专利名称:涡轮增压内燃机组成的多发动机机组的制作方法
本发明涉及一种多发动机机组，它具有多台涡轮增压内燃机，其中至少有一台在机组的大部份运行时间内作备用运转，而与此同时另一台发动机作加载运转，上述发动机各具有一套独立的空气增压系统。
这里所谓的发动机作备用运行是指发动机持久空转，即作无载或低载运转，例如不超过它最大输出功率的约25%。
通常力避的上述运转出现在自备的发电机组，也就是不依赖外部电源的机组。它需要高度可靠地持续供电。这种动力机组典型地使用于船只、海上钻井台以及与电源隔绝的其他装置。
为了确保在任何工作环境中满足电力的实际需求，有必要，而且一般地说是限定机组要具备一些附加的或辅助的发动机，它们有时或一俟通知就可以参与并可能完全投入供电。
事实上上述动力机组往往是自动化的而且因此是周期性地无人管理的，供电的准则意指辅助发动机应持续地运转，即主要是作备用运转。
如上所述，这种运转是不希望有的，因为它牵涉到多方面的问题，其中最严重的是由于废气的倒流而引起对空气和气体管道的低温腐蚀与污染。降低负荷后到排气压力最终超过增压空气压力时，后述问题变得越来越突出。因此增压空气压力不足就无可争议地成为由备用运转带来上述种种问题的主要原因。
在这种情况下必须提高增压空气压力。已知的办法就是采用电驱动的辅助鼓风机。但由于种种原因，上述解决办法并非最佳，它需要并投资比较昂贵的鼓风机等等，而且从能量的方面看，这个办法总的来说并非机组的一项最佳解决办法。
根据本发明的多发动机机组与先有机组的不同之处在于备用发动机空气增压系统用一条导管连接到加载发动机空气增压系统空压机排出口的下游处，并具有导管开关装置。
本文述及的一台发动机的空气增压系统包括连接涡轮增压器压气机部分上下游的所有通道系统。
这里所谓的加载发动机是指其负载约为发动机最大负载的约50%到100%。将其空气增压系统连接备用发动机的空气增压系统，就可以用一种简单的方式提高备用发动机的增压空气压力。这种办法所以可行，是因为在上述的工作范围内加载发动机的涡轮增压器以加压增压空气的形式提供了相当数量的多余能量。整个动力机组的总效率因此改善而非单独发动机之能力所及。
鉴于一艘船的动力装置的燃油成本约为该船总运营费用的40%，可以理解在效率方面即使最小的改进都会带来可观的节约。
它的优点是导管终接于备用发动机涡轮增压器压气机壳体上的至少一个喷咀小孔。然而，这些补充的增压空气原则上可以输往备用发动机空气增压系统中的任何处。
同样，导管原则上可以连接在加载发动机空气增压系统中的任何处，然而最佳的是在该系统中有一个空气冷却器，导管从空气冷却器的上游分支出来。因此多余的空气在高温和高压下排出。
开关导管的装置可以是一个能根据备用发动机瞬时工作情况控制的自动断流阀。
现参考附图更详尽叙述本发明。
图1是涡轮增压柴油机增压空气压力和排气压力之间关系的曲线图。
图2是涡轮增压器压气机壳体的端视略图。
图3是图2中涡轮增压器压气机部分的剖面图。
图4表示根据本发明的多发动机机组的第一例。
图5是根据本发明的多发动机机组的第二例。
图1中的曲线说明涡轮增压柴油机的排气压力和增压空气压力之间在不同负载时的一般关系。点划曲线1表示增压空气压力，实线曲线2表示排气压力。横座标轴表示发动机负载的百分比，纵座标轴表示以毫巴为单位的绝对压力值。正如所示，负载百分比约为25时，两条曲线于S点相交。当负载百分比超过该值时，发动机的增压空气压力则高于排气压力，而在负载百分比低于25时出现相反的情况，即处在典型的备用状态。当发动机气缸的进气时间与排气时间重叠时，废气就必然倒流入空气增压系统中，由此导致前述问题的发生而实际上不可能在该负载范围内继续作备用运转。
处于这种运转状态时有必要提高增压空气压力以超过排气压力。根据本发明将加载发动机空气增压系统的多余增压空气供给备用发动机空气增压系统就可以最佳地实现。
上述补充增压空气原则上可以输入备用发动机空气增压系统中的任何处，例如经压气机壳体上、通向空气冷却器的过渡通道上或增压空气储罐上的注射口或喷咀。
图2和图3简略表示这些注射口如何付诸实施。沿压气机壳体3的圆周均匀分布着五个注射口4。注射口基本上切向朝向压气机叶轮5的叶片6并顺其旋转方向，因而补充的空气切向冲击叶片，以助压气机的叶轮旋转。增压器的正常供气是通过入口7进入的，而经壳体3上注射口4的补充供气是通过壳体上的环形室8进入的。
图4表示用于船只上的多发动机机组的简图。机组包括一台推进船只的较大的涡轮增压主发动机9以及三台小的，同样采用涡轮增压的辅助发动机10，每台都驱动一台独立的发电机，未示。主发动机9包括一个具有压气机部分12和涡轮机部分13的涡轮增压器11。压缩后的增压空气由压气机部分12经管道14输往空气冷却器15，从那里再经增压空气储罐16进入发动机9的各气缸。
涡轮增压器11由燃烧后产生的废气驱动。废气经废气储罐17供给涡轮增压器11的涡轮机部分13。
三台辅助发动机10中的每一台都类似地包括涡轮增压器18、增压空气冷却器19、增压空气储罐20以及废气储罐21。
主发动机9的空气增压系统通过从压气机部分12和增压空气冷却器15之间的管道14引伸出来的导管22与三台辅助发动机10的空气增压系统并联。正如所示，导管22与每一套独立的空气增压系统的连接均位于各自涡轮增压器18中的压气机壳体上。在每一台辅助发动机的空气增压系统和主发动机的空气增压系统之间都装有一个断流阀23。如虚线24所示，每个阀23由各增压空气储罐20的压力控制。
在船只正常运行时，主发动机9主要是用来推进船只，其次是用来驱动一台或多台发电机，未示。它们既可以直接连接发动机9的曲轴，也可以连接利用发动机9废热的汽轮机。由于主发动机发电最经济，所以希望最大限度地利用它而难得所有辅助发动机同时加载。因而，它们中间的一台或多台就作备用运转。装于独立的增压空气储罐的传感器检测到上述工作状态，即开启有关阀或阀23使压力相当高的空气从主发机的空气增压系统经导管22供给上述一台或多台辅助发动机的空气增压系统。辅助发动机中的增压空气压力因此高于排气压力，并消除了备用运转带来的一些问题。
当电网上的负载超过主发动机驱动的发电机所能输送的最大功率时，例如要求牺牲直接联接发电机的电力以增加推进功率时，或者由于机动演习或类似的其他原因，主发动机不能满足电力的需要，那就有必要按照需要使一台或多台辅助发动机投入运转。由于辅助发动机已经处于备用状态，它们可以快速“开动”以应电力之急需而不必依赖主发动机。
图5是表示包括多台相同的涡轮增压柴油机，用于供应船或石油钻探平台的多发动机机组的图。
除了执行仅占最大可用输出功率中一小部分的普通运输任务外，供应船也需协助近海钻井平台的锚定和其他需要即刻补充电力的严峻任务，因此需要一台或多台发动机作连续的备用运转。
由于石油钻探需要相当大的输出功率，在严峻的工作条件下就要求提供附加的动力作紧急支援。用一台或多台作备用运转的发动机可以最经济地满足上述要求。
图5所示的机组共有四台发动机25，每台包括涡轮增压器26、增压空气冷却器27、增压空气储罐28以及废气储罐29。
所有发动机25的空气增压系统通过在各涡轮增压器26中压气机壳体31上的喷咀小孔和一条公用的岐管40之间的导管30并联。正如所述，图4中的断流阀，此处是32，分别装在每台压气机机壳的入口处。上述阀防止个别的发动机过载并保证不使空气经已停了的发动机跑掉。这些阀正如图中虚线33所示，由各增压空气储罐28上的压力传感器控制。因此，当增压空气压力低于排气压力时阀门打开，而当发动机的负载达到特定的临界限度或停机时阀门关闭。
减压导管34从每台增压器的压气机部分的下游侧通向岐管40。与节流阀36串联的减压导管34均有一个单向阀35，用来防止气体朝增压器的压缩侧方向流动。
当配套的涡轮增压器26产生多余的增压空气时，导管34将上述空气输入岐管40，节流阀36保证从涡轮增压器排出的空气量不超出允许值，以使配套的发动机安全运转。
为了最大程度利用多余的增压空气，可将这些空气从压气机壳体31和增压空气冷却器27之间的过渡通道排出，空气在该处的温度和压力最高。
如果机组中的另一台发动机在作备用运转而其涡轮增压器需要补充增压空气，则配套的关着的阀门32就会打开而使岐管40中的多余增压空气直接流入上述备用发动机的空气增压系统。
由于机组中的发动机基本相同，“划分”加载的发动机和备用的发动机实际上就无关紧要，因为所有发动机空气增压系统的联接保证了任何加载发动机的可用的多余增压空气随时可以分配给任何缺气的“备用发动机”。
权利要求
1.具有多台涡轮增压内燃机(9，10)的多发动机机组，其中至少有一台(10)在机组的大部份运行时间内作备用运转，而与此同时另一台发动机(9)作加载运转，上述发动机(9，10)各具有一套独立的空气增压系统，其特征是有一条把备用发动机(10)空气增压系统连接于加载发动机(9)空气增压系统压气机出口下游处的导管(22)，以及开关上述导管(22)的装置。
2.权利要求
1所述之发动机机组，其特征是导管(22)终接于备用发动机(10)涡轮增压器(18)中压气机壳体上至少一个喷咀小孔。
3.权利要求
2所述之发动机机组，其特征是加载发动机(9)的空气增压系统具有一个空气冷却器(15)，导管(22)从加载发动机(9)空气增压系统上述空气冷却器(15)的上游分支出来。
4.权利要求
1所述之发动机机组，其特征是开关导管(22)的装置是一个能根据备用发动机(10)瞬时工作情况进行控制的自动断流阀(23)。
5.权利要求
1所述之发动机机组，包括一台较大的推进船只的主柴油机(9)以及多台较小的辅助柴油机(10)，每一台发动机的空气增压系统都具有一个把空气分配给发动机各气缸的增压空气储罐(16，20)，其特征是每台辅助发动机(10)的空气增压系统经导管(22)和主发动机(9)的空气增压系统连接。在连接导管(22)与辅助发动机(10)空气增压系统的上述导管的上游，均具有一个自动断流阀(23)，具有根据配套增压空气储罐(20)压力开关每个断流阀(23)的控制装置。
6.权利要求
1所述之发动机机组，具有多台输出功率大且相同的柴油机(25)，每台发动机的空气增压系统均包括向发动机各气缸分配空气的增压空气储罐(28)，其特征是具有将所有发动机(25)的空气增压系统并联的导管(30，40)，在连接每台发动机空气增压系统的上述导管(30)的上游具有一个自动断流阀(32)，具有根据配套增压空气储罐(28)压力开关每个断流阀(32)的控制装置。减压导管(34)连接每台压气机(31)的下游侧和配套的断流阀(32)的上游侧，它包括一个节流阀(36)和与其串联的单向阀(35)，用以防止气体流向压气机的下游侧。
专利摘要
一个实施例中的多发动机机组包括一台较大的用以推进船只的涡轮增压船用柴油机和三台较小的用来驱动发电机的涡轮增压辅助柴油机。为保证始终可靠地供电，一台或多台辅助发动机持续作备用运转，发动机因增压空气压力低于排气压力而出现问题。由于主发动机的涡轮增压器在正常运转时产生大量剩余的增压空气，主发动机的空气增压系统通过一条导管和各辅助发动机并联，有关辅助发动机的增压空气压力因此得以增加。
文档编号F02D25/00GK86106876SQ86106876
公开日1987年7月15日 申请日期1986年10月28日
发明者汉斯·克里斯琴·克里坦森, 汉斯·克里斯琴·劳里森 申请人:奥格斯堡·纽伦堡机械公司伯迈斯特与韦恩柴油机分公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan