DK159613B - Skibsdieselmotoranlaeg - Google Patents

Description

1 DK 159613 B

Opfindelsen angår et skibsdieselmotoranlæg omfattende en hoveddieselmotor med mindst én udstødsgasturbolader og en separat parallelt med ladeturbinen koblet effektafgivende nytteturbine samt med mindst én af en yderligere udstødsgasturbolader trykladet 5 hjælpedieselmotor, som driver en synkronmotor, der leverer elektrisk energi til skibets elektriske system, og hvor nytteturbinen er koblet med en fri akselende af hjælpedieselmotor/generatorenheden.

En trykladet skibsdieselmotor af den indledningsvis nævnte art, d.v.s. ved hvilken nytteturbinen er koblet til en fri akselende af 10 hjælpedi eselmotor/generatorenheden, er beskrevet i tidsskriftet "HANSA-Schiffahrt-Schiffbau-Hafen", 122, årgang 1985, nr. 22, side 2304 - 2310. Denne løsning har den fordel, at strømbehovet kan dækkes på enkel, billig og sikker måde.

Dog ved lav last af en turboladet dieselmotor er trykdiffe-15 rensen over motoren, d.v.s. forskellen mellem trykket- i udstødsmanifoldet og i luftbeholderen, meget lille. Den kan endog blive delvis negativ. Da stempelmotorer imidlertid har en vis ventilstillingsoverlapning, d.v.s. faser, i hvilke indsugningsventiler og udstødsventiler er åbne samtidigt, kan der ved en negativ trykdif-20 ferens over motoren forekomme tilbagestrømning af forbrændingsgasser til indløbskanalerne. Dette medfører især ved drift med tung olie, hvor forbrændingsgasserne indeholder mange smudspartikler, at indløbskanalerne tilsnavses stærkt.

Formålet med opfindelsen er derfor ved et skibsanlæg af den 25 indledningsvis nævnte art at sørge for, at trykdifferensen over hjælpemotoren konstant er positiv selv ved laveste last.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at en lille del af skibsdieselmotorens udstødsgasser, set i strømningsretningen, indføres i hjælpemotorens udstødsgassystem foran hjælpedieselmoto-30 rens ladeturbine.

På tegningen er et udførelseseksempel for opfindelsen anskuel iggjort skematisk. Arbejdsmediernes strømningsretning er vist med pile.

Det stærkt forenklet viste skibsanlæg, ved hvilket elemen-35 ter, såsom skroget, der er uvæsentlige for opfindelsen, er udeladt, viser en flercylindret skibsdieselmotor, der i det følgende betegnes som hoveddieselmotor 2. Fastpropelleren 4 drives direkte over en aksel 3. Den trykladede motor får tilført trykluft fra en luftbeholder 5, der fødes med trykluft ved hjælp af en 2

DK 159613 B

udstødsgasturboladers kompressor 6. Turboladerturbinen 7, der bestryges med udstødsgasserne fra hoveddieselmotoren 2's udstødsgasledning 8, driver turboladerkompressoren. Efter afspænding føres udstødsgasserne over en udstødsgasledning 9 og en skorsten ud i 5 atmosfæren.

Til tilvejebringelse af elektrisk energi til skibets elektriske system anvendes en flercylindret hjælpedieselmotor 10, der driver en synkrongenerator 11. Hertil er hjælpedieselmotoren omløbstalreguleret f.eks. til 1200 omdrejninger per minut. Også denne 10 hjælpedieselmotor er trykladet ved hjælp af en udstødsgasturbolader. Hjælpedieselmotoren modtager trykluft fra en luftbeholder 18, der af turboladerens kompressor 20 fødes med trykluft. Kompressoren 20 er koblet med en turboladerturbine 19, der drives af udstødsgasserne fra en udstødsgasbeholder 17. Udstødsgasserne føres bort efter at 15 have afgivet deres energi.

Den overskydende udstødsgasenergi fra hoveddieselmotoren 2 føres til en nytteturbine 12. Strømningsmæssigt er denne nytteturbine koblet parallelt med turboladerturbinen 7, d.v.s. at den ligeledes bestryges med varme udstødsgasser fra udstødsgasledningen 20 8.

Denne nytteturbine 12 anvendes nu på samme måde som hjælpedieselmotoren 10 til produktion af elektrisk energi. Hertil kobles den til en fri akselende af funktionsenheden hjælpedieselmotor/ synkrongenerator. I det foreliggende eksempel sker dette over en 25 friløbskobling 13 ved generatorsiden. Det vil forstås, at koblingen lige så godt kunne foretages på motorsiden.

Nytteturbinen kan frakobles ved hjælp af et udstødsgasspjæld 14. Denne mulighed for at sætte nytteturbinen ud af drift er af særlig betydning ved udstødsgasturboladere med en ladeturbine 7 for 30 del!ast. Ved dellast er trykket i udstødsgasmanifoldet 8 forøget.

Ved totaktmotorer og skyllede firtaktmotorer kan trykket forøges til en værdi, ved hvilken der endnu er sikret en tilstrækkelig skylning, d.v.s. næsten til samme værdi som ladetrykket. Et forøget tryk i udstødsgasmani foldet 8 opnås ved, at det turbinetværsni't,' der 35 bestryges af udstødsgasserne, reduceres fra 100% (ved fuldlastdi-mensionering) til 80%. Dette forøgede tryk medfører, at en større del af den potentielle udstødsgasenergi kan udnyttes, idet også drøvletabene fra cylinderen til samlebeholderen reduceres. Til opnåelse af det nævnte ladetryk, d.v.s. til opnåelse af den 3

DK 159613 B

nødvendige kompressorydelse, kræver ladeturbinen 7 ikke længere al den energi, der står til rådighed. Den overskydende del forarbejdes i nytteturbinen 12.

I et sådant tilfælde kan ved den viste parallelkobling af 5 nytteturbinen hele den turbineflade, der skal bestryges, opdeles på følgende måde: 70% af fladen falder på turboladerturbinen 7, 10% af pladen falder på nytteturbinen 12.

Med denne foranstaltning kan der ved fuldlast af hoveddieselmotoren 2, trods uvæsentlig reduktion af ydelsestætheden, d.v.s.

10 det specifikke middeltryk med 1-2%, opnås en forbrugsforbedring, d.v.s. en brændstofbesparelse på ca. 3%. Samtidig bliver hverken de termiske eller de mekaniske belastninger af hoveddieselmotoren ugunstigere end ved fuldiastdimensionering (100% turbineflade).

Den nævnte frakobling af nytteturbinen under dellast fører 15 nu i forhold til det sædvanlige 100% tilfælde til en formindskelse af turbinefladen med 30% og i forhold til en nytteturbine, der ikke kan frakobles, til en formindskelse af ca. 10%. Dette bevirker, at trykket påny stiger i udstødsgasmani foldet 8, og som følge heraf at ladetrykket i luftbeholderen 5 stiger betydeligt. Resultatet heraf 20 er, at det specifikke brændstofforbrug i dellastområdet forbedres yderligere.

I tilfælde af at nytteturbinen af anden årsag sættes ud af drift, d.v.s. at udstødsgasspjældet 14 lukkes, er der mellem nytteturbinens tilgangsledning og udstødsgasledningen 9 anbragt en 25 udblæsningsledning 15 med et nødspjæld 16. Denne snævreste tværsnit er dimensioneret efter nytteturbinen 12's turbineflade. Herved sikres, at turboladerturbinen 7 også under nøddrift skal forarbejde den gasmængde, til hvilken den er dimensioneret.

Nytteturbinen 12 er en forholdsvis lille hurtigtroterende 30 turbine. Dennes f.eks. 23000 omdrejninger pr. minut skal derfor over et gear reduceres til de nødvendige 1200 omdrejninger pr. minut svarende til 60 Hz. Til smøring af nytteturbinen 12 og gearet kan hjælpedieselmotoren 10's smørekredsløb anvendes.

Opfindelsen skal forklares ved hjælp af et realistisk 35 taleksempel. Det vil forstås, at der kun angives tilnærmelsesvise værdier, idet alt for talrige motorspecifikke og laderspecifikke parametre ville forsvage absolutte værdiers udsagnskraft.

Der tænkes her på et enmotorigt anlæg f et containerskib med direkte propellerdrev. Den anvendte. totaktdi esel motor har med 12 4

DK 159613 B

cylindre en drivydelse på ca. 35000 kW.

Et sådant skibs elektriske energibehov er gennemsnitligt 1200 kW. Hjælpeanlægget til fødning af skibets elektriske system består af tre hjælpedieselmotorer, der hver er koblet med en 1600 kW 5 generator. Af disse er en hjælpedieselmotor i arbejdsdrift til dækning af den øjeblikkelige nødvendige belastning, en anden hjælpedieselmotor løber i friløb, og den tredje hjælpedieselmotor holdes parat som reserve.

Til tilvejebringelse af ladeluften tjener tre udstødsgas-10 turboladere. Ved et tryk på ca. 3,2 bar i luftbeholderen er en i sotrop kompressorydelse på 8000 kW nødvendig. Ved en kompressorvirkningsgrad på 85% ligger ca. 9500 kW på de tre turboladeraksler.

Den ved de nuværende virkningsgrader opnåelige ydelse af udstødsgasserne er imidlertid ca. 10500 kW ved et tryk på 3,0 bar.

15 Det overskydende tilbud af udstødsgasenergi udnyttes i nyttetur binen, således at dennes aksel kan afgive ca. 1000 kW til funktionsenheden hjælpedi eselmotor/generator.

Af den til skibets elektriske system krævede energi på 1200 kW skal hjælpemotoren således kun producere 200 kW. Hjælpedieselmo-20 toren løber derfor hovedsageligt ved forholdsvis lav last. Derved opstår en forøget fare for tilsmudsning af dens indløbskanaler.

For at afhjælpe dette bliver en lille del af udstødsgasserne fra hoveddieselmotoren 2's udstødsgasledning 8 transporteret ind i hjælpedieselmotoren 10's udstødsgassystem. Hertil er der ved det 25 viste eksempel fra tilgangsledningen for nytteturbinen afgrenet yderligere en tilgangsledning 21, der indmunder i udstødsgasbehol-deren 17. Ved hjælp af denne foranstaltning kan hjælpedieselmotoren 10's skylningstryk forøges væsentligt. Dersom der f.eks. føres ca.

1% af hoveddieselmotorens udstødsgasmængde til hjælpedieselmotorens 30 turboladerturbine 19, kan hjælpedieselmotorens ladetryk forøges med ca. 20%, hvilket under alle omstændigheder fører til det ønskede positive skylletryk.

Naturligvis kan udstødsgasmængden, der skal føres til turboladerturbinen 19, styres afhængigt af trykdifferensen over 35 hjælpedieselmotoren 10. I dette tilfælde vil man med fordel anbringe et passende betjent reguleringsorgan 22 i tilgangsledningen 21.

Claims (3)

1. Skibsdieselmotoranlæg omfattende en hoveddieselmotor (2) med mindst én udstødsgasturbolader (6,7) og en separat parallelt med 5 ladeturbinen (7) koblet effektafgivende nytteturbine (12) samt med mindst én af en yderligere udstødsgasturbolader (19,20) trykladet hjælpedieselmotor (10), som driver en synkronmotor (11), der leverer elektrisk energi til skibets elektriske system, og hvor nytteturbinen (12.) er koblet med en fri akselende af hjælpedieselmotor/ 10 generatorenheden (10,11), kendetegnet ved, at en lille del af skibsdieselmotorens (2) udstødsgasser, set i strømningsretningen, indføres i hjælpedieselmotorens udstødsgassystem foran hjælpedieselmotorens ladeturbine (19).

2. Skibsdieselmotoranlæg ifølge krav 1, kendeteg-15 net ved, at udstødsgasdelen indføres i hjælpedieselmotorens (10) udstødsgasbeholder (17).

3. Skibsdieselmotoranlæg ifølge krav 1, kendetegnet Tfed, at den nødvendige udstødsgasdel reguleres som en funktion af trykdifferensen over hjælpedieselmotoren (10), hvortil der i 20 tilgangsledningen (21) er anbragt et reguleringsorgan (22). 25 30 35