CN100392286C - 补偿装置及用于起动这种装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种补偿装置及用于起动这种补偿装置的方法。在借助于一转子装置(4)补偿在往复活塞式发动机(1)运行过程中由惯性力引起的振动的方面，该转子装置(4)可借助于一自身的驱动马达(5)进行驱动，该驱动马达(5)可在起动过程中这样换向。即使转子装置(4)按照摇架的方式来回起动，由此可获得较小的驱动马达(5)。

Description

补偿装置及用于起动这种装置的方法

技术领域

本发明涉及补偿装置及用于起动这种装置的方法。

背景技术

在往复活塞式发动机特别是用作船用推进装置等的二冲程大型柴油机的运转过程中，在对由惯性力，例如第二阶惯性力引起的振动的补偿方面，合乎目的的可以是，不将补偿装置的转子装置结合于往复活塞式发动机的构造中和不使转子装置由往复活塞式发动机直接驱动，而是实现在结构上转子装置与往复活塞式发动机之间分开并为其配置一自身的驱动马达。不过在这种情况下存在这样的危险，即驱动马达的尺寸必须确定得较大，以便能够从停止状态起动较重的转子装置。

发明内容

因此由此出发本发明的目的在于，提供一种补偿装置和用于起动这种装置的方法，其使转子装置的驱动马达的尺寸可以确定得较小。

按本发明建议了一种用于在往复活塞式发动机特别是用作船用推进装置的二冲程大型柴油机的运转过程中对由惯性力特别是第二阶惯性力引起的振动进行的补偿的装置及用于起动这种装置的方法，其中为了补偿，采用一转子装置，该转子装置可以以按预定的比例取决于往复活塞式发动机的转速和相位的转速和相位进行驱动，并且其中该转子装置可借助于一自身的驱动马达进行驱动，该驱动马达在起动时这样换向，即使转子装置按照摇架的方式来回起动。

由此上述目的以极简单而低成本的方式来达到，由于来回的起动运动，较小的驱动马达是足够用的。该驱动马达可以合乎目的地设计为转矩可调的。可供以一种恒定压力的液压介质的、优选为包括与一倾斜的圆盘协同操作的柱塞构造的液压马达的轴向柱塞马达，其转速可通过转矩的改变而改变并且其具有一影响转矩的控制环节，后者可通过控制装置进行调节。在这样的液压马达中可以很简单而快速地实现转向。为此在所述轴向柱塞马达中只须将与各柱塞协同操作的圆盘偏向另一侧。

有利的是，可以为驱动马达配置有一用于按预定的比例使转子装置与往复活塞式发动机同步的控制装置，其中控制装置设有一程序存储器。该程序存储器包括一可由控制装置处理的起动程序，用于转子装置的来回摆动的起动，该起动程序可借助于一起动信号启动。该措施可实现自动的起动过程。

在上述措施的另一种进一步构成中，可以检测转子装置在每一正向摆动中的角度摆幅并由此算出转子装置直到超过上死点所需要的来回摆动数，在此，转子装置据此沿正向和反向进行驱动，排除转子装置沿反向越过上死点。借此自动确保转子装置沿符合要求的正向进行操作。

上述措施的其他有利的实施形式和合乎目的的进一步构成可由下列的借助于附图的实例描述中更详细地得知。

附图说明

在下列附图中：

图1为配属于往复活塞式发动机的本发明的补偿装置的信号流程图；

图2为本发明的补偿装置的侧视图；

图3为沿图2中线III/III截取的剖面图；以及

图4为图3中细部IV相对于图3放大的图。

具体实施方式

图1示出示意表示的往复活塞式发动机1，其可以涉及一二冲程大型柴油机，其可以作为船用推进装置应用。从图1中还可以得出，一在结构上与往复活塞式发动机1分开的补偿装置2用以平衡由于在往复活塞式发动机1的区域产生的惯性力引起的作用在安装平台3上的力矩和由此引起的振动，其中安装平台3可以涉及船体。图1中只示出一个配备给往复活塞式发动机1的补偿装置2。但也可设想为一往复活塞式发动机1配置多个补偿装置2。

补偿装置2包括一由图3可见的形成不平衡的转子装置4，其可以以按一已知的比例取决于往复活塞式发动机1的转速和相位的转速和相位驱动。在平衡第二阶惯性力的情况下该比例为1∶2并且应该预置于当前的情况中。在平衡第二阶惯性力的情况下补偿装置2设有水平的和垂直于往复活塞式发动机1的纵向轴线延伸的转子轴，以使转子装置4在一垂直的垂直于往复活塞式发动机的轴线延伸的平面内旋转。

为了补偿装置2的转子装置4的驱动，其设有自身的驱动马达5。该驱动马达5借助于一配置的控制装置6可调节成使转子装置4的转速和相位以符合要求的比例，即2∶1与往复活塞式发动机1的转速和相位相匹配。这以同步操作为特征。假如设有多个补偿装置。则控制装置6合乎目的地这样构成，即可借其调节全部的补偿装置。当然也可以设置在这里未更详细表示的手动控制装置，借其可以对自动的控制交替地使用手控。

驱动马达5构成为转矩可调的液压马达，亦即构成为液压马达，其转速在恒定的压力下可通过转矩的改变而改变，构成驱动马达5的液压马达因此设有一影响转矩的控制环节，其位置可由控制装置6的信号来影响。

对此，构成驱动马达5的液压马达可以简单地构成为液压的可供给恒定压力的轴向柱塞马达，其包括多个柱塞，各柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，后者的斜度可根据控制装置6的配置的原始值调节。因此该圆盘设置成可绕与其平面共面的轴线摆动。柱塞可以与液压马达的轴相连接，在该情况下可倾斜的圆盘沿旋转方向是固定的。但也可以设想可倾斜的圆盘与轴相连接并且活塞沿旋转方向是固定的。

可以为液压马达配置一泵。在无凸轮轴的往复活塞式发动机中，例如在具有可操作的阀的二冲程大型柴油机中，通常设有一可供给恒定压力的共用轨道。图1中示出一个这样的共用轨道7，其借助于配置的泵8供给具有例如210巴压力的液压油。泵8可以借助于配置的电机或借助于由往复活塞式发动机1分接出的在图1中只由一点划线示意表示的传动系9来驱动。由共用轨道7分出通向各阀等的不同的未更详细说明的供给支路和一导向驱动马达5的供给支路10，为后者配置一压力补偿罐10’。

在完成工作后离开驱动马达5的液压油经由一从驱动马达5分出的回油管10a返回一为泵8配置的容器。回油管10a也可以设有一压力补偿罐10a’，其在转子装置4的制动时是有利的。在转子装置4制动时构成驱动马达5的液压马达起泵的作用。倾斜的圆盘此时可以从中性的位置偏向另一侧，借此在构成驱动马达5的液压马达的转向不变的情况下液压油流过驱动马达5的方向反向，如图1中由双箭头所示。

以上所述的控制装置6包括一调节器11，其产生为所述的驱动马达5的控制环节配置的控制信号并且经由信号线12与一为所述的控制环节配置的操纵机构相连接。在调节器11的前面设有一比较器13，其用于往复活塞式发动机1和转子装置4的各输入端具有相应的信号。为了检测往复活塞式发动机1的转速，其曲轴14设有一增量元件，即齿轮15的形式，其轮齿借助一传感器16来扫描，在比较器13上产生相应的脉冲，如由信号线17所示。为了检测曲轴14的相位，其设有一脉冲发送器18，其由一配置的传感器19扫描，在比较器13上产生相应的脉冲，如由信号线20所示。

转子装置4的转速与驱动马达5的转速相适应。因此驱动马达5为了检测转子装置4的转速设有一脉冲发生器21，其产生用22表示的方式的取决于转角的脉冲。由传感器16也发出类似的脉冲。由脉冲发生器21发出的信号通向调节器11和比较器13。因此由脉冲发生器21分出的信号线23设有分支点24，由其分出通向调节器11和通向比较器13的支路23a、23b。为了检测转子装置4的相位设有一为其配置的传感器25，其向比较器13提供相应的信号，如由信号线26所示。

来自往复活塞式发动机1、经由信号线17和20输入比较器13的信号实际上表示额定值。来自补偿装置2、经由信号线23和26输入比较器13的信号是实际值。比较器13实施额定值与实际值的比较并由可能的偏差求出一误差信号，该误差信号经由信号线27输入调节器11。调节器11由接收的误差信号和也由接收的转速的实际值信号算出一控制信号用以经由所述信号线12调节上述的驱动马达5的控制环节。

如由图2显而易见的。补偿装置2具有一滚筒形壳体28，其可以安装在往复活塞式发动机1的机座上或与其分开地安装。在当前的情况下，亦即在平衡第二阶惯性力的情况下。壳体28设置成使其中安装的转子装置4的轴水平地和垂直于往复活塞式发动机1的曲轴14的轴线延伸。驱动马达5设置在壳体28的外面，即圆周外面的区域并且经由一中间带传动装置按以下还要描述的方式与设置于壳体28内的转子装置4协同操作。

如由图3显而易见的，壳体28具有一穿过的固定轴29，其上可旋转地支承转子装置4。转子装置4具有可旋转地安装在轴29上的轴套30，其上固定一构成不平衡的、亦即不是旋转对称地而是偏心地设置的平衡重装置。后者在所示实例中包括两个并列设置平衡重31、32。转子装置4还具有一同心于轴29延伸的齿圈33，一在壳体28内设置的、从外面可驱动的齿轮34与该齿圈33相啮合。齿圈33在指向外面的侧面固定一平衡重。即平衡重32，其具有一为齿圈33和齿轮34配置的侧面的凹槽35。

齿轮34安装在轴36上，轴36支承于轴承箱37内，后者穿过壳体28的邻近齿轮34的侧壁。轴36通过轴承箱37通向外面并在其外端支承一齿形带轮38，其与一齿形带39协同操作。如由图2显而易见的，齿形带39通向驱动马达5的一个相配的从动轮40。以齿形带39和包括齿形带轮38与齿轮34的双联齿轮的形式连接从动轮40与齿圈33的传动系构成上述的中间带传动装置。其中通过直径的适当选择可以得到符合要求的传动比。

如由图2中可见的，轴承箱37可移动地设置以便张紧齿形带39。为了移动和张紧，设有一以构成调节螺钉的形式的调节装置41。合乎目的是轴承箱37可在其上移动的导轨是弧形的，其半径相当于离轴29的中心的距离，从而在调节轴承箱37的情况下不会影响齿圈33与齿轮34之间的相互啮合。

如由图3显而易见的，转子装置4的两平衡重31、32的重量是不同的，较重的平衡重31的重量为两平衡重31、32的总重的65％，因此另一平衡重32的重量为总重的35％。两平衡重31、32还可相对于轴29相对转动。借助于不同重的平衡重的相互偏转可以精确地调节要求的不平衡度。

平衡重31、32分别包括一由轴套30穿过的轮毂42、43。较重的平衡重31的轮毂42通过热压配合固定在轴套30上而可通过可拆式夹紧连接与邻接的平衡重32的轮毂43相连接。如由图3中显而易见的。为了构成可拆式夹紧连接，平衡重31、32在其相互面对的侧面的区域设有可相互嵌接的锥形元件。轮毂42设有环形的向邻接的轮毂43的方向扩张的锥形槽。轮毂43具有环形的向邻接的轮毂42的方向逐斩变细的锥形凸缘45，其嵌入锥形槽44内。为了构成力锁合连接，平衡重32以其轮毂43紧靠到邻接的平衡重31上。此时使相互的锥面相互靠紧地配合。

为此，如由图4可最清楚看出的，设有至少一个经由壳体28的邻接的侧壁的孔46从外面可操作的调节螺钉47。其一方面支承在轴套30的径向凸缘48上而另一面支承在邻接的平衡重的轮毂43上。在所示的实例中设有一插入凸缘48内，通过在内部的径向凸缘支承的螺纹套49，调节螺钉47与该螺纹套49螺纹啮合。图4中只示出一个调节螺钉47。当然可以在凸缘48的圆周上设置多个调节螺钉，以便确保在锥面配置的区域尽可能均匀的夹紧。

为了使驱动马达4的结构尺寸尽可能地小，转子装置4的起动不是沿一个方向连续地进行，而是按摇架的方式来回起动。为此控制装置6设有一图1中所示的起动程序存储器50，其以其输出端位于调节器11的一配置的输入端。在出现一起动信号时打开该输入端，从而调节器11接收存储50中存储的起动程序并按此工作。

起动程序构成为使驱动马达5首先沿正向发出满额力矩，这导致转子装置4的绕一规定的转角的摆幅。一旦转子装置4进入停止，即达到反向点，就进行马达5的换向，从而其沿反向发出满额力矩并且转子装置4沿反向驱动，其中转子装置4的该运动由重力给予支持。马达5的换向在当前的方式的转矩可调的液压马达的情况下以特别简单的方式是可能的。在上述液压的轴向柱塞马达中，其各柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，为此简单地使圆盘由一中立位置偏向另一侧。

转子装置4的来回运动一直重复到驱动马达5使转子装置4沿正向运动到越过上死点。合乎目的地，检测转子装置4直到换向点的角度摆幅。由此可以算出，直到超过上死点需要多少次来回运动。如果根据计算说明可能存在危险，即转子装置4在反向运动时可能超过上死点，则马达5在转子装置4的反向运动时不施加转矩。在这种情况下，马达5只在正向运动时开动。

一旦转子装置4已超过上死点，则马达5就不再进行换向。此时马达5连续地沿正向驱动。此时在平衡接近往复活塞式发动机1的双倍转速的第二阶惯性力的情况下，转子装置4首先以接近要求的同步转速的转速加速。在该加速阶段中，马达5以满额转矩投入工作。紧接着实现在一接近同步相位的狭窄的角度范围内使转子装置4的转速和相位精确匹配于同步转速和同步相位。为此使马达5输出一逐渐提高的或降低的作用到转子装置上的力矩。在相位偏差大于15°时马达5以满额的最大转矩工作。随着相位角偏差的减小该转矩也减小。一旦达到转子装置4和往复活塞式发动机1的同步运转，就终止起动过程并且调节以其他的上述方式达到正常运转。

Claims (13)

1.一种在往复活塞式发动机(1)的运转过程中对由惯性力引起的振动进行补偿的装置，该装置具有一转子装置(4)，该转子装置以按预定的比例取决于往复活塞式发动机(1)的转速和相位的转速和相位进行驱动，其中，转子装置(4)借助于一自身的驱动马达(5)进行驱动，该驱动马达(5)在起动时这样换向，即使转子装置(4)按照摇架的方式来回起动。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，为驱动马达(5)配有一用于按预定的比例使转子装置(4)与往复活塞式发动机(1)同步的控制装置(6)并且控制装置(6)设有一程序存储器(50)，该程序存储器包括一由控制装置(6)处理的起动程序，用于转子装置(4)的来回摆动的起动，该起动程序借助于一起动信号启动。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，起动程序构成为随着来回摆动的起动过程使转子装置(4)一直加速到往复活塞式发动机的转速范围并然后使转子装置(4)的转速和相位精确趋近于往复活塞式发动机(1)的转速和相位。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，配属于转子装置(4)的驱动马达(5)为转矩可调的液压马达，该液压马达供以一种恒定压力的液压介质并且其转速通过转矩的改变而改变而且该液压马达具有一影响转矩的控制环节，该控制环节通过控制装置(6)的作用进行调节。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，构成配属于转子装置(4)的驱动马达(5)的液压马达为液压的轴向柱塞马达，该轴向柱塞马达供以一种恒定压力的液压介质并且其各柱塞与一倾斜的圆盘协同操作，该圆盘的斜度根据控制装置(6)的一个所配给的原始值进行调节。

6.按照权利要求1至5之一项所述的装置，其特征在于，配属于驱动马达(5)的控制装置(6)包括一调节器(11)和一为其配置的比较器(13)，其中比较器(13)具有用于转子装置(4)和往复活塞式发动机(1)的转速和相位的各输入端以及一个用于由输入信号的偏差形成的误差信号的输出端并且调节器(11)具有用于该误差信号、程序存储器(50)和一与转子装置(4)的转角相对应的信号的各输入端以及一用于影响驱动马达(5)的控制环节的控制信号的输出端。

7.按照权利要求1至5之一项所述的装置，其特征在于，所述往复活塞式发动机(1)是用作船用推进装置的二冲程大型柴油机。

8.按照权利要求1至5之一项所述的装置，其特征在于，所述惯性力是第二阶惯性力。

9.一种用于起动借助一转子装置(4)在往复活塞式发动机(1)的运转过程中对由惯性力引起的振动进行补偿的装置的方法，该转子装置(4)以按预定的比例取决于往复活塞式发动机(1)的转速和相位的转速和相位进行驱动，其中，转子装置(4)借助于一自身的驱动马达(5)进行驱动，该驱动马达(5)在起动时这样换向，即使转子装置(4)按照摇架的方式来回起动。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述往复活塞式发动机(1)是用作船用推进装置的二冲程大型柴油机。

11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述惯性力是第二阶惯性力。

12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，使转子装置(4)在起动过程中沿正向和反向驱动，以如下方式排除转子装置沿反向越过上死点，即检测转子装置(4)在每一正向摆动时的角度摆幅并由此算出来回摆动的数，即转子装置(4)直到超过上死点所需要的来回摆动数，并且据此使驱动马达(5)这样启动，即使转子装置(4)只沿正向超过上死点。

13.按照上述权利要求9至12之一项所述的方法，其特征在于，随着来回摆动的起动过程，使转子装置(4)一直加速到往复活塞式发动机的转速范围并然后使转子装置(4)的转速和相位精确趋近于往复活塞式发动机(1)的转速和相位。

Images