GASTURBINE VOOR SCHEPEN.

INSTALLATIE VOOR

LNG UIT EIGEN LADING

TE GEBRUIKEN VOOR 

VOORTSTUWING.

GASTURBINE DE GESCHIEDENIS.

Een gasturbine is een primair werktuig waarin de gassen, die in een speciale verbrandingskamer bij de verbranding van diesel-, zware olie of LNG ontstaan, met hoge temperatuur en grote snelheid een van schoepen voorziene rotor in snelle rotatie brengt.

Via een tanwielreductie kan dit vermogen met een lager toerental worden benut voor aandrijving van bijvoorbeeld een schroefas, een generator of een pomp (bij een vliegtuig de propeller). Deze tandwielreductie wordt ook toegepast bij de stoomturbine aandrijving van een schip.

Op de roteras zit doorgaans tevens de meertrappige compressor, die de voor de verbranding nogige lucht levert; bij sommige uitvoeringen, onder andere bij  General Electric Co. VS, drijft de hogedruk-gasturbine de compressor en levert de mechanisch gescheiden lagedruk-turbine het nuttige aandrijfvermogen (zie figuur hier onder).

Scheme van General Electric hogedruk-scheepsgasturbine.

1. Luchtinlaat.

2. Compressor.

3. Warmtewisselaar.

4. Verwarmde verbrandingslucht.

5. Verbrandingskamer.

6. Brandstoftoevoer.

7. Hogedruk-gasturbine.

8. Verstelbare leischoepen, 2e trap.

9. Lagedruk-gasturbine.

10. Hete gassen naar warmtewisselaar.

11. Uitlaatgassen.       

12. Tandwielkast.

13. Verstelbare schroef.

De pogingen de gasturbine tot ontwikkeling te brengen, dateren van de jaren dertig vorige eeuw, maar kregen pas omstreeks het eind van WO-II een krachtige impuls door de vliegtuigindustrie. 

Dientengevolge zij gasturbines voor de scheepvaart meestal voor dat doel aangepaste vliegtuig gasturbines.
De eerste malen dat de gasturbine werd gebruikt, vonden plaats in 1947, toen Motor Gun Boats 2009 en 'Grey Goose' van de Britse marine bij wijze van proef hiermee werden uitgerust; eerstgenoemde met een AEI 'Gatric' gasturbine, terwijl de 'Grey Goose' een Rolls Royce gasturbine kreeg van 6000 pk.

(Een MGB van de Britse Marine.)

In 1951 werden de MGB's 'Bold Pioneer' en 'Bolt Pathfinder' uitgerust met Metropolitan-Vickers Electrical Co. 'booster' gasturbines voor vol vermogen. Uit economische en veiligheidsoverwegingen werden daarnaast dieselmotoren geïnstalleerd voor kruisvaart en manoeuvreren. Gasturbines hebben namelijk een zeer hoog brandstof verbruik en kunnen maar in één richting draaien.
Voor manoeuvreren heeft men daarom een omkeerbare schroef nodig, of een omkeerbare dieselmotor, of een zeer ingewikkelde omkeerbare tandwielkast. Om dezelfde reden combineerde de Britse marine op grotere fregatten stoomturbines met een Metro-Vick 'booster' gasturbine.

( De 'Köln' van de Duitse marine.)

De Duitse marine volgde dit voorbeeld voor de voortstuwingsinstallatie van de zes fregatten van de 'Köln'-klasse. Schepen met een standaard waterverplaatsing van 2100 ton, gebouwd tussen 1961 en 1964, die elk 4 MAN-dieselmotoren van 12.000 pk en twee Brown-Boveri gasturbines van 46.000 pk hebben, die hun vermogen overbrengen op twee assen met 'Kamewa'omkeerbare voortstuwers. De Brown-Boveri turbines waren echter niet ontwikkeld uit vliegtuig gasturbines en daardoor log en zwaar, zodat in de toekomst geen navolging had.

(Russische destroyer 'Slavny', 4300 ton, uitgerust met 4 gasturbines, 2 scheepsschroeven en een snelheid van 35 knopen.)

Ook de Russische marine voerde de gasturbine onder andere in de destroyers van de 'Kashin'-klasse, met een totaal vermogen van 100.000 pk.
De aanvankelijke moeilijkheden met luchttoevoer en het zoutvrij houden daarvan, koeling, smering, vibraties, materiaalvermoeiheid en ga zo maar door, leerde men geleidelijk te ondervangen door beter kanalen, verbrandingskamers, materialen voor schoepen en lagers, alsmede trillingvrije opstelling.
Tegen het einde van de jaren zestig vorige eeuw voeren de eerste middelgrote oorlogsschepen met volledige gasturbine-installaties, die nog niet alle kinderziekten te boven waren, maar door hun gewicht/vermogen verhouding gunstig afstaken tegenover de klassieke stoomturbine en dieselmotor.

 (De relatief geringe plaatsruimte, die een gasturbine-installatie inneemt, kan de laadruimte van een vrachtschip tot 10% vergroten.)

Bij de koopvaardij vond de gasturbine aanvankelijk nauwelijks enige toepassing. Pas in 1951 liet de Anglo Saxon Petroleum Comp. een van de 1200 pk Sulzermotoren van de dieselelctrische tanker 'Aurus' van 8221 brt, vervangen door een experimentele gasturbine, op voorstel van John Lamb.
In 1955/56 werd de gehele bestaande installatie verwijderd en vervangen door een BTH-gasturbine van 5300 pk.

(Gasturbine-installatie geplaatst in het voormalige Libertyschip "John Sergeant'.)

Op 3 oktober 1956 stak het verbouwde Liberty-schip 'John Sergeant' van 7280 ton, voor de eerste maal de Atlantische Oceaan over. Dit schip bezat een GE-gasturbine van 6000 apk. 
In 1957 werd het voormalige Liberty-schip 'William Patterson'ban 7275 brt, voorzien van zes GM Soc. Alsthom vrije-zuiger gasgeneratoren en twee gasturbines, die één schroef aandreven. In 1958 werd in Engeland voor de eerste keer een vrije-zuiger gasgenerator met gasturbine geplaatst in het ertsschip 'Morar' van 6990 brt van de Scottish Ore Carriers Ltd. De voortstuwing geschiedde door drie vrije-zuiger gasgeneratoren en een gasturbine van 2500 apk voor een dienstvaart van 11 knopen.

In 1960 bracht de Nederlandse rederij Waling van Geest de bananenboten (fruitjagers) 'Geestland' en 'Geeststar' van 1927 brt, in de vaart; deze werden voortgestuwd door vier Werkspoor-Sigma gasgeneratoten die een gasturbine van 3800 pk aandreven.
Deze installatie werd echter na enkele jaren vervangen door een dieselmotor.
Bovengenoemde installaties aan boord van koopvaardijschepen waren alle van experimentele aard, terwijl de vrije-zuiger gasinstallatie strikt genomen niet tot de eigenlijke gasturbines-installaties gerekend mag worden.

Het eerste grote oceaanschip met gasturbines is de Amerikaanse 'Admiral Wm. M. Galaghan'van de Military Sea Transport Service, dat in 1967 werd gebouwd door de Sun Shipbuilder Comp. te Chester en een draagvermogen heeft van 14.279 ton. Het is een rij-op/rij-af schip uitgerust met twee Pratt and Whitney FT-4A-2 gasturbines, die te samen 39.000 apk ontwikkelden en het schip een dienstvaart geven van 25 knopen.

(Vliegtuig turbine.)

Evenals bij verschillende oorlogsschepen heeft men hier getracht de gevorderde kennis en productiewijze van de vliegtuigturbines te combineren met de behoeften van de scheepsinstallatie, door de afzonderlijk opgestelde vliegtuigmotoren te gebruiken als gasgenerator. De verbrandingsgassen die bij een vliegtuig echter ter opwekking van de stuwende kracht in de atmosfeer stromen, worden door een onafhankelijk opgestelde tweetraps turbine geleid die een schroef aandrijft. De uitlaatgassen die na expansie in deze turbine nog een temperatuur hebben, worden via een warmtewisselaar in de schoorsteen afgevoerd.
In tegenstelling tot de stoomturbine, die voorzichtig warm gedraaid moet worden, kan de gasturbine binnen 3 minuten vol vermogen geven omdat de geringe opeenhoping van materiaal geen bijzondere maatregelen tegen onregelmatig uitzetten noodzakelijk maakt. De gasgenerator staat aan grote slijtage bloot. Dit gedeelte is daarom gemakkelijk demonteerbaar. Op de 'Gallanhan' wordt een reserve generator meegevoerd, die zo nodig in 6 tot 8 uur door eigen personeel kan worden gemonteerd. In 1971 werd voor deze installaties nog dieselolie gestookt, maar daarna begon men op zoek naar wegen om evenals in de scheepsmotoren zwaardere oliën te gebruiken.

LNG GASTURBINE-INSTALLATIE.

De opkomst van de LNG tankers bracht een enorme verandering in de voortstuwing door gasturbines.
Deze tankers hebben de mogelijkheid in plaats van dure dieselolie of steeds te reinigen zware brandstof oliën te verstoken, om uit eigen lading te stoken. Ook hier heeft man te maken met een kleinere machinekamer dan op de conventionele tankschepen.

De gasturbine die buiten de generatoren ook de schroefas van het schip aandrijft, heeft ook hier een  hoge uitlaatgassen temperatuur.
In de schoorsteen is om hier nog gebruik van de maken een warmtewisselaar geplaatst, welke door het toegevoerde water stoom produceert, welke weer gebruikt wordt voor het aandrijven van een generator voor de opwekking van elektrische stroom voor aandrijving van de motoren van de hulpwerktuigen.





(Een voorbeeld van een gasturbine-installatie aan boord van een schip, op het principe van de gasturbine van een vliegtuig. Links de aansluiting voor de schroefas na de tanwielreductie en rechts de afvoer van de hete gassen naar de schoorsteen.)

Buiten het voordeel dat een LNG tanker uit eigen lading kan stoken gedurende de ladingreis, wordt er bij het lossen van de lading altijd rekening gehouden om voldoende LNG gas aan boord te houden voor de reis terug naar de laadhaven.
Deze schepen zullen ten aller tijden een voorraad dieselolie aan boord hebben als brandstof voor de noodgenerator voor het opwekken van stroom bij het wegvallen van vaste voortstuwingsinstallatie en de daardoor aangedreven generatoren.
(Een muffler is een geluiddemper welke na de warmte wisselaar in de schoorsteen is geplaatst.)