DE2549790A1

DE2549790A1 - Vorrichtung zur kurzzeitigen leistungssteigerung von tragfluegelboot-gasturbinen

Info

Publication number: DE2549790A1
Application number: DE19752549790
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl Ing Kohler
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland
Priority date: 1975-11-06
Filing date: 1975-11-06
Publication date: 1977-05-18

Description

Bundesrepublik Deutschland
vertreten durch den Bundesminister der Verteidigung Bonn Vorrichtung zur kurzzeitigen Leistungssteigerung von Tragflügc.'lboot-Gasturbinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kurz zeitigen Leistungssteigerung von Trag£'lügelboot-Gasturbinen mit einer Einspritzeinrichtung, die Wasser@ode oderr Wasser mit Methanol in den Verdichter und/oder die Brennkammer einspritzt.
Es ist bekannt, daß der Leistungsbedarf eines Tragflügelbootes beim Austauchvorgang vom rumpfgetragenen zum tragflügelgestützten Eahrzustand beträchtlich höher ist,. als der zur Erhaltung des tragflügelgetragenen Fahrzustandes erforderliche Leistungsbedarf, wobei der Austauchleistungsbedarf u.a. sehr von der Wellen- und Fahrtrichtung abhängt. Neben dem Leistungsbedarf für den Austauchvorgang ist auch die Eigenschaft der Gasturbine von Bedeutung, ihre Leistungsdarbietung stark von der Ansauglufttemperatur abhängig ist.
Wird die Leistung eines Gasturbinenantriebes für Tragflügelboote entsprechend bester Wirtschaftlichkeit nach der für den tragflügelgetragenen Fahrzustand unter Normalbedingungen erforderlichen Dauerleistung ausgelegt, so besteht die Gefahr, daß die von dieser Dauerleistung bis zur maximal zulässigen Höchstleistung gegebene Zusatzleistung unter manchen Umgebungsbedingungen bzw. unter außergewöhnlichen Umständen, z.B. infolge Notfällen erforderlich werdender Überladung des Tragflügelbsetes nicht ausreicht, um den Austauchvorgang durchzuführen und den tragflügelgestützten Fahrzustand zu erreichen wird jedoch die Gasturbinen-Antriebsanlage so ausgelegt, daß der Austauchvorgang auch noch unter den widrigsten Utmständen sichergestellt ist, ist sir für den Normalfahrzustand überdimensioniert und daher unwirtschaftlich.
Bei Antriebsanlagen mit mehreren Gasturbinen kann der Fall eintreten, daß bei Ausfall einer Einheit dite restliche Leistung zwar für den tragflügelgetragenen Zustand ausreichen würde, dieser Zustand jedoch nicht erreicht werden kann, weil die Leistung nicht für den Austauchvorgang ausreicht, so daß der durch die 7ltehrr.otorigkeit angestrebte Sicherheitszuwachs wieder zunichte wird.
In all den geschilderten Fällen besteht die Gefahr, daß in dem Bestreben, das Austauchen zu erzwingen, die Gasturbinen länger als erlaubt mit Höchstleistung betrieben werden und Beschädigungen oder Laufzeitverkürzungen, wenn nicht sogar der sofortige Ausfall der Gasturbinen die Folge sind.
Es ist bekannt bei Flugzeug-Gasturbinen eine kurzzeitige Leistungssteigerung, z.B. beim Start, durch Einspritzen von Wasser oder Wasser/Methanol in den Verdichter und/oder in die Brennkammer zu bewirken.
Es ist auch bekannt, in Saizwasserumgebung betriebene Gasturbinen zur Beseitigung von Salzablagerungen und zur Verhütung von Korrosion in regelmäßigen Zeitabständen einem Waschvorgang zu unterzieheh, bei dem im wesentlichen auf Seefahrzeugen in Tanks mitgeführtes Wasser, vorzugsweise destilliertes Wasser, mit oder ohne Zusätzen im den laufenden Verdichter eingespritzt wird. Der Zusatz von Methanol zum Waschwasser ist möglich, seiner Giftigkeit wegen wird davon jedoch zumeist abgesehen.
Mit der Erfindung, die in den Patentansprüchen definiert ist, soll durch kurzzeitige Leistungssteigerung der Gasturbinen-Antriebsanlagen von Tragflügelbooten der zuverlässige Ablauf des Austauchvorganges sichergestellt und zugleich ein wirtschaftlicher Betrieb des Tragflügelbootes ermöglicht werden.
Dabei kann das Antriebssystem so ausgeführt werden, daß am Leistungshebel eine Stellung vorgesehen wird, in der die Original- oder eine modifizierte Verdichterwaschanlage oder eine das Verdichterwaschwasser evtl. unter Zusatz von Methanol fordernde Einrichtung Wasser bzw Wasser/Methanol in die Gasturbine einspritzt, wobei eine diesem Betriebszustand und den anderen üblichen Parametern, z.B. zulässige Turbineneintrittstemperatur, entsprechende Kraftstoffmenge zugeordnet ist. Dabei kann eine Verriegelung der Zumessung dieser Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vor der tatsächlichen Zufuhr von Wasser bzw. Wasser/Methanol, z.B. durch einen Druckschalter in der Wasser- bzw. Wasser/Methanol-Einspritzleitung, vorgesehen sein. Auch kann durch entsprechende Ausbildung einer kombinierten Steuerung der leistungssteigernden Einspritzung, z.B. durch Verzögerungsglieder, dafür Vorsorge getroffen werden, daß beim Bc-schleunigen der Gasturbine auf diesam Datriebrzuctand immer ein Pumpen des Verdichters v@@mieden wird.
Sofern die Verdichterwaschung untor Zusatz eines besonderen Waschmittels erfolgt, sind bei Verträglickeit dieses Mittels mit der arbeitenden Gast@rbine in dieser Hinsicht keine besonderen Vorkehrungen für den Leistungssteigerungsbetrieb notwendig. Bei Unverträglichkeit des Zusatzwaschmittels mit der arbeitenden Gasturbine ist die Waschanlage so auszuführen, daß im Leistungssteigerungsbetrieb nur Wasser und ggf. andere leistungssteigernde Mittel entsprechend dem Betriebstzustand eingespritzt werden. Dies kann in bekannter Weise erfolgen, z,R. durch Lagerung der Mittel in getrennten Tanks und die Steuerung ihres Zulaufes zur Einspritzanordnung mittels Steuerelementen, welche auch das Spülen der Leitungen mit Wasser oder Wasser/Mcthanol vor dem Leistungsstei gerungsbetrieb sicherstellen können Bei mehrmotorigen Antriebs anlagen kann die Einspritzeinrichtung so ausgeführt sein, daß die einzelnen Gasturbinen selektiv für Wassereinspritzbetrieb angewählt oder alle gemeinsam versorgt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt und beschrieben. Es zeigt Figur 1 schematisch eine kombinierte Gasturbinen-Wasch-Leistungssteigerungsanlage gemäß der Erfindung Figur 2 einen Steuerhebel für die Turbine.
Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform umfaßt einen Wassertank 1, einen Zusatzwaschmittelbehälter 2 und einen Tank 3 für ein leistungssiigerndes Zusatzmittel, z. .
Methanol Die einzelnen Medien werden bei dieser Ausführung.C3forjj durch drei getrennte Pumpen 4; 5 und 6 durch die Leitungen 10 und 13 in die Spüleirrichtung 11 vor dem Verdichter und in die nur zur Leistungssteigerung benutzte Einspritzen einrichtung 14 in die Brennkammer der Gasturbine 15 gefördert. Die in den Tankleitungen liegenden Ventile 7, 8 und 9 und das in der Zweigleitung 13 liegende Ventil 12 ermöglichen je nach der beabsichtigten Betriebsart, nämlich Waschen oder Leistungssteigerung, die Auswahl bzw Freigabe der jeweils erforderlichen Leitungen, was z.BO durch entsprechende Schaltung mittels des in Figur 2 gezeigten Leistungsfahrhebels 16 und eines nur schematisch angedeuteten Schaltschrankes 18 erfolgen kann. Der Druckschalter 17 in der Einspritzleitung 10 dient zur Verriegelung des erhöhten Kraftstoffflusses bei leistungsgesteigertem Betrieb, bis tatsächlich die Einspritzung des Mediums stattfindet.
Die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten kombinierten Gasturbinen-Wasch-Leistungssteigerungsanlage ist wie folgt: a) Waschv@@gans Die erf@rderlich@@@ Maß@@@@@ an der Gasturbine eind gemäß Betricbsvorschrift zu treffen, außerdem wird eine (n'cht darge@tellte übliche) Schaltung ausgeführt, die den @aschvo@@ang z.B. @ach Drücken des Anlaßknopfes in ent@prechender zeitlicher Reihenfolge ablaufen läßt.
Da das Waschen ein beka@mter Vorgang ist, wird auf die Beschreibung verzichtet und nur die durch die kombinierte Waschleistungssteigerung erforderlich werdenden Sondermaßnahmen erläntert.
Die Schaltung ist so ausgeführt, daß mit dem Anwählen des Vorganges Waschen die Pumpen 4 und 5 und die Ventile 7 und 8 zur Betätigung durch die Waschablauf-Sequenzschaltung freigegeben werden, während die Pumpe 6 vorausgesetzt es darf nicht mit dem in Tank 7 befindlichen Medium gewaschen werden - gesperrt bleibt und auch die Ventile 9 und 12 die zugehörigen Leitungen bzw.
Tanks absperren.
Der Waschvorgang läuft nunmehr soab, daß wie z.B. üblich nach Drücken les Anlaßknopfes die Gasturbine vom Anlaßmotor durchgedreht wird und dann eine gewisse Zeit Waschflüssigkeit aus den Behältern 1 und 2 über die Pumpen 4 und 5, die Ventile 7 und 8 und die Leitung 10 durch die Sprühdüsen in den Gasturbinenverdichter eingespritzt wird. Dann wird die Gasturbine 15'ab-gestellt und nach einer gewissen Zeit wird dieser Vorgang wiederholt, wobei, vorausgesetzt das Medium im Behälter 2 darf nicht bei gezündeter Turbine eingespritzt werden, gegen Ende dez @aschvorgangs zuerst d<s Ventil 8 geschlossen und die Pumpe stillgesetzt werden und nur noch reines Wasser von der Pumpe 4 gefördert wird.
Sofern sich in der Zweigleitung 13 zwischen Ventil12 und dem T-Stück in der Leitung 10 eine unzulässig große Menge mit Zusatzwaschmittel versetzte Waschflüssigkeit befindet, können entsprechend zeitverzögert auch das Ventil 12 geöffnet und die Leitung 13 und Einspritzeinrichtung 14 4 mit reinem Wasser durchgespült werden.
Der Waschvorgang ist damit abgeschlossen, evtl.
erfolgen je nach Betriebsvorschrift noch ein trockenes Durchdrehen der Gasturbine z.uan Ausblasen der Luft und ein Trockenlauf.
b) Leistungssteigerungsbetrieb Wenn bei laufender Gasturbine dc:r Leistungshebel 16 in Stellung Austauchen gebracht wird, werden die Ventile 7, 9 und 12 geöffnet und die Pumpen 4 und 6 eingeschaltet. Wenn das Leistungssteigeningsmediuin durch die Leitungen 10 und 13 bis zu den Einspritzeinrichtungen 11- und 14 gekommen ist und sich ein Gegendruck aufbaut, wird der Druckschalter 17 betätigt, der die Möglichkeit der Zumessung einer erhöhten Kraftstoffmenge zur Brennkammer entsprechend den Betriebsdaten freigibt.
Sofern für den leis @@@@ @@@igerten Betrieb zeitliche Beschränkungen zu b@@@@@@@ sind, konn z.B. durch ein die Ventile 7 und 9 schließchdes und die Pumpen 4 und 6 abstellende Zeitglied die Dauer dieses Betriebszustandes entsprechend beg@enzt werden. Auch die evtl.
erfolgende Durchspülung des Leitungssystems mit reinem Wasser am Ende des Leistungssteigerungsbetriebes entsprechend dem Waschvorgang ist möglich.
Eine andere Ausführung der Erfindung kann dergestalt erfolgen, daß die Hobelstellung Austauchen entsprechend der unverstärkten Kurzhöchstleistung belbehalten wird, jedoch durch ein Stellelement" Wassereinspritzung"alle erforderlichen Maßnalimen zur Leistungssteigerung mit Wassereinspritzung, Betätigung von Pumpe, Ventileneingriff in die Kraftstoffzumessung bewirkt werden.
Die Reinigung der Leitungen für Waschen/Leistungssteigerung kann durch Abwandlung des Systems auch so erfolgen, daß in Gasturbinenbetrieb Verdichter-Abzapfluft durchgeblasen wird.
L e e r s e i t e

Claims

PatentansPrüche 1. Vorrichtung zur kurzzeitigen Leistungssteigerung von - Tragflügelboot-Gasturbinen während des Austauchvorganges des Tragflügelbootes, wobei die Gasturbine eine Brennkammer, einen Verdichter, eine Waschanlage für die Brennkammer und für den Verdichter und wobei das Tragflügelboot einen Fahrhebel zur Steuerung des Austauchvorganges enthalten, beruhend auf einem kurzzeitigen Einspritzen von Wasser oder von Wasser mit Methanol in den Verdichter und/oder in die Brennkammer entsprechend einem leistungssteigernden Vorgang bei Flugzeug-Gasturbinen, erfindungsgemäß dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß als Einspritzeinrichtung für das Wasser oder für das Wasser mit Methanol die Waschanlage dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, erfindungsgemäß dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Waschanlage Steuermittel für die Anwahl, Förderung und Einspritzung des Wassers oder des Wassers mit Methanol aufweist und daß diese Steuermittel mit dem Fahrhebel für die Steuerung des Austauchvorganges gekoppelt sind.