DE2137531A1

DE2137531A1 - Gasturbine

Info

Publication number: DE2137531A1
Application number: DE19712137531
Authority: DE
Inventors: Shigeo; Teshima Koyomi; Tamano Okayama Tamaru (Japan). P
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1970-07-28
Filing date: 1971-07-27
Publication date: 1972-02-03
Also published as: GB1304318A; US3749047A; FR2099644A1; FR2099644B1; JPS4910762B1; NL7110314A

Description

Die Erfindung betrifft eine zusammengefaßte Gasturbine, die wirksam für ein Schiff verwendet werden kann.

Eine Gasturbine ist leicht und klein in den Abmessungen, hat jedoch eine große Leistung und wird daher in weitem Umfange für Plugzeuge verwendet. Die Anwendung einer Gasturbine für Schiffe ist jedoch stark begrenzt und erfolgt vor allem nur bei Marineschiffen. Der Grund dafür liegt darin, daß die Verwendung von geringwertigem Brennstoff unter dem Gesichtspunkt der Senkung der Brennstoffkosten schwierig ist. Ein weiterer Grund liegt darin, daß das angesaugte Luftvolumen der Gasturbine im Verhältnis zur Leistung groß ist, so daß eine große Abgasmenge erzeugt wird, und ein großer Querschnitt der Abgasleitungen erforderlich ist, obwohl die Gasturbine selbst klein ist. Diese Paktoren sind im Hinblick auf eine Verwendung einer Gasturbine in Schiffen nachteilig.

109886/1335

_ 2 —

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor erwähnten Nachteile zu überwinden.

Die erfindungsgemäße Gasturbine ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Gasturbinen zur Bildung eines zusammengesetzten Kreises miteinander kombiniert werden, so daß die Menge der Ansaugluft, die in die Hauptturbine eingeleitet wird, verringert wird, wodurch die Querschnittsflächen der Ansaug- und Abgasleitungen verringert werden.

Die erfindungsgemäße, kombinierte Gasturbine ist so aufgebaut, daß ein Luftkompressor mit Hilfe einer unabhängigen Gasturbine angetrieben wird, die hauptsächlich geringwertigen Brennstoff, wie "Bunker C^M-Schweröl oder schweres Marine-Brennstoff öl verbraucht, und die von dem Kompressor gelieferte Hochdruckluft wird in den Brennraum der Hauptturbine geleitet, und das dort erzeugte Gas hoher !Temperatur und hohen Druckes wird der Hauptturbine zur Erzielung der Leistung zugeführt.

Im folgenden werden beispielsweise, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Pig. 1a und 1b sind schematisehe Darstellungen herkömmlicher Gasturbinen;

2 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gasturbine;

Pig,. 5 zeigt schematisch den Pail der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Schiffe;

Pig. 4 bis 8 sind schematisehe Darstellungen anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung für Schiffe.

Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, werden erfindungsgemäß die

109886/1335

Gasturbinen A und B der Pig. 1a und 1b zur Bildung der in Pig. 2 gezeigten Einheit zusammengesetzt. Die zusammengesetzte Gasturbine umfaßt eine Kompressorseite C und eine Ausgangsseite D. Die Kompressorseite weist einen Kompressor Θ..-, einen Brennraum B^, eine Ausgangsturbine T^ und einen Kompressor C₂ auf, der mit der Ausgangswelle der Turbine T^ verbinden ist. Die Hochdruckluft, die von dem Kompressor C₂ abgegeben wird, wird in den Brennraum Bp der Ausgangsturbine geleitet und treibt die Turbine T₂.

In diesem Palle gilt, wenn die Ausgangsleistung der Turbine mit ¥. und die für den Kompressor erforderliche Leistung mit W bezeichnet wird, die folgende Gleichung:

^¥c2 = ^¥t1 - ^¥c1 ·

Aus dieser Gleichung geht durch einfache Umrechnung hervor, daß die Ausgangsleistung HP~ gleich der Summe der Ausgangsleistung HP-j der Gasturbine A und der Ausgangsleistung HP₂ der Gasturbine B ist. Ds besagt, daß in bezug auf die Ausgangsleistung die vorliegende Erfindung keinen besonderen Vorteil bringt. Sie bewirkt jedoch einen erheblichen Vorteil in bezug auf die Einsparung von Brennstoffkosten und die Verringerung des für die Ansaug- und Abgasleitungen erforderlichen Einbauraumes der Turbine in dem Schiff.

Die Gründe dafür sollen im folgenden angegeben werden. Die Leistung der Gasturbine erhöht sich mit der Temperatur des Gases in ihrem Brennraum B. Wenn geringwertiger Brennstoff, wie "Bunker C"-Schweröl oder Marine-Schweröl (Heavy Marine Puel Oil) verwendet wird, wird Asche erzeugt, und die Turbinenblätter werden bei hoher Temperatur korrodiert. Daher werden gegenwärtig keine Gastemperaturen von mehr als 750°C verwendet. Bei der erfindungsgemäßen, kombinierten Gasturbine ist die Strömungsgeschwindigkeit der Saft,- die in den Brennraum B₁ mit

109886/1335

Hilfe des Kompressors Cj eingeleitet wird, etwa 2,3mal so groß wie diejenige des Brennraumes B₂. Das bedeutet, daß der Anteil des Brennstoffverbrauchs des Brennraumes B^ etwa 70^ des gesamten Brennstoffverbrauches der zusammengesetzten Turbine ausmacht. Die erfindungsgemäße Turbine arbeitet also wirtschaftlich, da in dem Brennraum B^, in dem ein großer Anteil des Brennstoffes verbraucht ist, ein geringwertiger Brennstoff verwendet wird, selbst wenn dadurch die Brennstoffverbrauchsgeschwindigkeit, bezogen auf die Leistung, aufgrund der niedrigen fc Gastemperatur von unterhalb von 75O°C erhöht wird. In dem Brennraum Bp wird ein hochwertiger Brennstoff, wie !Leichtöl, verwendet, und eine hohe Leistung erzielt, indem die Gastemperatur erhöht wird.

Es soll nun die erforderliche Luftmenge betrachtet werden, die zur Erzielung der Ausgangsleitung HP, erforderlich ist. Bei herkömmlichen Einzelturbinen werden etwa 2/3 der Leistung der Turbine zum Antreiben des Kompressors benötigt, und 1/3 steht zur Verwendung zur Verfügung. Diese Situation ist auch bei der Turbine der vorliegenden Erfindung gegeben. Die Turbine T„ der vorliegenden Erfindung braucht den Kompressor nicht anzutreiben und daher nur etwa 1/3 der Leistung einer herkömm- P liehen Turbine mit derselben Ausgangsleistung HP₅ zu erzeugen. Das bedeutet, daß die Luftmenge, die dem Brennraum B₂ zugeführt werden muß, auf etwa 1/3 im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen abgesenkt wird. Dementsprechend ist die Querschnittsfläche der Leitung, die zu dem Brennraum B₂ führt, ebenfalls kleiner.

Die obige Überschlagsrechnung basiert auf der Annahme, daß die Brennräume B₁ und B₂ eine gleiche Temperatur aufweisen. Die Temperatur des Brennraumes B₂ ist jedoch höher als die des Brennraumes B^. Dementsprechend ist das Verhältnis der erforderlichen Luftvolumina etwas anders, als es oben angegeben wurde.

10 98 86/1335

Im folgenden soll auf die abgewandelte Ausführungsform der Pig. 3 Bezug genommen werden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Kompressorseite C, die in Pig. 2 gezeigt ist, oberhalb des Decks angeordnet, und die Ausgangsseite D ist in dem Maschinenraum angeordnet und über ein Reduktionsgetriebe RG mit der Schiffsschraube verbunden. Mit GT (I) 1st in der Zeichnung die Turbine der Kompressorseite schematisch dargestellt.

Bei ' Verwendung einer derartigen Anordnung braucht das leitungssystem in dem Schiffsrumpf lediglich eine leitung für die luft aufzuweisen, die dem Brennraum B₂ zugeführt wird, ,und die luftmenge beträgt nur etwa 1/3 der gesamten erforderlichen luftmenge, wie oben erwähnt wurde. Außerdem ist die luft, die in den Brennraum Bg strömt, durch den Kompressor C„ auf 1/5 oder·weniger des Ausgangsvolumens komprimiert worden, so daß die Querschnittsfläche der erforderlichen leitung für die notwendige leistung auf 1/10 oder weniger im Vergleich mit herkömmlichen Systemen verringert wird.

Der Wirkungsgrad der Turbine kann durch Verwendung verschiedener bekannter Schritte verbessert werden, wie durch Vorerwärmung durch Abgas, Zweistufenkompressipn, Zwischenkühlung, Entnahmesystem usw., wie in den Pig. 4 bis 8 gezeigt ist. Die Zeichen GT (II), HB und IC, die in den Zeichnungen verwendet werden, bezeichnen eine Turbine, einen Wärmetauscher und einen Zwischenkühler.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß die Brennstoffkosten im Ganzen verringert werden, da ein großer Anteil von geringwertigem Brennstoff verwendet wird, und daß die Querschnittsflächen der luftansaug- und -abführleitungen erheblich reduziert werden. Da außerdem die Gasturbine, die "geringwertigen Brennstoff verwendet, oberhalb des Decks'angeordnet ist, ist die Wartung der Gasturbine einfach.

1 09886/133S

Claims

Patentansprüche :

Kombinierte Gasturbine, gekennzeichnet durch eine Turbine auf der Kompressorseite zum Antreiben eines Kompressors und eine Turbine als Hauptturbine mit einem Brennraum, der durch den Kompressor mit Luft versorgt wird.

Kombinierte Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kompressor und eine zugehörige Turbine oberhalb des Decks und eine Hauptturbine im Maschinenraum.

109888/1335