NO842913L - Fremdriftsanordning for dampturbindrevne skip - Google Patents

Description

De forbedringer denne patentsøknad vedrører tilsikter å redusere det spesifikke brennoljeforbruk ved fremdriftsanordninger for dampturbindrevne skip både når det gjelder nybygg og spesielt, ved hjelp av passende ombygninger under anvendelse av ovennevnte forbedringer, å redusere spesifikt brennoljeforbruk ved fremdriftsanordninger for eksisterende dampturbindrevne skip.

De ovennevnte forbedringer baserer seg på en helt ny idé vedrørende dampsyklusen ved sjøbaserte dampturbinanlegg ved å sette inn i syklusen en gassturbin som har følgende oppgaver: å produsere elektrisitet for skipets bruk, å tilføre energi til propellakselen gjennom en forreduksjonsveksel eller en elektro-motor matet av en generator drevet av gassturbinen, å frembringe avgasser som kan anvendes som forbrenningsluft i hovedkjelene og for å gjenoppvarme primærdamp i en ytre ettervarmer (avgass-kjel), eller for bare å gjenoppvarme primærdamp i en ytre ettervarmer. Forbedringene ifølge denne patentsøknad innbefatter også, når fremdriftsanordningen har to kjeler, anvendelsen av én kjels overheter som primærdamp-ettervarmer, hvilket logisk sett bare kan tilpasses ombygningen av et eksisterende anlegg.

De ovennevnte forbedringer, eller deler av samme, kan anvendes, som tidligere nevnt, på et nybygg, men de er særlig velegnet for anvendelse på dampturbinanlegg for eksisterende skip, hvor det på grunn av den langsomme fremdriftshastighet hvormed de er tvunget til å arbeide, særlig de store skipene, for det første som følge av den enorme økning av brennoljeprisen og for det annet som følge av det lave fraktnivået (som spesielt berører store tankbåter), er nødvendig å redusere fremdriftseffekten i forhold til den opprinnelig beregnete effekt. Derved øker imidlertid det spesifikke brennoljeforbruk ved denne reduserte effekt merkbart, hvilket resulterer i at den kostnadsreduksjon som ble oppnådd gjennom langsom fremdriftshastighet ved dampturbindrevne skip avtar merkbart på grunn av denne økning i spesifikt brenn-ol jef orbruk .

Ved hjelp av de forbedringer som omfattes av denne patent-søknad er det mulig ved nybygde skip å oppnå en reduksjon i spesifikt brennoljeforbruk på ca. 30% i forhold til de konvensjo-nelle anlegg, og ved eksisterende dampturbindrevne skip som arbeider i henhold til den nåværende langsomme fremdriftshastighet er det også mulig å oppnå en reduksjon i spesifikt brennoljeforbruk på ca. 30%, hvilket for et tankskip på 300.000 tonn død-vekt under de nåværende operasjonsforhold betyr en daglig be-sparelse på ca. 40 tonn tung brennolje eller omtrent 2,0 mil-lioner US $ pr. år etter dagens priser på tung brennolje.

Dessuten dempes økningen i spesifikt brennoljeforbruk både når det gjelder variasjoner over og under beregnet effekt, hvilket for eksisterende anlegg som er modifisert og tilpasset en redusert effekt ved hjelp av de forbedringer som omfattes av denne patentsøknad tillater økninger i nevnte reduserte effekt ved den modifiserte utførelse på ca. 15 til 20%, sammen med økninger i det spesifikke brennoljeforbruk på ca. 4%, hvilket forbedrer anleggets fleksibilitet til å tilpasse seg krav om høyere effekt dersom dette fordres.

Alt dette har tosidig interesse: på grunn av sin egentlige karakter og på grunn av at dampdrift inntil den såkalte energikrise og i enkelte tilfeller i noen år etterpå eksisterte side om side med dieseldrift i skip med meget kraftig fremdriftsmaskineri, hvilken samtidige eksistens ble sterkt berørt av nevnte energikrise.

Fremdriftsanordninger for skip består enten av dieselmotorer eller dampturbiner matet av dampkjeler. I noen ytterlig-gående tilfeller og ved enkelte krigsskip består fremdriftsanordningene av gassturbiner.

Inntil slutten av 1973 da den første oljekrise brøt ut, var det en likevekt eller balanse mellom dieseldrift og dampturbindrift i skip med høye effektbehov. Fordelen med damp var dens større driftssikkerhet og bedre tilpasningsevne til store høy-effektsskip, nemlig store tankskip, hvilket oppveide dens høyere brennoljeforbruk sammenliknet med dieseldrift.

I 1973 var spesifikt brennoljeforbruk for en tradisjonell dampturbin-fremdriftsanordning ca. 200-210 g/S.H.P. (akselheste-kraft) x time, mens det for diesel var ca. 150-160 g/B.H.P.

(bremsehestekraft) x time. Det er nødvendig å legge til at begge forbruk ikke er homogene, nemlig av følgende årsaker: En dampturbin-fremdriftsanordnings spesifikke brennoljeforbruk er alltid gitt på basis av tung brennolje eller bunkersolje C, som har en nedre brennverdi på 9.700-9.800 kcal/kg, mens det for en dieselmotor er gitt på basis av gassolje, som har en nedre brennverdi på 10.200-10.250 kcal/kg, hvilket betyr en forskjell på

ca. 5%. En dampturbin-fremdriftsanordnings spesifikke brennoljeforbruk innbefatter på den annen side alltid forbrukene ved anleggets hjelpeutstyr og også forbruket ved turbogeneratoren som leverer den elektriske energi som kreves ombord, noe som ikke var vanlig ved dieseldrevne skip og som kunne innebære en ytterligere forskjell på 4-6%. Når man derfor sammenlikner virkelig forbruk, bør det spesifikke brennoljeforbruk ved dieselmotor-anlegget økes med ca. 10-11% pluss den mengde som svarer til forbruket av sylindersmøreolje som er av størrelsesorden 5 g/B.H.P. x time av tung brennoljeekvivalenter.

Til tross for dette var det i 1973 en forskjell i "homogent" brennoljeforbruk på ca. 15% til fordel for diesel, hvilket delvis ble kompensert for gjennom propellens bedre virkningsgrad ved dampturbindrevne skip (lavere omdreiningstall på propellen),

og gjennom mindre vekt og mindre plassbehov for dampturbinanlegget, samt mindre vedlikeholdskostnader og kortere liggetid (off-hire) for dampturbindrevne skip. Og naturligvis gjennom den meget lave pris på oljebrennstoff som for små ulikheter i forbruk bare hadde underordnet betydning.

I 1973/74 fant det sted den første oljeprisstigning som henført til oljeprisen fob PG i 1970 betydde en økning på elleve ganger 1970-prisen. Og ved slutten av 1979 kom den andre oljeprisstigning, som brakte oljeprisen tjueåtte ganger høyere, hen-ført til nevnte 1970 fob PG basis. Oljeprisene gikk så litt ned ved begynnelsen av 1983, men den høye kurs på dollaren oppveide i mange tilfeller den kostnadsreduksjon som ellers ville ha vært oppnådd.

På motorbyggersiden la man merke til at de største diesel-motorbyggerne i 1975/76 satte igang en konkurranse om å redusere spesifikt brennoljeforbruk ved dieselmotorer, hvilket etter flere reduksjoner nå befinner seg i området 118-125 g/BHP x time. På samme tid gikk turtallet ved totakts-dieselmotorer ned etter hvert som forholdet stempelslag/boring økte, hvilket ved store motorer eliminerte fordelen ved propellturtall for den girete dampturbin.

Det foreligger til slutt et meget viktig trekk som skiller de to typer fremdriftssystemer fra hverandre. Dette består i at når hastigheten og dermed effekten av en eller annen årsak må reduseres, fungerer dieselmotorer bedre forbi deres spesifikke brennoljeforbruk varierer svært lite med varierende effekt, mens spesifikt brennoljeforbruk ved dampturbinanlegg øker betydelig når effekten reduseres, nemlig på en slik måte at et dampturbinanlegg med et spesifikt brennoljeforbruk på 210 g/SHP x time ved sin normale driftseffekt, som vanligvis er av størrelsesorden 90% av den kontinuerlige maksimalytelse (MCR), kan nå opp i spesifikke brennoljeforbruk på 240 og 250 g/SHP x time for ytelser på 70 til 50% av maksimalytelsen.

Den store betydning drivstoffregningen i dag har for skipenes driftskostnader sammen med det vedvarende lave frakt-nivå ved store tankbåter, førte til at man tok den generelle forholdsregel å redusere farten og følgelig drivkraft, for å optimalisere inntekter og minimalisere tap. Dampturbindrevne skip er således meget ugunstig stillet i forhold til skip drevet av dieselmotorer, nemlig på grunn av førstnevntes betydelig høyere spesifikke brennoljeforbruk, særlig ved redusert effekt. Dette forhold og dampturbinaleggets mindre fleksibilitet til

å arbeide ved varierende ytelser for så vidt det gjelder spesifikt brennoljeforbruk har praktisk talt eliminert dampturbindrift i handelsskipsbyggingen.

På grunn av at det fantes et meget stort antall skip drevet av høyeffekt-dampturbinanlegg, førte den ovennevnte situasjon imidlertid til motorutskiftning (såkalt re-engining) i et ganske stort antall tilfeller, dvs. at dampturbinanlegget ble erstattet av et dieselmotoranlegg, vanligvis med mindre effekt. En slik ombygging kan, avhengig av motorytelse (spesifikt brennoljeforbruk), medføre besparelser på opp til 40% ved langsom fart sammenliknet med anleggets tidligere forbruk. Imidlertid innebærer en slik ombygging en meget betydelig investering og en svært lang liggetid for skipet for å utføre ombyggingen. Motorutskiftning resulterer derfor i temmelig store kostnader.

Parallelt med dette, om enn i mindre målestokk, har det vært utviklet en rekke omforminger av typen damp med damp, hvilke består i en forbedring av dampsyklusen og i gjenopprettelse av anleggets bruksforhold ved den reduserte effekt skipet drives ved. Denne slags omforminger gir som resultat et spesifikt brennoljeforbruk for det omformete anlegg (ved den nye reduserte effekt) som ligger i området 195-205 g/SHP (akselhestekrefter)

x time. Disse omforminger er billigere enn motorutskiftning og den nødvendige liggetid er kortere, men brennoljebesparelsen er betydelig mindre i forhold til ved motorutskiftning.

I begge tilfeller, enten det gjelder fra damp til diesel eller fra damp til damp, etterlates skipet med redusert effekt/ ytelse som bare er en prosentandel av den opprinnelige effekt som er variabel, og det finnes ikke noen muligheter til å komme tilbake til den opprinnelige effekt, spesielt ikke når det gjelder motorutskiftning.

I det følgende beskrives et tradisjonelt anlegg eller fremdriftsanordning for et dampturbindrevet skip under henvisning til fig. 1, hvor det skjematisk viste anlegg er bygget opp av følgende komponenter:

Som typiske verdier ved sjøbaserte anlegg for trykk og temperatur anføres følgende tall: Damptrykk ved høytrykkstur-bmens innløp 60 kg/cm 2, tilsvarende temperatur 505°C.

På den annen side og for å klargjøre og definere enkelte ord og uttrykk som er vanlig brukt i foreliggende beskrivelse, vil det være nyttig å anføre følgende: Overheting: Oppvarming av den mettede damp, hvilket normalt utføres av den samme kjel som produserer slik damp og før den brukes, derav ordene "overheter" og "overhetet damp". Gjenoppvarming: Gjenoppvarming består i å varme opp igjen damp etter at den har blitt brukt. Gjenoppvarming utføres vanligvis i en ettervarmer (reheater) anordnet inne i den samme kjelen, derav ordene "ettervarmer" (gjenoppvarmingsaggregat) og "gjenoppvarmet damo".

Ytre gjenoppvarming: Dette er en gjenoppvarmingsprosess

som utføres i en ettervarmer som er anbrakt utenfor den kjel som produserer dampen som skal varmes opp igjen, dette i motset-ning til den hittil etablerte praksis, som nå går ut på gjenoppvarming av dampen i en ettervarmer anordnet inne i den kjelen som produserer dampen. Når det ikke er anført at gjenoppvarmingen er ekstern, kan man gå ut fra at den skjer i en ettervarmer anordnet inne i den kjelen som produserer dampen.

For å øke dampsyklusens virkningsgrad, er det nødvendig

å øke fallet i dampens varmeinnhold gjennom turbinene, og for å oppnå dette foreligger det følgende mulige måter:

- Å øke damptrykk

- Å øke damptemperatur

- Å øke kondensatorvakuum

- Å benytte en syklus med mellomliggende gjenoppvarming.

Og mens det i et anlegg av ny utførelse vil være mulig

å ta hensyn til hver av de ovenfor angitte forholdsregler, vil dette være praktisk umulig i et allerede eksisterende anlegg eller klart uøkonomisk.

I noen tilfeller har det blitt utviklet og utnyttet fremdriftsanordninger, hvor det inngår en syklus med mellomliggende gjenoppvarming. Slike anordninger kan gjengis skjematisk som vist i fig. 2, hvor hver del er angitt som følger:

I noen av disse fremdriftsanordninger med mellomliggende gjenoppvarming har turbogeneratoren og den turbindrevne matepumpe blitt erstattet av en akseldrevet generator henholdsvis en elektrisk drevet matepumpe, slik at det oppnås en ytterligere forbedring av den totale virkningsgrad.

For å sette inn en slik syklus ved eksisterende fremdriftsanordninger, ved hjelp av motsvarende ombygginger og på den hittil kjente måte, er det meget vanskelig og kostbart ettersom det ville innebære enten en betydelig modifikasjon av hovedkjeler for anordning av en ettervarmer eller å anordne en ytre ettervarmer med dens tilhørende brenner, idet det i begge tilfeller oppnås en moderat forbedring av virkningsgraden.

I så vel fig. 1 som 2 likesom i de etterfølgende figurer representerer fullt opptrukne linjer dampkanaler. Stiplete linjer av innbyrdes ens linjestykkelengde representerer elektriske led-ninger. Strekpunktlinjer representerer kanaler for matevann eller kondensat.

De forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad

og som er beskrevet i det følgende i forbindelse med de vedføyde tegninger, har tatt hensyn til den nye situasjon som er skapt av den nye prisen på olje og av behovet for langsom fremdriftshastighet, likesom i en viss grad til behovet for fleksibilitet hos anlegget (fremdriftsanordningen) med hensyn til effektvaria-sjoner kontra effekt for ny utførelse, og variasjonen i det spesifikke brennoljeforbruk ved varierende effekt, idet man ifølge oppfinnelsen har vært særlig opptatt av omformingen av eksisterende dampturbindrevne skip, i hvis fremdriftsanordninger det er mulig, ved hjelp av de forbedringer vi søker patent på, å oppnå spesifikke brennoljeforbruk av størrelsesorden 160-170 g/SHP x time i forhold til 240-250 g/SHP x time, som i dag representerer vanlig forbruk ved disse skip under langsom fremdriftshastighet. Forbedringene er prinsipielt beskrevet for omformingen av fremdriftsanordningen for et eksisterende skip, men de kan også anvendes i forbindelse med en nykonstruert anordning for et nytt skip. Forskjellen består i at det, dersom vi unntar tankbåter for LNG (flytende jordgass), absolutt ikke foreligger noe behov for dampturbin-fremdriftsanordninger ved bygging av handelsskip, mens det finnes et temmelig betydelig marked for ombygging av dampturbin-fremdriftsanordninger ved eksisterende handelsskip, unntatt nettopp tankbåter for LNG.

Det som utmerker tankbåter for LNG eller skip for transport av flytende jordgass er at de som drivstoff anvender en blanding av tung brennolje og bortkokt (boil-off) gass som stammer fra skipslasten og som ellers ville gått tapt i atmosfæren. Blandingsforholdet avhenger av skipslastens fordampnings- takt som er av størrelsesorden 0,20 til 0,25% pr. dag og av fremdrift sanordningens drivstoff-forbruk, og varierer derfor med skipets størrelse og fremdriftseffekt, idet andelen av gass i alminnelighet er større enn 50%.

Det at det benyttes denne blanding er årsaken til at det fremdeles brukes dampturbiner i tankbåter for LNG, fordi forbren-ning av naturgass i dieselmotorer ennå ikke har funnet sin løs-ning .

På den annen side og på grunn av de store kapitalkostnader ved tankbåter for LNG og deres særegne operasjonsform, alltid langtidskontrakter, har disse skip blitt langt mindre berørt av de økte oljepriser enn andre skipstyper, og driftshastighet og fremdriftseffekt har derfor bare vært utsatt for små variasjoner .

Som følge av de ovenfor skisserte årsaker har det hittil ikke foreligget noe behov for å omforme fremdriftsanordningen i eksisterende tankbåter for LNG.

Det synes i denne forbindelse hensiktsmessig å anføre at når det gjelder anvendelsen/tilpasningen av de forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad ved fremdriftsanordningen for et nytt skip, er det mulig å bringe det spesifikke brennoljeforbruk så lavt ned som 145 til 135 g/SHP x time, verdier, som etter korreksjon for tidligere omtalte homogenisering, stemmer godt overens med de som i dag kan oppnås ved dieselmotoranlegg. Det sier seg selv at det mindre forbruk ved det nye dampturbinanlegget i forhold til det omformete anlegget skyldes at først-nevnte er et nytt anlegg.

I overensstemmelse med prinsippene for de forbedringer

som utgjør gjenstand for denne patentsøknad, og hvor anlegget omfatter to hovedkjeier, kan det oppnås et første viktig formål ved å benytte overheteren for én av kjelene som ettervarmer for en syklus med mellomliggende gjenoppvarming. Et slikt anlegg, som er avledet fra det i fig. 1 viste, er skjematisk gjengitt i fig. 3, hvor de ulike komponenter er angitt som følger:

Denne nye syklus tillater, ved hjelp av en omforming med svært enkle modifikasjoner i dampkretsen, og ved å erstatte høy-trykksdampturbinen med en høytrykks/middeltrykksdampturbin, for å oppnå en syklus med mellomliggende gjenoppvarming til en rime-lig pris, og for å forbedre virkningsgraden. Ved dessuten å foreta en passende reduksjon av brukseffekten og erstatte turbogeneratoren og den dampturbindrevne matepumpe med en reduksjonsveksel-drevet generator henholdsvis en elektrisk drevet matepumpe, kan det spesifikke brennoljeforbruk senkes ned til 195-200 g/SHP

x time i forhold til 240-250 g/SHP x time ved moderanlegget ved redusert effekt (idet det antas at det modifiserte anlegg vil ha en brukseffekt som tilnærmet svarer til den reduserte effekt ved det opprinnelige anlegg).

En annen måte til å forbedre syklusens virkningsgrad og

som eventuelt kan kombineres med den ovenfor beskrevne samt omfattes av de forbedringer som danner gjenstand for denne patent-søknad, og ved hjelp av hvilken det kan oppnås et enda lavere spesifikt brennoljeforbruk, består i å installere som en ytterligere eller ekstra komponent for hele syklusen en gassturbin som driver en elektrisk generator, og i å utnytte avgassene fra gassturbinen, hvilke avgasser inneholder en stor energimengde,

for å iverksette én eller flere (i alminnelighet en eller to) mellomliggende gjenoppvarminger som vil ha en meget høy virkningsgrad og som av natur vil være av den type vi har kalt "ytre".

Den gassturbindrevne elektriske generator vil levere elektrisk energi til skipet likesom til en elektrisk motor, som på sin side vil tilføre effekt til propellakselen via en reduksjonsveksel. (Som et senere beskrevet alternativ kan gassturbinen levere effekt direkte til reduksjonsvekselen og ikke via en elektrisk motor).

I fig. 4, som innbefatter gjenoppvarmingsanordningene ifølge fig. 3, er det skjematisk gjengitt en syklus med to mellomliggende gjenoppvarminger, hvor den første finner sted i overheteren av den andre kjel og den andre i en ettervarmer anordnet i gjenvinningskjeleh for gassturbin-avgassene, idet det i fig. 4 også inngår en gassturbin med de tidligere beskrevne funksjoner .

De i fig. 4 skjematisk viste komponenter er angitt som følger:

Ved hjelp av den syklus som er illustrert i fig. 4 kan

det spesifikke brennoljeforbruk, som i det opprinnelige anlegg er av størrelsesorden 240-250 g/SHP x time, reduseres til en verdi av størrelsesorden 160-165 g/SHP x time for samme reduserte effekt. Det er i denne forbindelse verdt å nevne at de ovenfor gitte tall svarer til en dampsyklus og at, under hensyntaken til hva som tidligere er anført om homogenisering, 160-165 g/SHP x time i et dampturbinanlegg svarer til 135-140 g/CV x time i et dieselanlegg, dvs. mindre enn de spesifikke brennoljeforbruk ved dieselanlegg fra 1974 og tidligere samt umiddelbart etter 1974, som representerer de som i dag eksisterer side om side med dampanlegg i store tankskip.

Fig. 5 gjengir skjematisk en syklus med fullstendig ytre mellomliggende gjenoppvarming og en gassturbin med de ovenfor beskrevne funksjoner, idet fig. 5 mer eller mindre representerer et alternativt arrangement til. det i fig. 4 skjematisk viste system, men har et spesifikt brennoljeforbruk som er ubetydelig høyere, selv om det ikke er større enn 170 g/SHP x time, mens det er enklere, billigere og lettere å installere i et eksisterende anlegg, ettersom det ikke er nødvendig å modifisere hovedkjelene og det ikke foreligger noen reguleringsproblemer. Videre kan det anvendes i anlegg hvor det bare finnes én kjel.

Dette system er skjematisk gjengitt i fig. 5, hvor de ulike komponenter er angitt som følger:

Det tidligere beskrevne arrangement, som er skjematisk vist i fig. 4, oppviser fire karakteristiske trekk som er unike og nye og som er angitt som følger: - Anvendelsen av en gassturbin i et dampturbinsystem for fremdrift av skip. - Utnyttelsen av avgassene fra gassturbinen i hovedkjelene for produksjon av damp og overheting. - Anvendelsen av den ene kjels overheter som en ettervarmer. - Anvendelsen av en andre ytre ettervarmer som for sin

funksjon utnytter energien i gassturbin-avgassene i en gjen-vinningskj el.

Med hensyn til det ovenfor beskrevne arrangement, som er skjematisk vist i fig. 5, oppviser dette fire særtrekk, som er unike og nye, særlig: - Anvendelsen av en gassturbin i et dampturbinsystem for fremdrift av skip. - Anordningen av en første ytre ettervarmer i gjenvinningskjelen for gassturbin-avgassene, hvilken ettervarmer for sin funksjon utnytter energien i nevnte gasser. - Anordningen av en andre ytre ettervarmer, altså i gjenvinningskjelen for gassturbin-avgassene, i serie med den første ettervarmer, og som for sin funksjon utnytter energien i nevnte gasser. - Det forhold at det ikke produseres primærdamp (main steam) i gjenvinningskjelen for gassturbin-avgasser, hvilket er et karakteristisk trekk ved landbaserte kombinerte dampsystemer.

Ved de ovenfor omtalte arrangementer driver gassturbinen en elektrisk generator som mater en elektrisk motor, som i sin tur leverer effekt til akselledningen via en reduksjonsveksel. Gassturbinen kunne alternativt levert effekt direkte til reduksjon svek se len .

Dette arrangement, som er skjematisk vist i fig. 6, ville være mer fordelaktig sett på bakgrunn av total virkningsgrad, og selv om det mekanisk sett er mer komplisert ved omforming av eksisterende anlegg, er det i sin helhet billigere.

Til tross for ovenstående, vil de betydningsfulle karakteristiske trekk ved forbedringene ifølge denne patentsøknad ikke bli endret.

Som et alternativ tii det i fig. 5 viste arrangement, viser fig. 6 skjematisk det ovennevnte alternativ. I denne figur er de ulike deler angitt som følger:

Alternativt og i en mekanisk avvikende utforming kunne gassturbinen, avhengig av hva slags skip eller anlegg som skal omformes eller ombygges, være anordnet i serie med høytrykks-/ middeltrykksdampturbinen, og den elektriske generator blitt drevet gjennom en passende veksel.

I enkelte tilfeller og i forenklingsøyemed kunne den andre, mellomliggende ettervarmer likesom andre uvesentlige komponenter elimineres, etter at antallet av mellomliggende gjenoppvarminger økes utover to.

I noen tilfeller og avhengig av den langsomme fremdriftshastighet kunne det være nyttig mellom dampturbinene og reduksjonsvekselen å skyte inn et ytterligere hastighetsreduksjons-trinn, for å bringe turbinene tilbake til brukshastigheten og således redusere investering og kostnader.

Samtlige av de ovenfor beskrevne og i figurene viste damp-turbinsystemer er, som flere ganger påpekt, skjematiserte. Det som særlig har blitt sløyfet er utløpsventiler for dampturbinene likesom de tilhørende varmeaggregater for matevann, men også mange andre deler som utgjør tilbehør til de forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad og som forblir umodifiserte og heller ikke selv betinger modifikasjoner av forbedringene ifølge denne patentsøknad.

Det skal til slutt påpekes at de forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad avviker vesentlig fra den velkjente utnyttelse av kombinerte gassturbin/dampturbinsystemer i landbaserte installasjoner. Dette skyldes den vesentlige ulikhet som foreligger mellom arrangementer ved sjøbaserte anlegg sammenliknet med landbaserte anlegg, og det er et faktum at en gassturbin hittil aldri har vært benyttet ombord på et skip i et kombinert system med en dampturbin. På den annen side er anordningen av ettervarmere i systemene, og det trekk at det ikke produseres primærdamp i gjenvinningstanken eller -kjelen for gassturbin-avgass, helt nye trekk ved så vel sjøbaserte anlegg som landbaserte installasjoner.

Det er endelig mulig å oppnå ytterligere forbedringer i enkelte tilfeller ved hjelp av ekstra oppvarming av avgassene fra gassturbinen ved deres innløp i gjenvinningskjelen, eller ved oppvarming av gassene før deres innstrømning i effektturbinen, idet det i begge tilfeller benyttes en brenner.

Begge disse mulige løsninger er skjematisk illustrert i fig. 7a, 7b, 7c og 7d, som henfører seg til fig. 4, 5 og 6. I fig. 7a, 7b, 7c og 7d svarer henvisningstall og komponenter til de ifølge fig. 4, 5 og 6, mens brenneren er angitt med 19 når oppvarmingen av avgassene skjer ved gjenvinningskjelens innløp og med 20 når oppvarmingen av gassene finner sted før deres inn-strømning i effektturbinen.

I angjeldende figurer likesom i de foregående og etter-følgende, er innløp eller utløp for luft eller gasser likesom de motsvarende kanaler representert ved to parallelle linjer med mellomliggende piler, som angir strømningsretningen.

I fig. 8 er det skjematisk illustrert gjenvinning av avgassene fra hovedkjeler i gjenvinningskjelen, idet fig. 8 svarer til den skjematiske fremstilling i fig. 4 og hvis prinsipper, som representerer et alternativ, også kunne ha vært anvendt ved de i fig. 5 og 6 skjematisk viste arrangementer. Henvisningstall i fig. 8 svarer til henvisningstallene i fig. 4.

Det må til slutt tas hensyn til at skipets alder og/eller andre forhold kan føre til en løsning som ikke befinner seg blant dem med lavest spesifikt drivstoff-forbruk, men til en løsning som på adekvat måte kombinerer investering, spesifikt forbruk og forhold ved dette bestemte skip. I betraktning av dette har det blitt utviklet den i fig. 9 viste installasjon, som medfører en betydelig forenkling overfor de som er gjengitt i fig. 4 og 5, idet gjenvinningskjelen for avgass er sløyfet, og hvor høy-trykksdampturbinen ikke er erstattet av en ny høytrykks/middel-trykksdampturbin, men hvor derimot den eksisterende dampturbin er underkastet en modifikasjon for den nye brukseffekt (design power). Den kan også anses som en merkbar forenkling av den i fig. 6 viste installasjon, idet det i tillegg til de samme for- enklinger som før er skjedd en sløyfing også av forreduksjons-vekselen, og hvor den mekaniske transmisjon er erstattet av en elektrisk transmisjon lik den som er vist i fig. 4 og 5.

Den i fig. 9 skjematisk viste installasjon, som vi også krever patent på, består i det vesentlige i å anordne gassturbinen som et elektrisk generatorsett, og i å sprøyte inn avgassene fra gassturbinen i hovedkjelene som forbrenningsluft. Generatorsettet mater hovedkoplingstavlen og en elektrisk motor, som enten direkte eller via en reduksjonsveksel driver skipets reduksjonsveksel, idet den mest anvendelige løsning sannsynligvis er at denne elektriske motor direkte driver den andre reduksjonsveksel for lavtrykksdampturbinen. Alternativt kunne elektrisk transmisjon, hvor dette er mulig, erstattes av en mekanisk transmisjon som har bedre virkningsgrad.

Komponenter og deler inngående i den i fig. 9 skjematisk gjengitte installasjon er angitt som følger:

I henhold til denne løsning vil, grunnet ekstra, små modifikasjoner ved hovedkjelene (sløyfing av forvarmeaggregater for luft, modifikasjon av luftkassene og installasjon av en ekstra spillvarme-utnyttende anordning (forvarmer) i hver kjeles avgass-kanal), det spesifikke brennoljeforbruk bare øke til høyst 180 g/SHP x time, dette i forbindelse med en investering, som som tidligere nevnt er meget lavere enn ved de foregående løsninger og i visse tilfeller mer lønnsom. Dessuten har den fordeler for så vidt angår dens større fleksibilitet og lettere installering. For å summere opp: Ved hjelp av de beskrevne forbedringer, som er vist på tegningene og som er gjenstand for denne patent-søknad, oppnås det en betydelig reduksjon av det spesifikke olje-forbruk ved fremdriftsanordningene for dampturbindrevne skip,

for den reduserte fremdriftseffekt som normalt nyttes i dag ved sjøbaserte dampturbinanlegg, hvilken reduserte fremdriftseffekt/ -fart som tidligere nevnt er en følge av den enorme økning av prisen på oljedrivstoff og av det lave fraktratenivået, idet reduksjonen skjer fra det i dag vanlige spesifikke brennoljeforbruk på 240 til 250 g/SHP x time ned til spesifikke brennoljeforbruk ved anlegg modifisert i overensstemmelse med de forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad, nemlig av størrel-sesorden 160 til 170 g/SHP x time, hvilket oppnås gjennom en moderat investering og med en ganske kort liggetid for å utføre omformingen/ombyggingen, dvs. på en økonomisk og lønnsom måte.

I tilfelle det benyttes den løsning som er skjematisk illustrert i fig. 9, vil spesifikt brennoljeforbruk gå opp til 180 g/SHP x time, men den her nødvendige investering vil ligge betydelig lavere, og liggetiden blir tilsvarende kortere. Dessuten er den mer fleksibel og lettere å installere.

Det nye arrangement som er resultatet av disse forbedringer har den ekstra fordel at økningen i spesifikt brennoljeforbruk for variasjoner på 15% mer eller mindre enn den nye reduserte brukseffekt, som anlegget er omkonstruert for og hvilken reduserte effekt må fastsettes i fellesskap av eier og konstruktør, bare er av størrelsesorden 4%. Dette begunstiger i vesentlig grad fleksibiliteten hos det ombygde anlegg for variasjoner i effekt for så vidt det gjelder spesifikt brennoljeforbruk. En annen fordel som knytter seg til fleksibilitet er muligheten til å foreta en gjenomforming tilbake til det opprinnelige anlegg i tilfelle det skulle inntreffe en stor økning i fraktratene, idet man opphever den nye syklus og bare bibeholder noen av nevnte forbedringer med derav følgende bedring av virkningsgraden .

Man bør også huske på at majoriteten av skip, praktisk

talt samtlige når det gjelder store tankbåter, som disse forbedringer kan anvendes på er jevnaldrende med de dieseldrevne skip som har høyt spesifikt brennoljeforbruk, slik at dampturbindrevne skip omformet eller ombygget i overensstemmelse med de forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad, etter nevnte homogenisering vil ha et spesifikt brennoljeforbruk som er mindre

enn ved jevnaldrende dieselanlegg, slik at den nåværende situasjon er snudd.

I det tidligere nevnte spesialtilfelle vedrørende tankbåter for LNG, har forbedringene som er gjenstand for denne patentsøknad ekstra fordeler, som er beskrevet som følger: Ved å ha naturgass som drivstoff, kan den brennes i gassturbinen, for hvilken naturgass er det mest hensiktsmessige brenn-stoff og gjør det mulig for gassturbinen å arbeide ved høyere temperaturer og som et resultat å oppnå høyere effekt og høyere virkningsgrad. Ettersom avgasstemperaturen er høyere, lettes og bedres dessuten gjenvinningen av energien i slike gasser i gjenvinningskjelen.

Ettersom gassturbinens effekt og derfor forbruk er lavt

ved sammenlikning med total fremdriftseffekt og forbruk, vil gassturbinen til enhver tid forbrenne naturgass, slik at anleggets totale virkningsgrad vil bli bedre på grunn av de to ovennevnte årsaker.

På den annen side og som følge av det faktum at gassturbinen i tankbåter for LNG alltid forbrenner naturgass istedenfor bunkersolje C, kan nevnte gassturbin være av den såkalte lette type istedenfor den ekstra kraftige konstruksjon som kreves for å brenne bunkersolje C, hvorved prisen på gassturbinen vil bli merkbart lavere, mens virkningsgraden igjen vil fremmes på grunn av den bedre virkningsgrad ved gassturbiner av den lette type i forhold til nevnte ekstra kraftige konstruksjon, slik at man får en mer lønnsom installasjon som følge av disse forhold.

For å fortsette med tankbåter for LNG, medfører de ovennevnte betraktninger til slutt at de forbedringer som er gjenstand for denne patentsøknad kan anvendes på eksisterende skip, enten de er i drift eller under konstruksjon, og også på nybygde tankbåter for LNG, ettersom fremdriftsanordningen for disse for nærværende synes å fortsette å være dampturbiner. I begge tilfeller vil omforming, ombygging eller anvendelse av forbedringene ifølge denne patentsøknad på en ny skipskonstruksjon resultere i betydelige reduksjoner i brennoljeforbruk i forhold til skip med tradisjonelt fremdriftsmaskineri.

Det skal til slutt nevnes at skipet etter ombygging/omforming i samsvar med de i det foregående beskrevne forbedringer vil ha to fremdriftsanordninger, dvs. dampturbinen og gassturbinen, slik at dersom én av dem skulle svikte, foreligger det den ekstra sikkerhet at den andre kan bringe skipet til havn uten behov for slepebåt.

Claims (7)

1. Fremdriftsanordning for dampturbindrevne skip, beregnet til å redusere det spesifikke brennoljeforbruk ved fremdriftsanordningen for dampturbindrevne skip og omfattende som hovedkomponenter én eller to hovedkjeier, hver forsynt med en overheter, høytrykks- og lavtrykksdampturbiner, hovedkondensator, turbogenerator, turbindrevet matevannspumpe, og reduksjonsveksel, akselledning og propell,karakterisert vedat det i fremdriftsanordningen inngår en gassturbin som mater anordningen med energi, dels i termisk form og dels i mekanisk form.

2. Fremdriftsanordning i samsvar med krav 1,karakterisert vedat én av hovedkjelenes overheter, når anordningen omfatter to kjeler, utnyttes som ettervarmer.

3. Fremdriftsanordning i samsvar med krav 1 og 2,karakterisert vedbruken av en ytre ettervarmer som utnytter og gjenvinner energien i gassturbinens avgasser.

4. Fremdriftsanordning i samsvar med krav 1,karakterisert vedat avgassene fra gassturbinen sprøytes inn i hovedkjelene og utnyttes som forbrenningsluft.

5. Fremdriftsanordning i samsvar med krav 1,karakterisert vedat gassturbin-avgassene utnyttes til å gjenoppvarme bare én gang, i én gjenvinningskjel for gassturbin-avgass, hoveddampen, uten å frembringe hoveddamp i nevnte gjen-vinningsk j el .

6. Fremdriftsanordning i samsvar med krav 1 og 5,karakterisert vedat det utføres to eller flere mellomliggende gjenoppvarminger i en ytre ettervarmer under anvendelse av gassturbin-avgassene.

7. Fremdriftsanordning i samsvar med et av kravene 1-6,karakterisert vedat det er anordnet en brenner for å øke temperaturen i gassturbin-avgassene, enten ved avgass-gjenvinningskjelens gassinnløp eller ved innløpet til vedkommende gassturbins drivturbin.