專利名稱:渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)組成的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組的制作方法
本發(fā)明涉及一種多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，它具有多臺(tái)渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)，其中至少有一臺(tái)在機(jī)組的大部份運(yùn)行時(shí)間內(nèi)作備用運(yùn)轉(zhuǎn)，而與此同時(shí)另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)作加載運(yùn)轉(zhuǎn)，上述發(fā)動(dòng)機(jī)各具有一套獨(dú)立的空氣增壓系統(tǒng)。
這里所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)作備用運(yùn)行是指發(fā)動(dòng)機(jī)持久空轉(zhuǎn)，即作無載或低載運(yùn)轉(zhuǎn)，例如不超過它最大輸出功率的約25%。
通常力避的上述運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)在自備的發(fā)電機(jī)組，也就是不依賴外部電源的機(jī)組。它需要高度可靠地持續(xù)供電。這種動(dòng)力機(jī)組典型地使用于船只、海上鉆井臺(tái)以及與電源隔絕的其他裝置。
為了確保在任何工作環(huán)境中滿足電力的實(shí)際需求，有必要，而且一般地說是限定機(jī)組要具備一些附加的或輔助的發(fā)動(dòng)機(jī)，它們有時(shí)或一俟通知就可以參與并可能完全投入供電。
事實(shí)上上述動(dòng)力機(jī)組往往是自動(dòng)化的而且因此是周期性地?zé)o人管理的，供電的準(zhǔn)則意指輔助發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)持續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，即主要是作備用運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述，這種運(yùn)轉(zhuǎn)是不希望有的，因?yàn)樗鼱可娴蕉喾矫娴膯栴}，其中最嚴(yán)重的是由于廢氣的倒流而引起對空氣和氣體管道的低溫腐蝕與污染。降低負(fù)荷后到排氣壓力最終超過增壓空氣壓力時(shí)，后述問題變得越來越突出。因此增壓空氣壓力不足就無可爭議地成為由備用運(yùn)轉(zhuǎn)帶來上述種種問題的主要原因。
在這種情況下必須提高增壓空氣壓力。已知的辦法就是采用電驅(qū)動(dòng)的輔助鼓風(fēng)機(jī)。但由于種種原因，上述解決辦法并非最佳，它需要并投資比較昂貴的鼓風(fēng)機(jī)等等，而且從能量的方面看，這個(gè)辦法總的來說并非機(jī)組的一項(xiàng)最佳解決辦法。
根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組與先有機(jī)組的不同之處在于備用發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)用一條導(dǎo)管連接到加載發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)空壓機(jī)排出口的下游處，并具有導(dǎo)管開關(guān)裝置。
本文述及的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)包括連接渦輪增壓器壓氣機(jī)部分上下游的所有通道系統(tǒng)。
這里所謂的加載發(fā)動(dòng)機(jī)是指其負(fù)載約為發(fā)動(dòng)機(jī)最大負(fù)載的約50%到100%。將其空氣增壓系統(tǒng)連接備用發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)，就可以用一種簡單的方式提高備用發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣壓力。這種辦法所以可行，是因?yàn)樵谏鲜龅墓ぷ鞣秶鷥?nèi)加載發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器以加壓增壓空氣的形式提供了相當(dāng)數(shù)量的多余能量。整個(gè)動(dòng)力機(jī)組的總效率因此改善而非單獨(dú)發(fā)動(dòng)機(jī)之能力所及。
鑒于一艘船的動(dòng)力裝置的燃油成本約為該船總運(yùn)營費(fèi)用的40%，可以理解在效率方面即使最小的改進(jìn)都會(huì)帶來可觀的節(jié)約。
它的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)管終接于備用發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器壓氣機(jī)殼體上的至少一個(gè)噴咀小孔。然而，這些補(bǔ)充的增壓空氣原則上可以輸往備用發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)中的任何處。
同樣，導(dǎo)管原則上可以連接在加載發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)中的任何處，然而最佳的是在該系統(tǒng)中有一個(gè)空氣冷卻器，導(dǎo)管從空氣冷卻器的上游分支出來。因此多余的空氣在高溫和高壓下排出。
開關(guān)導(dǎo)管的裝置可以是一個(gè)能根據(jù)備用發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)工作情況控制的自動(dòng)斷流閥。
現(xiàn)參考附圖更詳盡敘述本發(fā)明。
圖1是渦輪增壓柴油機(jī)增壓空氣壓力和排氣壓力之間關(guān)系的曲線圖。
圖2是渦輪增壓器壓氣機(jī)殼體的端視略圖。
圖3是圖2中渦輪增壓器壓氣機(jī)部分的剖面圖。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組的第一例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組的第二例。
圖1中的曲線說明渦輪增壓柴油機(jī)的排氣壓力和增壓空氣壓力之間在不同負(fù)載時(shí)的一般關(guān)系。點(diǎn)劃曲線1表示增壓空氣壓力，實(shí)線曲線2表示排氣壓力。橫座標(biāo)軸表示發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的百分比，縱座標(biāo)軸表示以毫巴為單位的絕對壓力值。正如所示，負(fù)載百分比約為25時(shí)，兩條曲線于S點(diǎn)相交。當(dāng)負(fù)載百分比超過該值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣壓力則高于排氣壓力，而在負(fù)載百分比低于25時(shí)出現(xiàn)相反的情況，即處在典型的備用狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣時(shí)間與排氣時(shí)間重疊時(shí)，廢氣就必然倒流入空氣增壓系統(tǒng)中，由此導(dǎo)致前述問題的發(fā)生而實(shí)際上不可能在該負(fù)載范圍內(nèi)繼續(xù)作備用運(yùn)轉(zhuǎn)。
處于這種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)有必要提高增壓空氣壓力以超過排氣壓力。根據(jù)本發(fā)明將加載發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)的多余增壓空氣供給備用發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)就可以最佳地實(shí)現(xiàn)。
上述補(bǔ)充增壓空氣原則上可以輸入備用發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)中的任何處，例如經(jīng)壓氣機(jī)殼體上、通向空氣冷卻器的過渡通道上或增壓空氣儲(chǔ)罐上的注射口或噴咀。
圖2和圖3簡略表示這些注射口如何付諸實(shí)施。沿壓氣機(jī)殼體3的圓周均勻分布著五個(gè)注射口4。注射口基本上切向朝向壓氣機(jī)葉輪5的葉片6并順其旋轉(zhuǎn)方向，因而補(bǔ)充的空氣切向沖擊葉片，以助壓氣機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)。增壓器的正常供氣是通過入口7進(jìn)入的，而經(jīng)殼體3上注射口4的補(bǔ)充供氣是通過殼體上的環(huán)形室8進(jìn)入的。
圖4表示用于船只上的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組的簡圖。機(jī)組包括一臺(tái)推進(jìn)船只的較大的渦輪增壓主發(fā)動(dòng)機(jī)9以及三臺(tái)小的，同樣采用渦輪增壓的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)10，每臺(tái)都驅(qū)動(dòng)一臺(tái)獨(dú)立的發(fā)電機(jī)，未示。主發(fā)動(dòng)機(jī)9包括一個(gè)具有壓氣機(jī)部分12和渦輪機(jī)部分13的渦輪增壓器11。壓縮后的增壓空氣由壓氣機(jī)部分12經(jīng)管道14輸往空氣冷卻器15，從那里再經(jīng)增壓空氣儲(chǔ)罐16進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)9的各氣缸。
渦輪增壓器11由燃燒后產(chǎn)生的廢氣驅(qū)動(dòng)。廢氣經(jīng)廢氣儲(chǔ)罐17供給渦輪增壓器11的渦輪機(jī)部分13。
三臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)10中的每一臺(tái)都類似地包括渦輪增壓器18、增壓空氣冷卻器19、增壓空氣儲(chǔ)罐20以及廢氣儲(chǔ)罐21。
主發(fā)動(dòng)機(jī)9的空氣增壓系統(tǒng)通過從壓氣機(jī)部分12和增壓空氣冷卻器15之間的管道14引伸出來的導(dǎo)管22與三臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣增壓系統(tǒng)并聯(lián)。正如所示，導(dǎo)管22與每一套獨(dú)立的空氣增壓系統(tǒng)的連接均位于各自渦輪增壓器18中的壓氣機(jī)殼體上。在每一臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)和主發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)之間都裝有一個(gè)斷流閥23。如虛線24所示，每個(gè)閥23由各增壓空氣儲(chǔ)罐20的壓力控制。
在船只正常運(yùn)行時(shí)，主發(fā)動(dòng)機(jī)9主要是用來推進(jìn)船只，其次是用來驅(qū)動(dòng)一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)，未示。它們既可以直接連接發(fā)動(dòng)機(jī)9的曲軸，也可以連接利用發(fā)動(dòng)機(jī)9廢熱的汽輪機(jī)。由于主發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電最經(jīng)濟(jì)，所以希望最大限度地利用它而難得所有輔助發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)加載。因而，它們中間的一臺(tái)或多臺(tái)就作備用運(yùn)轉(zhuǎn)。裝于獨(dú)立的增壓空氣儲(chǔ)罐的傳感器檢測到上述工作狀態(tài)，即開啟有關(guān)閥或閥23使壓力相當(dāng)高的空氣從主發(fā)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)經(jīng)導(dǎo)管22供給上述一臺(tái)或多臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)。輔助發(fā)動(dòng)機(jī)中的增壓空氣壓力因此高于排氣壓力，并消除了備用運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的一些問題。
當(dāng)電網(wǎng)上的負(fù)載超過主發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)所能輸送的最大功率時(shí)，例如要求犧牲直接聯(lián)接發(fā)電機(jī)的電力以增加推進(jìn)功率時(shí)，或者由于機(jī)動(dòng)演習(xí)或類似的其他原因，主發(fā)動(dòng)機(jī)不能滿足電力的需要，那就有必要按照需要使一臺(tái)或多臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)。由于輔助發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)處于備用狀態(tài)，它們可以快速“開動(dòng)”以應(yīng)電力之急需而不必依賴主發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖5是表示包括多臺(tái)相同的渦輪增壓柴油機(jī)，用于供應(yīng)船或石油鉆探平臺(tái)的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組的圖。
除了執(zhí)行僅占最大可用輸出功率中一小部分的普通運(yùn)輸任務(wù)外，供應(yīng)船也需協(xié)助近海鉆井平臺(tái)的錨定和其他需要即刻補(bǔ)充電力的嚴(yán)峻任務(wù)，因此需要一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)作連續(xù)的備用運(yùn)轉(zhuǎn)。
由于石油鉆探需要相當(dāng)大的輸出功率，在嚴(yán)峻的工作條件下就要求提供附加的動(dòng)力作緊急支援。用一臺(tái)或多臺(tái)作備用運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以最經(jīng)濟(jì)地滿足上述要求。
圖5所示的機(jī)組共有四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)25，每臺(tái)包括渦輪增壓器26、增壓空氣冷卻器27、增壓空氣儲(chǔ)罐28以及廢氣儲(chǔ)罐29。
所有發(fā)動(dòng)機(jī)25的空氣增壓系統(tǒng)通過在各渦輪增壓器26中壓氣機(jī)殼體31上的噴咀小孔和一條公用的岐管40之間的導(dǎo)管30并聯(lián)。正如所述，圖4中的斷流閥，此處是32，分別裝在每臺(tái)壓氣機(jī)機(jī)殼的入口處。上述閥防止個(gè)別的發(fā)動(dòng)機(jī)過載并保證不使空氣經(jīng)已停了的發(fā)動(dòng)機(jī)跑掉。這些閥正如圖中虛線33所示，由各增壓空氣儲(chǔ)罐28上的壓力傳感器控制。因此，當(dāng)增壓空氣壓力低于排氣壓力時(shí)閥門打開，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載達(dá)到特定的臨界限度或停機(jī)時(shí)閥門關(guān)閉。
減壓導(dǎo)管34從每臺(tái)增壓器的壓氣機(jī)部分的下游側(cè)通向岐管40。與節(jié)流閥36串聯(lián)的減壓導(dǎo)管34均有一個(gè)單向閥35，用來防止氣體朝增壓器的壓縮側(cè)方向流動(dòng)。
當(dāng)配套的渦輪增壓器26產(chǎn)生多余的增壓空氣時(shí)，導(dǎo)管34將上述空氣輸入岐管40，節(jié)流閥36保證從渦輪增壓器排出的空氣量不超出允許值，以使配套的發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了最大程度利用多余的增壓空氣，可將這些空氣從壓氣機(jī)殼體31和增壓空氣冷卻器27之間的過渡通道排出，空氣在該處的溫度和壓力最高。
如果機(jī)組中的另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在作備用運(yùn)轉(zhuǎn)而其渦輪增壓器需要補(bǔ)充增壓空氣，則配套的關(guān)著的閥門32就會(huì)打開而使岐管40中的多余增壓空氣直接流入上述備用發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)。
由于機(jī)組中的發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同，“劃分”加載的發(fā)動(dòng)機(jī)和備用的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上就無關(guān)緊要，因?yàn)樗邪l(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)的聯(lián)接保證了任何加載發(fā)動(dòng)機(jī)的可用的多余增壓空氣隨時(shí)可以分配給任何缺氣的“備用發(fā)動(dòng)機(jī)”。
權(quán)利要求
1.具有多臺(tái)渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)(9，10)的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，其中至少有一臺(tái)(10)在機(jī)組的大部份運(yùn)行時(shí)間內(nèi)作備用運(yùn)轉(zhuǎn)，而與此同時(shí)另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)(9)作加載運(yùn)轉(zhuǎn)，上述發(fā)動(dòng)機(jī)(9，10)各具有一套獨(dú)立的空氣增壓系統(tǒng)，其特征是有一條把備用發(fā)動(dòng)機(jī)(10)空氣增壓系統(tǒng)連接于加載發(fā)動(dòng)機(jī)(9)空氣增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)出口下游處的導(dǎo)管(22)，以及開關(guān)上述導(dǎo)管(22)的裝置。
2.權(quán)利要求
1所述之發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，其特征是導(dǎo)管(22)終接于備用發(fā)動(dòng)機(jī)(10)渦輪增壓器(18)中壓氣機(jī)殼體上至少一個(gè)噴咀小孔。
3.權(quán)利要求
2所述之發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，其特征是加載發(fā)動(dòng)機(jī)(9)的空氣增壓系統(tǒng)具有一個(gè)空氣冷卻器(15)，導(dǎo)管(22)從加載發(fā)動(dòng)機(jī)(9)空氣增壓系統(tǒng)上述空氣冷卻器(15)的上游分支出來。
4.權(quán)利要求
1所述之發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，其特征是開關(guān)導(dǎo)管(22)的裝置是一個(gè)能根據(jù)備用發(fā)動(dòng)機(jī)(10)瞬時(shí)工作情況進(jìn)行控制的自動(dòng)斷流閥(23)。
5.權(quán)利要求
1所述之發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，包括一臺(tái)較大的推進(jìn)船只的主柴油機(jī)(9)以及多臺(tái)較小的輔助柴油機(jī)(10)，每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)都具有一個(gè)把空氣分配給發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的增壓空氣儲(chǔ)罐(16，20)，其特征是每臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的空氣增壓系統(tǒng)經(jīng)導(dǎo)管(22)和主發(fā)動(dòng)機(jī)(9)的空氣增壓系統(tǒng)連接。在連接導(dǎo)管(22)與輔助發(fā)動(dòng)機(jī)(10)空氣增壓系統(tǒng)的上述導(dǎo)管的上游，均具有一個(gè)自動(dòng)斷流閥(23)，具有根據(jù)配套增壓空氣儲(chǔ)罐(20)壓力開關(guān)每個(gè)斷流閥(23)的控制裝置。
6.權(quán)利要求
1所述之發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組，具有多臺(tái)輸出功率大且相同的柴油機(jī)(25)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)均包括向發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸分配空氣的增壓空氣儲(chǔ)罐(28)，其特征是具有將所有發(fā)動(dòng)機(jī)(25)的空氣增壓系統(tǒng)并聯(lián)的導(dǎo)管(30，40)，在連接每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣增壓系統(tǒng)的上述導(dǎo)管(30)的上游具有一個(gè)自動(dòng)斷流閥(32)，具有根據(jù)配套增壓空氣儲(chǔ)罐(28)壓力開關(guān)每個(gè)斷流閥(32)的控制裝置。減壓導(dǎo)管(34)連接每臺(tái)壓氣機(jī)(31)的下游側(cè)和配套的斷流閥(32)的上游側(cè)，它包括一個(gè)節(jié)流閥(36)和與其串聯(lián)的單向閥(35)，用以防止氣體流向壓氣機(jī)的下游側(cè)。
專利摘要
一個(gè)實(shí)施例中的多發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組包括一臺(tái)較大的用以推進(jìn)船只的渦輪增壓船用柴油機(jī)和三臺(tái)較小的用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的渦輪增壓輔助柴油機(jī)。為保證始終可靠地供電，一臺(tái)或多臺(tái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)作備用運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)因增壓空氣壓力低于排氣壓力而出現(xiàn)問題。由于主發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生大量剩余的增壓空氣，主發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣增壓系統(tǒng)通過一條導(dǎo)管和各輔助發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)，有關(guān)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣壓力因此得以增加。
文檔編號(hào)F02D25/00GK86106876SQ86106876
公開日1987年7月15日 申請日期1986年10月28日
發(fā)明者漢斯·克里斯琴·克里坦森, 漢斯·克里斯琴·勞里森 申請人:奧格斯堡·紐倫堡機(jī)械公司伯邁斯特與韋恩柴油機(jī)分公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan