GasturbinenanlagP grosser Leistung (von über 16'000 PS) mit Gleichdruchverbrennung, sowie veränderlicher Drehzahl der Nutzleistungsturbine für den Schiffsantrieb. Infolge der niedrigeren "Grenzleistung" eines Achsial-Kompressors gegenüber der einer Gasturbine mit Gleichdruckverbren- nung, im nachfolgenden kurz "Gleichdruck- Gasturbine" genannt, muss eine Gleichdruck- Gasturbinenanlage grosser Leistung mehrere Kompressorgruppen,
die die Drucklufterzeu- gung übernehmen, enthalten. In der Zeich nung ist beispielsweise eine solche Anlage von etwa 15 000 PS mit vier Kompressor gruppen<I>A, B, C, D,</I> bestehend im wesent lichen je aus Gasturbine 1, Kompressor 2 und Brennkammer 3, und einer Nutzleistungs- Gasturbinengruppe E, bestehend im. wesent lichen aus Vorwärtsturbine 4, Rückwärts- turbine 5 und Brennkammer 6, schematisch dargestellt.
Jede Brennkammer enthält fer ner eine Brennstoffdüse 7 und einen Thermo staten 8, jede Turbine am Eintritt drehbare Leitschaufelung 9.
Nur die erste Kompressorgruppe A erhält einen Anlaufmotor 10; die andern Gruppen werden durch die Brenngase der vorhergehenden Gruppe angefahren. Die Saugluft tritt zu jedem Kompressor 2 bei 11 ein; die Druckluft wird durch Leitung 12 der Brennkammer 3 und die Brenngase wer den durch Leitung 13 der Kompressorgas- turbine 1 zugeführt; die Abgase gehen bei 14 in den Kamin über.
Die Rest-Druckluftmenge, die von der Kompressorgasturbine 1 nicht verbraucht wird, kommt über die Luftleitung 15 in die Drucksammelleitung 16 und wird bei Vor wärtsfahrt der Brennkammer 6 der Vorwärts gasturbine 4 zugeführt. Die Rückwärts turbine 5 ist als eine Druckluftturbine aus gebildet, die von der Druckluft über die Lei tung 17 durchströmt wird. Die Umsteuerung von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt geschieht durch einen Umschalter 18 bekannter Art.
Die Steuerung einer solchen Schiffs- Gleichdruck - Gasturbinenanlage im ganzen Geschwindigkeitsbereich des Schiffes kann sich in zwei Arten gestalten, und zwar: I. Die Kompressorgruppen -erden bei allen Fahrten. bei praktisch konstantem Höchstluftdruck betrieben, wobei die Zahl der sich jeweils im Betrieb befindlichen Kom pressoren von der Nutzleistung abhängig ist.
Zum Beispiel bei 'Marschfahrt läuft nur die erste Kompressorgruppe _4 mit höchstem Luftdruck: bei mittleren Fahrten kommen die zwei nächstfolgenden Gruppen B und C hinzu und erst bei Maximalfahrt arbeiten die sämtlichen Kompressorgruppen. Die Re gelung der Kompressorturbinen 1 und der Nutzleistungsturbine 4 geschieht entweder durch reine Drosselung (bei Reaktions- beschauflung) oder durch Düsenregelung (bei vorgeschalteter Aktionsstufe).
II. Die Kompressorgruppen werden alle gleichzeitig betrieben, wobei aber der Luft druck veränderlich ist: mit Steigerung der Belastung der Nutzleistungsturbine 4 nimmt er zu.
Zum Beispiel bei Marschfahrt laufen alle vier Kompressorgruppen A,<I>B, C, D</I> mit p - ?,0 ata, bei mittleren Leistungen steigt der Druck bis 3.:3 ata. Die Regelung der Kompressorturbinen und der Nutzleistungs- turbine geschieht durch be-%vegliehe Leit- schaufeln 9;
bei dieser Regelung wird be kanntlich der Wärmedrosselverlust ausge- niitzt.
urenn man diese zwei Steuerungsarten miteinander vergleicht, so ergibt sich, dass die I. Art infolge der Drosselungsverluste oder der vorgeschalteten Aktionsstufe bei kleinen Fahrten unwirtschaftlich ist. Infolge der veränderlichen Drehzahl gestaltet sich auch der Parsons'sche Koeffizient bei kon stantem Anfangsdruck ungiinstiger im Ver gleich mit dem Betrieb bei veränderlichem zunehmendem Anfangsdruck.
Die Steuerungsart 1I ist in wirtschaft licher Hinsicht günstiger, da die Drossel verluste wegfallen und die unwirtschaft- lichere Aktionsstufe vermieden wird. Ausser dem ist der veränderliche Anfangsdruck gün stiger für die Parsons'sche Kennzahl, die bei veränderlicher Drehzahl einen praktisch kon stanten Wert beibehält. Leider hat jedoch diese Steuerungsart in bezug auf die Be triebssicherheit der gesamten Anlage einen grossen Nachteil. Um einen hohen Wirkungs grad der Gasturbine zu erzielen, ist es not wendig, die Gastemperatur vor den Turbinen so hoch wie nur möglich ist, zu halten.
Diese höchste Temperatur wird bekanntlich bei allen Fahrten praktisch konstant gehalten. Demzufolge werden sogar bei kleinen Lei stungen alle Kompressorgasturbinen den Wichsten Gastemperaturen ausgesetzt, was natürlich für die Lebensdauer der Schaufeln, sogar infolge des natürlichen Materialver schleisses allein, von grossem Nachteil ist, ins besondere, wenn man in Betracht zieht, dass die am meisten vorkommenden kleinen Lei stungen von einer bis zwei Kompressorgrup- pen bei höherem Anfangsdruck bewältigt werden können.
Ein 31itlaufen aller Kom- pressorgruppen im ganzen Geschwindigkeits bereich des Schiffes ist demzufolge betriebs technisch unrationell.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile der zwei erwähnten Steuerungs arten zu vermeiden. Es wird zugrunde gelegt, dass sowohl die Zahl der arbeitenden Kom pressoren, als auch der Betriebsdruck vor der Nutzleistungsturbine veränderlich ist. Anders ausgedrückt: Mit Steigerung der Nutzleistung an der Propellerwelle kommt eine neue Kompressorgruppe in Betrieb und der Betriebsdruck wird gesteigert.
Dem zufolge ergibt sich für die gezeichnete An lage zum Beispiel folgendes Schaltungs schema in Funktion der Nutzleistung an der Propellerwelle, worin K und <B>S</B> zahlenmässige Faktoren grösser als 1 sind:
EMI0003.0001
Nutzleistung <SEP> Arbeitende <SEP> Steigerung <SEP> des
<tb> Fahrt <SEP> <B>PS</B> <SEP> Kompressor- <SEP> Luftdruckes <SEP> (ata)
<tb> Kruppe <SEP> von <SEP> bis
<tb> Marsch <SEP> <I>N <SEP> A <SEP> 0 <SEP> P</I>
<tb> 2. <SEP> Fahrtstufe <SEP> <I>N <SEP> + <SEP> AN <SEP> A, <SEP> B <SEP> P <SEP> P <SEP> + <SEP> AP</I>
<tb> 3.
<SEP> Fahrtstufe <SEP> <I>N <SEP> + <SEP> KAN <SEP> A, <SEP> B, <SEP> C <SEP> P <SEP> + <SEP> AP</I> <SEP> P <SEP> + <SEP> SAP
<tb> Maximal <SEP> Nmax <SEP> <I>A, <SEP> B, <SEP> C, <SEP> D <SEP> P</I> <SEP> + <SEP> SAP <SEP> Pmax Die Regelung der Gasturbinen erfolgt auch in diesem Falle zweckmässig durch dreh bare Leitschaufeln.
Die vorgeschlagene Steuerungsart hat nicht, wie leicht zu erkennen ist, die Nach teile der zwei erstangegebenen.
Die Steuerung der Gleichdruck - Ga.s- turbinenanlage ermöglicht eine praktisch konstante Gastemperatur vor den Kompres- sorturbinen 1 und der Nutzleistungsturbine 4. Sie wird durch ein entsprechend ausgebautes Drizckölsystem in den wesentlichen Teilen vorteilhaft wie folgt betätigt. Der Einfach heit halber ist das an sich bekannte Drucköl- Steuersystem nicht miteingezeichnet, sondern es ist nur der Strom des Betriebsstoffes an gegeben.
Beim Drehen der Welle eines Manövrier apparates wird das Kraftöl, das ein gewisses Steuersystem I durchströmt, gestaut, wodurch der Kraftöldruck in diesem System gesteigert wird. Diese Drucköländerung betätigt die Brennstoffdüsen 7 der gompressorturbinen 1,
und zwar entspricht eine Oldruckerhöhung einer Vergrösserung des Düsendurchflussquer- schnittes. Die Vergrösserung der Brennstoff menge bei gleichgebliebener Luftmenge stei gert die Brenngastemperatur. In jeder Brenn- kammer 3 stauen die Thermostate 8 bei Über schreitung einer gewissen praktisch konstan ten Höchstgastemperatur das Kraftöl in einem andern Steuersystem II so, dass die be weglichen Leitschaufeln 9 der Kompressor turbinen 1 geöffnet werden;
das Gleich gewicht zwischen Arbeitsleistung der Turbine und dem Arbeitsbedarf des Kompressors wird demnach gestört. Demzufolge erhält die Kompressorturbine eine Drehzahlsteigerung, wodurch die Luftliefermenge der Kompres- soren 2 vergrössert wird, bis ein Beharrungs zustand zwischen Brennstoff und Luftmenge in den Brennkammern, bei dem die vorge schriebene konstante Gastemperatur sich ein stellt, erreicht wird.
Die Restdruckluftmenge, die von den gompressorturbinen nicht ver braucht wird, strömt über die vom Drucköl betätigten Überströmventile 19 in die Sam- melluftleitung 16 und dann in die Brenn kammer 6 der Nutzleistungsturbine 4. Die Brennstoffmenge der Nutzleistungsturbine wird der Brennkammer 6 durch die Düse 7 zugeführt.
Der in dieser Brennkammer ein gebaute Thermostat 8 übernimmt die Brenn stoffregelung bei konstanter Gastemperatur, die sich bekanntlich nur beim gleichen Ver hältnis des Brennstoffgewichtes zum Luft gewicht (Beharrungszustand) einstellt. Falls sich der Druckluftzustand in der Sammel- leitung 16 ändert, wird der vorgeschriebene Beharrungszustand in der Brennkammer 6 gestört; der erwähnte Thermostat 8 dort be einflusst durch ein im graftölsystem ein gebautes Regelventil den Öldruck, der seiner seits die Brennstoffdüse 7 betätigt.
Das Regelorgan zur Regelung der Brenn stoffmenge in der Brennkammer 6 ist mit dem Servomotor der beweglichen Schaufeln 9 der Turbine 4 verblöckt, so dass eine Stei gerung der Brennstoffmenge in der Brenn- kammer 6 ein Öffnen der Schaufeln 9 der Nutzleistungsturbine 4 zur Folge hat.
Die hier erwähnte Steuerung, die als bekannt vorauszusetzen ist, ist im weiteren Ausbau, und zwar in der Anordnung der In betriebsetzung der Kompressorgruppen 1 zweckmässig wie folgt ausgebildet.
Diese mit veränderlicher Drehzahl und Druck arbeitenden Kompressorgruppen 1 werden mit Steigerung der Nutzleistung nacheinander in Betrieb genommen. Die erste Kompressorgruppe A, die allein den Anlauf motor 10 besitzt. wird normalerweise in Be trieb genommen.
Bei einem bestimmten Öl druck im Kraftöls@-stem I, an das die Brenn stoffdüsen 7 der Gruppen A-D angesehlos- sen sind. wird das Drueliluft-Überströmventil 19 der Gruppe A automatisch geöffnet, und die Druckluft strömt in die Sammelleitung 16 und weiter zur Brennkammer 6 der Nutz leistungsturbine .1. Der Druck des Kraftöls steigert sich mit der Belastung der Kom- pressorgruppe A;
bei Erreichung einer ge wissen Grösse des Öldruckes wird das Brenn- gas-Überströmventil 20 der Gruppe B geöff net, imd die Brenngase der ersten Kompres- sorgruppe fangen an, die Gasturbine 1 der zweiten Gruppe B zu beaufsehlagen. In die sem Moment vermindert sich die Drehzahl der Turbine der Gruppe A : der Kompressor 2 der Gruppe A liefert weniger Luft, was aber eine Steigerung der Brenngastemperatur in der Brennkammer der Gruppe A hervor ruft.
Der Thermostat 8 dieser Brennkam- mer greift jetzt ein und öffnet die beweg lichen Leitschaufeln 9 seiner Gasturbine 1 (Gruppe A), so' dass sich bei erhöhter Dreh zahl ein neuer Beharrungszustand mit kon stanter Gastemperatur einstellen wird.
Der so angelaufenen zweiten Kompressor gruppe B wird der Brennstoff durch ihre Düse 7 zugeleitet, die vom Kraftölsy stem I betätigt wird. Falls die Drehzahl des Kom- pressors einen bestimmten Wert erreicht hat, schliesst sich das vom Geschwindigkeitsregler 21 betätigte Brenngasventil 22, wodurch die später angelassene Gruppe B von der "Stammgruppe" A abgetrennt wird. Das Brenngas-Überströmventil 20 kann auch mit dem Geschwindigkeitsregler 21 verbloekt werden, so dass dann das zweite Ventil 22 wegfällt.
Die oben erwähnte Gruppenabtrennung hat zur Folge, dass die Drehzahl der Gruppe A gesteigert und die der Gruppe B vermin dert wird. Der Thermostat 8 der Gruppe A schliesst die zugehörigen Leitschaufeln 9 und der Thermostat 8 der Gruppe B öffnet die Leitschaufeln der Gasturbine dieser Gruppe, bis sich in den beiden Gruppen ein Beharrungszustand zwischen der Leistungs- abgabe der Turbinen und Leistungsaufnahme der Kompressoren eingestellt hat.
Die Rest- druckluftmenge der Gruppe A strömt über die Sammelleitung 16 der Brennkammer 6 der Nutzleistungsturbine 4 zu.
Die leer mitlaufende, aber "sich selbst be dienende" Kompressorgruppe B kann die Druckluft ins Nutzleistungssystem nur dann übergeben, wenn der Öldruck im Kraftöl- system I einen gewissen Wert erreicht hat; dann öffnet sich das zweite Druckluft-Über- strömventil 19. Von nun an liefern die bei den Kompressorgruppen A und B die Druck luft von P ata in die Sammelleitung 16.
Bei einer weiteren Belastung der beiden Kompressorgruppen durch den handbetätig ten Manövrierapparat spielt sieh der Prozess analog wie mit der ersten Gruppe A ab. Das Anlassen der nächsten, dritten Kompressor gruppe C geschieht von der Gruppe B durch das Brenngas-Überströmventil 20 der Gruppe C, wie oben für die zweite Gruppe B be schrieben. Die zwei Kompressorgruppen A und B liefern die Drucknutzluft von P bis P + AP ata, wie in der obigen Tabelle er wähnt wurde.
Dann kommt die dritte Kom- pressorgruppe C in den Betrieb. Der Vorgang wiederholt sieh abermals. Das gleiche gilt auch für die letzte. vierte Kompressorgruppe D. Es ist offenbar, dass der hier beschriebene Steuerungsvorgang von der Zahl der Kom- pressorgruppen und parallellaufenden Nutz leistungsturbinen unabhängig ist; die vier Kompressorgruppen <I>A</I> bis<I>D</I> und eine Nutz leistungsturbinengruppe E wurden nur als Beispiel angenommen.
Das Entlasten der Nutzleistungsturbine 4 geschieht in der umgekehrten Richtung., das heisst durch die entgegengesetzte Dre hung des Manöv rierapparates wird die Brenn stoffzufuhr zu den Brennstoffdüsen vermin dert.
Die gesamte Anlage ist mit einer not wendigen Anzahl von Sicherheitsorganen ausgestattet, wie Rückschlagklappen, Sicher heitsregler, Sicherheitsdruckventile etc., die nicht näher erwähnt sind.