DE870509C - Kraftanlage fuer Schiffe, bestehend aus einer Normallast- und einer Spitzenlastanlage - Google Patents

Kraftanlage fuer Schiffe, bestehend aus einer Normallast- und einer Spitzenlastanlage

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DE870509C
DE870509C DEA2070D DEA0002070D DE870509C DE 870509 C DE870509 C DE 870509C DE A2070 D DEA2070 D DE A2070D DE A0002070 D DEA0002070 D DE A0002070D DE 870509 C DE870509 C DE 870509C
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DE
Germany
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power plant
turbines
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ships
turbine
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DEA2070D
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English (en)
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Johan Erik Johansson
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Goetaverken AB
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Goetaverken AB
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/06Free-piston combustion gas generators per se
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/16Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven relating to gas turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00Adaptations of plants for special use
    • F01K15/02Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
    • F01K15/04Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives the vehicles being waterborne vessels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Kraftanlage für Schiffe, bestehend aus einer Normallast- und einer Spitzenlastanlage Bei Schiffen, die mit stark schwankender Belastung und besonders mit hoben Geschwindigkeiten fahren, wie dies z. B. bei Kriegsschiffen vorkommt, sind Kraftanlagen mit sehr großen Maschinenleistungen erforderlich. Da die maximale Maschinenleistung hei solchen Schiffen sehr selten ausgenutzt wird, muß zwecks Erzielung eines größtmöglichen Aktionsradius der für eine verhältnismäßig geringe Leistung ausgeführte Teil der Kraftanlage, der zum Dauerbetrieb .des Schiffes bei normaler Geschwindigkeit ausgenützt wird, mit größtmöglicher Brennstoffwirtschaftlichkeit ausgeführt werden.
  • Kraftanlagen dieser Art bestanden bisher aus einer Kombination von Dampfturbinen und Dieselmotoren, wobei die zwei Seitenschrauben mit je einer Dampfturbine gekuppelt waren und die für den Dauerbetrieb des Schiffes bei normaler Fahrt bestimmte mittlere Schraube mit einer Dieselmotorenanlage gekuppelt war. Die letztgenannteAnlage bestand aus schnell laufenden Dieselmotoren, die mit den Schraubenwellen für gewöhnlich mittels hydraulischer Kupplungen und Zahnräder gekuppelt waren. Solche Maschinenanlagen werden jedoch ziemlich kompliziert, denn einerseits muß die mittlere Schraube mit einstellbaren Schraubenflügeln ausgeführt sein, damit die Dieselmotoren ],ei höchster Geschwindigkeit ausgenutzt werden können, und andererseits müssen die Seitenschrauben so angeordnet sein; daß sie .bei normaler Geschwindigkeit des Schiffes mit elektrischen Motoren in Gang gehalten werden können, um auf diese Weise den Verlust herabzumindern, den sonst eine stillstehende Schraube durch ihre bremsende Wirkung auf die Geschwindigkeit des Schiffes zur Folge haben würde. Trotz dieser umfassenden Vorkehrungen konnte jedoch eine voll h@friedigende Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauches nicht erreicht werden.
  • Bei Anwendung der Erfindung erreicht man außer einer wesentlichen Verbesserung der erwähnten Brennstoffwirtschaftlichkeit eine im Vergleich zu früher bekannten Kraftanlagen für Schiffe einfachere Ausführung sowie eine bedeutende Gewichtsersparnis. Die Erfindung besteht .darin, daß die Normallastanlage aus Turbinen besteht, die von einem Gemisch aus den Abgasen von Kolbenbrennkraftmaschinen und von dieser erzeugter Preßluft angetrieben werden, während die Spitzenlastanlage durch Dampf- oder Verbrennungsturbinen gebildet wird, und daß beide Anlagen unmittelbar auf die Schraube arbeiten.
  • Dadurch, daß die Normallasta:nlage in Form von Verbrennungsmotoren ausgeführt wird, deren Leistung zur Herstellung von Druckgas bzw. Druckluft dient, und dadurch"daß diese Leistung in einer Turbine (durch Ausdehnung,-des erzeugten Druckmittels ausgenutzt wird, ferner dadurch, daß das von der Spitzenias:tanlage erzeugte Druckmittel einer weiteren Turbine zugeführt wird, wobei diese beiden Turbinen unmittelbar oder mittelbar an eine Schraubenwelle gekuppelt sind, wird die Verwendung einer besonderen Schraube zum Antrieb des Schiffes bei normaler Geschwindigkeit überflüssig gemacht, und es wird ermöglicht, daß die erstgenannte Turbine an dieselbe Schraubenwelle gekuppelt wird wie die eine oder die mehreren bei Geschwindigkeitserhöhung ausgenutzten Turbinen. Diese Vorrichtung kann ohne nennenswerten Leistungsverlust bei sehr schwankenden Drehzahlen verwendet werden, soweit nur die Normallas:tturbinennäch dem Reaktionsprinzip ausgeführt und mit Schaufeln mit abgerundeten Einlaufkanten versehen werden und bei Dauerbetrieb -des Schiffes bei normaler Geschwindigkeit die Läufer der dabei nicht in Tätigkeit tretenden Turbinen so angeordnet sind; daß sie im Vakuum 'mitlaufen: Bei Verwendung der neuen Kraftanlage wird es auch ermöglicht, daß bei Geschwindigkeiten unter der normalen Geschwindigkeit die Leistung von den Verbrennungsmotoren auf die Turbine unter Beibehaltung guter Brennstoffwirtschaftlichkeit übergeführt werden kann, wenn der Druck des verwendeten Druckmittels gesenkt wird. In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen .der Erfindung beispielsweise veranschaulicht. In sowohl Fig. i als auch Fig. 2 wird eine Ausführungsform im horizontalen Schnitt durch einen Teil "eines Schiffes gezeigt, jeweils bestehend aus zwei Kraftanlagen, die ,je für sich eine Schif'sschraule antreiben. Fig.3 zeigt einen ähnlichen Schnitt durch ein anderes Schiff mit einer dritten Ausführungsform einer .erfindungsgemäßen Kraftanlage zum Antrieb einer einzigen, zentral im Schiff angebrachten Schraube.
  • In Fig. i bezeichnet i einen vierzylindrigen Verbrennungsmotor, dessen Leistung vorzugsweise ganz zum Antrieb .eines mit .diesem verbundenen Kompressors 2 ausgenutzt wird, wobei die darin erzeugte Druckluft durch eine Leitung 3 den vier Zylindern zugeführt wird; um zusammen mit den in diesen sich--unvollständig ausdehnenden-Abgasen -ein Druckgas zu bilden, das durch eine Leitung 4. einer Turbine 5 zugeführt wird, durch deren Ablauf .6 das ungefähr bis auf Atmosphärendruck ausgedehnt.-Gas abgeleitet wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird dieser Turbine vorzugswe: -2 Druckgas von mehreren; untereinander gleichartig ausgeführten Druckgaserzeugern durch eine für sämtliche Druckgaserzeuger gemeinsame Leitung 4 zugeführt. Bei der in Fig. i links dargestellten Maschine ist die Turbine 5 mit einem Ritzel 7 v,--rsehen, das in ein auf einer drehbar gelagerten Welle ä befestigtes Zahnrad g eingreift, wobei dies Welle mittels eines an ihr befestigten Ritzels ro mit der Schraubenwelle i i unter Vermittlung eines an ihr befestigten Zahnrades 12 in Verbindung steht. Auf diese Weise wird also die Verbindung der Turbine 5 mit der Schraubenwelle i i durch eine doppelte Zahnradübersetzung gebildet. Bei Dauerbetrieb des Schiffes mit maximaler Geschwindigkeit wird außer der obengenannten, bei normaler Geschwindigkeit verwendeten Maschine,eine besondern Dampfanlage ausgenutzt, welche aus zwei Turbinen besteht; und zwar einer Hochdruckturbine 14 und einer an deren Ablauf mittels einer Rohrleitung 1 5 angeschlossenen Niederdruckturbine 16. Von Dampfkesseln 17 erzeu.gter:Dampf wird durch eine Leitung 13 der Hochdruckturbine 14. zugeführt, und der in den Turbinen sich ausdehnende Dampf wird .durch den Ablauf i(g der Niederdruckturbine 16 einem an diese letztere angeschlossenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Kondensator zugeführt. Der Läufer der Hochdruckturbine 1q. ist hierbei an der Welle 8 befestigt und derjenige der Ni@ederdruckturtbine 16 an einer besonderen Welle 2o, welch letztere durch ein an ihr befestigtes Ritzel 2i in das an der Schraubenwelle i i befestigte Zahnrad 12 eingreift und dadurch mit der Schraubenwelle i i verbunden ist.
  • Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist, was die Anordnung der Dampfturbinen 14., 1,6 betrifft, in allen Teilen übereinstimmend mit der in Fig. i gezeigten. Dagegen sind die vermittels der Rohrleitung q: an die Druckgäserzeuger 1, 2 angeschlossenen Gasturbinen 5 unter Vermittlung einer Kupplung 13 od. dgl. mit der über Ritzel io und Zahnrad 12 mit der zugehörigen Schraubenwelle i i s t; iindi - verbundenen Welle 8 verbunden. Die Verbindung zwischen der betrettenden Gasturbine und der Schraubenwelle weicht also von der in Fig. i "zeigten dadurch ab, daß sie in diesem Fall aus einer einfachen Übersetzung besteht.
  • Da beim Betrieb des Schiffes mit normaler Geschwindigk#eit die Dampfzufuhr zu den Turbinen 14, 16 unterbrochen wird, ist die Anordnung bei beiden Ausführungsformen derart, daß der im Kondensator herrschende niedrige Druck vermittels einer hierfür bestimmten Pumpvorrichtung aufrechterhalten wird, was somit zur Folge hat, daß die mit der Schraubenwelle ständig zusammengekuppelten Läufer der Dampfturbinen in einem stark verdünnten Medium mitlaufen. Die Leerlaufverluste der Dampfturbinen 14, 16 werden dadurch sehr gering, und der Kraftverbrauch für den Antrieb der Kondensatorluftpumpe ist außerdem ganz geringfügig. Es ist beispielsweise berechnet, daß bei normalem Betrieb der Brennstoffverbrauch nur ungefähr 195 g/-PSe beträgt. Verglichen mit einem Schift, das ausschließlich mit Dampfmaschinen betrieben wird, bedeutet dies, daß bei normaler Geschwindigkeit des Schiffes nur ungefi;"hr die Hälfte der für eine solche Dampfmaschine erforderlichen Brennstoffmenge verbraucht wird. Der durch die Erfindung erzielte Vorteil, nämlich d@aß der <iktionsradius bei einem Schiff der in Frage stellenden Art bei normaler Geschwindigkeit ungefähr bis auf das Doppelte erweitert werden kann, dürfte ohne weiteres offenbar sein. Als ein weiterer Vorteil kann erwähnt werden, daß das Gesamtgewicht der Maschine für normale Geschwindigkeit gering ist; man hat sie in einem Fall zu nur 12 kg /PSe berechnet und in einem anderen Fall zu 15,5 kg/PSe. Die Gasturbinen 5 sollen für Vorwärts- und Rückwärtslauf ausgeführt sein, und es ist hierbei vorteilhaft, ihre Manövrierungsvorrichtungen mit denjenigen der Dampfturbinen 14, 16 so zu kombinieren, daß beim Vorwärts- bzw. beim Rückwärtsbetrieb immer die Gasturbinen zuerst und danach die Dampfturbinen angelassen werden.
  • Bei der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform ist die zum Antrieb des Schiffes mit normaler Geschwindigkeit vorgesehene Maschine im wesentlichen übereinstimmend mit den vorher beschriebenen, und zwar dadurch, daß das von den beiden dreizylindrigen Verbrennungsmotoren i und das von den von diesen Verbrennungsmotoren angetriebenen Kompressoren erzeugte Druckgas durch eine für beide Motoren gemeinsame Leitung .4 zum Einlaß der Gasturbine 5 geleitet wird, um nach Ausdehnung in der Turbine bis auf ungefähr Atmosphärendruck durch deren Ablauf 6 zu entweichen. In diesem Fall wird die Leistung der Turbine 5 mittels einer einfachen Übersetzung auf die Schraubenwelle i i übergeführt, indem das Ritzel 22 in das an der Schraubenwelle befestigte Zahnrad 12 eingreift. Dagegen ist die zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Schiffes dienende Maschine von den vorigen insofern abweichend, als die beiden dafür vorgesehenen Turbinen 23 durch ein Ritzel 24 mit dem Zahnrad i2 und dadurch mit der Schraubenwelle i i verbunden sind und durch Druckgas angetrieben werden, das durch eine Rohrleitung 25 der betreffenden Turbine zugeleitet wird, um nach Ausdehnung in dieser durch den Ablauf 26 abgeleitet zu werden. Das Druckgas in der Rohrleitung 25 ist von gleicher Beschaffenheit wie das der Turbine 5 zugeführte und besteht also aus einer Mischung von Verbrennungsgasen mit Luft unter Überdruck. Es liegt jedoch für die in Fig. 3 gezeigte Anlage noch insofern eine Abweichung vor, als komprimierte Luft von einem durch eine besondere Kraftquelle 27 angetriebenen Turbokompressor durch Rohrleitungen 29 einer an die Rohrleitung 25 angeschlossenen Kammer 30 zugeführt wird, in welcher die Verbrennung von durch eine Rohrleitung 31 zugeführtem Brennstoff stattfindet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind zwei solche Erzeuger vorgesehen, die je aus zwei Verbrennungskammern und einem Kompressor bestehen und an je eine Rohrleitung 25 angeschlossen sind, welche Leitungen vorzugsweise in kommunizierender Verbindung miteinander stehen.
  • Die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Kraftanlagen sind nur als Beispiel zu betrachten und können hinsichtlich ihrer Einzelheiten auf vielerlei Art im Rahmen des Patentschutzes abgeändert werden.
  • Die Erfindung ist also unabhängig davon, ob die Gasturbine 5 durch ein Druckgas angetrieben wird, das außerhalb des Verbrennungsmotors durch Mischung von Luft mit Verbrennungsgasen oder einfach durch von einem oder mehreren durch Verbrennungsmotoren angetriebenen Kompressoren erhaltener Druckluft gebildet wird. Was die Anordnung der Turbinen betrifft, können mehrere gegebenenfalls für sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsfahrt eingerichtete Gasturbinen an ein und dieselbe Schraubenwelle gekuppelt werden; ferner können sowohl die Dampfturbinen 14 und 16 als auch die Gasturbinen 23 verdoppelt oder durch eine einzige oder durch mehr als zwei gegebenenfalls sowohl für Vorwärts- als auch Rückwärtsfahrt eingerichtete Turbinen ersetzt werden. Die Spitzenlastanlage wird zweckmäßig als eine Höchstleistungsanlage ausgeführt, wobei der größte Wert auf große Leistung und geringes Gewicht gelegt wird, während der Wirkungsgrad eine etwas weniger hervortretende Rolle spielt. Die durch die Verbrennungsmotoren angetriebenen Kompressoren können Kolbenkompressoren oder auch umlaufende Kompressoren sein.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kraftanlage für Schiffe, bestehend aus einer Normallast- und einer Spitzenlastanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Normallastanlage aus Turbinen (5) besteht, die von einem Gemisch aus den Abgasen von Kolbenb.rennkraftmaschinen (i) und von diesen erzeugter Druckluft angetrieben werden, während die Spitzenlastanlage durch Dampf- (i4, @i6) oder Verbrennüngstürbimen (ä3) gebildet wird; und daß beide Anlagen unmittelbar auf die Schraube arbeiten.
  2. 2. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, däß die Spitzeübelastungsanlage aus einer Dampfanlage besteht.
  3. 3. Kraftanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet; daß ü.e Spitzenbel.astungsanlage aus einer Verbrenrnungaturbinenkraftanlage besteht. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr: 211 363, 274 318, 310 330, 312,328; schweizerische Patentschrift Nr. 170 291; französische Patentschrift Nr. 392 376.
DEA2070D 1940-03-30 1941-02-25 Kraftanlage fuer Schiffe, bestehend aus einer Normallast- und einer Spitzenlastanlage Expired DE870509C (de)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE312328C (de) *
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DE211363C (de) *
FR392376A (fr) * 1907-07-26 1908-11-25 Fried Krupp Germaniawerft Ag Commande des hélices marines pour bateaux sous-marins
CH170291A (de) * 1933-07-01 1934-06-30 Sulzer Ag Maschinenanlage für Schiffe mit Niederdruck- und Hochdruckdampferzeuger.

Patent Citations (6)

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