DE1119710B

DE1119710B - Schiffsantriebsanlage

Info

Publication number: DE1119710B
Application number: DES56441A
Authority: DE
Inventors: Roger Jean Imbert
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1957-01-17
Filing date: 1957-12-30
Publication date: 1961-12-14
Also published as: FR1164818A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schiffsantriebsanlage mit einer für die Vorwärtsfahrt vorgesehenen Gasturbinenanlage und einer für die Rückwärtsfahrt einzuschaltenden Dampfturbinenanlage, wobei Energie aus dem Gaskreislauf auf den Wasserkreislauf übertragbar ist.

Von einer Schiffsantriebsanlage wird gefordert, daß sie auf Rückwärtsfahrt umsteuerbar ist, so daß das mit seiner größten Geschwindigkeit fahrende Schiff auf möglichst kurzer Strecke zum Stehen gebracht wird. Es handelt sich also darum, das Schiff zunächst zum Stehen zu bringen, wofür am besten die für normale Vorwärtsfahrt ausgebildete Schraube benutzt wird, deren Drehrichtung umgekehrt oder deren Drehzahl einfach verlangsamt wird. Nach der Stillsetzung des Schiffes muß dieses natürlich auch rückwärts fahren können; die hierbei verlangte Geschwindigkeit ist jedoch sehr gering und die für die Rückwärtsfahrt erforderliche Leistung daher auch verhältnismäßig klein.

Bei Dampfkraftanlagen kann leicht eine besondere Turbine oder ein besonderes Teil einer Turbine für die Rückwärtsfahrt vorgesehen werden. Diese besondere Turbine oder dieses Turbinenteil, welche stets mittelbar oder unmittelbar mit der Schraube gekuppelt sind, drehen sich im normalen Betrieb in einer Richtung, welche der entgegengesetzt ist, für welche sie ausgebildet sind; ihre gesamte bewegliche Beschaufelung steht dann aber unter dem Vakuum des Kondensators, so daß die durch sie erzeugten Verluste praktisch vernachlässigbar sind. Wenn diese Turbine (oder dieses Turbinenteil) benutzt werden soll, steht eine reichliche Dampfmenge zur Verfügung, da diese ja der für die normale Vorwärtsfahrt vorhandenen entspricht.

In einer Antriebsanlage mit einer Gasturbine kann ebenfalls eine Turbine oder ein Turbinenteil für die Rückwärtsfahrt vorgesehen werden; da aber der niedrigste Druck des Arbeitsprozesses in dem günstigsten Fall (Arbeitsprozeß mit offenem Strömungskreis) der Atmosphärendruck ist, würden sich hierbei im normalen Betrieb für einen guten Wirkungsgrad nicht tragbare Verluste ergeben.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Turbine für die Rückwärtsfahrt während des normalen Betriebes auf Vakuum zu schalten, aber die dann auftretenden Aufgaben zur Unterteilung oder Abschaltung der Teile (zum Übergang von der Vorwärtsfahrt zu der Rückwärtsfahrt) bieten große Schwierigkeiten sowohl hinsichtlich der Abdichtung als auch hinsichtlich der Schnelligkeit des Manövers.

Die Verwendung einer auskuppelbaren Kupplung Schiffsantriebsanlage

Anmelder:
Societe Rateau und Rene Anxionnaz, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 17. Januar 1957 (Nr. 729 746)

Roger Jean Imbertj Paris,
ist als Erfinder genannt worden

an der Anlage für Rückwärtsfahrt löst das Problem der Abtrennung nur mit großem Aufwand. Ferner können für sehr große Leistungen Schrauben mit umkehrbarer Steigung und die bekannten mechanischen und hydraulischen Vorrichtungen zur Umsteuerung der Drehrichtung gegenwärtig noch nicht verwendet werden.

Die Erfindung sieht zur Lösung der Aufgabe, eine einfache, auch zur Rückwärtsfahrt geeignete Schiffsantriebsanlage zu schaffen, eine solche der eingangs erwähnten Art vor, die sich dadurch auszeichnet, daß die Gasturbinenanlage als eigentlicher Energielieferer aus Verdichter, Hochdrucktürbine und Niederdruckturbine besteht, wobei nur die Niederdruckturbine als Vorwärtsturbine dient, während der Wasserkreislauf energiemäßig vom Gasturbinenkreislauf abgeleitet ist, indem Gase desselben über einen Wärmeaustauscher einen mit nur heißem Wasser beheizbaren Dampferzeuger mit großem Wasserraum heizen, der eine bei Vorwärtsfahrt leer mitlaufende Dampfturbine für Rückwärtsfahrt speist.

Es sind bereits gemischt arbeitende Antriebsanlagen bekanntgeworden, bei denen verschiedene Vorrichtungen für den Antrieb benutzt werden, z. B. eine Anlage, die eine Dampfturbine, einen Dieselmotor und eine Gasturbine enthält und die als gemeinsames Organ noch einen Heizkessel besitzt, der gleichzeitig das komprimierte heiße Gas für die Gasturbinen und den Dampf für die Dampfturbinen liefert. Bei einer derartigen Anlage werden 70%. der für die Vorwärtsfahrt erforderlichen Energie über die Dampfturbine erzeugt, während die Gasturbine 10% liefert und der Dieselmotor den restlichen Prozent-

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satz. Bei der Rückwärtsfahrt werden Gasturbinen des Gasarbeitsprozesses nach dem Kreis des Dampf-

dieser bekannten Anlage stets stillgesetzt. arbeitsprozesses erfolgt ohne Beeinträchtigung der

Bei dieser bekannten Art des Antriebs werden theimodynamischen Eigenschaften des ersteren, da ja

daher große, leistungsstarke Kesselanlagen benötigt. normalerweise die Wärme der Gase am Austritt aus Dagegen zeichnet sich die mit der Erfindung vorge- 5 dem Wärmeaustauscher 2 durch den Kamin verloren-

schlagene neue Anlage vorteilhaft dadurch aus, daß geht.

dem Gaskreislauf für die Hauptantriebsleistung ein Eine entsprechende Bemessung des Wärmeaus-Dampfkreislauf zugeordnet ist, der nur zum zum tauschers 13 als Speicher gestattet diesem, den für die Stehenbringen des Schiffes und für die Rückwärts- Turbine 14 erforderlichen Dampf wenigstens für die fahrt benutzt wird. Die neue Anlage macht einen be- ίο Zeit zu entnehmen, welche für das Stillsetzen des sonderen Kessel für die Dampferzeugung überflüssig; Schiffes durch »Gegendampf«, d. h. durch die Rückstatt dessen wird ein nur mit heißem Wasser beheizter wärtsturbine, erforderlich ist. Ferner wird die Heiz-Dampferzeuger benutzt, wobei das unter Druck schlange 8 des Wärmeaustauschers 2 so bemessen, stehende Wasser von den Abgasen der Turbine auf- daß dieser für die Turbine 14 die für die eigentliche geheizt wird. Es werden also bei der neuen Anlage 15 Rückwärtsfahrt mit geringer Geschwindigkeit erfor-Energien, die sonst verlorengehen wurden, zusätzlich derliche Dampfmenge über den Dampferzeuger 13 nutzbar gemacht, und gleichzeitig wird ein Dampf- liefert,
kessel mit Feuerung eingespart. Während des Arbeitens der Turbine 14 umgeht der

Da die Verwendung einzelner von der Erfindung Gasstrom nach Schließung des Ventils 10 die

benutzter Elemente für Schiffsantriebsanlagen bekannt 20 Turbines durch die Leitung 11, deren Ventil lla

ist, soll sich der Patentschutz nur auf den Bereich offen ist, so daß sein Wärmeinhalt dem Dampfkreis-

erstrecken, der sich aus den in den Ansprüchen lauf zugeführt wird,

erfaßten Kombinationen dieser Elemente ergibt. Ein Regler, der durch die Drehzahl der Verdichter-

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme welle gesteuert wird, regelt die Brennstoffmenge in

auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. 25 der Verbrennungskammer 3 so, daß die Mindestdreh-

Die Figur zeigt eine schematische Ansicht einer zahl, bei der das Turbokompressoraggregat 1,4 sicher

einfachen Ausführungsform der Erfindung, welche in Betrieb bleibt, nicht unterschritten wird,

das Prinzip derselben und die vorgeschlagene bevor- Da während des normalen Betriebes der Konden-

zugte Kombination zwischen den Kreisen der Gas- sator 15 im Betrieb ist, sind die Ventilationsverluste

und Dampfarbeitsprozesse zeigt. 30 der Schaufehl der Turbine 14 vernachlässigbar.

Bei dieser Ausführungsform enthält der offene Da das Turbokompressoraggregat 1, 4 stets zur Kreis des Gasarbeitsprozesses einen Verdichter 1, Speisung der Turbine S und der Dampferzeuger 13 welcher die Druckluft nacheinander durch eine in als Speicher für die Turbine 14 stets betriebsbereit einem Wärmeaustauscher 2 liegende Rohrschlange 2 a, sind, ist es möglich, jederzeit von dem Betriebszustand eine Verbrennungskammer 3 und als Treibgas durch 35 für Vorwärtsfahrt auf den Betriebszustand für Rückeine den Verdichter 1 antreibende Hochdruck- wärtsfahrt überzugehen, und umgekehrt,
turbine 4 und eine mit dem Untersetzungsgetriebe 6 Da die Zeit, welche erforderlich ist, um das Schiff und der Schraube 7 verbundene Niederdruckturbine 5 auf seine Geschwindigkeit zu bringen, praktisch fördert. größer als die Zeit ist, welche erforderlich ist, um den

Nach dem Austritt aus der Turbine 5 strömen die 40 Wasserinhalt des Dampferzeugers auf Höchsttempe-Gase durch den Wärmeaustauscher 2, der einen noch ratur zu bringen, sind die Kreise der Gas- und Dampfweiter unten erläuterten Wassererhitzer 8 in Gestalt arbeitsprozesse stets in der Lage, die von der Komeiner Heizschlange enthält, bevor sie durch den mandostelle des Schiffes empfangenen Kommandos Kamin 9 ins Freie abgeführt werden. Vor der Tür- mit Sicherheit auszuführen.

bine 5 ist bei 10 ein Ventil zur Abtrennung derselben 45 Der in der Zeichnung dargestellte Kreis für den

vorgesehen, und eine ein Absperrventil 11 α enthal- Gasarbeitsprozeß enthält die Teile, welche für ein

tende Leitung 11 gestattet die Umgehung der Tür- Antriebsaggregat einer solchen Leistung unbedingt

bine 5. Ein Hilfsanlaßmotor 12 ist ebenfalls an der erforderlich sind, bei welcher eine Rückgewinnung

der Turbine 1 und dem Verdichter 4 gemeinsamen der Abwärme nicht mehr außer acht gelassen werden

Welle angeordnet. 50 kann. In gewissen Fällen kann jedoch ein besonderer

Außer dem bereits erwähnten Wassererhitzer 8 Wärmeaustauscher fortfallen, wobei dann die Heizenthält der Kreis des Dampfarbeitsprozesses einen schlange des Wassererhitzers 8 einfach in den zu dem Dampferzeuger 13 großen Wasserinhaltes bekannter Kamin strömenden heißen Gasen angeordnet wird, Bauart zur Aufnahme des heißen Wassers aus der was übrigens gestattet, die Temperatur des Wassers Heizschlange 8, der, falls keine Dampfentnahme statt- 55 im Dampferzeuger erheblich zu erhöhen,
findet, als Speicher dient, eine besondere sogenannte Die den Gaskreis bildende Anordnung kann auch »Rückwärtsturbine« 14 und einen Kondensator 15. verwickelter sein und mehrere Verdichtungsstufen mit Vor der Turbine 14 ist ein Ventil 16 angeordnet. Eine Zwischenkühlung und mehrere Entspannungsstufen Kondensatpumpe 17 bringt das Kondenswasser zu- mit Zwischenerhitzung enthalten, und das schematisch rück nach dem Dampferzeuger, und eine Pumpe 18 60 durch 1 und 4 dargestellte Turbokompressoraggregat bewirkt den Umlauf durch die Wassererhitzer- kann in bekannter Weise mehrere Wellen aufweisen, schlange 8. Übrigens kann bei einer ein- oder mehrstufigen

Im normalen Betrieb, d. h. bei Vorwärtsfahrt, er- Verdichtung und einem genügend großen Wirkungswärmt der Kreis des Gasarbeitsprozesses über den grad des Wärmeaustauschers die Temperatur der Wassererhitzer 8 das Wasser des jetzt als Speicher 65 Gase am Ausgang desselben als für eine zweckwirksamen Dampferzeugers 13 und hält es etwa auf der mäßige Bemessung des Dampf kreises zu niedrig sein. Austrittstemperatur der aus dem Wärmeaustauscher 2 Der Wassererhitzer 8 muß dann zwischen zwei Rohraustretenden Gase. Diese Wärmezufuhr aus dem Kreis schlangen 2 a des Wärmeaustauschers 2 an einer für

günstiger gehaltenen Temperaturstufe angeordnet werden. Im normalen Betrieb wird dann die Wärmemenge, welche an die verdichtete Luft abgegeben werden kann, nur um die Wärmeverluste in dem Wasser-Dampf-Kreis verringert, da ja normalerweise keine unnütze Verdampfung während dieser Periode erzeugt wird.

Es kann jedoch ganz allgemein eine kontinuierliche oder intermittierende Entnahme von warmem Wasser oder Dampf aus dem Dampferzeuger für einen äußeren Bedarf erfolgen, wobei dann z. B. die Wassererhitzerschlange 8 des Beispiels zur Berücksichtigung dieser Entnahme bemessen ist.

Schließlich ist die Erfindung auf jede Gasturbine anwendbar, und zwar unabhängig davon, ob ihr Arbeitsprozeß mit einem offenen, geschlossenen oder halbgeschlossenen Kreis arbeitet, und unabhängig von der benutzten Art der Erzeugung des Treibgases.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schiffsantriebsanlage mit einer für die Vorwärtsfahrt vorgesehenen Gasturbinenanlage und einer für die Rückwärtsfahrt einzuschaltenden Dampfturbinenanlage, wobei Energie aus dem Gaskreislauf auf den Wasserkreislauf übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbinenanlage als eigentlicher Energielieferer aus Verdichter (1), Hochdruckturbine (4) und Niederdruckturbine (5) besteht, wobei nur die Niederdruckturbine (S) als Vorwärtsturbine dient, während der Wasserkreislauf energiemäßig vom Gasturbinenkreislauf abgeleitet ist, indem Gase desselben über einen Wärmeaustauscher (2) einen nur mit heißem Wasser beheizbaren Dampferzeuger (13) mit großem Wasserraum heizen, der eine bei Vorwärtsfahrt leer mitlaufende Dampfturbine (14) für Rückwärtsfahrt speist.

2. Schiffsantriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckturbine (5) durch eine Leitung (11) umgehbar ist, welche die Abgase der Hochdruckgasturbine dem Wärmeaustauscher (2) zuführt.

3. Schiffsantriebsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Wärmeaustauscher (2) eintretenden Abgase zunächst die Luft des Gaskreislaufes vorwärmen und danach das unter Druck stehende Heizwasser erhitzen, wobei die Heizschlange (8) für dieses so bemessen ist, daß entweder bei Vorwärtsfahrt nur die Wärmeverluste des dann als Speicher wirksamen Dampferzeugers (13) ausgeglichen werden oder bei Gegendampf oder bei Rückwärtsfahrt durch Umgehung der Niederdruckgasturbine (S) die Dampferzeugung erhöht und somit der Dampfbedarf der Dampfturbine (14) gedeckt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 688 312;
deutsche Patentanmeldung S 1146 XI/65f¹
kanntgemacht am 26. 4.1951);
britische Patentschrift Nr. 669 945.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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