转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法
【专利摘要】本发明涉及转变蒸汽涡轮动力LNG运输船的方法，其中增加了包括多个双燃料电功率柴油机、燃气涡轮发电机或其它以及几个电力推进发动机的柴油电力推进系统，其机械功率引入到现有齿轮箱或轴线中，保持现有蒸汽涡轮机推进装置的全面运行。本发明的主要优点是，它允许提供蒸汽涡轮机动力LNG运输船有更经济和节能的船载发电和推进装置，而不需要取消现有的推进装置，因此缩短了转变时间，节省了后续的财政支出。
【专利说明】转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法
【技术领域】
[0001 ] 如标题所示，本说明书涉及转变用于运输液化天然气的蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于添加了具有几个双燃料电力柴油发电机或其它的以及几个电推进发动机的柴油电力推进，其机械功率引入到现有的齿轮箱或轴线中，保持现有的蒸汽涡轮机推进装置全面运行。
【背景技术】
[0002]由转变产生的运输船具有双推进装置:以前的蒸汽涡轮机推进装置，以及新的柴油电力推进装置，根据需要能够使用一个、另一个或两个，而且所有这些同时维持在最初存在于所述运输船中的轴线和齿轮箱。
[0003]当今所用的推进方法，其优点和缺点、以及关于在所述运输船中的电推进和发电的本技术当前的发展水平、当今所用的现有转变方案，将在下面进行描述，目的是帮助理解本发明以及描述由本发明在随后要求并提出的方法。
[0004]但必须指出的是，在整个说明书中常用且在该【技术领域】中广为流传的某些英语单词和缩写将被定义和使用；它们将在第一次提及时限定，之后为了精确和简洁，所述英语单词将单独使用。
[0005]发明领域-液化天然气运输船
[0006]液化天然气运输船几乎完全设计用于运输在大气压下的散装液化天然气，以下简称为LNG。还有其它可能的货物，如乙烯或液化石油气，以下简称为LPG，但这些都是残留的性质。还可运输压缩天然气，但如今这几乎是不相关的。
[0007]一般来说，运输船是比较大的，大于35，OOOm3且高达290，000m3，最常见的运输船是在120，000和180，OOOm3之间。即使使用不同的施工技术，它们都有着一系列共同的特占-
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[0008].货物运输压力:大气压力。
[0009]?运输温度:_163°C。
[0010].连续的货物蒸发，以下称为汽化，自然地发生在所有的这些运输船中。这种汽化必须烧掉。它一般燃烧来产生能量用于发电和推进。即使船上没有要求它的船上能源需求，上面提到的汽化也必须被烧掉。这可在锅炉中完成，向冷凝器传送多余的蒸汽，以下称为倾倒，或在封闭的火炬中完成，以下称为气体燃烧装置或GCU。当运输船在满载条件下时，典型的汽化指数(以下称为汽化率)是每天载货量的0.15%，也就是说，对于平均150，000m3的运输船来说，这意味着每天约汽化225m3的液化天然气。常见的做法是在返航途中，在空载条件下的储罐中保持一定量的LNG。这些气体也产生汽化，是在负载条件下产生的一部分，大约是所对应的满载条件下指数的30%至40%。
[0011].液化天然气运输船的操作速度一般约为19.5海里/小时。该较高速度的原因是:汽化、运输船的价格以及其它方面。其直接后果是高推进功率的需求和燃料消耗高达两倍。
[0012].液化天然气运输船的建造价格很高。约150，OOOm3的传统运输船可以花费1.5至2亿美元。
[0013]?液化天然气运输船有很长的使用寿命。有的液化天然气运输船服役约40年。使用寿命长有几个原因:高品质、非侵蚀性货物、推进寿命长、初始成本高、非常仔细的维护等等。显然，实现这一使用寿命长的风险是他们过时了，也就是说，无论是因为推进的变化，还是因为规模或其它原因而在技术上过时。在任何情况下，目前的船队在很多时候是在30/40年内付清。这实际上就是本发明的根源。
[0014]发明背景-液化天然气运输船推进系统
[0015]用于液化天然气运输船的不同类型推进系统的一般特征和它们近年来的演变描述如下。
[0016]几乎所有的液化天然气运输船可以使用天然气、液体燃料如重燃料油(以下简称HF0)、船用柴油(以下简称MD0)或船用轻柴油(以下简称MG0)用于发电和推进。运输船可同时以所需的比例使用一种或另一种或两种燃料。某些地区不允许使用HFO或HFO的使用受到限制，例如在西欧的港口。所述汽化必须以某种方式烧掉。
[0017]有一种类型的运输船，以有限的比例设置有船载再液化设备，其通常仅在推进发动机中使用液体燃料。本发明并不适用于这些运输船，所以将在下文中忽略它们。
[0018]在容量大约为150，OOOm3的液化天然气运输船中，其中大量的推进功率约为25MW至 30MW。
[0019]液化天然气运输船推进的重要特点是其需要非常高的可靠性。有各种原因:取决于运送货物的安全性、在运输链上的一体化、供应计划符合性保证、由故障引起的停机时间情况下的汽化成本和其它各种原因。
[0020]大约100年前，大多数船舶或通过可代替的机器或通过蒸汽涡轮机来使用蒸汽推进。
[0021]50年前，只有一些大型油轮、军舰、一些客船和在当时开始使用的液化天然气运输船，使用蒸汽涡轮机推进。
[0022]10年前，仅有液化天然气运输船仍在使用蒸汽涡轮机推进。维持蒸汽涡轮机推进主要有两个原因:
[0023].蒸汽涡轮装置的可靠性非常高，其使用寿命长，维修有限。
[0024].通过各种手段在商船推进中占主导地位的柴油发动机不能燃烧来自汽化的气体，其能够产生推进所需的非常重要的一部分能量。
[0025]如前所述，直到大约8年前，几乎所有的液化天然气运输船使用蒸汽涡轮机推进系统，包括新建的运输船。
[0026]近年来，已开发了一系列替代蒸汽涡轮推进的推进方法用于新的液化天然气运输船。虽然有几种选择，但有两种主要的选择已经较大程度的开发和应用。
[0027]第一种选择是基于具有双燃料四冲程柴油发动机的柴油电力推进的运输船。这些发动机可以燃烧液体燃料，无论是HFO、MDO还是MG0，也可以燃烧在约6bar压力下掺入到助燃空气中的天然气。所述发动机各运转一台交流发电机。该交流发电机产生的电能用于供应运输船的电力系统并通过相应的转换器操作电动推进发动机，其通常是总共有一到四个，最常见为两个。这些电动发动机反过来通常通过齿轮减速器操作推进器或多个推进器。大多数的运输船有一个推进器，有的有两个。这些柴油电力设备一般有四个柴油发动机，有时是三个，有时是五个。装配发动机的每个缸具有大约1000KW，所述设备通常具有总共30至40个缸，即所安装的电功率为30丽到40丽。这是目前占主导地位的选择。
[0028]但必须指出，这些双四冲程发动机利用液体燃料根据柴油机循环运行，并利用气体燃料根据颚图循环等运行。
[0029]第二个选择是包括常规的、缓慢的二冲程柴油发动机和相应的具有四冲程柴油发动机的发电设备，该二冲程柴油发动机只能烧液体燃料，具有用于再液化所述汽化的船载再液化设备，所述发电设备的电源必须增加，以覆盖所述再液化设备的要求。
[0030]运输船仍在使用蒸汽涡轮机建造，但占的比例非常低。一些具有蒸汽涡轮机推进的运输船正在使用更高效的蒸汽循环建造或最近已建成，主要是利用中间再加热(以下简称为再加热循环)循环。即使在这些情况下，蒸汽涡轮设备的消耗量比柴油发动机涡轮设备大得多。
[0031]液化天然气运输船推进方法上的这一变化的根本原因主要是:
[0032]?蒸汽涡轮机设备的较低效率和较高消耗率。即使任何消耗率指数必须仔细限制，但蒸汽涡轮机设备使用液态燃料有大约290gr/kW小时的消耗率。然而，双四冲程发动机具有大约190gr/kW小时的消耗率。这些指数必须根据一系列系数进行修正和考虑，但在任何情况下它们显示出有利于柴油发动机的巨大差异。
[0033]?更高的燃料价格，液体燃料尤其如此。即使价格波动很大，一吨重油的成本仍有约650美元。
[0034].能够燃烧液体燃料和天然气的双四冲程发动机的技术可用性。
[0035]总之，在受制于所有必须阐明的标准指数中，液化天然气运输船每天可消耗约175mT的HF0，使用液体燃料每天将需要大约113，750美元，当它是蒸汽涡轮机动力时，每天可消耗约120mT的HF0，每天将需要大约78，000美元。每天的成本差异大约是35，750美元。必须强调的是，前面的指数是指液体燃料消耗，而且所有燃料的价格也极不稳定。存在着一系列必须在任何情况下作出的阐明，但实际上存在着有利于双柴油发动机的非常巨大的区别。
[0036]在运输船使用天然气作为燃料的情况下，可进行类似的比较计算。效率比是相似的(稍微不利于双发动机)，但难以设置用于液化天然气运输船推进的天然气售价。
[0037]由于前述的结果，在目前使用中的液化天然气运输船的船队上有三种类型的推进:
[0038].大多数运输船采用蒸汽涡轮机推进。这些运输船的年龄在I到40年之间，其中不乏少于十年的并具有可变的尺寸，它们中相当大的数量，在120，000至170，OOOm3之间。
[0039].还有其他的运输船，所有的这些运输船都少于六年，带具有双发动机的柴油电力推进。现在这种推进是占主导地位的。尺寸类似于上述运输船，在70，000至175，OOOm3之间。
[0040].已经提到有一些类型的运输船具有传统的柴油机推进，只能使用液体燃料，不到6年并且很大，所有这些都超过了 200，000m3。如前所述，本发明并不适用于这些运输船。
[0041]如今，由于技术的演变，用于液化天然气运输船的其它类型的推进正在发展并提供给市场。具体的，有如下建议:
[0042].能在非常高的压力下燃烧液体燃料或天然气的双二冲程柴油发动机。在这两种情况下，它们利用柴油循环机工作。这些发动机实质上存在于原型级别。他们从来没有安装在运输船上，运输船也不是利用这种技术建造。其最大的缺点是在非常高的压力时气体必须压缩并注入。这样的推进将最有可能在将来使用。
[0043]?燃气轮机为基础的设备，与涡轮电力或机械相耦合。他们还没有安装在任何的液化天然气运输船上，或到目前为止任何正在建造的液化天然气运输船上。
[0044].其他的选择方案，如混合动力设备，具有复合机械/电力推进。它们到目前为止没有应用。
[0045]可以发现相当一部分描述应用于船舶的电力推进系统的不同类型或变型的参考文件，例如专利 ES2087662 “Dispositivo de propuls1n de un buque (船舶推进设置)，，、ES2089408 “Sistema de corriente electrica para vehi culos marinos (用于海上交通工具的电力系统)”、ES2184356 “Instalaci0n de acc1namiento electricopara barcos (用于船舶的电力驱动装置)”、ES2I97862 “Propulsi0n electrica parabarco (电力船舶推进)，，、ES2278756 “Dispositivo y procedimiento de propuls1n deun barco (船舶推进设置和方法)”、以及 ES2297036 “Sistema de propuls1n para unbarco(船推进系统)”，但它们都是在建造船舶的过程中设想要进行的，而不是作为在现有船舶上安装新驱动系统的可行替代。
[0046]也可找到具体提及用于液化天然气运输船的发动机装置，例如，在专利US2007277534 “具有可替代推进制备的用于液化天然气运输船的船上再气化”中描述的，其描述了利用驱动装置而不基于蒸汽涡轮机的运输船再气化解决方案，或专利W003006313 “在船上处理天然气和推进装置的船舶的方法”，其使用一组具有柴油发电的两个电动发动机，但是没有结合蒸汽装置，或专利JP2004051050，其描述了“用于液化天然气运输船的推进设备”，提出了柴油电力马达的组合，但是没有结合蒸汽装置，并且如前所述，只有当制造船舶时是可行的；其使用对于现有船舶的新驱动系统安装来说是不适用的。
[0047]发明背景-已知的转变可能性
[0048]在当今现有的船队中，不包括具有再液化和二冲程柴油发动机装置的运输船，它只可使用液体燃料，有两种类型的推进:
[0049].多数具有蒸汽润轮机推进的运输船,带上所有的储备和规格(specificat1ns)具有约290gr/kwh的消耗率，以及
[0050]?相当多的运输船少于六年并具有柴油电力推进，采用双四冲程发动机。所述发动机的消耗率约为190gr/kwh。
[0051]在各方面，除了重要的燃料成本方面之外，蒸汽涡轮机运输船以令人非常满意的方式运作。在满载条件下，19.5海里/小时的标准运输船每天航行的燃料成本差在许多情况下大于30，000美元/天，所以很显然对这些蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的推进装置的可能转变有技术需求，这将允许降低燃料消耗，提高其经济竞争力，并避免大量投资来替换它们。
[0052]事实上，一类相对较新的蒸汽涡轮机动力运输船在其中一种情况下是没有竞争的，因为与高燃料成本相关的蒸汽涡轮机推进不是新的。
[0053]这种情况在1975年至1990年之间已经大规模发生在大型油轮以及客船上。再有就是大量的新驱动系统安装。即使有几种变型，但所使用的解决方案通常是:
[0054]A.-取消蒸汽涡轮机，并用通过减速器耦合到所述推进器的双四冲程柴油发动机代替蒸汽涡轮机。必须指出的是，在所有情况下完全消除了(高压和低压)涡轮机、主冷凝器和齿轮箱。在某些情况下，轴线的剩余部分被保留，同时另一些被修改。
[0055]这种类型的转变在油轮中是最常见的，并已执行了超过一半的时间。所得到的运输船不是没有问题的，特别是带有与四冲程发动机所需的高维护有关的问题。发动机的任何维护、故障或维修操作意味着使运输船在所述运行持续的时间内固定不动。
[0056]在大多数情况下，维修主锅炉用于卸货、加热该货物和辅助服务。该发电设备必须在很大程度上修改。
[0057]B.-取消蒸汽涡轮机并用直接耦合的二冲程柴油发动机来代替。这用在少数场合中。在某些情况下，在更广泛的转变中建造了运输船的新船尾。在某些情况下，维修主锅炉而在其它情况下主锅炉被取代。发电设备必须进行改造。
[0058]从维护和操作的观点来看，结果比较好。
[0059]C.-取消蒸汽涡轮机并用柴油电力推进代替。这尤其用在客船上。
[0060]与四冲程柴油发动机相关的维修问题通过关闭必须要修理或维护且不会影响运输船运行容量的发动机的可能性而大大降低。
[0061]所有这些可能的实施方式的缺点是，在所有情况下取消了现有的蒸汽涡轮机和齿轮箱。
[0062]现在并且由于上述原因，需要将带有蒸汽涡轮推进的现有液化天然气运输船(超过200艘运输船)转变为具有另一种类型的更节能推进系统的运输船，再次考虑用于改善他们运行的成本效益。
[0063]涉及到传统可能性的上述可能性在逻辑上适用于现有的液化天然气运输船。
[0064]对一些这样的可能性进行了简要描述，并且由其应用产生的某些缺点和问题如下所示。
[0065]转变为采用双四冲程发动机的柴油电力推进系统
[0066]实质上，转变后的运输船将具有类似于用所述类型的推进已建造的或正在建造的运输船的推进力。所述转变将涉及:
[0067].取消高压和低压涡轮机、主冷凝器和齿轮箱。
[0068].安装一些双四冲程柴油发动机，其相应的交流发电机，配电系统、变压器、转换器、电力推进发动机和新的齿轮箱。
[0069].安装低压压缩机设备(约6/8bar)，利用100 %的冗余原则。
[0070]这将导致采用双发动机的柴油电力推进系统作为液化天然气运输船采用这样的推进。它通常具有预先存在的涡轮机功率的约115%的双柴油发动机功率。在正常的运输船上，将需要超过30MW的来自发电机的电力，且通常具有3个或4个双发动机，作为在运输船上采用所述推进。
[0071]主锅炉可以被维修或取消，但在任何情况下它必须有辅助系统用于在后者不需要用于推进时燃烧多余的汽化，即，锅炉加冷凝器用于过量蒸汽或封闭的火炬(以下称为气体燃烧装置或GCU)用于过量蒸汽。
[0072]在转变过程中会有相当多的拆卸和报废工作，以及关于安装所有新设备的空间和适应性的相当多的问题。
[0073]—旦转变了运输船，会具有类似于相同技术、维护和操作成本的当前燃料消耗的燃料消耗量，并具有类似于相同技术的目前成本和困难的困难。会有几个二阶差值，根据汽化的主题是怎样的以及其它已经解决的主题。
[0074]转变时间和成本必须认定为是很高的。
[0075]有一种可能性，即新的推进具有比现有功率更低的功率。在上述情况下，将降低运输船的速度以及储存力。
[0076]这在技术上是可行和已知的。
[0077]转变为采用具有高压气体的双二冲程发动机的柴油推进
[0078]实质上，转变后的运输船将通过双通道、气体或液体燃料、具有约3(MW标准功率的二冲程柴油发动机推进。
[0079]这将进一步需要安装具有压缩机的气体压缩和处理设备，利用100%的冗余原则，具有约300bar的压力。
[0080]这将进一步需要改造发电装置，即使用于卸载、解决其它方面和根据前述情况下燃烧所述汽化的问题。
[0081]这将基本上完全取消主涡轮机、主冷凝器和齿轮箱。
[0082]主锅炉和轴线可被维修或取消。
[0083]所得到的运输船将具有燃料消耗量，比在前一节中所描述的那些具有柴油电力推进的运输船略少。
[0084]转变成本必须认定为是很高的。
[0085]转变时间将同样是很长的，因为所有的拆卸和报废工作必须在现场进行，安装工作可仅当上述工作已经完成时开始。
[0086]元件的制备和预制程度必然是有限的。
[0087]以下因素必须考虑在该转变选项中:
[0088].迄今为止,没有安装的先例,也没有在液化天然气运输船或其它类型的运输船上运行此类型的发动机或此类型非常高的压力压缩设备的经验。可能的是，这将发生在不久的将来，但它到目前为止并没有完成。
[0089].它是一种类型的转变，其中除了是新的发动机技术外，不可能或很难提供冗余系统。推进发动机维修操作将必然需要固定所述运输船。在装载和卸载操作过程中不允许推进发动机维修。
[0090]其它的转变选项
[0091]有一系列不同的转变可能性。在下面简单列出一些可能性，而没有提供重要的细节或充分全面地展示。
[0092].在机械推进中采用双四冲程发动机，并具有耦合到混合轴线(部分机械，部分电动)的电动发动机。
[0093].安装类似于柴油电力推进的涡轮电力推进系统，但使用燃气涡轮机作为主要的动力源。
[0094].安装一个或多个仅用于液体燃料的常规二冲程柴油发动机，还安装用于汽化的再液化设备。
[0095].组合前面的解决方案与其它建造方法，例如建造新的以前建成的船尾，安装Pod推进系统等。
[0096].通过基本上使用再热循环来提高蒸汽循环的效率。
[0097].其它各种转变方法。
[0098]这些已知的转变运输船的方法涉及一系列共同的问题和缺点:
[0099].在所有情况下，所提出的推进方法包括取消高压和低压涡轮机、主冷凝器和齿轮箱，以及多件辅助机械。
[0100].这包括大量的拆卸和报废工作以及转变成本方面的后续费用。
[0101].它还承担蒸汽涡轮推进的损耗，具有其非常高可靠性的后续损耗。
[0102]在转变到再热循环的情况下，以上不是完全真实的，因为只有高压涡轮机将被取消和更换，但在这种情况下，可以得到的节省仅是那些对应于使用其中任何一项技术的双柴油发动机的相对很小的部分。
【发明内容】
[0103]为了解决目前存在的涉及转变现有液化天然气运输船的蒸汽推进设备以提高其能源效率的弊端，本发明的目标已设想了转变蒸汽涡轮动力的液化天然气运输船的方法，其中电力推进系统包括几个电动发电机，优选添加了双燃料柴油机、燃气涡轮发电机等，以及几个电推进发动机，其机械功率引入到现有的齿轮箱或轴线中，保持现有的蒸汽涡轮机推进装置全面运行。
[0104]由转变产生的运输船具有双推进设备:前者是涡轮机推进设备，以及新的柴油电力推进设备，可根据需要能够使用一个、另一个或两个，而这一切保持了最初存在于所述运输船中的轴线和齿轮箱。
[0105]该发电机最好是双四冲程柴油发动机，使用一到四个双发动机，赋予柴油电力推进。可以设想，在可选择的实施方式中，所述发电机是燃气涡轮机，在这种情况下通过气体涡轮机或这两种类型的组合赋予涡轮电力推进。优选是两个电推进发动机。
[0106]发电机和发动机将辅以必要的辅助元件:高压配电板、变压器、变频器、附加的低电压配电板或多个配电板、压缩机、热交换器、泵、废气锅炉等。
[0107]除了电动推进发动机，所有主元件将优选容纳在模块中，该模块优选安装在主甲板上，靠近或邻近称为“棚”的存在于所有液化天然气运输船的船尾区域内的室。
[0108]在引入该电动推进发动机的机械功率的方式(动力输入或下文称为PTI)中允许各种实施方式的变型:
[0109]在现有齿轮箱中引入功率:
[0110].电动推进发动机的动力输入(PTI)直接在两个(高压HP和低压LP)第二减速齿轮轴的现有齿轮箱中进行，而不使用新的齿轮箱。
[0111].在现有齿轮箱的两个(HP和LP)第二减速齿轮轴中采用新的附加齿轮箱进行电推进发动机的动力输入(PTI)，PTI的前进或后退位置是可能的。
[0112]在轴线中引入功率:
[0113].通过一个或两个电动发动机，其轴都是中间轴本身。
[0114]?通过一个或两个电动推进发动机(一般是两个)，通过一个或两个隧道齿轮减速机在中间轴中引入功率。
[0115]该描述的方法保持了整个现有的蒸汽涡轮机推进设备的完好。运输船将因此通过蒸汽涡轮机或带双四冲程发动机的柴油发电机拥有双推进系统。这有利于在转变后的运输船内的以下操作模式:
[0116]?蒸汽模式:运输船如它转变之前一样运行。电推进发动机是分开啮合或闲置的。没有节约燃料。
[0117]?电动模式:双柴油发动机或燃气涡轮机产生100%的需要电功率。它们为电力推进发动机和其余的电力消费供电。涡轮机和齿轮箱以它们相应的转数而转动。产生了柴油机电力推进系统的节约燃料特性。必须指出，各联轴器-离合器可有选择地在高压和低压涡轮机之间结合，使得能够从齿轮箱分离涡轮机。
[0118]?混合蒸汽电动模式:能够在蒸汽涡轮机中产生部分的功率，而其余的利用电力系统。这需要修改控制和调节系统，在任何情况下不可超过原始动力。节约燃料将是局部的。如果系统之一的可用性发生了故障或局部缺失，通常是电力系统的部件，则将使用这个选项。在新的电力推进具有功率比先前安装的蒸汽涡轮机功率小的情况下，以及需要最大功率时，它可被系统地应用。
[0119]本发明允许进行类型转变，它是最佳的解决方案，因为它允许满足一系列目标:
[0120].优化节能。
[0121].可靠性和冗余。转变后，保持了运输船在转变前具有的推进可靠性的高度。
[0122].冗余的安装，这是可靠性的附加值。
[0123].经过验证的组件。液化天然气海上运输行业具有特殊的日程安排遵守性和安全行踪记录。为此，即使它已演变尤其是涉及到推进系统，但这已经通过在每个组件中维持一定程度的以前经验来进行，即使这些组件可结合已知的技术和组件以不同的方式组合或联接。
[0124].考虑所有操作情况。在改造之前，运输船具有适合于所有操作情况的操作，如在高速负载条件下降低功耗的航行，在压载条件下航行、装载、卸载、停泊、待机等。此外，在所有这些情况下，它可以可能的比例从天然汽化或通过强制蒸发消耗HFO、MDO、MGO和天然气。
[0125].被转变后，在所有情况下，运输船保持相同或更大的操作灵活性，并且它另外具有在大多数情况下以尽可能大比例的节省燃料，特别是在那些更频繁地发生且具有最高燃料消耗量的情况下。
[0126]?最小化在船厂的转变时间。
[0127]?有限的转变成本。
[0128]?最小化拆卸和报废的程度。
[0129]?最小化就地进行的转变工作。
[0130].安装在易于到达的地方的预制模块用于大型模块的最大化。
[0131].在那些进行维修或转变前尽最大可能使用用于新建造的过程和概念。
[0132]?有限的测试成本和时间。在航运业中，涉及运输船的安全和操作能力的任何事项必须全面测试。对于新建成的液化天然气运输船，码头、海水和气体试验过程是全面、长期和昂贵的。在转变的情况下，允许在重新交付之前限制要进行的试验时间的概念尤为适合。
[0133].最小化用于转变的运输船维护的固定时间。具有蒸汽涡轮机推进的液化天然气运输船有很短的固定时间。
[0134]?限制增加维护成本。除了燃料成本高，液化天然气运输船的蒸汽涡轮机推进具有多重优势，其中包括维护成本低。
[0135]发明优点
[0136]本发明提出的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的这种方法相对于目前可用的方法具有多个优点，最重要的优点是提供了具有更经济和具有能源效率的船载发电和推进设备而不需要取消现有推进设备的蒸汽涡轮动力液化天然气运输船，因此最小化改造时间，降低随后的财政支出。
[0137]另一个重要的优点是可以非常显著的节约燃料，与具有采用双发动机的柴电推进系统的运输船一样高，这在现在新建成的运输船中是占主导地位的。
[0138]重要的是指出它保持了蒸汽涡轮机安装的非常高的可靠性。
[0139]另一个优点是所得到的运输船具有双推进系统，结合了两者的最好性能，具有三种可能的操作模式。
[0140]还必须提到通过新系统用液体燃料和气体的试验正在完成时，能够恢复运输船的商业操作所需要的优点，减少了港口、海水和气体试验的长期和昂贵处理的影响。
[0141]同样重要的是指出通过将要用于转变的拆卸和报废减少至最低限度所赋予的优点，这使得转变时间最小化。
[0142]采用已经证明的技术解决方案，其中不能忘记以前的经验和高度的可靠性，因为只有其中所述解决方案相结合的方式是完全新的。
[0143]另一个优点是它是一种转变方法，其中对已投入服务的现有元件的干预最小化。
[0144]重要的是指出了对模块化构造的完美适应性，其中不使用添加在定点的元件，将拆卸和修改减少到严格的最小值，允许非常高度的预制，并缩短转变时间。
[0145]此外，该转变是较便宜的。一方面，降低了原料成本，因为使用了现有的齿轮箱，无须购买和安装新的齿轮箱。也没有必要购买或安装气体燃烧装置。此外，该模块式构造较便宜，比报废和安装必须添加的大量元件更快。
[0146]最后必须指出的是，声称的新颖性在于它在转变后的采用双推进的液化天然气运输船上的应用，其用于容纳大部分的新柴油电力推进，除了推进发动机之外，以及其在现有棚舱室中、附近或之上和/或主甲板上的另外模块中的安装，因为到现在为止，像固定的电气设备、双发动机一直安装在甲板下，从来没有安装在具有柴电推进的所有液化天然气运输船的另外的室中。
【专利附图】
【附图说明】
[0147]为了更好地理解本发明的目的，已在附图中示出了转变蒸汽涡轮机动力的液化天然气运输船的方法的一些具体的实施方式。
[0148]在所述的附图中，图1示出了典型的液化天然气运输船的推进设备的通用框图。
[0149]图2示出了具有通过在齿轮箱中直接引入功率改进的推进设备的典型液化天然气运输船的框图。
[0150]图3示出了具有通过在齿轮箱中引入功率改进的推进设备的典型液化天然气运输船的框图，通过新的辅助减速装置引入功率，采用在船头上的PTI。
[0151]图4示出了具有通过在齿轮箱中引入功率改进的推进装置的典型液化天然气运输船的框图，通过新的辅助减速装置引入功率，采用在船尾上的ΡΤΙ。
[0152]图5示出了具有通过在轴线中引入功率改进的推进装置的典型液化天然气运输船的框图。
[0153]图6示出了具有通过在轴线中引入功率改进的推进装置的典型液化天然气运输船的框图，采用齿轮箱用于增加转速(增速装置)。
[0154]图7示出了本发明的主要组成元件的框图，其必须添加到该运输船上，具有模块化的分布。
[0155]图8示出了液化天然气运输船的船尾简化纵断面图，其示出了原始推进设备和新增设备的一些元件的位置。
[0156]图9示出了液化天然气运输船的船尾区域的下部、原始推进设备和新增设备的一些元件位置的简化平面图。
[0157]图10示出了那些通常用于液化天然气运输船的齿轮箱的主要组成元件的视图。
[0158]图11示出了第一减速轮和第二减速齿轮的轴的详细视图，其在那些通常用于液化天然气运输船的齿轮箱的整体高压侧或整体低压侧。
[0159]图12示出了所述方式的更详细的图示，其中改进了高压侧上的元件(10)和(12)上的内侧，同样适用于低压侧的元件(9)和(11)，用于吸收来自电动推进发动机的功率输入。
[0160]在这些附图中，可利用以下的附图标记看出本发明中最重要的元件:
[0161]控制阀(I)
[0162]高压涡轮机HPT (2)
[0163]低压涡轮机LPT (3)
[0164]位于LPT下的主冷凝器(3b)
[0165]弹性联接器(4)
[0166]低压侧的第一减速齿轮(5)
[0167]高压侧的第一减速齿轮(6)
[0168]低压侧的第一减速轮(7)
[0169]高压侧的第一减速轮(8)
[0170]低压侧的圆锥形联接器(9)
[0171]高压侧的圆锥形联接器(10)
[0172]低压侧的弹性联接器(11)
[0173]高压侧的弹性联接器(12)
[0174]低压侧具有另一内部轴(套筒轴)(13)的空心轴
[0175]高压侧具有另一内部轴(套筒轴)(14)的空心轴
[0176]低压侧的第二减速齿轮(15)
[0177]高压侧的第二减速齿轮(16)
[0178]第二减速轮(17)
[0179]推力轴承(18)
[0180]中间船头轴(19)
[0181]中间船尾轴(20)
[0182]船头可解除轴承(21)
[0183]船尾可解除轴承(22)
[0184]推进器轴(23)
[0185]推进器(24)
[0186]齿轮箱(25)
[0187]低压侧的改进的锥形联轴器(26)
[0188]高压侧的改进的锥形联轴器(27)
[0189]低压侧的弹性联轴器和/或离合器(28)
[0190]高压侧的弹性联轴器和/或离合器(29)
[0191]低压侧的电力推进发动机(30)
[0192]高压侧的电力推进发动机(31)
[0193]低压侧的附加齿轮箱(32)
[0194]高压侧的附加齿轮箱(33)
[0195]低压侧的附加弹性联轴器(34)
[0196]高压侧的附加弹性联轴器(35)
[0197]低压侧的可选额外液压离合器(36)
[0198]高压侧的可选额外液压离合器(37)
[0199]改进的中间船头轴(38)
[0200]改进的轴承(42)
[0201]具有隧道升压齿轮的中间轴的联轴器(43)
[0202]隧道齿轮的主轮(44)
[0203]低压侧的升压齿轮的附加离合齿轮(45)
[0204]高压侧的升压齿轮的附加离合齿轮(46)
[0205]包括发动机、热发动机和交流发电机的发电机组(47)
[0206]高压配电板(48)
[0207]变压器(49)
[0208]转换器(50)
[0209]附加低压配电版或配电板组(51)
[0210]天然气压缩机(52)
[0211]天然气热交换器(53)
[0212]泵(54)
[0213]净化器(55)
[0214]发电机组的辅助热交换器(56)
[0215]废气锅炉(57)
【具体实施方式】
[0216]本发明目标的转变蒸汽涡轮机动力的液化天然气运输船的方法基本上包括，如在附图中可以看出，增加了一个或多个发电机组(47)，连同其辅助组件(48、49、50、51、52、53、54、55、56、57) —起，向一个或多个电动推进发动机(30、31)供电，通过与齿轮箱(25)和现有蒸汽涡轮机(2、3)推进装置的输出轴线组件(19、20、23)的机械连接来发射功率。该机械功率通过特定的方法引入到齿轮箱(25)或现有的输出轴线组件(19、20、23)中，保持证现有的蒸汽涡轮机(2、3)推进设备完全运转，具有的特征是保持了现有蒸汽涡轮机推进设备，使得转变得到的运输船具有柴油电力或涡轮电力推进装置，结合有前述两个的蒸汽涡轮推进和混合推进装置。输出轴线组件理解为主要由中间船头轴(19)、中间船尾轴(20)(如果有两个中间轴)以及操作推进器(24)的推进器轴(23)限定的组件。
[0217]发电机组(47)的辅助组件包括一个或多个高压配电板(48)、变压器(49)、转换器
(50)、附加低压配电板(51)、压缩机(52)、热交换器(53)、泵(54)、净化器(55)、热交换器
(56)和废气锅炉(57)。
[0218]发电机组(47)和它们的辅助组件(48、49、50、51、52、53、54、57)的相当一部分都分布安装在位于主甲板上靠近、毗邻或在所谓“棚”的室内的几个预制模块中，“棚”存在于所有液化天然气运输船的船尾区域的发动机房上。
[0219]分布在模块中的典型布置是:
[0220]?发电机组(47)的模块。这些通常包括几个发电机组以及它们的相当一部分的辅助元件。它们可在较大的模块中分组。这些模块将机器与非常重的交替和旋转元件整合。
[0221].固定式电气元件模块。将有几个子模块整合:
[0222]-高压配电板(48)。
[0223]-变压器(49)。
[0224]-转换器(50)。
[0225]-附加低压配电板或配电板组(51)。
[0226].在这种情况下，这些模块将重且大容量的固定元件与相当多的互连以及电线适度地整合。
[0227]?天然气压缩机(52)和热交换器(53)的模块/多个模块，用于将气体供给到所述发电机组(47)。这些模块将安装在罐区的主甲板上，接近或邻近存在于所有液化天然气运输船的天然气压缩机的外壳。
[0228].泵(54)、净化器(55)和热交换器(56)的模块或子模块，包含所有的辅助服务，特别是柴油发电机需要的。这些元件可部分地安装在上述模块中或发动机室的内部。
[0229].废气锅炉(57)模块。这些通常设置在发电机组(47)的模块上。
[0230]发电机组(47)优选是双燃料柴油机型，赋予柴油电力推进，虽然可以设想它们也可以是燃气涡轮机类型，赋予涡轮电力推进，或是柴油和燃气涡轮机结合，赋予复合柴油涡轮电力推进，在所有的情况下都结合了现有的蒸汽涡轮机(2、3)推进。
[0231]引入电动推进发动机(30、31)的机械功率(动力输入或PTI)的方式允许各种实施方式的变型，其分享了紧挨着输出轴线组件(19、20、23)和在蒸汽涡轮机(2、3)推进装置中的现有齿轮箱(25)的电力推进发动机(30、31)的位置:
[0232]在现有的齿轮箱(25)中引入功率:
[0233]根据图2，在齿轮箱(25)中的直接引入功率，包括通过分别改进或替换低压侧上的锥形联轴器(9)和高压侧上的另一锥形联轴器(10)而改进现有齿轮箱(25)的称为套筒轴的具有低压侧另一内部轴(13)的空心轴和具有高压侧另一内部轴(14)的空心轴的船尾端件的第一阶段，使得所述改进的联轴器包括在其船尾端的轴，用于从各电力推进发动机
(30.31)的功率输入，还包括相应的弹性联轴器和/或离合器(28、29)，所有这些在图12中示出。
[0234]改进的圆锥联轴器(26、27)是现有齿轮箱(25)的一部分，从而允许引入位于齿轮箱(25)尾部的电力推进发动机(30、31)的功率。
[0235]根据图3和图4，通过在齿轮箱(25)中的附加齿轮箱(32、33)引入功率，通过分别改进或替换低压侧上的锥形联轴器(9)和高压侧上的另一锥形联轴器(10)而改进现有齿轮箱(25)的称为套筒轴的具有低压侧另一内部轴(13)的空心轴和具有高压侧另一内部轴(14)的空心轴的船尾端件的第一阶段，使得所述修改后的联轴器包括在其船尾端的轴，用于从各电力推进发动机(30、31)通过附加齿轮箱(32、33)的功率输入，任选地设置有相应的液压式离合器(36、37)，并通过弹性联轴器和/或离合器(28、29)连接到现有的齿轮箱
(25)中，对于修改后的锥形联轴器(26、27)，电力推进发动机(30、31)通过附加弹性联轴器(34,35)连接到附加齿轮箱(32、33)上，附加弹性联轴器(34、35)将所述电力推进发动机
(30.31)定位在前面，或者在可选择的实施方式中定位在船尾。
[0236]在轴线(19、20)中引入功率:
[0237]根据图5，通过电力推进发动机(30、31)引入功率，其轴是输出轴线组件(19、20)，通过改进中间船头轴(19)和/或中间船尾轴(20)的第一阶段允许容纳电力推进发动机，使得电力推进发动机(30)具有作为轴的实际中间船头轴(19)，并且第二电力推进发动机
(31)具有作为轴的实际中间船尾轴(20)，其轴与所述具有的实际中间艉轴(20)为一轴，以安放改进的轴承(42)的阶段结束。
[0238]根据图6，通过电力推进发动机(30、31)引入功率，其在输出轴线组件(19、20)中通过一个或两个隧道齿轮减速器引入功率，通过改进中间船头轴(19)的第一阶段来将其转变成改进的中间船头轴(38)，其上耦合有一个或若干个隧道齿轮减速器，在第二阶段中采用内部轴的联轴器(43)、主轮(44)和离合齿轮(45、46)，继续通过附加弹性联轴器(34、35)来连接电力推进发动机(30、31)到离合齿轮(45、46)的阶段。
[0239]由转变所产生的运输船具有双重推进设备:前蒸汽涡轮机(2、3)推进设备和新电力推进设备，能够根据需要使用一个、另一个或两个，所有这一切同时保持了输出轴线组件(19,20,23)和所述齿轮箱(25)最初存在于所述运输船中并具有所示的改进。
[0240]这种方法具有对运输船特定的应用，具有以下特性:
[0241]运输船在120，000 至 170，OOOm3 之间。
[0242]典型的寿命是10年。这个范围可在5至25年之间。
[0243]蒸汽涡轮机推进。
[0244]功率在20MW至30MW之间。
[0245]单一固定螺距的推进器约为80/90rpm。
[0246]涡轮设备包括:高压涡轮、低压涡轮、真空冷凝器、双级减速、开方式齿轮箱，在轴线处约3000/4000rpm的输入和80/90rpm的输出。
[0247]两个蒸汽锅炉约为60/70bar，再加热蒸汽为525/500°C。
[0248]两台约3000/3500KW的涡轮发电机。
[0249]具有类似功率的柴油发电机。
[0250]用于从所述冷凝器中除去过量蒸汽以消除过量汽化的装置(倾卸系统)。
[0251]航海速度:19.5海里/小时。
[0252]以所需的比例燃烧重油和/或天然气的可能性。它可在某些特殊情况下燃烧MG0(在港口 )。
[0253]根据可与上述实施例进行组合的本发明的实施方式，本发明包括转变液化天然气运输船的蒸汽涡轮机动力的方法，特别是用于运输液化天然气的类型，其特征在于它包括添加一个或多个发电机组(47)和定位一个或几个电力推进发动机(30、31)紧挨着存在于蒸汽涡轮机(2、3)推进装置中的轴线组件(19、20、23)和齿轮箱(25)。
【权利要求】
1.一种转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，尤其是用于运输液化天然气的运输船，其特征在于它改变了推进，通过添加一个或几个发电机组(47)，通过配电板(48)和转换器(50)，向一个或多个电力推进发动机(30，31)供电，由存在于蒸汽涡轮机(2，3)推进装置的齿轮箱(25)或输出轴线组件的机械连接发射功率，输出轴线组件理解为主要由中间船头轴(19)、在适当情况下的中间船尾轴(20)以及操作所述推进器(24)的推进器轴(23)所限定，保持了蒸汽涡轮机推进设备，使得转变后的运输船还具有柴油电力推进器和结合前述两者的混合推进器。
2.根据权利要求1所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于它包括增加发电机组(47)的辅助组件，其选自由高压配电板(48)、变压器(49)、转换器(50)、附加低电压配电板(51)、天然气压缩机(52)，天然气热交换器(53)、泵(54)、净化器(55)、电动发电机的辅助热交换器(56)和废气锅炉(57)组成的组。
3.根据前述权利要求所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于电动发电机(47)和它们的辅助组件(48、49、50、51、54、55、56、57)的相当一部分都分布安装在位于主甲板上接近或邻近发动机舱棚室的几个预制模块中，除了天然气压缩机和热交换器(52、53)，天然气压缩机和热交换器(52、53)将安装在存在于所有液化天然气运输船的压缩机室的新模块中，该新模块邻近或在所述室的附近。
4.根据任一前述权利要求所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于该电动发电机(47 )是双燃料柴油发电机，导致结合燃气涡轮机类型的现有蒸汽涡轮机(2、3)推进的柴油电力推进，导致结合现有蒸汽涡轮机(2、3)推进的涡轮电力推进，或者是柴油和燃气涡轮机结合，导致结合现有蒸汽涡轮机(2、3)推进的复合柴油涡轮电力推进。
5.根据任一前述权利要求所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于在现有齿轮箱(25)中直接引入电力推进发动机(30、31)的机械功率，通过改进或替换低压侧上的锥形联轴器(9)和高压侧上的具有改进的锥形联轴器(26、27)的另一锥形联轴器(10)而改进现有齿轮箱(25)的称为套筒轴的具有低压侧另一内部轴(13)的空心轴和具有高压侧另一内部轴(14)的空心轴的船尾端件的第一阶段，以继续通过连接到预先安装在齿轮箱(25 )中的改进的锥形联轴器(26、27 )的弹性联轴器和/或离合器(28、29 )连接相应电力推进发动机(30、31)的阶段，将电力推进发动机(30、31)定位在船尾的齿轮箱(25)中。
6.根据权利要求1-4中任一所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于所述电力推进发动机(30、31)的机械功率引入到现有的齿轮箱(25)中，通过改进或替换低压侧上的锥形联轴器(9)和高压侧上的另一锥形联轴器(10)而改进或替换现有齿轮箱(25)的称为套筒轴的具有低压侧另一内部轴(13)的空心轴和具有高压侧另一内部轴(14)的空心轴的船尾端件的第一阶段，以继续连接相应的电力推进发动机(30、31)到附加齿轮箱(32、33)的阶段，任选地设置有相应的液压式离合器(36、37)，并通过预先形成在齿轮箱(25)中的改进的锥形联轴器(26、27)由弹性联轴器和/或离合器(28、29)连接到现有的齿轮箱(25)上，电力推进发动机(30、31)通过附加弹性联轴器(34、35)连接到附加齿轮箱(32、33)上，将电力推进发动机(30、31)朝向船头定位。
7.根据权利要求1-4中任一所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于所述电力推进发动机(30、31)的机械功率引入到现有的齿轮箱(25)中，通过改进或替换低压侧上的锥形联轴器(9)和高压侧上的另一锥形联轴器(10)而改进或替换现有齿轮箱(25)的称为套筒轴的具有低压侧另一内部轴(13)的空心轴和具有高压侧另一内部轴(14)的空心轴的船尾端件的第一阶段，以继续连接相应的电力推进发动机(30、31)到附加齿轮箱(32、33)的阶段，任选地设置有相应的液压式离合器(36、37)，并通过预先形成在齿轮箱(25)中的改进的锥形联轴器(26、27)由弹性联轴器和/或离合器(28、29)连接到现有的齿轮箱(25)上，电力推进发动机(30、31)通过附加弹性联轴器(34、35)连接到附加齿轮箱(32、33)上，将电力推进发动机(30、31)定位在船尾。
8.根据权利要求1-4中任一所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于所述电力推进发动机(30、31)的机械功率直接引入在输出轴线组件中，通过改进中间船头轴(19)和/或中间船尾轴(20)以允许容纳电力推进发动机的第一阶段，以继续在适当的改进或替换的中间船头轴(19)中连接电力推进发动机(30)的阶段，继续在适当的改进或替换中间船尾轴(20)中连接另一电力推进发动机(31)的阶段，并以安放改进的轴承(42)的阶段结束。
9.根据权利要求1-4中任一所述的转变蒸汽涡轮动力液化天然气运输船的方法，其特征在于所述电力推进发动机(30、31)的机械功率直接引入在输出轴线组件中，通过改进中间船头轴(19)以将其转变成改进后的中间船头轴(38)的第一阶段，在第二阶段中，在修改后的中间船头轴(38)上耦合有一个或若干个隧道升压齿轮减速器，通过具有隧道升压齿轮、主轮(44)和离合齿轮(45、46)的中间轴的联轴器(43)，继续通过附加弹性联轴器(34、35)连接电力推进发动机(30、31)到离合齿轮(45、46)的阶段。
【文档编号】B63H21/20GK104334449SQ201380010531
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2012年1月13日
【发明者】弗朗西斯科·哈维尔·赛斯·帕尔加 申请人:埃尔卡诺航运股份有限公司