schroef veranderingen teweeg gaan brengen.
Er kan met een zeer laag en een zeer hoog toeren aangedreven worden.
De bovengrens zal nog steeds een grens hebben door de cavitatie.

Het grootste voordeel is het kunnen terugwinnen van electra.
Om dat rendabel te kunnen doen dient dat gezocht te worden in een verstelbare schroef. vooruit spoed aanpassen aan rompsnelheid en achteruit de spoed aanpassen aan maximaal laden door de aandrijf motor/generator.

In mijn optiek is dat een zo groot mogelijke diameter met geringe spoed vooruit. Toeren ruim onder de cavitatiegrens, met de mogelijkheid om toch, in nood, meer toeren te geven.
Achteruit een zodanig grote spoed dat er voldoende koppel is om de motor/generator aan te drijven en stroom te laten leveren bij een zeilsnelheid die ruim onder de rompsnelheid ligt, En in dit laatste is het koppel de bepalende factor.
Achteruit zouden mogelijk twee standen dienen te zijn, één voor stroomopwekking en één voor achteruit slaan.

Ome Ed schreef :
Ome Ed, je hebt gelijk als je de formule op 1 punt in de curve toepast. Uit de vergelijking zou een schuine curve komen van een rechte lijn. Dat is in de praktijk niet het geval. Je zou dus een differentiaal vergelijking moeten opstellen. Dat maakt inderdaad de relatie met vermogen onlosmakelijk, maar niet evenredig! Daar zit de kneep.
Groeten, Peper.

Saeftinghe schreef :
Oeoeoehh, dat is een heel praktisch idee waar 'de boys' van de grote fabrikanten vast nog niet aan hebben gedacht dit ook toe te passen in de kleinere installaties!
Groeten, Peper.

Ome Ed schreef :
Ja , dat snap ik ook wel maar wie gebruikt een motor nou bij 1000 rpm? Dat doe je hooguit maar kort in de haven bijv.(als je het netjes doet ). Vandaar ook mijn toevoeging "tussen dik 1500 en 3000 rpm".
Ad

Peper schreef :
Uiteraard is de situatie dynamisch, dat volgt niet alleen uit de massatraagheid van de aangezogen lucht (welke grenzen stelt aan de cilindervulling). Maar ook uit het gegeven dat de gashendel niet altijd op max staat.

Peper schreef :
Nee , dat zou hij misschien wel kunnen (wel zeker zelfs) maar deze motor is bij 3100 rpm max afgesteld.
Er is inderdaad een iets sterkere wat precies dezelfde is (was) en 14 pk levert bij 3600 rpm . Alleen een kwestie van anders afstellen ( en een ander plaatje ) want in de onderdelencatalogus is zijn geen verschillende onderdelen te vinden. Blijkt overigens ook wel in de workshop manual van de basismotor.
Maar de koppelcurve loopt tot die 37600 rpm vrijwel even recht zoals je hier beneden kunt zien.
Ad

Peper schreef :
Kijk , voor bijv. een auto geldt dat natuurlijk want daar kan een motor nu eenmaal niet sneller draaien dan de auto hard rijdt ( als je tenminste niet schakelt). De motor zit als het ware "aan de wel vast" , (tenminste als ej geen "burnout"doet ).
Maar bij een boot kan de schroef best sneller draaien zonder dat de boot snelelr gaat varen . Dat laatste duurt even . Bij een boot gaat dus eest het toerental omhoog , daardoor dus ook het beschikbare vermogen en een beetje het koppel.
Dat is ook de reden dat je dat overbrengen van het motorvermogen in het water niet mag vergelijken met het overbrengen van vermogen op de weg. Bovendien heb je bij een schroef te maken met minstens 30-40% slip , bij "optrekken" nog een stuk meer om de boot te kunnen versnellen door meer "waterstuwkracht" en bij auto's helemaal niet.

Daarom gaat een vergelijking van beide situaties niet op.
Ad

Zoals dus al werd verwacht...
Je ziet nu meer kromming in alle curves en het maximale koppel en het minimale verbruik schuiven een 250rpm naar boven op. Je ziet het koppel ook zakken en het vermogen nog stijgen. Ondanks het toegenomen vermogen neemt de stuwkracht dus af (want het koppel neemt af) het schroeftoerental neemt toe (en het vermogen, ondanks afnemend koppel ook, vergelijking van Ome Ed).
Was dit een 'geblazen motor' geweest dan had de koppelcurve hoger en nog vlakker geweest.
Go West geeft aan dat de curve wordt opgenomen met 100% ingespoten brandstof volume. Dat wist ik niet, maar had ik kunnen weten omdat bij elektromotoren dergelijke curves worden opgenomen op het maximale toerental bij nullast om vervolgens door het inschakelen van belastingsweerstanden het afgegeven vermogen te regelen en te zien welk koppel en welk vermogen bij een bepaalde belasting hoort. Als ik het goed begrijp doet men dit bij verbrandingsmotoren op dezelfde manier.
Hard varen kost op beide manieren veel brandstof/stroom (duhhuh!)
De koppel/vermogen-toerenkromme van een elektromotor leent zich beter voor aanpassing aan de schroef dan die van een dieselmotor.
Er zijn geen magische pk's in een elektromotor.
Groeten, Peper.

@YB:
Dat gaat wel op, want ik beschouw de motoren en niet de overdracht van het koppel/vermogen op het water of op de weg. Ik beschouw de 'as' vermogens (en koppel en toerental), niet de belasting. Er wordt dus niet gekeken naar de overdracht van de krachten op de boor of frais, de weg of het water.
Groeten, Peper.

Peper schreef :
Dat waag ik dus te bestrijden.
Want ; KW vermogen is zoals bekend mag worden verondersteld niets anders dan meter*kg/sec oftewel m/sec *kg.1KW = 100 meter*kg/sec (1pk = 75 meter*kg.sec ) Bij een boot kun je in feite voor die m/sec de bootsnelheid lezen.
Vaart een boot met een motor die 10 KW aan de schroef levert bijv. 3 meter /sec dan oefent die boot dus 10*100/3 oftewel 333,3 kg kracht uit op het water oftewel de weerstand van die boot is dan 333 kg. Eigenlijk is die kg de kracht die de door de schroef weggestuwde waterstraal opbrengt maar dat komt op hetzelfde neer Blijft over kg wat dan precies de stuwkracht is die de schroef levert. Neemt het vermogen toe , dan neemt dus de stuwkracht toe.
Dit is trouwens een typisch voorbeeld van het gebruik van SI eenheden. Je mag ze op alle manieren omrekenen en gebruiken zolang je je maar strikt aan die SI eenheden houd.
Maar waar het me dus om ging is dat een hoger vermogen dus meer kracht op het water uitoefend en daardoor de boot sneller doet varen. Uiteraard zou je e.e.a. ook via het kopepl kunnen uitrekenen maar dan moet je nog ergens een kracht zien te vinden wat alleen kan door de heoveelheid en snelheid van het door de schroef weggestuwde water om te rekenen naar kg m.b.v. bernouilli maar dat is een stuk lastiger.Bovendien krijg je dan uiteindelijk ook weer meter(1/2*rho*v^2 van Bernouiili dus eigenlijk kg/m2 maar wat je ook kunt beschouwen als meter waterhoogte) *kg/sec ( de hoeveelheid weggestuwd water per sec. ) wat dus ook weer gelijk is aan KW.

Maar laten we maar ophouden over dit soort details want anders wordt de boel nog gedelete
Ad

Als ik bij 100% toeren precies het max. vermogen wil gebruiken, dan moet je voor de bepaling van de schroefafmetingen uitgaan van het beschikbare koppel bij 100% toeren. Dat het beschikbare koppel bij 70 of 80% toeren iets hoger is, speelt daar helemaal geen rol in. De motor mag niet voor langere tijd op de volkoppellijn bij lagere toeren worden belast. Het roken van de diesel geeft dat al aan. Op de grotere dieselmotoren (in de industrie) wordt de maximale in te spuiten brandstof via een aparte functie in de regulateur vanaf bijv. 90% toeren kwadratisch met het toerental beperkt.
Op zeilboten met een dieselmotor en een correct gekozen schroef gaat het vanzelf goed doordat het schroefkoppel kwadratisch met het toerental daalt.

Jan

Yellow Boat schreef :
Ehh?
Staat me toch iets bij dat SI-eenheden geen kg als kracht gebruiken maar N
Dat 1 Watt 1 J/s is
Dat 1 J weer 1 N * 1 m is.
Dat kW dus 1kN over 1 m uitgeoefend is.

Ik snap het altijd beter met plaatjes erbij....

Sisu, ik bekijk heel veel filmpjes op Youtube maar was deze nog niet tegen gekomen. Bedankt dus voor het delen gelijk maar geabonneerd.

It Paradyske schreef :

Sisu schreef :
Leuk filmpje maar ik heb (uiteraard ) ook wat commentaar.
Dat aanpassen van die uitgaande motoras aan die flens zal misschien in de praktijk best lukken maar ik betwijfel wel of nou de krachten wel overgedragen worden door de conische passing en niet hoofdzakelijk door die spie.
Nou zal het koppel daar door het hoge toerental wel niet zo hoog zijn maar toch....
Netjes pas laten draaien zoals je dat bij een schroefas immers ook doet lijkt me toch wel veiliger want als die spie een keer afschuift is de betrokkene wel in de aap gelogeerd.
Ad