Основание для поршневого двигателя
Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Основание (12) для большого поршневого двигателя (2) с турбонаддувом выполнено с возможностью установки на него блока цилиндров поршневого двигателя (2). Основание (12) выполнено с возможностью крепления к бетонному основанию при применении в стационарных установках и к корпусу судна при применении на судах. Основание (12) содержит воздушный корпус для сжатого наддувочного воздуха. В воздушном корпусе расположен охладитель (11) наддувочного воздуха. Раскрыта конструкция поршневого двигателя с основанием, выполненным, как указано выше. Технический результат заключается в уменьшении вибрации и шума. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к основанию для поршневого двигателя в соответствии с преамбулой п. 1 формулы изобретения, на которое может быть установлен поршневой двигатель.
В больших поршневых двигателях с турбонаддувом, которые используются в силовых агрегатах и в качестве основных и вспомогательных двигателей на судах, турбонаддув часто осуществляется в две ступени, то есть сначала в компрессоре низкого давления и затем в компрессоре высокого давления. Наддувочный воздух охлаждается между ступенями наддува, а также после компрессора высокого давления перед направлением его к цилиндрам двигателя. В большом двигателе, турбокомпрессоры и охладители наддувочного воздуха имеют большие размеры и, следовательно, трудно приспособить их совместно с двигателем. Это представляется особенно проблематичным в V-образных двигателях, в которых оба ряда цилиндров могут иметь свои турбокомпрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и охладители наддувочного воздуха. Поскольку места над двигателем немного, турбокомпрессоры и воздушные охладители обычно располагаются на кронштейне, установленном на конце блока цилиндров. В большом двигателе, турбокомпрессоры и воздушные охладители с их соединительными каналами тяжелы, в силу чего на кронштейн действует огромная нагрузка, а центр тяжести расположен далеко от блока цилиндров. Это вызывает, например, проблемы вибрации, изоляции, шума и уплотнения. Кроме того, площадь установочной поверхности между кронштейном и блоком цилиндров часто достаточно мала, в силу чего невозможно расположить большие массы на кронштейне. Аналогичные проблемы также возникают с поршневыми двигателями, которые имеют одноступенчатый трубонаддув.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение решения, с помощью которого вышеописанные проблемы могут быть решены.
Задачи настоящего изобретения решаются, как раскрыто в п. 1 прилагаемой формулы изобретения. Согласно изобретению, основание, на которое может быть установлен двигатель, содержит воздушный корпус для сжатого наддувочного воздуха. Охладитель наддувочного воздуха расположен в воздушном корпусе.
Настоящим изобретением достигается множество преимуществ. Поскольку охладитель наддувочного воздуха установлен в воздушном корпусе, составляющим одно целое с основанием двигателя, меньший вес воздействует на кронштейн, установленный на блоке цилиндров, и центр тяжести расположен относительно близко к блоку цилиндров, в силу чего возникает меньше проблем, связанных с вибрацией. Вследствие этого, турбокомпрессоры и, следовательно, также двигатель и генераторная установка, возможно присоединенная к нему, имеют улучшенный режим работы.
Далее, изобретение описано более подробно, в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид поршневого двигателя с двухступенчатым турбонаддувом;
Фиг. 2 показывает основание, на которое может быть установлен поршневой двигатель согласно Фиг. 1,;
Фиг. 3 показывает основание согласно Фиг. 2 и поршневой двигатель, установленный на него;
Фиг. 4 показывает другое основание согласно изобретению, на которое может быть установлен поршневой двигатель согласно Фиг. 1;
Фиг. 5 показывает основание согласно Фиг. 4 и поршневой двигатель, установленный на него;
Фиг. 6 показывает третье основание согласно изобретению, на которое может быть установлен поршневой двигатель согласно Фиг. 1.
Фиг. 1 схематично показывает поршневой двигатель 2 с двухступенчатым турбонаддувом. Двигатель является большим поршневым двигателем, который используется, например, в качестве основного или вспомогательного двигателя на судах, а также в силовых установках. Двигатель 2 содержит турбокомпрессор 3 низкого давления, который снабжен компрессором 4 низкого давления и турбиной 5 низкого давления. Кроме того, двигатель 2 содержит турбокомпрессор 6 высокого давления, который снабжен компрессором 7 высокого давления и турбиной 8 высокого давления. Канал потока между компрессором 4 низкого давления и компрессором 7 высокого давления снабжен охладителем 9 наддувочного воздуха низкого давления, с помощью которого наддувочный воздух, нагнетаемый компрессором 4 низкого давления, охлаждается перед его направлением к компрессору 7 высокого давления. Канал потока между компрессором 7 высокого давления и цилиндрами 10 двигателя снабжен охладителем 11 наддувочного воздуха высокого давления, с помощью которого наддувочный воздух, нагнетаемый компрессором 7 высокого давления, охлаждается перед его направлением к цилиндрам 10. Генераторная установка 13 присоединена к двигателю 2.
Двигатель 2, а именно его блок 14 цилиндров, установлен на основании 12. Если имеется генераторная установка 13, присоединенная к двигателю 2, генераторная установка 13 также установлена на основании 12. Основание 12 проходит по всей длине двигателя 2. Основание 12 также может выступать в качестве масляного поддона для двигателя 2. Основание 12 также выступает в качестве установочной рамы для опор труб, ведущих к двигателю 2 и от двигателя 2. В силовых агрегатах или других стационарных установках, основание 12 прикреплено к бетонному основанию, и в судовых применениях - к корпусу судна. Между основанием 12 и блоком 14 цилиндров могут быть предусмотрены гибкие амортизаторы, чтобы предотвратить передачу вибрации двигателя основанию 12. Амортизаторы, например, пружины, могут быть предусмотрены между основанием 12 и его установочной рамой, чтобы гасить передачу колебаний установочной раме.
Основание 12 содержит воздушный корпус 15 для сжатого наддувочного воздуха двигателя. Воздушный корпус 15 составляет одно целое с основанием 12. Воздушный корпус 15 содержит объем 16 низкого давления для наддувочного воздуха низкого давления и объем 17 высокого давления для наддувочного воздуха высокого давления. Охладитель 9 для наддувочного воздуха низкого давления расположен в объеме 16 низкого давления, и охладитель 11 для наддувочного воздуха высокого давления расположен в объеме 17 высокого давления. Конструкция основания 12 описана более подробно в вариантах выполнения, описанных ниже.
При работающем двигателе 2 воздух направляется к компрессору 4 низкого давления, с помощью которого его давление поднимается до около 4 бар. Затем наддувочный воздух низкого давления направляется к объему 16 низкого давления, в котором он охлаждается охладителем 9 наддувочного воздуха низкого давления. Охлажденный наддувочный воздух направляется из объема 16 низкого давления к компрессору 7 высокого давления, с помощью которого давление воздуха поднимается до около 8 бар. Затем наддувочный воздух высокого давления направляется к объему 17 высокого давления и охлаждается охладителем 11 наддувочного воздуха высокого давления. Охлажденный наддувочный воздух высокого давления направляется из объема 17 высокого давления, чтобы использоваться в качестве воздуха для сгорания в цилиндрах 10. Наддувочный воздух охлаждается охлаждающей жидкостью двигателя, которая подается к охладителям 9, 11 наддувочного воздуха. Выхлопной газ из цилиндров 10 подводится к турбине 8 высокого давления и затем к турбине 5 низкого давления. Турбина 8 высокого давления приводит в действие компрессор 7 высокого давления, и турбина 5 низкого давления приводит в действие компрессор 3 низкого давления.
В варианте выполнения согласно фиг. 2 и 3, воздушный корпус 15 расположен на одном конце корпуса 12. Воздушный корпус 15 вмещает объем 16 низкого давления для наддувочного воздуха, нагнетаемого компрессором 5 низкого давления, и объем 17 высокого давления для наддувочного воздуха, нагнетаемого компрессором 8 высокого давления. Охладитель 11 наддувочного воздуха высокого давления расположен в объеме 17 высокого давления. Охладитель 9 наддувочного воздуха низкого давления расположен в объеме 16 низкого давления. Крышка воздушного корпуса 15 снабжена впускным отверстием 21 для пропускания наддувочного воздуха, поступающего из компрессора 4 низкого давления, в объем 16 низкого давления, и выпускным отверстием 22 для отведения охлажденного наддувочного воздуха из объема 16 низкого давления. Более того, воздушный корпус 15 снабжен вторым впускным отверстием 23 для пропускания наддувочного воздуха, поступающего из компрессора 7 высокого давления, в объем 17 высокого давления. Воздушный корпус 15 снабжен вторым выпускным отверстием 24 для отведения охлажденного наддувочного воздуха из объема 17 высокого давления. Впускное отверстие 21 сообщается по потоку с выпускным отверстием компрессора низкого давления, и выпускное отверстие 22 - с впускным отверстием компрессора высокого давления. Второе впускное отверстие 23 сообщается по потоку с выпускным отверстием компрессора 7 высокого давления, и второе выпускное отверстие 24 - с каналом наддувочного воздуха, ведущим к цилиндрам. Турбокомпрессор 3 низкого давления поддерживается воздушным корпусом 15. Турбокомпрессор 6 высокого давления приспособлен на кронштейне, установленном на блоке 14 цилиндров. Основание 12 содержит масляный поддон 18 для смазочного масла двигателя.
В варианте выполнения согласно фиг. 4 и 5, воздушный корпус 15 содержит вытянутый объем 16 низкого давления для наддувочного воздуха, нагнетаемого компрессором 5 низкого давления, и вытянутый объем 17 высокого давления для наддувочного воздуха, нагнетаемого компрессором 8 высокого давления. Объем 16 низкого давления расположен на одной стороне основания 12, и объем 17 высокого давления расположен на другой стороне основания 12. Часть объема 16 низкого давления, расположенная на одной стороне основания 12, параллельна части объема 17 высокого давления, расположенной на другой стороне основания. Кроме того, оба конца, как объема 16 низкого давления, так и объема 17 высокого давления, снабжены концевыми секциями, параллельными концу основания 12. Часть объема 16 низкого давления, расположенная на одной стороне основания 12, и часть объема 17 высокого давления, расположенная на другой стороне основания 12, являются трубчатыми. Объем 16 низкого давления и объем 17 высокого давления проходят по всей длине двигателя. Масляный поддон 18 для смазочного масла двигателя обеспечен между объемом 16 низкого давления и объемом 17 высокого давления. Охладитель 9 наддувочного воздуха низкого давления расположен в части объема 16 низкого давления, расположенной на одной стороне основания 12. Охладитель 11 наддувочного воздуха высокого давления расположен в части объема 17 высокого давления, расположенной на другой стороне основания 12. Охладитель 11 наддувочного воздуха высокого давления и охладитель 9 наддувочного воздуха низкого давления присоединены к контуру жидкостного охлаждения двигателя 2.
Турбокомпрессор 3 низкого давления и турбокомпрессор 6 высокого давления расположены на противоположных концах двигателя 2. Турбокомпрессоры 3, 6 расположены на кронштейнах, установленных на блоке 14 цилиндров. Турбокомпрессор 3 низкого давления также может поддерживаться основанием 12. Воздушный корпус 15 снабжен впускным отверстием 21 для пропускания наддувочного воздуха, поступающего от компрессора 4 низкого давления, в объем 16 низкого давления, и выпускным отверстием 22 для отведения охлажденного наддувочного воздуха из объема 16 низкого давления. Впускное отверстие 21 сообщается по потоку с выпускным отверстием компрессора 4 низкого давления, и выпускное отверстие 22 - с впускным отверстием компрессора 7 высокого давления. Впускное отверстие 21 и выпускное отверстие 22 расположены на противоположных концах объема 16 низкого давления, то есть впускное отверстие 21 на конце, обращенном к турбокомпрессору 3 низкого давления, и выпускное отверстие 22 на конце, обращенном к турбокомпрессору 6 высокого давления. Более того, воздушный корпус 15 снабжен вторым впускным отверстием 23 для пропускания наддувочного воздуха, поступающего из компрессоров 7 высокого давления, в объем 17 высокого давления, и вторым выпускным отверстием 24 для отведения охлажденного наддувочного воздуха из объема 17 высокого давления. Второе впускное отверстие 23 сообщается по потоку с выпускным отверстием компрессора 7 высокого давления, и второе выпускное отверстие 24 - с каналом наддувочного воздуха, ведущим к цилиндрам. Второе впускное отверстие 23 и второе выпускное отверстие 24 расположены на противоположных концах объема 17 высокого давления, то есть второе впускное отверстие 23 на конце, обращенном к турбокомпрессору 6 высокого давления, и второе выпускное отверстие 24 на конце, обращенном к турбокомпрессору 3 низкого давления.
В варианте выполнения согласно фиг. 6, воздушный корпус 15 приспособлен в конце основания 12. Воздушный корпус 15 содержит объем 16 низкого давления для наддувочного воздуха, нагнетаемого компрессором 4 низкого давления. Охладитель 9 наддувочного воздуха низкого давления является модульным. Охладитель 9 расположен в воздушном корпусе 15 с возможностью удаления. Охладитель 9 может быть установлен в воздушный корпус 15 и удален из него, не открывая воздушный корпус 15.
Изобретение не ограничивается вариантами выполнения, описанными выше, но несколько вариантов представляются в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Наддув можно выполнять в одну ступень взамен двух отдельных ступеней. В этом случае, имеется объем для наддувочного воздуха только при одном уровне давления в воздушном корпусе.
В варианте выполнения согласно Фиг. 4 и 5, воздушный корпус может быть расположен только на одной стороне основания. В этом случае, имеется объем для наддувочного воздуха только при одном уровне давления и для охладителя наддувочного воздуха в воздушном корпусе. Если наддув выполняется в две ступени, может иметься объем для наддувочного воздуха низкого давления и для охладителя наддувочного воздуха в воздушном корпусе, расположенный на стороне основания. Охладитель наддувочного воздуха высокого давления расположен на кронштейне, установленном на блоке цилиндров.
Также другие функции двигателя могут составлять одно целое с основанием 12. Например, регуляторы давления наддува (перепускные клапаны?) и/или перепускные каналы могут поддерживаться основанием 12. Перепускной клапан и/или перепускные каналы могут составлять одно целое с основанием 12. Выхлопной газ направляется по каналу выпуска только через одну турбину или обе турбины 5, 8. Сжатый наддувочный воздух направляется по перепускному каналу через двигатель в канал выхлопных газов, в область перед одной из турбин 5, 8. Впускное отверстие перепускного канала расположено, по ходу движения наддувочного воздуха, между компрессором 4 низкого давления и компрессором 7 высокого давления или в области за компрессором 7 высокого давления. Впускное отверстие перепускного канала может быть расположено перед охладителем 9, 11 наддувочного воздуха или за ним. Аналогично, выпускное отверстие перепускного канала расположено, по ходу движения наддувочного воздуха, в области перед турбиной 8 высокого давления или между турбиной 8 высокого давления и турбиной 5 низкого давления.
Каналы подвода воды устройства, используемые для увлажнения наддувочного воздуха, могут составлять одно целое с основанием 12. Каплеотделитель для наддувочного воздуха может составлять одно целое с основанием 12. Также, каналы водяного охлаждения двигателя могут составлять одно целое с основанием 12. Канал выпуска воздуха может составлять одно целое с основанием 12. Сжатый наддувочный воздух направляется через канал выпуска воздуха для использования вне цилиндров.
1. Основание (12) для большого поршневого двигателя (2) с турбонаддувом, выполненное с возможностью установки на него блока цилиндров поршневого двигателя (2), причем основание (12) выполнено с возможностью крепления к бетонному основанию при применении в стационарных установках и к корпусу судна при применении на судах, отличающееся тем, что основание (12) содержит воздушный корпус (15) для сжатого наддувочного воздуха, причем в воздушном корпусе (15) расположен охладитель (9, 11) наддувочного воздуха.
2. Основание (12) по п.1, отличающееся тем, что воздушный корпус (15) содержит объем (16) низкого давления для наддувочного воздуха низкого давления и объем (17) высокого давления для наддувочного воздуха высокого давления, причем объем (16) низкого давления снабжен охладителем (9) для наддувочного воздуха низкого давления, а объем (17) высокого давления снабжен охладителем (11) для наддувочного воздуха высокого давления.
3. Основание (12) по п.1, отличающееся тем, что воздушный корпус (15) расположен в конце основания (12).
4. Основание (12) по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что воздушный корпус (15) расположен на одной стороне основания (12).
5. Основание (12) по п.4, отличающееся тем, что воздушный корпус (15) расположен по обе стороны основания (12).
6. Основание (12) по п.5, отличающееся тем, что воздушный корпус (15) на одной стороне основания (12) содержит объем (16) низкого давления для наддувочного воздуха низкого давления и охладитель (9) для наддувочного воздуха низкого давления, а воздушный корпус (15) на другой стороне основания (12) содержит объем (17) высокого давления для наддувочного воздуха высокого давления и охладитель (11) для наддувочного воздуха высокого давления.
7. Основание (12) по п.6, отличающееся тем, что масляный поддон для смазочного масла двигателя расположен между объемом (16) низкого давления и объемом (17) высокого давления.
8. Основание (12) по п.1 или 2, отличающееся тем, что охладитель наддувочного воздуха выполнен с возможностью удаления со своего места и установки на свое место без открытия воздушного корпуса (15).
9. Конструкция (1) поршневого двигателя, содержащая поршневой двигатель (2), который снабжен турбокомпрессором (6), отличающаяся тем, что конструкция содержит основание (12) по любому из пп.1-8, на котором установлен блок цилиндров поршневого двигателя (2).
10. Конструкция (1) поршневого двигателя по п.9, отличающаяся тем, что генераторная установка (13), присоединенная к поршневому двигателю (2), установлена на основании (12).
11. Конструкция поршневого двигателя по п.9 или 10, отличающаяся тем, что поршневой двигатель (2) снабжен турбокомпрессором (3) низкого давления и турбокомпрессором (6) высокого давления.
