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Verfahren zum Anlassen von Schiffsgasturbinenanlagen und Anlage zur
Ausführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum-Anlassen
von Schiftsgasturbinenanlagen,welche mindestens eine Turbine zum Antrieb der Verdichter
und mindestens eine Turbine zum Antrieb des Propellers aufweisen, und ferner auf
eine Gasturbinenanlage zur Ausführung dieses Verfahrens. Das Verfahren nach der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß während des Anlassens die Leistung der
Nutzleistungsturbine mindestens zum größeren Teil zum Antrieb mindestens eines der
Verdichter verwendet wird.
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Bei Steigerung der Verdichterdrehzahl nach dem Anlassen kann die Leistung
der Verdichterturbine erhöht und die zum Antrieb des Verdichters verwendete Leistung
der Nutzleistungsturbine vermindert werden. Bei einer Gasturbinenanlage zur Ausführung
des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, mittels welcher die Leistungsabgabe
der N utzleistungsturbine an den Schiffspropeller vermindert bzw. unterbrochen werden
kann. Es kann z. B. eine ein- und ausschaltbare Kupplung zwischen Nutzleistungsturbine
und Propeller vorgesehen sein. Zwischen der Nutzleistungsturbine und der Verdichterturbine
kann ein Getriebe mit veränderbarem Drehzahlverhältnis eingesetzt sein. Zweckmäßig
ist in der Treibgaszufuhrleitung zur Nutzleistungsturbine ein Absperrorgan angebracht
und gleichzeitig auch eine Umgehungsleitung mit absperrbarem Ventil angeordnet.
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Eine Gasturbinenanlage zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung
ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Das vom Verdichter
i verdichtete Arbeitsmittel gelangt in den Wärmeaustauscher 2, in welchem es durch
Abwärme der Anlage vorgewärmt wird. In der Austrittsleitung des Wärmeaustauschers
an der Stelle 2o wird der Arbeitsmittelstrom aufgeteilt, ein Teil gelangt in den
Erhitzer 3 und wird bei der Ümströmüng der Wärmeaustauschrohre auf die höchste Betriebstemperatur
gebracht.
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Das verdichtete und erhitzte Arbeitsmittel gelangt in die Turbine
4, wird dort entspannt und strömt dann in den die Wärmeaustauschrohre des Wärmeaustauschers
2 umgebenden Raum, in dem es einen Teil seiner Restwärme an das aus dem Verdichter
i kommende Arbeitsmittel abgibt. Ein weiterer Teil der Restwärme wird im Kühler
5 an ein Kühlmittel abgeführt, worauf das Arbeitsmittel wieder dem Niederdruckverdichter
i zuströmt und von neuem den Kreislauf beginnt.
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Ein zweiter Teil des an der Stelle 2o aufgeteilten Arbeitsmittelstroms
wird dem Kreislauf entnommen und als Verbrennungsluft dem Brenner des Gaserhitzers
3 zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen durch die Wärmeaustauschrohre und gelangen
dann in die Turbine io, aus -der sie nach Entspannung an weitere nicht gezeichnete
Verbrauchsstellen, z. B. in den Wärmeaustauscher, oder aber ins Freie abgeführt
werden können.
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Dem sich in der Anlage abspielenden offenen Kreislauf wird durch den
Verdichter 6 als Ersatz für die entnommene Teilmenge ständig Luft aus der Atmosphäre
zugeführt. Diese Ersatzmenge wird in den Wärmeaustauscher-2 an einer Stelle eingeführt,
an der das aus der Turbine 4 zurückströmende Arbeitsmittel ungefähr die gleiche
Temperatur wie die Ersatzmenge aufweist.
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Die vom Arbeitsmittelstrom des Kreislaufs beaufschlagte Turbine 4
treibt die Verdichter i und 6, während die durch die entnommene Teilmenge beaufschlagte
Turbine io die nach außen abgegebene Nutzleistung erzeugt. Diese Nutzleistungsturbine
io treibt über ein Getriebe i i den Schiffspropeller 13- Mit dem Getriebe ii kann
die gemeinsame Welle der Turbine 4 und der Verdichter i und 6, an welche außerdem
noch ein Anlaßmotor 9 angekuppelt ist, über eine hydraulische Kupplung 14 verbunden
werden. Eine weitere hydraulische Kupplung 12 ist. zwischen das Getriebe ir-und
den Propeller 13 eingeschaltet.
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Zum Anlassen der Anlage wird die hydraulische Kupplung -12, welche
bei Normalbetrieb die Leistung auf den Propeller 13 überträgt, entleert und die
Kupplung 14, welche von der Nutzleistungsturbine Leistung auf die Verdichterwelle
zu übertragen gestattet, gefüllt. Alle Turbomaschinen (i, 4, 6, io) werden nun durch
den Anlaßmotor mit einer gegenüber dem Normalbetrieb verminderten Drehzahl angetrieben.
Die Verdichter 6 und i beginnen Arbeitsmittel zu fördern. -Um die Leistungsaufnahme
des Verdichters 6 zu vermindern, können die Abblaseveritile 7 und 8 in den Umgehungsleitungen
vorerst noch geöffnet sein, so daß das Arbeitsmittel nur unter Atmosphärendruck
in den Kreislauf eingeführt wird. Die Turbine 4 läuft zunächst noch leer mit. faber
die hydraulische Kupplung 14 wird ferner auch die Nutzleistungsturbine io mitgezogen.
Die Luft im Kreislauf wird durch den Verdichter i in Umlauf versetzt. Gleichzeitig
wird dem Brenner des- Gaserhitzers 3 Luft zugeführt, so daß Brennstoff zugeführt
und gezündet werden kann. Nach Inbetriebsetzen des Brenners wird die im Kreislauf
verdichtete Luft mit erhöhter Temperatur der Turbine 4 zugeführt.
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Gleichzeitig erhält die Nutzleistungsturbine io Abgase aus dem Gaserhitzer
3. Die hierbei durch die Turbinen 4 und io erzeugte Leistung ermöglicht, die Drehzahl
der Verdichter i und 6 zu beschleunigen. Die Ventile 7 und 8 in der Umgehungsleitung
können alsdann entsprechend der Leistungssteigerung durch die Turbinen 4 und ie
allmählich geschlossen werden. Die Beschleunigung der Verdichter gestattet, den
Druckverlauf im Kreislauf zu erhöhen, und zwar so lange, bis der normale Leerlaufbetriebszustand
erreicht ist. Der Anlaßmotor.9 kann schon während der Beschleunigung der Turbinen
ausgeschaltet werden.
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Bei Erhöhung der Leistung der Verdichterturbine 4 während des Anlassens
wird die Leistung der Nutzleistungsturbine io vermindert. Zu diesem Zweck ist in
der Gaszuführungsleitung der Nutzleistungsturbine io ein Ventil 15 und in einer
Umgehungsleitung ein - Ventil 16 eingeschaltet. Durch allmähliches Schließen des
Ventils 15 und entsprechendes Öffnen des Ventils 16 wird die Leistungsabgabe der
Nutzleistungsturbine io vermindert.
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Bei Eintritt des normalen Leerlaufbetriebszustandes wird die hydraulische
Kupplung 14 entleert, dafür aber die Kupplung 12, gefüllt. Sobald durch Umschalten
der Ventile 15 und 16 der Turbine io wieder Treibgas zugeführt wird, wird über das
Getriebe ii und die Kupplung 12 der Propeller 13 angetrieben.
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Als Vorrichtung zur Verminderung bzw. Unterbrechung der Abgabe der
Leistung der Nutzleistungsturbine io an den Schiffspropeller kann anstatt einer
Flüssigkeitskupplung auch irgendeine andere Kupplung, z. B. eine mechanische, eine
elektrische oder eine magnetische Kupplung, verwendet werden. Es ist aber uch möglich,
an Stelle eines Propellers mit starren« Schaufeln einen Propeller mit beweglichen
Schaufeln anzuordnen, der während des Anlaßvorganges so eingestellt wird, daß die
Schaufeln, ohne eine Antriebswirkung zu erzeugen, das Wasser in Fahnenstellung durchschneiden.
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An Stelle eines Schraubenpropellers können auch andere Propeller,
z. B. vollständig - oder teilweise eingetauchteSchaufelräder, verwendet werden,
deren Schaufeln während jeder Umdrehung entsprechend der gewünschten Strömung verstellt
werden.
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Die Leistung der Nutzleistungsturbine kann während .des Anlassens
anstatt auf alle Verdichter nur auf einen oder einen Teil der Verdichter abgeführt
werden. An'iStelle einer Gasturbinenanlage, aus deren Kreislauf ständig eine Teilmenge
entnommen
wird, kann auch eine solche verwendet werden, deren Kreislauf
vollständig geschlossen ist oder deren Arbeitsmittel umgekehrt in einmaligem Strom
durch die Anlage geführt und nicht wieder verwendet wird.
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Die Nutzleistungsturbine könnte ebenso im Kreislauf angeordnet sein,
während die Verdichterturbine bzw. ein Teil derselben von Abgasen der Anlage angetrieben
werden. Es könnten auch mehrere Nutzleistungsturbinen vorhanden sein. An Stelle
eines Propellers könnten auch mehrere Verwendung finden. Bei Anwendung mehrerer
Nutzleistungsturbinen kann zum Anlassen unter Umständen nur ein Teil der Turbinen
zum Antrieb von Verdichtern herangezogen werden, während der andere Teil der Nutzleistungsturbinen
stillsteht oder gegebenenfalls schon Nutzleistung abgibt. Selbst bei Anwendung nur
einer Nutzleistungsturbine könnte M=ährend des Anlassens ein geringer Teil ihrer
Leistung schon als Nutzleistung abgeführt werden.