<Desc/Clms Page number 1>
BREVET ' D'INVENTION Installation de propulsion combinée pour navires.
La présente invention concerne une installation de propulsion combinée pour navires, constituée par un ou plusieurs moteurs à combustion interne et une ou plusieurs turbines à vapeur qui agissent en commun sur l'arbre de l'hélice.
Pour la propulsion de navires, on utilise habituelle- ment des moteurs à combustion interne, des turbines à vapeur ou à gaz ou des combinaisons de ces machines.
Le moteur à combustion interne constitue la machine motrice qui permet l'apport de chaleur à des températures élevées, en raison du mode de travail par pulsation, et
<Desc/Clms Page number 2>
qui présente, lors de l'utilisation de la suralimentation de la turbine par les gaz d'échappement, le rendement ma- ximal de toutes les machines motrices thermiques. La turbine à gaz d'échappement qui entraîne le groupe de charge transforme alors d'environ 20 à 50 % du gradient de tempéra- turc pouvant encore être utilise suivant l'état actuel de la technique;, pour un rendement de la turbine d'environ 0,6 à 0, 7, tandis que les 80 à 50 % restants ne sont qu'in- suffisamment exploitas.
Dans le cas de son utilisation pour la propulsion de navire, l'inconvénient réside dans le fait que pour des navires notamment des cargo,-, l'installation de propulsion ne fonctionne qu'avec environ 77 %;de la puissance continue possible (en fonction, par exemple, de l'état de charge du navire) pendant la plus grande partie du. temps, à la vitesse de route normale., de sorte que le moteur fonctionne le plus souvent en régime de charge partielle. Les éléments consti- tuant le moteur sont alors exposes à une plus grande usure que pour le régime de charge nominale, par suite du plus grand encrassement et de la plus grande corrosion. La qualité de la chaleur des gaz d'échappement est en même temps réduite;, de sorte que son exploitation économique de- vient problématique.
Une exploitation totale de la réserve de puissance daf moteur à le, vitesse de route, par exemple pour la. production d'énergie pour les besoins du borda n'est pas possible.
Les installations de propulsion de navires comportant des turbines à vapeur n'atteignent pas le rendement des installations équipées de moteurs à combusion internes, car la combustion continue dans le générateur de vapeur nécessite des températures relativement basses de l'apportde ehaleur.
<Desc/Clms Page number 3>
Toutefois, la turbine à vapeur possède une caractéris- tique de charge partielle favorable et une caractéristique de surcharge plus avantageuse que le moteur à combustion interne. Les avantages d'une installation de turbine à vapeur résident également dans le fait que le processus de combustion continu peut être mieux dominé et que l'énergie thermique peut être exploitée, tant du coté des gaz de fumée que du côté de la vapeur, jusqu'à des températures relativement basses.
On connaît également des installations de propulsion de navires qui sont constituées par des turbines à vapeur et des moteurs à combustion interne ou des turbines 5 gaz 'qui agissent en commun sur l'arbre de l'hélice.
La répartition de la puissance entre les machines de propulsion individuelles est alors telle que la turbine à vapeur fournit la majeure partie de l'énergie de propulsion et est donc déterminante pour le rendement de toute l'ins- tallation. Conformément aux différents régimes de vitesses du navire, le moteur à combustion interne travaille donc ' principalement dans le domaine des charges partielles, de sorte que les inconvénients déjà mentionnés (grande usure des parties du moteur, mauvaise qualité des gaz d'échappe- ment) subsistement.
Le but de l'invention est d'améliorer la rentabilité des installations de propulsion de navires connues.
L'invention a pour objectif de créer une installation de propulsion pour navire, dans laquelle un rendement total élevé est obtenu par la combinaison avantageuse du moteur 3 combustion interne et de la turbine à vapeur.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait qu'un moteur à combustion interne et une turbins
<Desc/Clms Page number 4>
à vapeur agissent en commun, d'une façon connue, sur l'arbre de l'hélice et, selon l'invention, la majeure partie de l'énergie de propulsion est fournie par le moteur à combus- tion intene.
On choisit alors la puissance du moteur de manière que ce dernier fnnctionne pour les régimes de vitesses les plus importantsdu navire légèrement en dessous de la charge nominale, c'est-à-dire dans la Gamme de travail qui est pour lui la plusfavorable.
Du point de vue de la puissance, la turbine à vapeur est conçue de façon qu'elle travaille à la vitesse de route nor- mâle dans la gamme de charge partielle, une partie de la puissance produite par la turbine étant transmise à l'arbre de l'hélice et la partie restante étant utilisée pour l'en- traînement d'une ou plusieurs génératrices, en. vue de produire l'énergie électrique pour les besoins du bord.
Les génératrices Diesel séparées nécessairesjusqu'à présent peuvent donc être supprimées, sauf une génératrice Diesel de réserve.
Si la puissance de propulsion totale est nécessaire pour la marche à grande vitesse ou lorsque le navire est to- talement charge, la turbine à vapeur travaille au régime de surcharge. Dans ce cas, la génératrice est séparée de la turbine à vapeur et l'alimentation d'énergie pour le service de bord est assurée par la génératrice Diesel de réserve.
Grace à cette combinaison d'un moteur à combustion interne et d'une turbine à vapeur et grâce à la répartition de puissance qui est ainsi effectuée, le rendement avantageux de la machine motrice à combustion interne est déterminant du rendement total de l'installation de propulsion.
Du fait que pour la plupart des régimes de vitesses du navire la turbine à vapeur est utilisée également pour
<Desc/Clms Page number 5>
produire l'énergie électrique pour les besolns du bord et qu'elle travaille en régime de surcharge lorsque la puissance de propulsion totale est nécessaire, la génératrice Diesel de réserve assurant alors l'alimentation d'énergie électrique, la réserve de puissance qui existe à la vitesse de route est réduite par rapport aux installations de propulsion connues.
Le moteur à combustion interne travaille le plus souvent à la charge nominale ou à proximité de cette charge, de sorte que la qualité des gaz d'échappement du moteur est toujours excellente et qu'une exploitation économique de la chaleur des gaz d'échappement est possible. La température des gaz d'échappement riches en oxygène peut être être accrue par la combustion d'huile de chauffe supplémentaire ou par l'arrêt d'anivée d'air frais.
Le rendement total de. l'installation de propulsion con- forme à l'invention est donc considérablement supérieur à celui des installations connues.
Suivant un développement de l'invention, l'énergie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne n'est pas utilisée, comme cela est généralement courant, pour l'entraî- nement d'un groupe de charge au moyen de la turbine à gaz d'échappement, mais directement dans le générateur de vapeur pour la turbine à vapeur. Les groupes de charge pour le moteur à combustion interne sont entraînés par la turbine à vapeur ou, lorsque celle-ci est en panne, par le moteur à combustion interne lui-même.
On obtient de cette façon une exploitation favorable, du point de vue thermodynamique, de toute l'énergie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, ce qui produit une plus grande augmentation du rendement de l'installation.
De même, l'entraînement des groupes de charge par la turbine à vapeur, qui présente, par rapport à la turbine à
<Desc/Clms Page number 6>
gaz d'échappement, un rendement plus élevé, et.la meilleure utilisation de la turbine à vapeur qui en résulte se traduisent de façon positive.
L'installation de propulsion conforme à l'invention peut aussi être réalisée avec plusieurs moteurs à combustion in- tenr et plusieurs turbines à vapeur.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non imitatif, à la figure unique du dessin a.nnexé.
L'installation de propulsion représentée schématiquement se compose d'un moteur à combustion interne 1 et d'une turbine à vapeur 2 comportant un étage de haute pression 2a et un étage de basse pression 2b, qui agit, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 4, sur l'arbre d'hélice.
La vapeur de haute pression et la vapeur de basse pres- sion sont produites dans la chaudière à vapeur 3. L'étage de haute pression 2a de la turbine à vapeur 2 est alimenté avec de la vapeur de haute pression surchauffée et l'étage de basse pression 2b est alimente avec la vapeur sortant de l'étage de haute pression 2a et avec de la vapeur de basse pression sortant de la chaudière à vapeur 3.
La vapeur qui s'échappe de l'étage de basse pression 2b arrive dans le condenseur 6, duquel l'eau de condensation est transportée au moyen d'une pompe vers le réchauffeur 7 7 chauffé par l'eau de refroidissement du moteur et, de là, vers le dégezeur 8 qui ost alimenté avec la vapeur de basse pres- sion sortant de la chaudière 3.
Les pompes d'alimentation de la. chaudière transportent l'eau d'alimentation dégazée à la pression correspondante de la vapeur de haute pression ou de la vapeur de basse pression vers la chaudière à vapeur 3.
Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1
<Desc/Clms Page number 7>
sont utilisés exclusivement pour produire la vapeur dans la chaudière à vapeur 3.
On a couplé avec la turbine à vapeur 2 une génératrice 5 avec laquelle est produite l'énergie électrique nécessaire pour les besoins du bord.
D'autres appareils consommateurs de chaleur 9 nécessaires à bord sont également alimentés par la vapeur de basse pression provenant de la chaudière à vapeur 3.
De;3 dispositifs nécessaires pour la commande, le réglage et le couplage de l'admission de gaz d'échappement et d'air frais, l'admission d'huile de chauffe, le réglage de la pres- sion de vapeur, de la température et du débit, ainsi que le réglage du moteur et de l'ensemble des machines n'ont pas été représentés au dessin, car ils sont généralement connus.
La puissance de commande maximale de l'installation doit, par exemple, atteindre 20.000 ch.
Conformément à l'invention, la charge nominale du moteur à combustion interne 1 est choisie à 13.300 ch et celle de la turbine à vapeur 2 est choisie à 4.600 eh, la puissance néces- saire pour la production d'énergie de bord étant estimée à 1. 100 oh.
Pour la vitesse de route normale, il faut environ 77 % de la puissance maximale de propulsion, c'est-à-dire environ 15.00 ch. Le moteur à combustion interne 1 fournit à ce régime de vitesses 12.600 ch, ce qui correspond à environ 95 % de sa puissance nominale. les
La turbine à vapeur 2 fournit/2.800 ch restants pour l'entraînement de l'arbre de l'hélice, ainsi que les 1.100 ch pour l'entraînement de la génératrice 5 servant à produire l'énergie de bord. Elle est donc exploitée à environ 83 %'
Du fait que le groupe de charge nécessaire pour charger le moteur à combustion interne 1 est également entraîné par
<Desc/Clms Page number 8>
la turbine à vapeur 2 (de façon non représentée au dessin), ce rendement est encore accru.
Lorsque la propulsion du navire nécessite la puissance totale de 20.000 ch, ce qui est relativement rare, le moteur à combustion interne 1 fonctionne avec une surcharge d'environ 5 % et la turbine à vapeur 2 avec surcharge d'environ 30 %.
Le moteur à combustion interne 1 fournit alors environ 14.000 ch et la turbine à vapeur 2 environ 6.000 ch. La génératrice 5 est alors Emparée de la turbine à vapeur 2 et l'alimentation du réseau de bord est effectuée par la génératrice Diesel de réserve.
Le moteur à combustion interne 1 fournit donc, à la vites- se de route, environ 82 % et, à pleine vitesse, environ 70 de la puissance de propulsion, de sorte qu'il travaille tou- jours près de sa charge nominale et que l'énergie thermique des gaz d'échappement est constamment élevée.
On obtient ainsi une grande rentabilité de l'installation de propulsion qui peut être portée à une valeur optimale par le réglage de la charge des machines individuelles.
EMI8.1
E L V : hJ D C C A T 2 C N S
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
PATENT OF INVENTION Combined propulsion installation for ships.
The present invention relates to a combined propulsion installation for ships, consisting of one or more internal combustion engines and one or more steam turbines which act in common on the propeller shaft.
For the propulsion of ships, internal combustion engines, steam or gas turbines or combinations of these machines are usually used.
The internal combustion engine constitutes the driving machine which allows the supply of heat at high temperatures, due to the pulsation mode of work, and
<Desc / Clms Page number 2>
which presents, when using the turbocharging of the turbine by the exhaust gases, the maximum efficiency of all the combustion engines. The exhaust gas turbine which drives the load group then transforms about 20 to 50% of the temperature gradient which can still be used according to the current state of the art, for an efficiency of the turbine. about 0.6 to 0.7, while the remaining 80 to 50% is not sufficiently exploited.
In the case of its use for ship propulsion, the drawback lies in the fact that for ships, in particular cargo ships, - the propulsion installation only operates with about 77%; of the continuous power possible (in depending, for example, on the state of charge of the vessel) during most of the. time, at normal road speed., so that the engine is usually operated at partial load. The components making up the engine are then exposed to more wear than at rated load speed, due to the increased fouling and corrosion. At the same time, the heat quality of the exhaust gases is reduced, so that its economical use becomes problematic.
Full utilization of the engine power reserve at road speed, for example for. energy production for the needs of the borda is not possible.
Ship propulsion installations with steam turbines do not achieve the efficiency of installations equipped with internal combustion engines, since continuous combustion in the steam generator requires relatively low temperatures of the heat input.
<Desc / Clms Page number 3>
However, the steam turbine has a favorable partial load characteristic and a more favorable overload characteristic than the internal combustion engine. The advantages of a steam turbine installation also lie in the fact that the continuous combustion process can be better dominated and the thermal energy can be exploited, both on the flue gas side and on the steam side, up to 'at relatively low temperatures.
Ship propulsion systems are also known which consist of steam turbines and internal combustion engines or gas turbines which act in common on the propeller shaft.
The distribution of the power between the individual propulsion machines is then such that the steam turbine supplies the major part of the propulsion energy and is therefore decisive for the efficiency of the entire installation. In accordance with the different speed regimes of the ship, the internal combustion engine therefore works mainly in the area of partial loads, so that the drawbacks already mentioned (great wear of parts of the engine, poor quality of the exhaust gases) subsistence.
The aim of the invention is to improve the profitability of known ship propulsion installations.
The object of the invention is to create a propulsion installation for a ship, in which a high total efficiency is obtained by the advantageous combination of the internal combustion engine and the steam turbine.
According to the invention, this result is obtained by the fact that an internal combustion engine and a turbine
<Desc / Clms Page number 4>
In a known manner, the steam engines act in common on the propeller shaft and, according to the invention, the major part of the propulsion energy is supplied by the internal combustion engine.
The engine power is then chosen so that the latter operates for the most important speed regimes of the vessel slightly below the nominal load, that is to say in the working range which is for it the most favorable.
From a power point of view, the steam turbine is designed to operate at normal road speed in the part load range, with part of the power produced by the turbine being transmitted to the shaft. of the propeller and the remaining part being used for driving one or more generators, in. view of producing electrical energy for the needs of the ship.
The separate diesel generators required so far can therefore be omitted, except for a standby diesel generator.
If full propulsion power is required for high speed operation or when the vessel is fully loaded, the steam turbine operates at overload. In this case, the generator is separated from the steam turbine and the power supply for on-board service is provided by the standby diesel generator.
Thanks to this combination of an internal combustion engine and a steam turbine and thanks to the power distribution which is thus effected, the advantageous efficiency of the internal combustion engine is decisive of the total efficiency of the installation of propulsion.
Due to the fact that for most of the ship's speed regimes the steam turbine is also used for
<Desc / Clms Page number 5>
produce electrical energy for the needs on board and that it works in an overload mode when the total propulsion power is required, the reserve Diesel generator then ensuring the supply of electrical energy, the power reserve that exists at the road speed is reduced compared to known propulsion installations.
The internal combustion engine most often works at or near the rated load, so that the quality of the engine exhaust gases is always excellent and economical use of the heat of the exhaust gases is possible. The temperature of the oxygen-rich exhaust gas can be increased by the combustion of additional heating oil or by shutting down the flow of fresh air.
The total return of. the propulsion installation in accordance with the invention is therefore considerably greater than that of known installations.
According to a development of the invention, the energy of the exhaust gases of the internal combustion engine is not used, as is generally common, for driving a load group by means of the turbine. exhaust gas, but directly into the steam generator for the steam turbine. The load groups for the internal combustion engine are driven by the steam turbine or, when the latter has failed, by the internal combustion engine itself.
In this way, favorable use is obtained, from the thermodynamic point of view, of all the energy of the exhaust gases of the internal combustion engine, which produces a greater increase in the efficiency of the installation.
Likewise, the drive of the load groups by the steam turbine, which has, compared to the
<Desc / Clms Page number 6>
exhaust gases, higher efficiency, and the resulting better utilization of the steam turbine all translate into positive terms.
The propulsion plant according to the invention can also be implemented with several internal combustion engines and several steam turbines.
One embodiment of the object of the invention is shown, by way of non-imitative example, in the single figure of the a.nnexé drawing.
The schematically represented propulsion installation consists of an internal combustion engine 1 and a steam turbine 2 comprising a high pressure stage 2a and a low pressure stage 2b, which acts, via a gear train 4, on the propeller shaft.
High pressure steam and low pressure steam are produced in the steam boiler 3. The high pressure stage 2a of the steam turbine 2 is supplied with superheated high pressure steam and the high pressure stage. low pressure 2b is fed with the steam leaving the high pressure stage 2a and with the low pressure steam leaving the steam boiler 3.
The vapor which escapes from the low pressure stage 2b arrives in the condenser 6, from which the condensation water is transported by means of a pump to the heater 7 7 heated by the engine cooling water and, from there, towards the deger 8 which is supplied with the low pressure steam coming out of the boiler 3.
The feed pumps of the. boiler convey the degassed feed water at the corresponding pressure of high pressure steam or low pressure steam to the steam boiler 3.
Internal combustion engine exhaust 1
<Desc / Clms Page number 7>
are used exclusively to produce steam in the steam boiler 3.
A generator 5 has been coupled with the steam turbine 2 with which the electrical energy necessary for the needs of the ship is produced.
Other heat-consuming devices 9 required on board are also supplied by low pressure steam from the steam boiler 3.
Of; 3 devices necessary for the control, the adjustment and the coupling of the admission of exhaust gas and fresh air, the admission of heating oil, the regulation of the vapor pressure, the temperature and flow rate, as well as the adjustment of the engine and of all the machines have not been shown in the drawing, because they are generally known.
The maximum control power of the system must, for example, reach 20,000 hp.
According to the invention, the nominal load of the internal combustion engine 1 is chosen at 13,300 hp and that of the steam turbine 2 is chosen at 4,600 eh, the power necessary for the production of on-board energy being estimated at 1. 100 oh.
For normal road speed, about 77% of the maximum propulsion power is needed, i.e. about 15.00 hp. The internal combustion engine 1 provides 12,600 hp at this speed, which corresponds to approximately 95% of its nominal power. the
The steam turbine 2 provides / 2,800 hp remaining for driving the propeller shaft, as well as the 1,100 hp for driving the generator 5 used to produce onboard power. It is therefore exploited at about 83% '
Since the charging group required to charge the internal combustion engine 1 is also driven by
<Desc / Clms Page number 8>
the steam turbine 2 (in a manner not shown in the drawing), this efficiency is further increased.
When the propulsion of the ship requires the total power of 20,000 hp, which is relatively rare, the internal combustion engine 1 operates with an overload of about 5% and the steam turbine 2 with an overload of about 30%.
The internal combustion engine 1 then provides about 14,000 hp and the steam turbine 2 about 6,000 hp. The generator 5 is then taken over by the steam turbine 2 and the on-board network is supplied by the reserve diesel generator.
The internal combustion engine 1 therefore provides, at road speed, about 82% and, at full speed, about 70 of the propulsive power, so that it always works near its nominal load and that the thermal energy of the exhaust gases is constantly high.
A great profitability of the propulsion system is thus obtained, which can be brought to an optimum value by adjusting the load of the individual machines.
EMI8.1
E L V: hJ D C C A T 2 C N S
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.