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Kombinierte Antriebsanlege für Schiffe
Die Erfindung
betrifft eine kombinierte Antriebsanlage fär Schiffe, bestehend aus einem oder mehreren
Verbrennungsmotoren und einer oder mehreren Dampfturbinen, die gemeinsam auf die
Antriebswelle arbeiten.
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Für Schiffsantriebe werden gewöhnlich Verbrennungsmotoren, Dampf-
bzw. Gasturbinen oder Kombinationen dieser Maschinen verwendet. Der Verbrennungsmotor
ist die Kraftmaschine, die auf Grund der pulsierenden Arbeitsweise die Wärmezufuhr
bei hohen Temperaturen erlaubt und die bei Anwendung der Abgasturboaufladung den
höchsten-Wirkungsgrad, aller Wärmekraftmaschinen aufweist. Die den Lader antreibende
Abgasturbine verarbeitet dabei etwa 20 - 50 1,"o' des nach dem derzeitigen
Stand der Technik noch möglichen nutzbaren TemperaturgefUles bei einem Wirkungsgrad
der Turbine von ca. 0t6 - 017, w4.hrend die übrigen 80 - 50 % nur
ungenügend genutzt werden. Nachteilig bei seiner Anweadung als Schiffsantrieb ist,
daß bei Schiffen, besonders bei Stückgutfrachterng die Antriebsanlage über den größten
Zeitraum - normale Marschfahrt -
nur etwa mit 77 % der möglichen
Dauerleistung (abhängig z. B, vom Beladungszustand des Schiffes) gefahren wirdv
so daß der Motor meistens im Teillastbetrieb läuft. Die Motorteile sind dabei infolge
stärkerer Verschmutzung und Korrosion einem gegenüber dem Nennlastbetrieb erhöhten
Verschleiß ausgesetzt. Gleichzeitig sinkt die Qualität der Abgaswärme, so daß ihre
wirtschaftliche Verwertung problematisch wird. Eine volle Ausnutzung der Leistungsreserve
des Motors bei Marschfahrt, z. B. für die Energieerzeugung für den Bordbedarf ist
nicht möglich,
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Schiffsantriebsanlagen mit Dampfturbinen
erreicilen nicht den Wirkungsgrad der Anlagen mit Verbrennungsmotoren" da die kontinuierliche
Verbrennung im Dampferzeuger verhältnismäßig niedrige Wärmezufuhrtemperaturen bedingt.
Die Dampfturbine hat jedoch eine günstige Teillast - und gegenüber dem Verbrennungsmotor
günstigere Überlastcherakteristik. Vorteile einer Dampfturbinenanlage sind auch,
daß der kontinuierliche Verbrennungsvorgang besser beherrscht werden kann und daß
sowohl rauchgasseitig als auch dmpfseitig die Wärmeenergie bis herab zu relativ
niedrigen Temperaturen genutzt werden kann. Bekennt sind auch Schiffsantriebsanlagen,
die aus Dempfturbinen und Verbrennungsmotoren bzw. Gasturbinen bestehen, die gemeinsam
auf die Schraubenwelle arbeiten, D'e Aufteilung der Leistung auf die einzelnen Antriebsmaschinen
ist dabei so, daß die Dampfturbine den Hauptanteil der Antriebsenergie liefert und
somit für den Wirkungsgrad der Gesamtanlage bestimmend ist. Entsprechend den verschiedenen
Fahrtstufen des Schiffes arbeitet der Verbrennungsmotor dann überwiegend im Teillastbereich,
so daß-die bereits geschilderten Nachteile (hoher Verschleiß der Motorteile, schlechte
Abgasqualität) vorhanden sind» Zweck der Erfindung ist esq die Wirtschaftlichkeit
der bekannten Schiffsantriebsanla-en zu verbessern.
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C2 Der Erfindung liegt die Aufggbe zugrunde, eine Antriebsanlege für
Schiffe zu schaffen, bei der durch vorteilhafte Kombination von Verbrennungsmotor
und Dampfturbine ein hoher Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.
Erfindungsgemäß
wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in bekannter Weise ein Verbrennungsmotor und
eine Dampfturbine gemeinsam auf die Antriebswelle arbeiten, wobei nach der Erfindung
der Hauptanteil der Antriebsenergie durch den Ver brennunrsmotor geliefert mird.'
Die Leistung des Motors wird dabei so gewählt, daß dieser bei den wichtigsten Fahrstufen
des Schiffes etwa unter Nenn-lastg d. h..v in dem fÜr ihn günstigsten Arbeitsbereich
läuft, Die Dampfturbine wird leistungsmäßig so ausgelegt, daß sie bei normaler MarschfaIhrt
im Teillastbereich arbeitetl wobei ein Teil der durch die Turbine erzeugten Leistung
auf die Antriebswelle übertragen und der übrige Teil zum Antrieb eines oder mehrerer
Generatoren zur Erzeugung der elektrischen Energie für den Bordbedarf genutzt wird.
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Damit können die bisher erforderlichen separaten Dieselgeneratoren
bis auf einen Resermedieselgenerator entfallen. Wird für Schnellfahrt bzw. bei voll
beladenem
Schiff die volle Antriebsleistung erforderlichg so arbeitet die
Dampfturbine im Überlastbereich. Für diesen Fall wird der Generator Non der Dampfturbine
getrennt und die Energieversorgung für den Bordbetrieb vom Reservedieselgenerator
Übernommen* Mit dieser Kombination -von Verbrennungsmotor und Dampfturbine und-der
dabei -vorgenommenen Leistungsaufteilung wird erreicht, daß der gute Wirkungsgrad
der Verbrennungskraftmasehine für den Gesamtwirkungsgrad der Antriebsanlage ausschlaggebend
ist@
Auch der Antrieb der Lader durch die Dampfturbine, die gegenüber
der Abgasturbine einen höheren Wirkungsgrad aufweist und die dadurch bessere Auslastung
der Dampfturbine wirken sich positiv aus.
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Die erfindungsgem'#iße Antriebsanlage kann auch mit mehreren
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Verbrennungsmotoren bzw. mehreren Dampfturbinen ausgeführt werden.
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Die Erfindung soll nachstehend durch ein Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnung näher erläutert werden» --Die -schematisch dargestellte -Antriebsanlage
besteht auseinem Verbrennungsmotor 1 und einer Dampfturbine 2 mit Hochdruckstufe
2 a und Niederdruckstufe 2 b, die über ein Getriebe 4 auf die Schraubenwelle
arbeitet.
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Im Dampfkessel 3 wird Hochdruckdampf und Niederdruckdampf erzeugt.
Die Hochdruckstafe 2.p der Dampfturbine 2 wird mit überhitztem Hochdruckdampf undlNiederdruckstufe
2 b
mit dem aus der Hochdruckstufe '_-- a austretenden Dampf und mit Niederdruckdampf
aus dem Dampfkessel 3 beaufschlagt.
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Der aus der Niederdruckstufe 2 b austretende Abdampf gelangt
in den Kondensator 6, aus dem das Kondensat mittels Pumpe in den durch das
Motorkühlwasser beheizten Vorwärmer 7
und von dort in den Entgaser
8 gefördert wird, der mit Niederdruckdampf aus dem Kessel 3 gespeist
wird, Die Kesselspeisepumpen fördern das entgaste Kesselspe-isewasser auf den entsprechenden
Druck des Hochdruck- bzw, Niederdruckdempfes in den Dampfkessel 3-
Die
Abgase des Verbrennunrsmtors 1 werden ausschließlich im Dampfkessel
3 zur Dampferzeugung benutzt.
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An die Dampfturbind 2 ist ein Generator 5 angekuppelt, mit
dem die für den Bordbedarf benötif-te elektrische Energie erzeugt wird.
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Sonstige, an Bord erforderliche Wärmeverbraucher 9 werden ebenfalls
mit Niederdruckdampf aus dem Dampfkessel 3 gespeist.
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Die zur Steuerung, Regelung und Schaltung der Abgas- und Frischluftzuführungg
der Heizölzuführung, der Dampfdruck-, Temperatur- und Mengenstromregelung sowie
der Motor- und Maschinensystemregelung erforderlichen Einrichtungen sind in der
Zeichnung nicht enthalten, da sie allgemein bekannt sind.
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Die maximale Antriebsleistung der Anlage soll z. B, 20.000 PSe betragen*
Entsprechend den Gesichtspunkten der Erfindung wird die Nennlast des Verbrennungsmotors
1 mit 139300 P.Se und die der Dampfturbine 2 mit 4.600 PSe gewähltg
wobei die für die Erzeugung von Bordenergie erforderliche Leistung mit l»100 PSe
veranschlagt wird* Für normale Marschfahrt werden etwa 77 % der maximalen
Antriebsleistung, also etwa 15.400 PSe benötigt. Der Verbrennungsmotor
1 liefert bei dieser Fahrtstufe 129600 PSe. das entspricht ca-
95 % seiner Nennleistung.
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Die Dampfturbine 2 liefert die restlichen 2.800 Pße für den
Antrieb der Schraubenwelle und auch die 1.100 PSe für den Antrieb des Generators
5 zur Erzeugung von Bordenergie, Ihre Auslastung#beträlgt damit ca.
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Dadurchv daß die zur Aufladung des Verbrennungsmotors
1 erforderlichen Lader ebenfalls von der Dampfturbizie 2 angetrieben werden
(in der Zeichnung nicht dargestellt), wird deren Auslastung noch erhöht.
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Wird zum Antrieb des Schiffes die gesamte Antriebsleistung von 20.000
PSe benötigt - was relativ selten vorkommt -
so wird der Verbrennungsmotor
1 mit ca- 5 % und die Dampfturbine 2 mit ca, 30 % Überlast
gefahren. Der Verbrennungsmotor 1 liefert dann etwa 14,000 PSe und die Dampfturbine
2 ca. 6.000 PSe. Der Generator 5 wird dabei von der Dampfturbine 2
getrennt und die Versorgung des Bordnetzes vom Reservedleselgenerator übernommen.
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Der ' V erbrennungsmotor 1 liefert somit bei Marschfahrt
ca, 8.2-% und bei Vollastfahrt ca. 70 % der Antriebsleistung) wobei er ständig
nahe seiner Nennlast arbeitet und die Wärmeenergie der Abgase gleichbleibend hoch
ist* Damit wird eine hohe Wirtschaftlichkeit der Antriebsanlage erreichtg die durch
Regelung der Belastung der einzelnen auf einen optimalen Wert gebracht werden kann.