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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.