CN101563272B - 利用船用大型柴油发动机废气中的剩余能量的系统 - Google Patents

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Abstract

用于利用大型柴油发动机(1)、特别是两冲程大型柴油发动机的废气中的剩余能量的系统，所述柴油发动机装载在具有船舶电网(12)的船舶上，其中废气首先被输送给废气涡轮增压器，然后在废气涡轮机(8)中继续利用，其中所述废气涡轮机(8)驱动发电机(10)，该发电机给船舶的船舶电网(12)输入电能，并且其中所述发电机(10)能切换为同步调相机。

Description

利用船用大型柴油发动机废气中的剩余能量的系统
技术领域
本发明涉及一种用于利用大型柴油发动机、特别是两冲程大型柴油发动机的废气中的剩余能量的系统，所述柴油发动机装载在具有船舶电网的船舶上，其中废气首先被输送给废气涡轮增压器，并且然后在废气涡轮机中继续利用，并且其中所述废气涡轮机驱动发电机。
背景技术
船载大型柴油发动机的废气能量经常不能通过废气涡轮增压器和/或连接在后面的驱动发电机的蒸汽涡轮机完全利用。这特别对两冲程大型柴油发动机是这种情况，因为在船舶航行中应用的典型参数经常不是对废气利用而言理想的涡轮增压器数量。这样例如有时需要涡轮增压器分数数量(2.5或3.5)用于对废气能量最好地利用。不过因为分数数量的涡轮增压器是不可能实现的，于是就会达到不必要的增压率。即在两冲程大型柴油发动机上发出的剩余的增压用于驱动动力涡轮转子。这已经由ABB开关和控制技术公司的文献“Produkt+Praxis”，1/99期公开。在此涉及一种向岛屿电网供应电能的动力涡轮机。
发明内容
本发明的任务是，将这种已公开的动力涡轮机结合在两冲程大型柴油发动机或者其它大型柴油发动机的排气系统中，使得产生的电能以最优的方式提供给船舶电网。在这种情况下特别应该考虑这个事实，即在船舶上存在大的电感消耗器，它对船舶电网产生相对差的cosphi。
该任务由此解决，即发电机向船舶的船舶电网中供应电能，其中该发电机可切换为同步调相机(移相器)。迄今大型船舶通常具有连接在船舶电网上的单独的经常呈同步调相机的形式的移相器。现在该任务根据本发明非常有利地采用无论如何都存在于船舶上的发电机与废气涡轮机相结合。这样非常有利地节约了在船舶上的电机，由此针对大型船舶的船舶电网的引起显著的费用下降。
在本发明的方案中提出，发电机具有起动机，并且在废气涡轮机和发电机之间布置有变速器和过速离合器，特别是呈SSS离合器(Selbstsynchronisierende Schaltkupplung(自动同步滑动离合器))的形式。通过根据本发明有利地利用在废气涡轮机和发电机之间的过速离合器，可以使发电机通过简单的中间设备(变速器和SSS离合器)直接与废气涡轮机连接，其中通过这种结构可以实现废气涡轮机简单地起速。发电机通过它的起动机没有反转扭矩地同步于船舶电网并且电连接。然后废气涡轮机的未被调节的起速直至达到发电机同步转速。如果废气涡轮机没有被过速离合器结合，它就会继续起速。随着离合器闭合，有效功率可以传达到发电机上。
在本发明的另一种方案中有利地提出，发电机具有特性曲线主导的电压调节，并且为了产生无功功率，从发电机特性曲线变换为移相器特性曲线。由此得到简单和成本经济的可能性，即使用发电机作为移相器，并且在这种情况下达到必需的静态。
在本发明的另一种方案中有利地提出，大型柴油发动机除了它的主排气管还外具有特别是可调节流量的通向废气涡轮机的旁通排气管。由此非常有利地得出这种可能性，即废气涡轮机这样工作，使得负责大型柴油发动机的汽缸的最优进气的废气涡轮增压器不会由于从通到涡轮增压器的排气管中提取剩余能量而受到影响。这样剩余能量的应用可以在所有工作状态下进行，也就是说也包括部分负荷时，而不影响大型柴油发动机的发动机效率。这样可以有效利用剩余能量，从而明显提高船舶驱动装置的效率。
在本发明的另一种方案中提出，废气涡轮机、带有SSS离合器的变速器、可作为移相器工作的发电机和起动机布置在一个共同的底架上。通过这种布置可以获得一种特别成本经济并且也可以轻易地进行后期装备的机器总成。利用这种机器总成使得发电机的自由轴端得以最优地利用，即形成紧凑的废气涡轮机发电机/移相器单元。
在本发明的另一种方案中提出，发电机具有换流器，它在输出侧负责船舶电网频率、船舶电网电压和产生的电能的相位。由此可以使得发电机/移相器无问题地与船舶电网接通和切断。这样也可以获得与船舶电网的同步工作。
还提出发电机利用从0.9到1的cos phi工作。
附图说明
本发明借助附图详细说明，从附图中和从属权利要求中可以得知其它的根据本发明的细节。
附图示出：
图1根据本发明的系统的示意图，其处于具有大型柴油发动机的船舶上，以及
图2布置在一个底架上的单个设备的示意图。
具体实施方式
在图1中利用1标记大型柴油发动机，它一般具有八个或者更多的汽缸(示出的是八个汽缸)。汽缸的数量可以为直至十四个。
由大型柴油发动机1驱动具有螺旋桨16的螺旋桨轴15，其中对于现代的船舶，特别是对于集装箱轮船，在螺旋桨轴15上布置有助力马达2，它通过换流器3和开关13由船舶电网12馈电。助力马达2用于在需要时为驱动螺旋桨16提供附加的能量，由此例如可以遵守集装箱轮船的航行计划。大型柴油发动机还具有废气涡轮单元4、6，其中燃烧用空气在部分4中被压缩，并且废气在部分6中膨胀并且冷却。在大型柴油发动机1和涡轮增压单元的废气部分6之间设有排气管7，从排气管7分岔出旁路9，其通向根据本发明设置的废气涡轮机8。该废气涡轮机8驱动根据本发明设置的可切换作为移相器的发电机10，它通过起动机11在需要时起速。在发电机10和废气涡轮机8之间一般还存在变速器，它根据本发明与SSS离合器连接。发电机10通过开关装置14向船舶电网12供应能量，该船舶电网通常通过未示出的马达发电机单元供应电能。
在图2中，20标记根据本发明应用的底架，所述起动机、可切换作为同步调相机的发电机、具有SSS离合器的变速器和废气涡轮机设在该底架上。
为了将发电机用作同步调相机，发电机电压调节器为此目的针对其特性曲线进行切换。该发电机电压调节没有示出，因为它一般安置在空间上离开机器设备的电气柜中。在该电气柜中还布置有cos phi调节模块。由此可以非常有利地达到对船舶电网最优的cos phi。
通过根据本发明的带有根据本发明设置的切换装置的发电机/移相器装置，得出十分简单和成本经济的可能性，即利用大型柴油发动机的剩余能量，并且在这种情况下节约消耗的能量的5到10％。尽管这个巨大的优点，对此必需的机械装置仍十分简单并非常成本经济。达到的优点是巨大的，无需例如利用废气热交换器驱动的蒸汽涡轮机装置的巨大的费用。根据本发明的系统对于两冲程大型柴油发动机是特别有利的，不过它也对于四冲程大型柴油发动机也是有利的。

Claims (9)

1.用于利用大型柴油发动机(1)的废气中的剩余能量的系统，所述柴油发动机装载在具有船舶电网(12)的船舶上，其中废气首先被输送给废气涡轮增压器，然后在废气涡轮机(8)中继续利用，其中所述废气涡轮机(8)驱动发电机(10)，该发电机给船舶的船舶电网(12)输入电能，并且其中所述发电机(10)能切换为同步调相机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电机(10，22)具有起动机(11，21)，并且在废气涡轮机(8，24)和发电机(10，22)之间布置有变速器和过速离合器(23)。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述发电机(10，22)具有特性曲线主导的电压调节，并且为了产生无功功率，从发电机特性曲线变换为移相器特性曲线。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述大型柴油发动机(1)除了它的主排气管(7)外还具有可调节流量的旁通排气管(9)，其中该旁通排气管(9)通向废气涡轮机(8)。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述废气涡轮机(24)、带有过速离合器的变速器(23)、可作为移相器工作的发电机(22)和起动机(21)布置在一个共同的底架(20)上。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发电机(10，22)具有换流器，它在输出侧负责船舶电网频率、船舶电网电压和产生的电能的相位。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述移相器(10)利用从0.9到1的cos phi工作。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述大型柴油发动机(1)是两冲程大型柴油发动机。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述过速离合器是SSS离合器。
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