專利名稱:增壓式船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
本發(fā)明涉及一臺(tái)增壓式船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)至少有一臺(tái)廢氣渦輪增壓器和與增壓渦輪機(jī)并聯(lián)的一臺(tái)單獨(dú)的動(dòng)力渦輪機(jī)，和至少有一臺(tái)輔助內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，它用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)供應(yīng)船用的電能同步發(fā)電機(jī)。
利用動(dòng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生所需的船用電能的這種型式的船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是大家熟知的。
因此一臺(tái)發(fā)電機(jī)可以直接連到高速動(dòng)力渦輪機(jī)的減速齒輪上。這種型式的裝置所具有的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)排氣管道不太長(zhǎng)時(shí)可以在船內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)室中隨意排布。這種辦法的缺點(diǎn)就是需要高價(jià)的電力設(shè)備來(lái)控制渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的組合設(shè)備達(dá)到特定的旋轉(zhuǎn)速度。這種型式的控制費(fèi)用高于渦輪機(jī)的費(fèi)用，它們不包括在簡(jiǎn)表范圍之內(nèi)。很明顯，實(shí)用同步發(fā)電機(jī)的使用也被排除，因?yàn)榕c用電網(wǎng)保持渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的裝置具有恒定旋轉(zhuǎn)速度處的固定的設(shè)備相比，船用設(shè)備的總功率大約與動(dòng)力渦輪機(jī)的功率具有相同的等級(jí)數(shù)量;因此，船上電網(wǎng)不能維持動(dòng)力渦輪機(jī)和異步發(fā)電機(jī)的裝置的恒定旋轉(zhuǎn)速度。
另外一種合理的速度控制系也不使用，在該系統(tǒng)內(nèi)，同步發(fā)電機(jī)連接動(dòng)力渦輪機(jī)上，同時(shí)這種裝置借助于排氣蝶形閥控制。特別不利于使用這種裝置的各種因素是燒重油的排氣設(shè)備內(nèi)的可控蝶形閥太貴，以及在長(zhǎng)的排氣管道內(nèi)計(jì)算動(dòng)態(tài)過(guò)程困難。
就船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)本身驅(qū)動(dòng)一臺(tái)控速的發(fā)電機(jī)而言，可以采用動(dòng)力渦輪機(jī)發(fā)電的另一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，動(dòng)力渦輪機(jī)可以連到這種發(fā)電機(jī)軸的自由端。但是由于速度控制費(fèi)用太高因此大量的船用發(fā)動(dòng)機(jī)的本身沒(méi)有安裝發(fā)電機(jī)?？偠灾?，為了保證動(dòng)力渦輪機(jī)的正常輸出，通過(guò)齒輪連到主發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，這又是費(fèi)錢的。
因此本發(fā)明的目的就是應(yīng)用這種動(dòng)力渦輪機(jī)來(lái)部分地滿足上述這種型式的船用設(shè)備對(duì)電力方面的要求，同時(shí)以一種簡(jiǎn)單的、經(jīng)濟(jì)的和可靠的方式完成。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將動(dòng)力渦輪機(jī)連到輔助內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)的裝置的自由軸端來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。
這種新措施的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。所有的附屬發(fā)電機(jī)、各種齒輪以及上述的各種控制器可以取消。不用對(duì)這種原理進(jìn)行任何改變，也不用在設(shè)計(jì)方面費(fèi)力，而總用一種新的方法在盡可能最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)現(xiàn)存的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)或改造。在這方面，應(yīng)提到的是在應(yīng)用階段與增壓船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的動(dòng)力渦輪機(jī)還沒(méi)付諸實(shí)施，因此上敘述熟知的解決辦法及其它們的缺點(diǎn)都屬于理論方面的內(nèi)容。
本發(fā)明的實(shí)例表示在圖中。在此，工作介質(zhì)的流動(dòng)方向用箭頭表示。
在船體1內(nèi)非常簡(jiǎn)化的船用設(shè)備表示一個(gè)多缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，后面稱為主內(nèi)燃機(jī)2，與本發(fā)明無(wú)關(guān)緊要的許多另件在此省略。固定的螺旋槳4直接由一根軸3帶動(dòng)。增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)得到來(lái)自貯氣室5的壓縮空氣，而壓縮空氣是由一臺(tái)廢氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)6將其泵入貯氣室5的。增壓渦輪機(jī)7帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而增壓渦輪機(jī)7是由來(lái)自主內(nèi)燃機(jī)2共用的排氣管道8排出的氣體所驅(qū)動(dòng)的。在膨脹之后，排出的氣體經(jīng)排氣管9和一個(gè)煙囪被排放到大氣中去。
一臺(tái)多缸的輔助內(nèi)燃機(jī)10為船上提供電能，這臺(tái)輔助內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)11。為此目的，輔助內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在1200轉(zhuǎn)/分。
由主內(nèi)燃機(jī)2排出的多余氣體能量送到一臺(tái)動(dòng)力渦輪機(jī)12中。依據(jù)這種流動(dòng)方式，動(dòng)力渦輪機(jī)與增壓渦輪機(jī)7是以并聯(lián)形式連接的，也就是它們是由來(lái)自共用排氣管道8排出的熱廢氣所驅(qū)動(dòng)的。
動(dòng)力渦輪機(jī)12象輔助內(nèi)燃機(jī)10一樣也是用于產(chǎn)生電能。和大家所熟知的解決辦法不同的是動(dòng)力渦輪機(jī)或是帶動(dòng)自身的發(fā)電機(jī)，或是連到由主內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)上，而目前這種情況下的動(dòng)力渦輪機(jī)則連到輔助內(nèi)燃機(jī)和同步發(fā)電機(jī)為一體的一個(gè)自由軸端上。在本例中，它們是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)上的單向離合聯(lián)軸器13連接在一起的。很顯然，在發(fā)電機(jī)的一側(cè)可以較好地做成這種連接。當(dāng)然，其它型式的聯(lián)軸器例如一種齒式聯(lián)軸器，摩擦聯(lián)軸器、液體聯(lián)軸器，或者類似的聯(lián)軸器也可使用。
用排氣蝶形閥14可以斷開動(dòng)力渦輪機(jī)。就廢氣增壓器而言，它的增壓渦輪機(jī)7作為部分負(fù)載使用，使動(dòng)力渦輪機(jī)可以停止運(yùn)轉(zhuǎn)的這種事實(shí)是特別重要的。設(shè)計(jì)的這種部分載荷受著共用排氣管道8內(nèi)壓力增加的影響。就兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和凈化的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，這種情況仍然可以保證達(dá)到足夠的凈化數(shù)值，這種場(chǎng)合幾乎可以達(dá)到增壓區(qū)的程度，通過(guò)減小渦輪機(jī)的橫截面積，使它容納100%(設(shè)計(jì)的最大載荷)至80%的排出廢氣體，從而獲得共用排氣管道8內(nèi)增加的壓力。這種增加的壓力其結(jié)果是因?yàn)樵跉飧缀褪占萜髦g的節(jié)流損失有可能減少，因此使大部分排出廢氣體的能量可以利用。為了獲得上述增壓，也就是為了產(chǎn)生必需的壓縮機(jī)性能，增壓渦輪機(jī)7不再需要現(xiàn)有的能源，不需要的這部分能量在動(dòng)力渦輪機(jī)12內(nèi)加以利用。
在如圖所示的動(dòng)力渦輪機(jī)并聯(lián)的情況下，渦輪機(jī)的總進(jìn)氣面積可以再分成使壓縮渦輪機(jī)7占70%的面積而動(dòng)力渦輪機(jī)12占30%的面積。
通過(guò)這種裝置，盡管功率密度略有減少，也就是在平均的規(guī)定壓力內(nèi)減少1%到2%，但主內(nèi)燃機(jī)卻可在滿負(fù)荷時(shí)能夠改善耗損，即節(jié)省燃料約3%。在主內(nèi)燃機(jī)上即無(wú)熱的也無(wú)機(jī)械負(fù)荷的損失是相對(duì)于設(shè)計(jì)的滿負(fù)荷(100%渦輪機(jī)的區(qū)域而言的)。
如上述在斷開動(dòng)力渦輪機(jī)的部分負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)致渦輪機(jī)區(qū)域內(nèi)減少相當(dāng)于常規(guī)的100%情況中的30%，以及減少相當(dāng)于不能斷開動(dòng)力渦輪機(jī)情況的約10%。這使得共用排氣管8內(nèi)的壓力進(jìn)一步增加，隨后，貯氣室5內(nèi)的增壓進(jìn)一步增加，其結(jié)果使在局部負(fù)荷區(qū)內(nèi)規(guī)定的燃料消耗進(jìn)一步得到改善。
帶有安全蝶形閥16的放氣管道15安置在動(dòng)力渦輪機(jī)進(jìn)氣管道和排氣管道9之間，以便應(yīng)付由于其它的原因所造成不得不使動(dòng)力渦輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，也就是在排氣蝶形閥14關(guān)閉時(shí)的情況下產(chǎn)生放氣管道15的最小橫截面積尺寸應(yīng)符合動(dòng)力渦輪機(jī)12的渦輪的面積，這樣就可保證增壓渦輪機(jī)7只通過(guò)在安全工作狀態(tài)下的氣量。
動(dòng)力渦輪機(jī)12是一臺(tái)相當(dāng)小的高速渦輪機(jī)，例如其轉(zhuǎn)速可以是23000轉(zhuǎn)/分，因此，必須用齒輪使之減速到所需要的12000轉(zhuǎn)/分相應(yīng)頻率為60Hz?？梢允褂幂o助內(nèi)燃機(jī)10的潤(rùn)滑回路來(lái)潤(rùn)滑動(dòng)力渦輪機(jī)12和這個(gè)齒輪。
用實(shí)際的數(shù)字舉例說(shuō)明本發(fā)明，很顯然，由于發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器的大多數(shù)特殊參數(shù)可能會(huì)與絕對(duì)值的結(jié)論有所出入，因此只給出大概的數(shù)值。
本例涉及到在船體內(nèi)安裝有定向的螺旋槳裝置的一臺(tái)簡(jiǎn)單的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備，所使用的較大的雙沖程內(nèi)燃機(jī)有12個(gè)氣缸，其驅(qū)動(dòng)功率約35000KW。
這種船所需要的電能平均為1200KW。饋給船用電網(wǎng)的輔助設(shè)備由三合輔助內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)組成，每臺(tái)連接到1600KW的發(fā)電機(jī)上。這三臺(tái)中的第一臺(tái)輔助內(nèi)燃機(jī)是處于正常的工作狀態(tài)下，以補(bǔ)償通常所需要的負(fù)載，第二臺(tái)輔助內(nèi)燃機(jī)空轉(zhuǎn)運(yùn)行，第三臺(tái)輔助內(nèi)燃機(jī)作為備用件。
三個(gè)廢氣渦輪增壓器提供了增壓空氣。為了在貯氣室內(nèi)產(chǎn)生3.2巴的壓力需要8000KW的等
壓縮機(jī)功率。在壓縮機(jī)的效率是85%時(shí)，給三個(gè)渦輪增壓器軸提供功率大約9500KW。
然而，就目今的效率而言，在3巴的壓力時(shí)，來(lái)自排出廢氣的可用功率大約10500KW。在動(dòng)力渦輪機(jī)內(nèi)，利用排出的剩余氣體能量、通過(guò)動(dòng)力渦輪機(jī)的軸將約1000KW功率給予輔助內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)的功能裝置。
因此輔助發(fā)動(dòng)機(jī)只產(chǎn)生船上所需動(dòng)力1200KW中的200KW，這就導(dǎo)致燃料的充分節(jié)省。與哪種辦法比較其中將相同的動(dòng)力渦輪機(jī)的功率給予連到主內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電機(jī)上，就目前的情況而言，還可節(jié)約大量的能源，這是因?yàn)槭紫扔捎谳o助內(nèi)燃機(jī)特殊燃料的消耗大于主內(nèi)燃機(jī)燃料的消耗，其次輔助內(nèi)燃機(jī)與主內(nèi)燃機(jī)相比一般使用高價(jià)的燃料。
即使在最大的設(shè)備中，本例顯示的一臺(tái)動(dòng)力渦輪機(jī)也是足夠用的，同樣在緊急時(shí)刻，甚至在滿負(fù)荷工作情況下，在關(guān)閉排氣蝶形閥14和打開安全蝶形閥16之后就能夠從第一臺(tái)輔助內(nèi)燃機(jī)去掉動(dòng)力渦輪機(jī)以及將其連到第二臺(tái)輔助內(nèi)燃機(jī)上。
當(dāng)然，本發(fā)明并不只限于已表示和說(shuō)明的實(shí)施例。因此使用許多臺(tái)動(dòng)力渦輪機(jī)也是可能的。在這種情況下，可選擇各種合理型式的尺寸，這些渦輪機(jī)具有不同的渦輪面積尺寸。這就能分別地操縱各個(gè)動(dòng)力渦輪機(jī)以及在各步驟中與所要求的功率相一致。
如所顯示在單發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備上的變化一樣，就中速4沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的多發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備而論，或者提供單動(dòng)力渦輪機(jī)即每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有一臺(tái)動(dòng)力渦輪機(jī)，或者給每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供若干臺(tái)動(dòng)力渦輪機(jī)，這也是完全可能的。
名稱一覽表1. 船體2. 主內(nèi)燃機(jī)3. 軸4. 固定的螺旋槳5. 貯氣室6. 壓縮機(jī)7. 增壓渦輪機(jī)8. 共用排氣管道9. 排氣10. 輔助內(nèi)燃機(jī)11. 同步發(fā)電機(jī)12. 動(dòng)力渦輪機(jī)13. 單向離合聯(lián)接器14. 排氣蝶形閥15. 排氣管道16. 安全蝶形閥
權(quán)利要求
增壓船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，至少有一臺(tái)排氣渦輪增壓器(6、7)和與增壓渦輪機(jī)7并聯(lián)在一起的一臺(tái)單獨(dú)的動(dòng)力渦輪機(jī)12；至少有一臺(tái)輔助內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，它用來(lái)驅(qū)動(dòng)供給船用電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)(11)，其特征在于動(dòng)力渦輪機(jī)(12)連到輔助內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)(10、11)為一體的自由軸端上。
專利摘要
在一臺(tái)增壓船用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中至少有一臺(tái)排氣增壓器(6、7)和一臺(tái)單獨(dú)的動(dòng)力渦輪機(jī)(12)，它與增壓渦輪機(jī)(7)并聯(lián)；至少有一臺(tái)輔助內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)(11)，為船上的電網(wǎng)提供電能。動(dòng)力渦輪機(jī)12連到輔助內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)為一體的自由軸端上(10、11)。通過(guò)這種方法就能夠減少輔助內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)上的負(fù)荷，其結(jié)果導(dǎo)致節(jié)省大量的燃料。
文檔編號(hào)F02B37/00GK86102888SQ86102888
公開日1986年10月22日 申請(qǐng)日期1986年4月25日
發(fā)明者艾德里安·斯特羅利 申請(qǐng)人:Bbc勃朗勃威力有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan