DE2411658A1 - Auxiliary propulsion for ship - using gas turbine carried on projecting hinged arms to drive water jet - Google Patents

Abstract

A compact gas turbine is mounted on swivel arms in the side of the hull and can be swung out into the operating position to increase the drive of the ship. The turbine gasses are expanded and expelled either into the water or into the air, or are condensed. The turbine is directly coupled to an impeller to provide a water jet propulsion. The system is very compact and can be used to provide extra thrust for tugs when loads have to be pulled out of obstruction, or for warships for sudden power demands, such as torpedo attacks.

Description

Schiffsantrieb zur Deckung eines zusätzlichen Leistungsbedarfs.Ship propulsion to cover additional power requirements.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsantrieb zur Deckung eines zusätzlichen Leistungsbedarfs.The invention relates to a ship propulsion system for covering a additional power requirements.

Für bestimmte Aufgaben benötigen Schiffe kurzzeitig eine Antriebsleistung, die über den üblichen Leistungsbedarf hinausgeht. Ein Schlepper benötigt beispielsweise beim Freischleppen eines Schiffes kurzzeitig eine Leistung, die mehrfach höher liegt als die Leistung, die £r den Marsch benötigt wird. Diese hohe Leistung wird nur wällrend weniger Betriebsstunden der gesamten Einsatzzeit des Scnleppers benötigt. Ähnliche Fälle gibt es bei Kriegsschiffen: kurzzeitig werden - z.B. zum Ausmandvrieren eines Torpedos - sehr hohe Leistungen gefordert, die bei normalem Betrieb nicht vorkommen.For certain tasks, ships briefly need propulsion power, which goes beyond the usual power requirements. For example, a tractor needed when towing a ship, a performance that is several times higher for a short time than the power needed for the march. This high performance will only be while fewer operating hours are required during the entire operating time of the tractor. There are similar cases with warships: briefly becoming - e.g. to disembark of a torpedo - very high performance required, which is not required during normal operation occurrence.

Um diese Leistungsspitzen decken zu können, muß das Schiff mit einem Antriebsaggregat ausgerüstet sein, das während des größten Teils seines Einsatzes nicht voll ausgenützt wird. Das bedeutet höhere Kosten für die Antriebsmaschine, größeres Gewicht, großen Platzbedarf und eventuell eine Vergrößerung des Schiffes.In order to be able to cover these power peaks, the ship must be equipped with a Be equipped with the drive unit, which during most of its use is not fully utilized. That means higher costs for the prime mover, greater weight, large space requirements and possibly an enlargement of the ship.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb zu schaffen, der die obengenannten Nachteile vermeidet und der in der Lage ist, kurzzeitig vorkommende Leistungsspitzen des Schiffsantriebes zu decken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Raketengasturbine, die mit einem Antrieb ein kompaktes Aggragat bildet, welches innerhalb der Bordwand des Schiffsrumpfei angeordnet und aus diesem fUr den Einsatz ausschwenkbar ist.The invention is based on the object of a ship propulsion system create, which avoids the above-mentioned disadvantages and is able to briefly to cover occurring power peaks of the ship propulsion. This task will solved according to the invention by a rocket gas turbine, which with a drive a compact Forms aggregate, which is arranged and within the side wall of the ship's hull from this can be swiveled out for use.

Als Antrieb dient vorzugsweise ein Wasserstrahl- und/oder Propellerantrieb.A water jet and / or propeller drive is preferably used as the drive.

Der neue Schiffsantrieb ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Raketengasturbine aus einer Treibstofförderanlage, einem Gaserzeuger und einer Nutzturbine samt Getriebe besteht, die direkt in der Nabe des Propellers oder des Wasserstrahlantriebes untergebracnt sind. Das gesamte Aggregat kann außerhalb des Schiffsrumpfes eingesetzt werden. Der Vorteil einer solchen Anlage besteht in der äußerst gewicht- und raumsparenden Bauweise, in der Möglichkeit, sehr große Leistungen in kleinen Schiffen zu installieren, in der Möglichkeit, das Antriebsaggregat als Zusatzantrieb nur bei hohem Leistungsbedarf einzusetzen und während der übrigen Zeit in den Boots.serper efzuschwenken, und in der Unabnngigkeit von Luftsauerstoff (z.B. bei Unterwasserantrieb).The new marine propulsion system is particularly characterized in that the rocket gas turbine from a fuel delivery system, a gas generator and a Power turbine including gearbox, which is located directly in the hub of the propeller or the Water jet propulsion. The entire unit can be outside of the Hull are used. The advantage of such a system is that extremely weight- and space-saving design, with the possibility of very high performances to install in small ships, in the possibility of using the drive unit as a Use additional drive only when there is a high power requirement and during the rest of the time Time to swing in the boots, and in the independence of atmospheric oxygen (e.g. with underwater propulsion).

Diese Vorteile sind zum Teil auf das unmittelbare Zusammenwirken der Rakentengasturbine und Arbeitsmaschine (Wasserstrahlantrieh bzw. Propeller) zurückzuführen.These advantages are due in part to the immediate interaction of the Rocket gas turbine and working machine (water jet drive or propeller).

Die Raketengasturbine arbeitet mit flüssigen Treibstoffen, die in der Raketentechnik Anwendung finden und sich durch hohe Heizwerte auszeichnen. Da auch der Oxidator in flüssiger Form an dem Prozess in der Raketenasturbine teilnimmt, bedeutet das, daß die Treibstofförderpumpen sehr klein bauen, daß bei geringem Leistungsaufwand senr hohe Drücke in der Brennkammer erzielt werden kennen und daß aufgrund der Hochdruckbauweise die ganze Raketengasturbine besonders kleine Abmessungen hat. Da die Verbrennungstemperaturen von Haketentreibstoffen für den Betrieb einer Turbine im allvemeinen zu hoch sind, sieht ein weiteres Merkmal der Erfindung eine Vorrichtung vor, die zur Herabsetzung der Verbrennungstemperaturen dsn Verbrennungsgasen Wasser zusetzt.The rocket gas turbine works with liquid fuels that are in rocket technology and are characterized by high calorific values. There the oxidizer also takes part in the process in the rocket turbine in liquid form, this means that the fuel pumps are very small and require little power Senr know that high pressures can be achieved in the combustion chamber and that due to the high-pressure design the whole rocket gas turbine has particularly small dimensions. As the combustion temperatures of hooked fuels are generally too high for the operation of a turbine, Another feature of the invention provides a device for reducing the combustion temperature of the combustion gases adds water.

ür den Ablauf des Arbeitsprozesses in der Raketengasturbine gibt es versciedene Verfahren, je nach den verwendeten Treibstoffen, dem Bauaufwand und damit verhunden dem erzielbaren Treibstoffverbraucil: Unt den Betrieb des erfindungsgemäßen Schiffsantriebes bei GegendrucKbetrieb durchzuführen, sieht die Erfindung vor, daß die Turbinengase auf Umgebungsdruck entspannt und unmittelbar ins Wasser bzw. über Bord geleitet werden.For the sequence of the work process in the rocket gas turbine there are different processes, depending on the fuels used, the construction costs and thus avoids the achievable fuel consumption: Unt the operation of the invention Carry out ship propulsion at GegenrucKbetrieb, the invention provides that the turbine gases relaxed to ambient pressure and directly into the water or over Board.

Dieses Verfahren hat aber noch den Nachteil, daß Seewasser bzw.However, this method still has the disadvantage that sea water or

separat mitzuführendes Wasser in der Raketenqasturbine verwendet 7erden muß und daß das Enthalpiegefälle nicht optimal ausgenutzt wird. Um den Nachteil der Verwendung des Seewassers zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, daß die Wasserbestandteile des Abgases in einer mit Seewasser gekühlten Kondensationsanlage ausgefällt und wieder dem Arbeitsprozess in der Raketengasturhine zugefuhrt werden.Separately carried water is used in the rocket turbine must and that the enthalpy gradient is not used optimally. To the disadvantage To avoid the use of sea water, the invention proposes that the water components of the exhaust gas precipitated in a condensation system cooled with seawater and be fed back to the work process in the rocket gas turbine.

Um gleichzeitig das Enthalpiegefälle besser ausnutzen zu können, bestent ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, daß die Abgase auf Vakuumdruck entspannt und anschließend vollständig auskondensiert werden.In order to be able to better utilize the enthalpy gradient at the same time, best Another feature of the invention is that the exhaust gases expanded to vacuum pressure and then completely condensed out.

Um die Abgase einzelner Raketentreibstoffkombinationen vollständig kondensieren zu können, wird weiter vorgeschlagen, daß das Wasser aus dem Abgas in einer ersten mit Seewasser gekühlten Kondensationsanlage ausgefällt wird und die restlichen gasförmigen Bestandteile, die mit Wasser nicht kondensierbar sind, in einer zweiten, mit flüssigem Sauerstoff gekühlten Kondensationsanlage ausgefällt werden.To completely eliminate the exhaust of individual rocket fuel combinations To be able to condense, it is further proposed that the water from the exhaust gas is precipitated in a first condensation plant cooled with seawater and the remaining gaseous components that cannot be condensed with water, precipitated in a second condensation plant cooled with liquid oxygen will.

In den Abbildungen ist die Erfindung zeichnerisch erläutert.The invention is illustrated graphically in the figures.

Es zeigen; Pig. 1 das Schema einer Raketengasturbine verbunden mit einem Propeller als Schiffsantrieb; Fig. 2 einen .,cluiffsantrieh nach der Erfindung im Längsquerschnitt; Fig. 3 einen Schiffsrumpf im Querschnitt mit ausschwenkbarem Raketengasturbinenaggregat; Fig. 4 eine Darstellung des Verfahrens, um die Verbrennungsprodukte von flüssig Sauerstoff/Kerosen vollständig zu kondensieren.Show it; Pig. 1 the schematic of a rocket gas turbine connected to a propeller to drive the ship; Fig. 2 a., Cluiffsantrieh according to the invention in longitudinal cross section; 3 shows a ship's hull in cross section with swiveling rocket gas turbine unit; 4 shows a representation of the method, to completely condense the combustion products of liquid oxygen / kerosene.

Die Kaketengasturbine nach Fig. 1 und Fig. 2 enthält zwei Treibstofförderpumpen 1 und 2 (für den Oxydator und dem Brennstoff), die mit Treibstoffen von Bord versorgt werden und eine Wasserförderpumpe 3, die mit der kltriebsturbine 4 auf einer Welle 5 sitzen. 6 ist ein Gasgenerator, der von den Pumpen 1, 2 und 3 gespeist wird und die Turbine 4 beaufschlagt. Die Verbrennungsgase werden anschließend zu einer Nutzturbine 7 geführt und in dieser bis auf den Austrittsdruck entspannt. Die Nutzturbine 7 treibt über ein Getriebe 8 die Axialpumpe des Wasserstrahlantriebs bzww den Propeller 9 an. Das Abgas wird über die Leistung 10 entweder ins Wasser geleitet oder an Bord geführt, wo es entweder an die Luft entlassen oder ganz bzw. teilweise kondensiert wird.The rocket gas turbine according to FIGS. 1 and 2 contains two fuel feed pumps 1 and 2 (for the oxidizer and the fuel), which are supplied with fuel on board be and a water pump 3, which with the Kltriebsturbine 4 on a shaft 5 sit. 6 is a gas generator fed by pumps 1, 2 and 3 and the turbine 4 is applied. The combustion gases are then turned into a power turbine 7 out and relaxed in this up to the outlet pressure. The power turbine 7 drives the axial pump of the water jet drive or the propeller via a gearbox 8 9 at. The exhaust gas is either fed into the water via the power 10 or on board out, where it is either released into the air or fully or partially condensed will.

In Fig. 2 ist die räumliche Anordnung der das Aggregat bildenden Einzelelenente dargestellt. Das Aggregat enthält einen Stator 11, in dem die Treibstoffzuführungsleitungen und die Abgasleitungen untergebracht sind. Der Stator 11 besteht aus mehreren Profilschaufeln, welche die Nabe 12 halten, in der sich die Raketengasturbine und das Getriebe 8 befinden.2 shows the spatial arrangement of the individual elements forming the unit shown. The unit contains a stator 11 in which the fuel supply lines and the exhaust pipes are housed. The stator 11 consists of several profile blades, which hold the hub 12 in which the rocket gas turbine and the transmission 8 are located.

In Fig. 3 ist ein Schiffsrumpf 13 dargestellt, an dem zwei Raketengasturbinenaggregate 14 und 15 angeordnet sind, die um die Drehpunkte 16 und 17 in den Schiffsrumpf einschwenkbar sind.In Fig. 3, a ship's hull 13 is shown on which two rocket gas turbine units 14 and 15 are arranged, which can be pivoted about the pivot points 16 and 17 into the ship's hull are.

Die Fig. 4 zeigt eine Darstellung des Verfahrens, um beispielsweise die Abgasprodukte bei flüssig Sauerstoff/Kerosen-Verbrennung vollständig zu kondensieren. Die Pumpen 1, 2 und 3 fördern ihre Treibstoffe in den Gasgenerator 6, von dem aus die Frischgasleitung 18 zur Pumpenantriebsturbine 4 führt. Nach der teilweisen Entspannung in der Turbine 4 gelangt das Heißgas über die Leitung 19 zur Nutzturbine 7. Über die Abgasleitung 20 wird das entspannte Gas über einen Speisewasservorwärmer 21 zur Kondensationsanlage 22 geführt, wo das Wasser auskondensiert wird. Diese Kondensationsanlage wird mit Seewasser gekühlt, das über die Pumpe 23 und die Leitung 24 zugeführt wird. Im Entgaser 25 wird anschließend das auskondensierte Wasser vom restlichen Gas getrennt.Fig. 4 shows an illustration of the method, for example to completely condense the exhaust gas products in the case of liquid oxygen / kerosene combustion. The pumps 1, 2 and 3 deliver their fuels to the gas generator 6, from which the fresh gas line 18 leads to the pump drive turbine 4. After the partial Relaxation In the turbine 4, the hot gas reaches the power turbine 7 via the line 19 the exhaust gas line 20 is the expanded gas via a feed water preheater 21 to the condensation system 22, where the water is condensed out. This condensation plant is cooled with seawater, which is supplied via the pump 23 and the line 24. In the degasser 25, the condensed water is then separated from the remaining gas.

Das Wasser wird über die Pumpe 26 in den Wasserbehälter 27 gefünrt, von wo es mit der Pumpe 28 über Bord bzw. mit der Pumpe 29 ruder den Vorwärmer 21 zur Wasserförderpumpe 3 geleitet wird. Die ltestgasbestandteile, die den Entgaser 25 verlassen, werden in einer weiteren Kondensationsanlage 30 ebenfalls ausgefällt. Diese Kondensationsanlage 30 wird mit fldssigem Sauerstoff gekühlt, das über die Pumpe 31 zugeführt wird. Die verflüssigten Restgasbestandteile werden über die Leitung 32 und die Pumpe 33 abgeführt.The water is fed into the water tank 27 via the pump 26, from where with the pump 28 overboard or with the pump 29 rudder the preheater 21 is passed to the water pump 3. The test gas components that make up the degasser 25, are also precipitated in a further condensation system 30. This condensation system 30 is cooled with liquid oxygen, which via the Pump 31 is supplied. The liquefied residual gas components are via the line 32 and the pump 33 discharged.

Um den Vorteil der Erfindung zu verdeutlichen, wird nachstehend ein Auslegungsbeispiel gebracht.In order to clarify the advantage of the invention, a Design example brought.

Raketengasturbine samt Getriebe: Leistung 20.000 PS Abtriebsdrehzahl 500 Upm Treibstoffverbrauch 7,5 kgXs (HN03/Kerosin) Nabendurcnmesser 90 cm Länge 50 cm Wasserstranlantrieb: Schub 105 to Länge 350 cm Durchmesser 250 cm Man erkennt, daß die Raketengasturbine in Verbindung mit dem Wasserstrahlantrieb sehr geringe Abmessungen bei einer gleichzeitig se hohen Schubkraft hat PatentansprücheRocket gas turbine including gearbox: output 20,000 hp output speed 500 rpm fuel consumption 7.5 kgXs (HN03 / kerosene) hub diameter 90 cm length 50 cm water jet propulsion: thrust 105 to length 350 cm diameter 250 cm You can see that the rocket gas turbine in connection with the water jet propulsion is very small Dimensions with a high thrust se at the same time has claims

Claims (9)

Patentansprüche 1. Schiffsantrieb zur Deckung eines zusätzlichen Leistungsbedarfs, wie er beispielsweise für Manövrierzwecke relativ kurzzeitig auftritt, g e k e n n z e s c h n e t durch eine Raketengasturbine, die mit einem Antrieb ein konipaktes Aggregat <14, 15) bildet, welches innerhalb der Bordwand des Schiffsrumpfes (13) anyeordnet und aus diesem fir den Einsatz ausschwenkbar ist. Claims 1. Ship propulsion to cover an additional Power requirements, such as those that occur relatively briefly for maneuvering purposes, NOTIFIED by a rocket gas turbine with a propulsion system a konipaktes aggregate <14, 15), which forms within the ship's side of the ship's hull (13) is arranged and can be swiveled out of this for use. 2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Wasserstrahl- undjoder Propellerantrieb.2. Ship propulsion system according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t through a water jet and / or propeller drive. 3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die =.«ketengas.urbine aus einer Treibstofförderanlage (1, 2, 3), einen Gaserzeuger (6) und einer Nutzturbine (7) samt CJekrtebe besteht, die direkt in der Nabe des Propellers (9) oder des Wasserstrahlantriebes untergebracht sind.3. Ship drive according to claim 1 and 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the =. «ketene gas turbine from a fuel delivery system (1, 2, 3), a gas generator (6) and a power turbine (7) including CJekrtebe, which directly are housed in the hub of the propeller (9) or the water jet drive. 4. Sciliffsantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine Vorrichtung (3, 6) zur Herabsetzung der Verbrennungstemperaturen den Verbrennungsgasen Wasser zusetzt.4. Sciliffs drive according to claim 1 to 3, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that a device (3, 6) for lowering the combustion temperatures adds water to the combustion gases. 5. Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebes nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Turbinengase auf Umgebungsdruck entspannt und unmittelbar ins Wasser geleitet werden.5. A method for operating a ship propulsion system according to the claims 1 to 4, indicated that the turbine gases are at ambient pressure relaxed and led directly into the water. 6. Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebes nach den Ansprechen 1 bis 4, dadurc g e k e n n z e i c h n e t, daß die Turbinengase auf Umgebungsdruck entspannt und über den Stator des Raketengasturbinenantriebes über Bord ins Freie begleitet werden 6. Procedure for operating a ship's propulsion system after the response 1 to 4, noting that the turbine gases are at ambient pressure relaxed and via the stator of the rocket gas turbine drive overboard into the open to be accompanied 7. Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebes nach den Ansachen 1 bis 4, dadurch y e k e n n z e i c h n e t, daß die Wasserbestandteile des Abgases in einer mit Seewasser gekuhlterl Kondensationsanlage ausgefällt und wieder dem Arbeitsprozess in der Raketengasturbine zugeführt werden.7. Procedure for operating a ship propulsion system according to aspects 1 to 4, thereby y e k e n n n z e i c h n e t that the water constituents of the exhaust gas precipitated in a condensation system cooled with seawater and be fed back to the work process in the rocket gas turbine. 8. Verfahren zum UL-rieb eines Schiffsantriebes nach den Ansprüc.len 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abgase auf Vakuumdruck entspannt und anschließend vollständig auskondensiert werden.8. Method for the UL-rubbed a ship propulsion according to the claims 1 to 4, in that the exhaust gases are expanded to vacuum pressure and then completely condensed out. 9. Verfahren zum Betrieb eines Schiffsantriebes nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Wasser aus dem Abgas in einer ersten mit Seewasser gekühlten Kondensationsanlage ausgefällt wird und die restlichen gasförmigen Bestandteile, die mit Wasser nicht kondensierbar sind, in einer zweiten, mit flüssigem Sauerstoff gekUhlten Kondensationsanlage ausgefällt werden.9. A method for operating a ship propulsion system according to the claims 1 to 4, characterized in that the water from the exhaust gas in a The first condensation system cooled with seawater is precipitated and the remaining ones gaseous components that are not condensable with water in a second, be precipitated with liquid oxygen-cooled condensation system.