DE1072843B - Gas turbine for ship propulsion - Google Patents

Description

Gasturbine für Schiffsantrieb Bei der Verwendung von Dampfturbinen für den Schiffsantrieb ist es bekannt, den Rückwärtsantrieb des Schiffes durch eine von der Vorwärtsturbine verschiedene Turbine zu erreichen, die kleiner gebaut und meistens im gleichen Gehäuse wie die Vorwärtsturbine untergebracht ist. Bei Gasturbinen für den Schiffsantrieb kann man die gleiche Anordnung verwenden, aber anders als bei den Dampfturbinen stößt man hier auf Schwierigkeiten, daß die Rückwärtsturbine nicht unter Vakuum gesetzt werden kann, wenn sie entgegengesetzt zu ihrem normalen Drehsinn angetrieben wird. Deswegen ergibt sich eine Leistungsaufnahme, die beim Vorwärtslauf den Wirkungsgrad der Turbine merklich vermindert.Gas turbine for ship propulsion When using steam turbines for ship propulsion, it is known to propel the ship backwards by a from the forward turbine to achieve different turbine that are built and smaller is usually housed in the same housing as the forward turbine. With gas turbines the same arrangement can be used for ship propulsion, but different from With the steam turbines one encounters difficulties here that the reverse turbine Can not be put under vacuum if it is opposite to its normal Direction of rotation is driven. Therefore, there is a power consumption that Forward running markedly reduces the efficiency of the turbine.

Es sind verschiedene Konstruktionen vorgeschlagen worden, um die bei Vorwärtsfahrt von der Rückwärtsturbine aufgenommene Leistung zu vermindern, aber diese Konstruktionen, auch wenn sie bei Vorwärtsfahrt einen besseren Wirkungsgrad ergeben, verursachen einen merklichen Wirkungsgradabfall bei Rückwärtsfahrt, was unerwünscht ist.Various designs have been proposed to address the Forward travel to reduce power absorbed by the reverse turbine, but these constructions, even if they have a better efficiency when driving forward result, cause a noticeable decrease in efficiency when driving backwards, what is undesirable.

Bei einer bekannten Ausführung dient der verlängerte Leitschaufelträger der Rückwärtsturbine zu deren Abschirmung gegen die austretenden Gase der Vorwärtsturbine und gleichzeitig als Teil einer Umlenkeinrichtung für die aus der Rückwärtsturbine austretenden Gase. Da die umlenkenden Bauteile aerodynamisch ungünstig ausgebildet sind und der Gasstrom mehrmals umgelenkt wird, entstehen hohe Strömungsverluste, und es ergibt sich somit ein schlechter Wirkungsgrad für den Rückwärtsgang. Es wurden auch andere Lösungen vorgeschlagen, die in beiden Drehrichtungen bessere Resultate ergaben, aber sie bedingten kompliziertere Konstruktionen.In a known embodiment, the extended guide vane carrier is used the reverse turbine to shield it from the gases exiting the forward turbine and at the same time as part of a deflection device for the reverse turbine escaping gases. Because the deflecting components are aerodynamically unfavorable and the gas flow is deflected several times, there are high flow losses, and there is thus a poor efficiency for the reverse gear. There were other solutions have also been proposed which give better results in both directions of rotation but they required more complicated constructions.

Zur Vermeidung dieser verschiedenen Nachteile erhebt sich die Forderung nach einer Gasturbine für Schiffsantrieb, die bei Vor- und Rückwärtsfahrt einen guten Wirkungsgrad aufweist, ohne deshalb die Konstruktion zu komplizieren.In order to avoid these various disadvantages, the requirement arises after a gas turbine for ship propulsion, which has one when driving forwards and backwards has good efficiency without complicating the construction.

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine für Schiffsantrieb mit einer im selben Gehäuse wie die Vorwärtsturbine angeordneten Rückwärtsturbine, deren Abströmseiten in einen beiden Turbinen gemeinsamen radialen Abgaskanal einmünden, wobei das aus der Rückwärtsturbine austretende Treibgas zuerst in die zentripetale und danach in die zentrifugale Richtung umgelenkt wird. Sie ist gekennzeichnet durch eine im Achsschnitt halbkreisförmige Hohlkehle, die abströmseitig hinter den S chaufelfüßen des letzten Laufkranzes der Rückwärtsturbine in der Turbinenwelle angeordnet ist, sowie durch eine ringförmige Verlängerung des Leitschaufelträgers der Rückwärtsturbine in Abströmrichtung.The invention relates to a gas turbine for ship propulsion with a rearward turbine arranged in the same housing as the forward turbine, the outflow sides of which open into a radial exhaust gas duct common to both turbines, the propellant gas emerging from the rearward turbine being deflected first in the centripetal direction and then in the centrifugal direction. It is characterized by a semi-circular groove in axial section, which is downstream behind the last of the S chaufelfüßen running ring reverse turbine in the turbine shaft disposed, and by an annular extension of the guide vane of the reverse turbine in the downstream direction.

Durch diese strömungstechnisch durchgebildete Umlenkvorrichtung, insbesondere durch die halbkreisförmige Hohlkehle in der Turbinenwelle, werden die Austrittsverluste der Rückwärtsturbine stark herabgesetzt. Da gleichzeitig die Abgase der Vorwärtsturbine in einwandfreier Weise am Austrittskanal der Rückwärtsturbine vorbeigeführt werden, stellt auch die Verlustleistung der Rückwärtsturbine bei Vorwärtsfahrt ein Minimum dar, und beide Turbinen arbeiten mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad.By means of this deflecting device formed in terms of flow technology, in particular through the semicircular groove in the turbine shaft, the exit losses the reverse turbine is greatly reduced. Since at the same time the exhaust gases from the forward turbine be guided past the outlet duct of the reverse turbine in an unobjectionable manner, also minimizes the power loss of the reverse turbine when driving forward and both turbines operate with excellent efficiency.

Diellolgende Beschreibung verdeutlicht den Gegenstand der Erfindung. Sie bezieht sich'auf die Zeichnung, deren Fig. 1, 3 und 4 verschiedene Ausführungsformen als nicht den Gegenstand beschränkende Beispiele zeigen. Hingegen zeigt Fig, 2 eine ausgeführte, nicht befriedigende Lösung.The following description clarifies the subject matter of the invention. It relates to the drawing, the FIGS. 1, 3 and 4 of which show various embodiments as non-limiting examples. In contrast, FIG. 2 shows an implemented, unsatisfactory solution.

Die beschriebene Schiffsgasturbine umfaßt beispielsweise nach Fig. 1 eine vierstufige Vorwärtsturbine 1 und eine einstufige Rückwärtsturbine 2, die im selben Gehäuse angeordnet und deren Laufschaufeln auf derselben Welle 11 angebracht sind.The marine gas turbine described comprises, for example, according to FIG. 1, a four-stage forward turbine 1 and a single-stage reverse turbine 2, which are arranged in the same housing and the blades of which are mounted on the same shaft 11.

Die erfindungsgemäß zu vereinigenden Teile der Umlenkvorrichtung sind eine im Achsschnitt halbkreisförmige Hohlkehle 3, die abströmseitig hinter den Schaufelfüßen des letzten Laufkranzes der Rückwärtsturbine 2 in der Turbinenwelle 11 angeordnet ist, sowie eine ringförmige, in Abströmrichtung sich keggelförmig verengende Verlängerung 5 des Leitschaufelträgers der Rückwärtsturbine. Diese Verlängerung soll vorzugsweise gegenüber dem Grund der Hohlkehle 3 enden und die Abströmkante des Verlängerungskegels mindestens angenähert konzentrisch zur Hohlkehl,e in der Welle angeordnet sein, um mit ihr einen Kanal 4 zu bilden, indem der Austrittsgasstrom der Rückwärtsturbine gezwungen wird, eine zentripetale Richtung anzunehmen. Beim Austritt aus diesem Kanal 4 wird der Gasstrom unter dem Einfluß der Hohlkehle nach und nach in eine zentrifugale Richtung ZD nach Pfeil B umgelenkt.The parts of the deflection device to be combined according to the invention are a hollow throat 3 which is semicircular in axial section and which is arranged on the downstream side behind the blade roots of the last running ring of the backward turbine 2 in the turbine shaft 11 , as well as an annular extension 5 of the guide vane carrier of the backward turbine that narrows in a cone shape in the outflow direction. This extension should preferably end opposite the base of the fillet 3 and the trailing edge of the extension cone should be arranged at least approximately concentrically to the fillet, e in the shaft in order to form a channel 4 with it, in that the outlet gas flow of the reverse turbine is forced to assume a centripetal direction . When exiting this channel 4, the gas flow is gradually deflected under the influence of the groove in a centrifugal direction ZD according to arrow B.

Der Saugeffekt beim Vorwärtslauf, der bei einer nicht befriedigenden Ausführung nach Fig. 2 mit einem Austrittskanal 7 in zentrifugaler Richtung beträchtlich ist, wird dadurch stark vermindert, daß das Gas zuerst in eine zentripetale Richtung gezwungen wird. Da andererseits jegliche Injektion von Austrittsgasen der Vorwärtsturbine unmöglich ist, da die Gase in der Richtung des Pfeiles B entweichen, wird die Zirkulation in der Rückwärtsbeschauflung auf ein Minimum reduziert und die entsprechende absorbierte Leistung klein.The suction effect when running forward, which is considerable in an unsatisfactory embodiment according to FIG. 2 with an outlet channel 7 in the centrifugal direction, is greatly reduced by the fact that the gas is first forced in a centripetal direction. On the other hand, since any injection of discharge gases from the forward turbine is impossible, since the gases escape in the direction of arrow B, the circulation in the backward blading is reduced to a minimum and the corresponding absorbed power is small.

Die Form der Hohlkehle, die den Abgasen der Rückwärtsturbine eine zentrifugale Austrittsrichtung im Sinne des Pfeiles B gibt, verhindert, daß beim Rückwärtslauf die letzten Stufen der -"7orwärtsturbilie von solchen Gasen beaufschlagt werden; andererseits ist der Ouerschnitt des Kanals 4 so vorgesehen, daß der aeridynamische Widerstand auf ein Minimum herabgesetzt und der Bremseffekt klein ist.The shape of the groove that the exhaust gases of the reverse turbine a centrifugal exit direction in the direction of arrow B prevents that when Reverse the last stages of the forward turbidity acted upon by such gases will; on the other hand, the cross section of the channel 4 is provided so that the aeridynamic Resistance is reduced to a minimum and the braking effect is small.

Um die Wirkungsgrade bei beiden Betriebsweisen weite in zu verbessern, wird der zylindrische Teil der Welle 11, der die Vorwärtsbeschauflung trägt, mit der Hohlkehle 3 vorteilhafterweise durch einen leicht konkav geformten Übergangsteil 12 der Welle verbunden. So entsteht mit der Verlängerung 5 des Leitschaufelträgers der Rückwärtsturbine ein Kanal 6, der den Austrittsgasen der Vorwärtsturbine die Richtung des Pfeiles A gibt, so daß sie nicht in den Kanal 4 eindringen können.In order to improve the efficiency in both modes of operation to a large extent, the cylindrical part of the shaft 11, which carries the forward blading, is advantageously connected to the fillet 3 by a slightly concave transition part 12 of the shaft. Thus, with the extension 5 of the guide vane carrier of the backward turbine, a channel 6 is created which gives the direction of arrow A to the outlet gases of the forward turbine so that they cannot penetrate into the channel 4.

Die Fig. 3 zeigt als Variante ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Kanal 4 wird aus der Verlängerung 5 des Leitschaufelträgers der Rückwärtsturbine und einem Umlenkstück 8 gebildet, das gegenüber der Verlängerung 5 angebracht ist und eine halbkreisförrnige Hohlkehle aufweist, wie sie bei 3 in Fig. 1 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Welle 11 auf ihrer ganzen Länge zylindrisch. Außerdem ist das Umlenkstück 8 auf der Seite der Vorwärtsturbine so geformt, daß es die Krümmung des in Fig. 1 gezeigten übergangsteiles 12 der Welle aufweist. Es ist somit auch seine Aufgabe, die Austrittsgase der Vorwärtsturbine zu kanalisieren. 3 shows a further exemplary embodiment as a variant. The channel 4 of the guide vane is the reverse turbine and a deflection piece 8 formed by the extension 5, which is mounted opposite to the extension 5 and having a halbkreisförrnige groove, as shown at 3 in FIG. 1. In this case, the shaft 11 is cylindrical over its entire length. In addition, the deflection piece 8 is formed on the side of the forward turbine so that it has the curvature of the transition piece 12 of the shaft shown in FIG. 1. It is therefore also his job to channel the exhaust gases from the forward turbine.

In Fig. 3 ist das Umlenkstück 8 an der Verlängerung 5 mit einem oder mehreren Trägern 9 befestigt; es könnte aber ebensogut durch irgendein geeignetes Mittel auf der Welle 11 befestigt sein.In Fig. 3 , the deflection piece 8 is attached to the extension 5 with one or more carriers 9 ; however, it could just as easily be attached to the shaft 11 by any suitable means.

Bei der Variante, die in Fig. 4 gezeigt wird, ist das Umlenkstück 8 mit einer ringförmigen Abschirrnwand 10 versehen, die bei großer Austrittsgeschwindigkeit der Abgase der Vorwärtsturbine erlaubt, die Austrittsverluste dadurch zu verkleinern, daß sie den Diffusor, der durch den Kanal 6 gebildet wird, verlängert. Selbstverständlich begrenzen die in den Figuren ge- zeigten Ausbildungsformen von Gasturbinen nicht den Gegenstand der Erfindung, und die beschriebenen Mittel können auch bei Turbinen angewendet werden, deren Stufenzahl verschieden ist, namentlich wenn die Rückwärtsturbine mehrstufig ist.In the variant shown in Fig. 4, the deflection piece is provided with an annular Abschirrnwand 10 8, the forward turbine allowed at high exit velocity of the exhaust gases to reduce the discharge losses in that the diffuser formed by the channel 6 is extended. Of course, the embodiments of gas turbines shown in the figures do not limit the subject matter of the invention, and the means described can also be used in turbines whose number of stages is different, namely if the reverse turbine is multi-stage.

Selbstverständlich ist auch die Herkunft der Gase, mit denen die Turbinen betrieben werden, - eich- Itig; ell ü sie können z. B. von einer Brennkammer, von Dieselmotoren, von Freikolben-Gaserzeugern usw. geliefert werden.Of course, the origin of the gases with which the turbines are operated, - certifiable ITIG; ell ü you can z. B. from a combustion chamber, diesel engines, free piston gas generators, etc.

Claims (2)

PATENT \.#ZSI'Ii(#CIIE: 1. Gasturbine für Schiffsantrieb mit einer im selben Gehäuse wie die Vorwärtsturbine angeordneten Rück#värtsturbine, deren Abströmseiten in einen beiden Turbinen gemeinsamen radialen Ab- gaskanal einmünden, wobei das aus der Rückwärtsturbine austretende Treibgas zuerst in die zentripetale und danach in die zentrifugale Richtung umgelenkt wird, gekennzeichnet durch eine im Achs:-> schnitt halbkreisförmige Hohlkehle, die abströmseitig hinter den Schaufelfüßen des letzten Laufkranzes der Rückwärtstuibine in der Turbinenwelle angeordnet ist, sowie durch eine ringförmige Verlängerung des Leitschaufelträgers der Rückwärtsturbine in Abströmrichtung. PATENT \ # ZSI'Ii (#CIIE. 1. Gas turbine for ship propulsion having disposed in the same housing as the forward turbine rear # värtsturbine, open out the downstream side of gas channel in a two turbines common radial exhaust, wherein the light emerging from the rearward turbine driving gas first is deflected in the centripetal and then in the centrifugal direction, characterized by an in the axis: -> cut semicircular groove, which is arranged on the downstream side behind the blade roots of the last running ring of the backward turbine shaft, as well as by an annular extension of the guide vane carrier of the backward turbine in Outflow direction. 2. Gasturbine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Verlängerung des Leitschaufelträgers der Rückwärtsturbine in in Abströmrichtung kegelförmig sich verengt und gegenüber dem Grund der in der Welle angebrachten Hohlkehle endet und daß die Abströmkante des Verlängerungskegels konzentrisch zur Hohlkehle angeordnet ist. 3. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkehle mit dem zylindrischen Teil der Welle, der die Laufschaufeln der Vorwärtsturbine trägt, durch einen leicht konkav geformten Übergangsteil der Welle verbunden ist. 4. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Anordnung der halbkreisförmigen Hohlkehle in einem besonderen, mit der Turbinenwelle verbundenen Umlenkstück. 5. Gasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Umlenkstück eine ringförmige Abschirmwand angeordnet ist, die den vom Austrittskanal der Vorwärtsturbine gebildeten Diffusor verlängert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 940 950; The Marine Engineer and Naval Architect, Bd. 76, 1953, Nr. 923, S. 499.2. Gas turbine according to claim 1, characterized in that the annular extension of the guide vane carrier of the reverse turbine narrows conically in the outflow direction and ends opposite the base of the groove mounted in the shaft and that the trailing edge of the extension cone is arranged concentrically to the groove. 3. Gas turbine according to claims 1 and 2, characterized in that the fillet is connected to the cylindrical part of the shaft which carries the rotor blades of the forward turbine by a slightly concave transition part of the shaft. 4. Gas turbine according to claims 1 and 2, characterized by the arrangement of the semicircular groove in a special deflection piece connected to the turbine shaft. 5. Gas turbine according to claim 5, characterized in that an annular shielding wall is arranged on the deflection piece, which extends the diffuser formed by the outlet duct of the forward turbine. Documents considered: German Patent No. 940 950; The Marine Engineer and Naval Architect, Vol. 76, 1953, No. 923, p. 499.