DE7627915U1 - Antriebsanlage fuer insbesondere schiffe - Google Patents

Description

Hamburg, 2. September 19⁷O

B L O II M + V O S S AG
Grevendamm 3

2000 Hamburg 11

Antriebsanlage für insbesondere Schiffe

Die Neuerung bezieht sich auf eine Antriebsanlage für insbesondere Schiffe, bestehend aus einem mit einem Untersetzungsgetriebe versehenen Antriebsaggregat, z.B. einer Dampfturbinenanlage. Als Antriebsaggregat sind anstelle einer Dampfturbinenanlage auch Gasturbinen oder Brennkraftmaschinen wie Dieselmotore denkbar.

Das zu einer solchen Hauptantr;αbsanlage gehörende Untersetzungsgetriebe hat bekanntlich den Zweck, die zu hohen Drehzahlen der Antriebsaggregate au? eine solche Drehzahl des
Propellers zu reduzieren, daß letzterer einen bestmöglichen Wi .η.: (TSf- erreicht.

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Bei insbesondere den mit Dampfturbinen arbeitenden Hauptantriebsanlagen haben sich bisher im wesentlichen als Untersetzungsgetriebe für den hier genannten Zweck zwei Konstruktionen durchgesetzt. Zum einen handelt es sich um solche Getriebe, bei denen die von der Hochdruck- und der Niederdruckturbine kommende Leistung einer ersten Stufe zugeführt wird, die aus je einem Ritzel und mit diesen kämmenden Rädern bestellt. Letztere übertragen das Drehmoment über je ein weiteres, als zweite Stufe dienendes Ritzel auf das mit der Propellerwelle in Verbindung stehende Großrad. Diese Getriebeart wird in Fachkreisen mit "articulated" bezeichnet.

Zum anderen sind solche Getriebe bekannt, die vornehmlich bei großen Antriebsleistungen und bei beengten Platzverhältnissen verwendet werden. Die ebenfalls wieder mit Turbinendrehzahl umlaufenden, von der Hochdruck- bzw. Niederdruckturbine angetriebenen Ritzel der ersten Stufe kämmen mit jeweils zwei R&- dern, die je ein weiteres, mit dem Großrad kraftschlüssig verbundenes Ritzel aufweisen. Der Vorteil dieser, mit "locked-train" bezeichneten Getriebeart besteht neben den bereits eingangs genannten Vorteilen insbesondere darin, daß die Ritzel der ersten Stufe dank ihres zweifachen Eingriffs in die ihnen zugeordneten Räder keine Durchbiegung erfahren, sondern nur auf Torsion beansprucht werden. Bei an sich gleichen Abmessungen können diese Getriebe gegenüber der erstgenannten Ausführung mit der doppelten Leistung belastet werden. Beiden Getriebearten haftet indessen der gemeinsame Nachteil an,

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daß sie nur für zwei Lasteingänge - nämlich den von der Hochdruckturbine und den von der Niederdruckturbine kommenden Drehzahlen - geeignet sind.

Um nun den ständig steigenden Schiffsgrößen und den damit erforderlichen großen Antriebsleistungen auf der einen und den steigenden Brennstoffkosten auf der anderen Seite zumindest in etwa Rechnung zu tragen, ist man bestrebt, die im Kraftwerksbau gesammelten Erkenntnisse bezüglich Dampfturbinenanlagen auf Schiffshauptantriebsanlagen zu übertragen.

Bei derartigen Kraftwerken ist man bekanntlich auf eine sogenannte Zwischenüberhitzung übergegangen, die eine erhebliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades ergibt. Eine solche Kraftanlage zeitigt insbesondere dann einen optimalen Wirkungsgrad, wenn die Dampfturbinenanlage in drei Teilturbinen - nämlich eine Hochdruck-, eine Mitteldruck- und schließlich eine Niederdruckturbine - aufgeteilt wird. Die Leistung jener drei Teilturbinen verteilt sich etwa so, daß die Hochdruck- und die Mitteldruckturbine je 30 % und die Niederdruckturbine ca. 40 % aufbringen.

Diese an sich bekannte Anordnung auf eine Schiffshauptantriebsanlage zu übertragen ist indessen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, weil insbesondere die eingangs genannten, unverzichtbaren Untersetzungsgetriebe sich als ungeeignet erwiesen haben, da sie keine drei Leistungseingänge, nämlich

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je einen für die Hochdruck-, die Mittcldruck- und Niederdruckturbine aufweisen.

Hier setzt nun die Neuerung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, die im wesentlichen vom Kraftwerkbau her bekannte Dampfturbinenanlage so herzurichten, daß sie als Schiffshauptantriebsanlage verwendbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das zweistufige Untersetzungsgetriebe zumindest drei Leistungseingänge aufweist.

Diese nach der Neuerung geschaffene Antriebsanlage zeitigt beachtliche Vorteile, wie es an späterer Stelle noch näher erläutert wird. Was die angestrebte optimale Leistungsverteilung auf die Räder des Untersetzungsgetriebes anbelangt, ist nach einem weiteren Merkmal der Neuerung vorgesehen, daß die von einer Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbine herrührenden Leistungseingänge aus der ersten Stufe zugehörige Ritzel bestehen, die mit jeweils zwei Verzweigungsräder kämmen, denen mit einem Großrad kraftschlüssig in Verbindung stehende, über Wellen angetriebene Ritzel der zweiten Stufe zugeordnet sind.

Die Anordnung der Getrieberäder oder dergleichen ist im übrigen so getroffen, daß die drei Leistungseingänge bzw. Ritzel der ersten Stufe auf einer gedachten ümfangsebene des Großrades radial anstellbar sind. -

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Die Neuerung ist in einem AusHihrungsbeispiel auf der Zeichnung schematisch dargestellt, lis /eioen ■

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht das Untersetzungsgetriebe,

Fig. 2 eine Seitenansicht und

3 eine Draufsicht auf die Antriebsanlage.

In Fig. 1 sind die von der Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbine kommenden drei Leistungseingänge, nämlich Ritzel 1, 2 und 16 veranschaulicht. Diese Ritzel stellen mit den mit ihnen kämmenden Verzweigungsräder 3, 4, 10 und 11 die erste Stufe des nach der Neuerung vorgesehenen Untersetzungsgetriebes dar.

An den Verzweigungsrädern 3, 4, 10 und 11 sind über Wellen 7, 8, 14 und 15 koaxial je ein weiteres Ritzel 5, 6, 12 und 13 angeordnet, die mit einem Großrad 9 kämmen. Letzteres und die Ritzel 5, 6, 12 und 13 stellen die zweite Stufe des Getriebes dar. An dem Großrad 9 wird in bekannter Weise die nicht dargestellte Wellenleitung bzw. Propellerwelle angeflanscht.

In Fig. 2 und 3 ist dargestellt, wie die drei Toil turbinen gemeinsam mit dem Untersetzungsgetriebe 26 und einem Kondensator 24 die nach der Neuerung geschaffene Antriebsanlage bilden.

Danach ist die Ilochdruckturbine mit 21, die Mitteldruckturbine

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mit 22 und die Niedcrdruckturbine mit 23 bezeichnet. Alle §

Leistungseingänge der Turbinen 21,22,23 stehen - wie in Fig.1 ί

veranschaulicht - mit dem Untersetzungsgetriebe 26 in Verbindung. \

Nun zu der Wirkungsweise bzw. den Vorteilen, die sich durch | die nach der Neuerung geschaffenen Antriebsanlage ergeben. I

Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat man es in der f

I Hand, die Ritzel 5,6,12 und 13 der zweiten Stufe auf dem Umfang |

des Großrades 9 so weit nach oben zu verlagern, bis .die konzen- |

trisch zu den Ritzeln 12 und'13 der zweiten Stufe angeordneten Rä| der 10 und "11 der ersten Stufe in der Lage sind, mit dem dritten |

i für die Niederdruckturbine 23 bestimmten und entsprechend ber-ech- \

neten Ritzel 16 der ersten Stufe zu kämmen.

Auf diese Weise hat man gewissermaßen ein Getriebe der "lockedtrain" Bauart, aber nunmehr - der Neuerung entsprechend - mit
drei Leistungseingangen erhalten. Es sind alle Vorteile der bekannten "locked-train" Bauart gewährleistet, d.h. die Ritzel
1,2 und 16 der ersten Stufe von Hochdruck-, Mitteldruck- und
Niederdruckturbine haben zweifachen Zähneingritf, jedem Ritzel
der ersten Stufe sind zwqi Räder 3 und 10, 4 und 11 und 10 und
11 der ersten Stufe zugeordnet. Die Ritzel 1,2 und 16 werden
also nicht mehr auf Biegung, sondern bestenfalls auf Torsion
beansprucht. Die Räder 10 und 11 der ersten Stufe werden ebenfalls nicht höher beansprucht, als es beim bekannten "locked-

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train"-Getriebe der Fall ist, bzw. als die Räder 3 und 4 der ersten Stufe, weil der Eingriff des Ritzels 16 der Niederdruckturbine 23 etwa 180° versetzt gegenüber den Ritzeln 1 und 2 der Ilochdruckturbine 22 und der Mitteldruckturbine 21 vorgesehen ist, was eine zusätzliche stabilisierende Wirkung zur Folge hat.

Wenn man an das oben angeführte Beispiel der Lastaufteilung anknüpft, so übertragen die beiden zur ersten Stufe gehörenden Ritzel 1 und 2 je 30 % und das ebenfalls zur ersten Stufe gehörende Ritzel 16 etwa 40 % der Leistung. Es wird also über die Wellen 7 und 8 der beiden Verzweigungsräder 3 und 4 der ersten Stufe jeweils 15 % der Leistung zu den beiden Ritzeln 5 und 6 der zweiten Stufe geleitet, während über die Wellen und 15 etwa 15 % + 20 % = 35 % der Leistung zu den Ritzeln 12 und 13 der zweiten Stufe gebracht werden.

Bei näherer Betrachtung wird erkennbar, daß sich trotz der nach der Neuerung vorgesehenen drei Lasteingänge die Getriebeabmessungen sich aus Festigkeitsgründen gegenüber der bekannten "locked-train" Ausführung nicht ändern würden, sofern in beiden Fällen eine gleiche Gesamtleistung vorgesehen ist. Man hat also neben der Einsparung von zwei Rädern der ersten Stufe sowie zwei Ritzeln der zweiten Stufe und den beiden zugehörigen verbindenden Wellen einschließlich zweier elastischer Kupplungen, Torsionsstäbe oder dgl. und der Einsparung von 8 Traglagern, den gleichen Getriebewirkungsgrad, wie bei einem Ge-

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triebe gleicher Bauart mit nur zwei Lasteingängen. Aber auch das Getriebegehäuse wird in seiner konstruktiven Gestaltung durch den Wegfall von zwei örtlich genau festgelegten Bohrungen, den Tragstühlen für die entsprechenden Lager usw. nicht komplizierter als ein Getriebegehäuse mit zwei Lasteingängen.

Als weiterer bemerkenswerter Vorteil bleibt die beliebige Festlegung der Durchmesser der zur ersten Stufe gehörenden Ritzel 1,2 und 16, die nach den optimalen Drehzahlen der Teilturbinen auslegbar sind, so daß die Möglichkeit der Erreichung eines maximalen Gesamtwirkungsgrades der Anlage auch von dieser Seite verbürgt ist.

Hinzu kommt, daß ein solches geschildertes Getriebe mit drei Lasteingängen nicht nur den Gesamtwirkungsgrad der ganzen Anlage zu verbessern mag - näm Ich aufgrund der Reduzierung der Anzahl der Zahnräder, Wellen und Lager und zum anderen wegen der Möglichkeit der optimalen Auslegung der Teilturbinen sondern es ergeben sich darüber hinaus noch weitere Vorteile. Bekanntlich stellt die Baulänge der Gesamtanlage mit Rücksicht auf die Laderaumkapazität eines Frachtschiffes einen nicht zu unterschätzenden Faktor dar. Mit einem "locked-train"-Getriebe mit drei Lasteingängen entsprechend der Neuerung und einer Gesamtanordnung, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wird eine extrem kurze und relativ wenig raumbeanspruchende Antriebsanlage mit kompakter Bauweise geschaffen.

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Bei einem unterhalb der Turbinen liegenden Kondensator 24

- wie es gemäß Fig. 2 nunmehr nach der Neuerung möjiLich ist kann man den Kondensator 24 selbst als Fundament für die drei kurzen Turbinen 21,22,23 benutzen, oder aber den Kondensator

- falls erforderlich - mit einem gesonderten Fundament überbrücken. Es besteht die Möglichkeit, die drei Achsmitten, d.h. die Ritzel 1,2 und 16 der drei Teilturbinen 21,22,23 nahezu auf einer Höhe anzuordnen, was die Überwachung während des Betriebes und die Montagearbeiten bei Revisionen erheblich erleichtert. Bei Havarien ist die Abschaltbarkeit einzelner Tailturbinen ohne Schwierigkeiten möglich. Die ganze Anlage baut kurz, und stellt ein komplettes Ganzes dar, so daß sie auch verdoppelt - also bei einem Zweischraubenschiff noch gut in einem verhältnismäßig schmalen Hinterschiff nebeneinander unterzubringen ist. Sie erlaubt einen maximal erzielbaren Wirkungsgrad. Das Gesamtgewicht einer solchen vorgeschlagenen Anlage ist geringer als dasjenige bei gleicher Leistung aber anderem Aufbau und anderer Getriebekonstruktion.

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Claims (3)

1. Hamburg, 2. September 1976

   Schutzansprüche

   ,< Antriebsanlage für insbesondere Schiffe, bestehend aus einem mit einem Untersetzungsgetriebe versehenen Antriebsaggregat, z.B. einer Dampfturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Untersetzungsgetriebe zumindest drei Leistungseingänge (1,2,16) aufweist.
2. 2. Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbine (21,22,23) herrührenden Leistungseingänge aus der ersten Stufe zugehörige Ri zel (1,2,16) bestehen, die mit jeweils zwei Verzweigungsräder (3,4,10,11) kämmen, denen mit einem Großrad (9) kraftschlüssig in Verbindung stehende, über Wellen (7,8,14,15) angetriebene Ritzel (5,6,12,13) der zweiten Stufe zugeordnet sind.
3. 3. Antriebsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Leistungseingänge bzw. Ritzel (1,2,16) der ersten Stufe auf einer gedachten Umfangsebene des Großrades (9) radial anstellbar sind.

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