DE2838490B1

DE2838490B1 - Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine fuer Schiffsantrieb,sowie Dieselbrennkraftmaschine zur Ausfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2838490B1
Application number: DE2838490A
Authority: DE
Inventors: Anton Steiger; Tsadok Dipl-Ing Zakon
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1978-08-15
Filing date: 1978-09-04
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DK145551C; IT7923616A0; JPS5525590A; CH632559A5; DK145551B; DE2838490C2; IT1121418B; DK329279A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Schiffsantriebsanlage mit einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine, einem Abhitzekessel und einer Dampfturbine mit elektrischem Stromgenerator, die an den Abhitzekessel angeschlossen ist.

Gleichzeitig betrifft die Erfindung eine Schiffsantriebsanlage mit einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine, einem Abhitzekessel, einer Dampfturbine mit elektrischem Stromgenerator, die an den Abhitzekessel angeschlossen ist, sowie mit einem Hilfsgebläse zur Lieferung von Spül- und Ladeluft, welches mit einem elektrischen Antrieb versehen ist.

ίο Bei Schiffsantriebsanlagen dieser Art bestehen Betriebszustände, bei welchen die von der Abhitzekesselanlage zur Verfügung stehende Energie nicht ausgenützt werden kann, während die Dieselbrennkraftmaschine gleichzeitig einer hohen thermischen BeIastung ausgesetzt ist. Typisch sind derartige Betriebszustände, z. B. bei Fahrten in tropischen Gewässern.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Verfahrens und einer Anlage zum Ziel, mit deren Hilfe die überschüssige zur Verfügung stehende Abwärmeenergie zur zusätzlichen Kühlung der Maschine herangezogen werden kann, um damit die Betriebssicherheit und auch die Lebensdauer der Dieselbrennkraftmaschine zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, durch welches

dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Bedingungen, bei denen im Abhitzekessel mehr Dampf produziert wird, als von den Wärme- und Stromverbrauchern verarbeitet werden kann, mindestens ein elektrisch angetriebenes Hilfsgebläse für die Spül- und Ladeluft des Dieselmotors in Betrieb gesetzt wird, welches den Luftdurchsatz des Dieselmotors erhöht.

Die erfindungsgemäße Schiffsantriebsanlage zur Ausführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung zur Einschaltung des Hilfsgebläses bei Vorhandensein von überschüssiger Abwärmeenergie und zur Regelung von dessen Leistung derart, daß die Leistungsgrenze der Dampfturbine nicht überschritten wird.
Das elektrisch angetriebene Hilfsgebläse erhöht den Luftdurchsatz durch die Zylinder der Dieselbrennkraftmaschine, wodurch eine innere Kühlung der Brennräume erzielt wird, die sich auf den Betrieb der Maschine günstig auswirkt. Dabei sind derartige elektrisch angetriebene Hilfsgebläse bei gewissen Typen von aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschinen bereits vorhanden. Nur dienen sie dabei nicht zur Erhöhung des Luftdurchsatzes der Maschine im Vollastbetrieb, sondern zur Verbesserung der Eigenschaften der Maschine bei Leerlauf und im unteren Teillastbereich, wo die normale durch Abgas betriebene Turboladegruppe noch unzureichend Luft liefert. Ein Beispiel einer derartigen aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine ist z.B. in der US-PS 34 47 313 beschrieben.

Bei einer an sich bekannten Schiffsantriebsanlage mit einer Abhitzekesselanlage mit einer mit im wesentlichen konstanter Drehzahl laufenden Speisepumpe sowie mit einer Drehzahlregelung des elektrischen Generators mit der Hilfe mindestens eines am Eingang der Turbine angeordneten Drosselorgans, kann in der Dampfleitung vor dem Drosselorgan der Turbine ein Meßfühler für den Dampfdruck geschaltet sein, der sein Meßsignal einem Regler liefert, welcher beim Überschreiten eines Schwellenwertes des Dampfdrucks den Motor des Hilfsgebläses einschaltet, und ein Regler zur Begrenzung der Leistung des Hilfsgebläses in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselorgans der Turbine vorgesehen sein, derart, daß bei offenem Drosselorgan,

d. h. bei voller Leistung der Turbine, die Antriebsleistung des Gebläses bis auf Null herabgesetzt wird. Dadurch wird eine sehr einfache Vorrichtung erhalten, durch welche das angestrebte Ziel einer Verbesserung der Kühlung der Dieselbrennkraftmaschine mit überschüssiger Abwärmeenergie erreicht wird, bei gleichzeitigem Schutz der Turbinenanlage vor Überlast.

Vorzugsweise kann das Hilfsgebläse dem Gebläse der Turboladegruppe nachgeschaltet sein, da es wegen der Vorkompression der Ladeluft durch das Ladegebläse eine kleinere Luftmenge zu fördern hat. Dabei kann der Regler zur Begrenzung der Leistung des Hilfsgebläses die Leistung des Antriebsmotors des Hilfsgebläses beeinflussen.

Falls das Hilfsgebläse in einem solchen Fall durch eine Parallelleitung überbrückt ist, wie dies insbesondere bei den Anlagen nach der erwähnten US-PS 34 47 313 der Fall ist, kann der Regler zur Begrenzung der Leistung des Hilfsgebläses ein in dessen Saugleitung angeordnetes Drosselorgan beeinflussen.

Die Erfindung wird an Hand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema einer erfindungsgemäßen Schiffsantriebsanlage mit einer Serienschaltung eines Turboladegebläses mit einem Hilfsgebläse, und

F i g. 2 eine Schaltung einer Antriebsanlage mit einem Motor nach der US-PS 34 47 313.

In F i g. 1 ist schematisch eine Schiffsantriebsanlage mit einem Dieselmotor 1 dargestellt, welcher zum Antrieb eines nicht dargestellten Propellers eines Schiffes dient. Der Motor 1 ist mit einem Ladeluftaufnehmer 2 und einem Abgasaufnehmer 3 versehen. Vom Abgasaufnehmer 3 führt eine Abgasleitung 4 zu einer Abgasturbine 5 einer Turboladegruppe 6. Aus der Abgasturbine 5 gelangen die Abgase in einen Abhitzekessel 7 und aus diesem in ein Kamin 8.

Das Ladegebläse 10 der Turboladegruppe 6 saugt Luft aus der Atmosphäre durch einen Luftfilter 11 an, und fördert sie durch einen ersten Luftkühler 12 und einen zweiten Kühler 13a in der Leitung 13 in den Luftaufnehmer 2. In der Leitung 13 befindet sich außerdem ein Rückschlagorgan 14, daß z. B. die Form von Klappen haben kann. Parallel zum Einwegorgan 14 ist an die Leitung 13 ein Hilfsgebläse 15 geschaltet, das mit einem elektrischen Antriebsmotor 16 verbunden ist.

Der Abhitzekessel 7 ist Teil einer Dampfkraftanlage mit einer Dampfturbine 17, einem elektrischen Generator 18, einem Kondensator 20 und einer Speisepumpe 21.

Der im Abhitzekessel 7 gebildete Dampf strömt durch eine Dampfleitung 22 mit einem Drosselventil 23 zur Dampfturbine 17. Aus der Dampfturbine 17 gelangt der entspannte Dampf durch eine Leitung 24 in den Kondensator 20, aus welchem das Kondensat einer Speiseleitung 25 mit der Speisepumpe 21 zugeführt wird. Die Speisepumpe 21 fördert das Kondensat in den ersten Ladeluftkühler 12, welcher hier als Vorwärmer des Speisewassers dient. Aus dem Luftkühler 12 gelangt darauf das vorgewärmte Wasser in den Abhitzekessel 7, in welchem es verdampft, und der gebildete Dampf überhitzt wird.

Wie noch aus der F i g. 1 ersichtlich ist, ist die Dampfturbine 17 mit einem Drehzahlfühler 30 versehen, dessen Meßsignal einem Drehzahlregler 31 zugeführt wird, der es mit einem Sollwert 32 vergleicht, und das Drosselorgan 23 entsprechend betätigt. Der Drehzahlregler 31 bzw. das Drosselorgan 23 sind noch mit einem Stellunggeber 33 verbunden, der sein von der Stellung des Drosselorgans 23 abhängiges Signal durch eine Signalleitung 34 einem Leistungsregler 35 des Elektromotors 16 zuführt. In der vom Netz 36, daß durch den Generator 18 gespeist wird, zum Antriebsmotor 16 führenden Leitung 37, ist noch ein Schalter 38 angeordnet, welcher von einem Ein- Aus-Regler 40 betätigt wird. Der Regler 40 steht über eine Leitung 41 unter dem Einfluß eines Druckfühlers 42, welcher den

ι ο Dampfdruck in der Leitung 22 mißt.

Im Betrieb treiben die Abgase des Dieselmotors 1 die Abgasturbine 5 an und strömen durch den Abhitzekessel 7 und den Kamin 8 ins Freie. Die für den Betrieb des Motors 1 erforderliche Spül- und Ladeluft wird durch das Gebläse 10 angesaugt und komprimiert und durch den ersten Luftkühler 12 und die Leitung 13 und den zweiten Luftkühler 13a in den Luftaufnehmer 2 gefördert, aus welchem sie im Takt der Kolbenbewegungen in die Brennräume der einzelnen Zylinder der Maschine gelangt. Wenn der Motor 16 des Hilfsgebläses 15 nicht eingeschaltet ist, kann die Luft entweder durch das Einwegorgan 14 oder durch das frei mitlaufende Gebläse 15 strömen.

In der Abhitzekesselanlage läuft die Speisepumpe 21, die durch einen Synchronnmotor angetrieben sein kann, im wesentlichen mit konstanter Drehzahl und fördert Kondensat aus dem Kondensator 20 durch den Luftkühler 12 in den Abhitzekessel 7. Aus dem Abhitzekessel 7 wird der Dampf zur Turbine 17 durch

JO das Drosselorgan 23 in der Weise zugelassen, daß die Drehzahl der Turbine konstant bleibt.

Wenn unter diesen Umständen das Angebot an durch Abwärme gebildeten Dampf die an das Netz 36 bzw. dem Generator 18 gestellte Nachfrage übersteigt, erhöht sich der Druck in der Leitung 22 vor dem Drosselorgan 23. Sobald dieser durch den Druckfühler 42 gemessene Druck den dem Regler 40 gegebenen Sollwert übersteigt, schließt der Regler 40 den Schalter 38, wodurch der Motor 16 des Hilfsgebläses 15 in Betrieb gesetzt wird. Das Hilfsgebläse 15 fördert nun in zweiter Stufe zum Ladegebläse 10 die Luft, und erhöht damit den Druck im Luftaufnehmer 2 und den Luftdurchsatz durch die Zylinder des Motors 1. Dadurch läuft dieser kühler, weil bei der Verbrennung des Dieselbrennstoffes niedrigere Spitzentemperaturen entstehen.

Eine Überlastung der Dampfturbine 17 wird durch den Stellungsfühler 33 und den Regler 35 vermieden. Wird nämlich das Drosselorgan 23 stärker geöffnet als der vollen Turbinenleistung entspricht, wird die Leistung des Elektromotors 16 herabgesetzt bis die Turbine 17 wieder mit voller Leistung läuft. Wird diese Leistung bis auf Null heruntergeregelt, so sollte bei richtig eingestelltem Regler 40 der Druck in der Dampfleitung 22 auf einen solchen Wert sinken, daß der Schalter 38 geöffnet wird.

In der Fig.2, welche eine Schaltung mit einem Dieselmotor nach der erwähnten US-PS 34 47 313 zeigt, sind der F i g. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es genügt daher nur auf die Unterschiede einzugehen.

Der in der F i g. 2 dargestellte Motor nach der US-PS 34 47 313 hat den unterhalb seines Kolbens 50 befindlichen Raum durch eine Trennwand 51 mit einer Dichtung 52, durch welche die Kolbenstange 53 durchgeführt ist, abgeschlossen. Der Luftaufnehmer 2 ist durch eine Trennwand 54 in zwei Teile, einen Spülluftraum 55 und einen Kolbenunterseitenraum 56

unterteilt. Zwischen den beiden Räumen 55 und 56 befindet sich ein Einwegorgan 57, daß nur eine Strömung aus dem Raum 56 in den Raum 55 zuläßt.

Die Luftleitung 13 mit dem Einwegorgan 14 mündet einerseits direkt in den Raum 55 des Luftaufnehmers 2. Andererseits führt jedoch von der Leitung 13 nach dem Einwegorgan 14 noch eine Verbindungsleitung 58 mit einem Eihwegorgan 60 in den Raum 56 des Aufnehmers 2. Das Hilfsgebläse 15 fördert seine Luft über eine Förderleitung 61 mit einem Einwegorgan 62 in den Raum 55. Die Saugleitung 63 des Hilfsgebläses 15 führt wie die Leitung 13 vom Luftkühler 13a. In der Saugleitung 63 befindet sich ein Drosselorgan 64, das von einem Regler 65 betätigt wird, welcher sein Meßsignal vom Stellungsgeber 33 erhält.

Im normalen Betrieb wird die Luft vom Ladegebläse 10 den Zylindern des Motors 1 durch die Luftleitung 13 mit dem Einwegorgan 14 zugeführt. Ein Teil der Luft gelangt durch die Leitung 58 mit dem Einwegorgan 60 in den Raum 56 unter dem Kolben 50, und wird vom Kolben stoßartig bei dessen Bewegung nach unten durch das Einwegorgan 57 in den Raum 55 verdrängt, wodurch Druckstöße entstehen, welche die Arbeit des Motors verbessern. Wegen der genauen Wirkungsweise des Motors sei auf die erwähnte US-PS 3447 313 hingewiesen.

Bei einem Anstieg des Dampfdruckes in der Leitung 22 über einen eingestellten Wert, wird die beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 durch den Regler 40 der Schalter 38 geschlossen und der Motor 16 in Betrieb gesetzt. Die Regelung der Leistung des Gebläses und mit ihm des Motors 16 erfolgt in diesem Fall durch das Drosselorgan 64 mit der Hilfe des Reglers 65.
Es versteht sich, daß bei der Ausführungsform nach der F i g. 2 das Hilfsgebläse 15 mit dem Antriebsmotor 16 in an sich bekannter und in der Zeichnung nicht dargestellter Weise so geschaltet sein kann, daß es gemäß der US-PS 34 47 313 den Betrieb des Motors im Leerlaufbereich und im unteren Teillastbereich, wo

ίο wenig Abgasenergie für einen einwandfreien Bereich der Turboladegruppe 6 zur Verfügung steht, verbessert bzw. ermöglicht.

Zusammenfassung

Schiffsantriebsanlage mit einem aufgeladenen Dieselmotor, einem Abhitzekessel, einer Dampfturbine mit elektrischem Stromgenerator, die an den Abhitzekessel angeschlossen ist, sowie mit einem Hilfsgebläse zur Lieferung von Spül- und Ladeluft, das einen elektrischen Antrieb aufweist, wobei eine Regelvorrichtung zur Einschaltung des Hilfsgebläses bei Vorhandensein von überschüssiger Abwärmeenergie vorgesehen ist. Die Regelvorrichtung gewährleistet dabei, daß die Leistungsgrenze der Dampfturbine nicht überschritten wird. Die Antriebsleistung des Gebläses kann dabei in Abhängigkeit von der Stellung eines Drosselorgans am Eingang der Turbine gesteuert werden. Die Leistung des Hilfsgebläses kann entweder durch die Leistung des Antriebsmotors oder durch ein in der Saugleitung des Hilfsgebläses angeordnetes Drosselorgan beeinflußt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Schiffsantriebsanlage mit einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine, einem Abhitzekessel und einer Dampfturbine mit elektrischem Stromgenerator, die an den Abhitzekessel angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bedingungen, bei denen im Abhitzekessel mehr Dampf produziert wird, als von den Wärme- und Stromverbrauchern verarbeitet werden kann, mindestens ein elektrisch angetriebenes Hilfsgebläse für die Spül- und Ladeluft des Dieselmotors in Betrieb gesetzt wird, welches den Luftdurchsatz des Dieselmotors erhöht.

2. Schiffsantriebsanlage mit einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine, einem Abhitzekessel (7), einer Dampfturbine (17) mit elektrischem Stromgenerator (18), die an den Abhitzekessel angeschlossen ist, sowie mit einem Hilfsgebläse (15) zur Lieferung von Spül- und Ladeluft, welches mit einem elektrischen Antrieb (16) versehen ist, gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung (40, 42; 33,35, 65) zur Einschaltung des Hilfsgebläses (15) bei Vorhandensein von überschüssiger Abwärmeenergie und zur Regelung von dessen Leistung derart, daß die Leistungsgrenze der Dampfturbine (17) nicht überschritten wird.

3. Schiffsantriebsanlage nach Anspruch 2, mit einer Abhitzekesselanlage mit einer mit im wesentlichen konstanter Drehzahl laufenden Speisepumpe (21) sowie mit einer Drehzahlregelung des elektrischen Generators mit der Hilfe mindestens eines am Eingang der Turbine angeordneten Drosselorgans (23), dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfleitung (22) vor dem Drosselorgan (23) der Turbine (17) ein Meßfühler (42) für den Dampfdruck geschaltet ist, der sein Meßsignal einem Regler (40) liefert, welcher beim Überschreiten eines Schwellenwertes des Dampfdruckes den Motor (16) des Hilfsgebläses (15) einschaltet, und daß ein Regler (35, 65) zur Begrenzung der Leistung des Hilfsgebläses

(15) in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselorgans (23) der Turbine (17) vorgesehen ist, derart, daß bei offenem Drosselorgan, d.h. bei voller Leistung der Turbine, die Antriebsleistung des Gebläses bis auf Null herabgesetzt wird.

4. Schiffsantriebsanlage nach Anspruch 3, wobei das Hilfsgebläse (15) dem Ladegebläse (10) der Turboladegruppe (6) der Dieselbrennkraftmaschine (1) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (35) zur Begrenzung der Leistung des Hilfsgebläses (15) die Leistung des Antriebsmotors

(16) des Hilfsgebläses (15) beeinflußt.

5. Schiffsantriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Hilfsgebläse (15) dem Ladegebläse (10) der Turboladegruppe (6) nachgeschaltet ist und durch eine Parallelleitung (13) überbrückt ist, in welcher sich ein Rückschlagorgan (14) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (65) zur Begrenzung der Leistung des Hilfsgebläses ein in dessen Saugleitung (63) angeordnetes Drosselorgan (64) beeinflußt.