CN101896706B - 增压装置 - Google Patents

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Abstract

一种增压装置，不使用瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，而通过简单的结构来控制混合排气涡轮增压器的转速，并防止混合排气涡轮增压器的喘振。该增压装置包括：至少一台排气涡轮增压器(6)，其具有涡轮部(6a)、压缩机部(6b)，且在发动机主体(2)的运转中恒处于运转状态；至少一台混合排气涡轮增压器(7)，其具有涡轮部(7a)、压缩机部(7b)和发电机(29)，且在发动机主体(2)的运转中，与排气涡轮增压器(6)并列运转；控制器(C)，其安装于排气涡轮增压器(6)，并接收来自检测排气涡轮增压器(6)的转速的旋转传感器的信号，根据该信号向发电机(29)发出指令信号来控制发电机(29)的发电量，以使混合排气涡轮增压器(7)的转速与排气涡轮增压器(6)的转速一致。

Description

增压装置
技术领域
本发明涉及具有多个利用排气使供气升压的增压器的增压装置，尤其涉及搭载于船舶用柴油机及陆上发电机用柴油机等上的合适的增压装置。
背景技术
作为具有多个利用排气使供气升压的增压器的增压装置，知道有例如专利文献1公开的装置。
〔专利文献1〕日本特开昭60-166716号公报(第1图)
然而，近年来，从节能的观点来看，使多台增压器中的至少一台具有将回收废气的能量作为电力的发电机，即利用所谓混合排气涡轮增压器的需求日渐高涨。
但是，在混合了设置有发电机的混合排气涡轮增压器与没有设置发电机的排气涡轮增压器的增压装置中，排气涡轮增压器根据柴油机的负荷以最佳转速进行运转，混合排气涡轮增压器由于有发电机耗费的动力(被消耗)所以以低于最佳转速的转速运转。因此，如果只是单纯将排气涡轮增压器置换为混合排气涡轮增压器，通过混合排气涡轮增压器的压缩机部的流量减少，从而混合排气涡轮增压器就存在发生喘振的可能。
为了避免发生这种喘振，在控制混合排气涡轮增压器的转速方面需要能够瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，从而也带来了使制造成本高涨的问题。
发明内容
本发明是鉴于以上情况做出的发明，其目的在于提供一种增压装置，其不使用瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，而能够通过简单的结构来控制混合排气涡轮增压器的转速，且可以抑制制造成本，并防止混合排气涡轮增压器的喘振。
本发明为解决上记课题，采用了以下手段。
涉及本发明的一实施例的增压装置，其包括：至少一台排气涡轮增压器，其具有通过从发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动并向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部，在所述发动机主体的运转中，其恒处于运转状态；至少一台混合排气涡轮增压器，其具有通过从所述发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动且向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部、具有与所述涡轮部及所述压缩机部的旋转轴连结的旋转轴的发电机，在所述发动机主体的运转中，其处于与所述排气涡轮增压器并列运转状态；控制器，其安装于所述排气涡轮增压器，并接收来自检测所述排气涡轮增压器的转速的旋转传感器的信号，根据该信号向所述混合排气涡轮增压器的所述发电机发出指令信号来控制所述发电机的发电量，以使所述混合排气涡轮增压器的转速与所述排气涡轮增压器的转速一致。
根据涉及上记实施例的增压装置，因为不使用瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，而能够通过简单的结构来使混合排气涡轮增压器的转速与排气涡轮增压器的转速一致，所以能够抑制制造成本，并能够防止混合排气涡轮增压器的喘振。
另外，根据具有涉及本发明的一实施例的增压装置的柴油机，因为可以防止构成增压装置的混合排气涡轮增压器的喘振，所以向构成柴油机的供气歧管及汽缸内恒定供给(储存)最佳压力的增压空气(外气)，从而能够稳定地提高发动机的输出，提高机器整体的可靠性。
涉及本发明的一实施例的增压装置的运转方法，所述增压装置包括：至少一台排气涡轮增压器，其具有通过从发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动并向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部，在所述发动机主体的运转中，其恒处于运转状态；至少一台混合排气涡轮增压器，其具有通过从所述发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动且向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部、具有与所述涡轮部及所述压缩机部的旋转轴连结的旋转轴的发电机，在所述发动机主体的运转中，其处于与所述排气涡轮增压器并列运转状态；控制器，其安装于所述排气涡轮增压器，并接收来自检测所述排气涡轮增压器的转速的旋转传感器的信号，根据该信号向所述混合排气涡轮增压器的所述发电机发出指令信号，在所述发动机主体的运转中，通过所述控制器来控制所述发电机的发电量，以使所述混合排气涡轮增压器的转速与所述排气涡轮增压器的转速一致。
根据涉及本发明的一实施例的增压装置的运转方法，因为不使用瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，而能够通过简单的结构来使混合排气涡轮增压器的转速与排气涡轮增压器的转速一致，所以能够抑制制造成本，并能够防止混合排气涡轮增压器的喘振。
根据涉及本发明的增压装置，可以起到如下所述的效果：不使用瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，而能够通过简单的结构控制来混合排气涡轮增压器的转速，并能够抑制制造成本，并能够防止混合排气涡轮增压器的喘振。
附图说明
图1是具备涉及本发明的一实施例的增压装置的船舶用柴油机的结构示意图。
图2是如图1所示的混合排气涡轮增压器的纵剖面图。
图3是从如图2所示的混合排气涡轮增压器消音器的一侧看的局部切开立体图。
符号说明
1   船舶用柴油机
2   发动机主体
3   增压装置
6   排气涡轮增压器
6a  涡轮部
6b  压缩机部
7   混合排气涡轮增压器
7a  涡轮部
7b  压缩机部
11  废气
13  外气
16  旋转轴
29   发电机
29a  旋转轴
C    控制器
具体实施方式
下面参照图1～图3来说明涉及本发明的增压装置的一实施例。
图1是具备涉及本发明的一实施例的增压装置的船舶用柴油机的结构示意图。图2是如图1所示的混合排气涡轮增压器的纵剖面图。图3是从如图2所示的混合排气涡轮增压器消音器的一侧看的局部切开立体图。
如图1所示，船舶用柴油机1包括：柴油发动机主体(例如，低速双循环柴油机)2和增压装置3。
在构成柴油发动机主体(以下称之为“发动机主体”。)2的曲柄轴(未图示)上，经由推进器轴(未图示)直接或间接的安装有螺旋桨(未图示)。另外，在发动机主体2上设置有由汽缸衬垫(未图示)、汽缸罩(未图示)等构成的汽缸部4，在各汽缸部4内配置有与曲柄轴连结的活塞(未图示)。而且，各汽缸部4的排气孔(未图示)与排气歧管5连接，排气歧管5经由第一排气管L1，与构成增压装置3的排气涡轮增压器6的涡轮部6a的入口侧连接，经由第二排气管L2，与构成增压装置3的混合排气涡轮增压器7的涡轮部7a的入口侧连接。另一方面，各汽缸部4的供气孔(未图示)与供气歧管8连接，供气歧管8经由第一供气管L3与排气涡轮增压器6的压缩机部6b连接，经由第二供气管L4与混合排气涡轮增压器7的压缩机部7b连接。
并且，通过涡轮部6a，7a的废气分别经由与涡轮部6a，7a的出口侧连接的排气管L5、L6导出至通风筒(未图示)后，排出至船外。
与压缩机部6b、7b的入口侧连接的供气管L7、L8上分别配置有消音器(未图示)，通过该消音器的外气分别被引导至压缩机部6b、7b。另一方面，在与压缩机部6b、7b的出口侧连接的供气管L3、L4的中途，连接有空气冷却器(中间冷却器)9、10及未图示的缓冲罐等，通过压缩机部6b、7b的外气在通过这些空气冷却器9、10及缓冲罐等后，供给到发动机主体2的供气歧管8。
那么，涉及本实施例的增压装置3包括：至少一台(本实施例中为一台)排气涡轮增压器6、至少一台(本实施例中为一台)混合排气涡轮增压器7、控制器C。
排气涡轮增压器6的主要部件是：通过经由第一排气管L1而从发动机主体2导出的废气(燃烧气体)来驱动的涡轮部6a、通过该涡轮部6a来驱动并向发动机主体2压力输送外气的压缩机部6b、及在轮部6a与压缩机部6b之间设置且支承它们的壳(未图示)。
壳上插通有使一端部向涡轮部6a侧突出、另一端部向压缩机部6b突出的旋转轴6C。旋转轴6C的一端部安装于构成涡轮部6a的涡轮转子(未图示)的涡轮盘(未图示)上，旋转轴6C的另一端部安装于构成压缩机部6b的压缩机叶轮(未图示)的轮彀(未图示)上。
如图2或图3所示，混合排气涡轮增压器7的主要部件是：以通过经由第二排气管L2(参照图1)而从发动机主体2导出的废气(燃烧气体)11来驱动的涡轮部7a、通过该涡轮部7a来驱动并向所述发动机主体2压力输送外气13的压缩机部7b、及在这些涡轮部7a与压缩机部7b之间设置且支承它们的壳15。
壳15插通有使一端向涡轮部7a侧突出、另一端向压缩机部7b突出的旋转轴16。该旋转轴16，通过设置在壳15上的轴承17，能够围绕轴线旋转地被支承。另外，壳15上设置有将润滑油从润滑油贮留部(未图示)供给到轴承17的润滑油供给路18。
另一方面，壳15的下端部成为在旋转轴16的轴线方向上以一点支承壳15(也存在在与旋转轴16的轴线方向垂直的方向上以二点以上支承的情况)的脚部15a，该脚部15a固定于设置在地板面上的基台(未图示)上。即，混合排气涡轮增压器7的重量经由该脚部15a而传递到基台上。
此外，图中的符号P为振动板。该振动板P，其一端部固定于涡轮部7a的下端部，并且其另一端部与壳15的脚部15a相同被固定于基台上。并且，该振动板P像脚部15a那样不是以支承混合排气涡轮增压器7的重量为主要目，而是以使混合排气涡轮增压器7相对基台不发生摆动(振动)为主要目的。
涡轮部7a包括：与第二排气管L2的出口端连接且供给废气11的废气通路20、受到向该废气通路20内供给的废气11的流动作用而旋转驱动的涡轮21。
涡轮21包括涡轮转子22、涡轮喷嘴23。涡轮转子22包括设置于旋转轴16的一端部的圆盘状涡轮盘22a、安装于该涡轮盘22a的外周上且具有翼型剖面的多枚涡轮板22b。
另外，涡轮喷嘴23由将多枚喷嘴导向叶轮23a配置为环状，且配置在涡轮板22b的上游侧。
废气通路20包括：与第二排气管L2的出口端连接且将废气11引导至喷嘴导向叶轮23a及涡轮板22b的供给路20a、设置为朝向涡轮21的半径方向外侧且将通过涡轮21的废气11(图1参照)经由排气管L6引导至通风筒(未图示)的送出路20b。
压缩机部7b包括：通过旋转驱动而将外气13向径方向外侧送出的压缩机叶轮24、围绕该压缩机叶轮24的周围而将压缩机叶轮24送出的外气13压缩的涡状室25。
压缩机叶轮24包括：安装于旋转轴16的另一端部且呈大致圆盘状的轮彀24a、与从该轮彀24a的外表面向半径方向外侧延伸并且沿圆周方向设置为环状的多枚叶片24b。
在压缩机部7b的上游侧相邻配置有与发动机主体2的供气系统连接的消音器(消声器)26，通过该消音器26的外气13经由流入路27而被引导至压缩机叶轮24的叶片24b。另外，在压缩机部7b的下游侧配置的第二供气管L4上连接有空气冷却器(中间冷却器)10及未图示的缓冲罐等，通过涡状室25的外气13在通过这些空气冷却器10及缓冲罐等后，供给到供气歧管8。
在消音器26的中央部设置有其内部具有形成为朝向轮彀24a的端面变尖的凹处28a的罩壳28，并且在凹处28a内收容有(高速感应)发电机29。罩壳28经由设置在流入路27内的多枚(例如，4枚)支承件30而固定于压缩机部7b(形成流入路27的半径方向外侧的壁面)。并且，罩壳28的外侧表面构成形成流入路27的半径方向内侧的壁面。
发电机29的旋转轴29a配置为位于与旋转轴16相同的旋转轴线上，并且经由联轴节31与贯穿轮彀24a且向消音器26一侧突出的旋转轴16的一端部前端连结。即，发电机29的旋转轴29a与旋转轴16一起旋转。
发电机29与在船内(本实施例中为柴油机室内)另外设置的配电盘等电连接，发电机29可以将发电机产生的电力用作船内电源(利用)。
控制器C安装于排气涡轮增压器6上，且接收来自检测排气涡轮增压器6的转速的旋转传感器(未图示)的信号，根据该信号向混合排气涡轮增压器7的发电机29发送指令信号(发送)来控制发电机29的发电量，以使混合排气涡轮增压器7的转速与排气涡轮增压器6的转速相同(一致)。
在本实施例中，例如，在发动机主体2的负荷状态不怎么(几乎)发生变化的一般航海(例如，大洋航海)时，使仅通过发电机29希望产生的发电量部分被设定为混合排气涡轮增压器7的输出变大。作为使混合排气涡轮增压器7的输出变大的方法，例如，可以举出以下具体例。即，使流入(通过)涡轮部7a的废气11的流量比流入涡轮部6a的废气11的流量大(例如，设定为流入涡轮部6a的废气11的1.25倍)，使流入(通过)压缩机部7b的外气13的流量比流入压缩机部6b的外气13的流量小(例如，设定为流入压缩机部6b的外气13的0.8倍)等。
根据涉及本实施例的增压装置3，不使用瞬时处理复杂计算的昂贵控制装置，而通过简单的结构能够使混合排气涡轮增压器7的转速与排气涡轮增压器6的转速一致，且能够抑制成本，并能够防止混合排气涡轮增压器7的喘振。
此外，在上述实施例中说明了分别具有一台排气涡轮增压器6及混合排气涡轮增压器7的船舶用柴油机，但是本发明不仅限于此，也能够适用于具有2台以上的排气涡轮增压器6及/或2台以上的混合排气涡轮增压器7的船舶用柴油机。

Claims (3)

1.一种增压装置，其包括：
不带有发电机的至少一台排气涡轮增压器，其具有通过从发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动并向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部，在所述发动机主体的运转中，所述排气涡轮增压器恒处于运转状态；
至少一台混合排气涡轮增压器，其具有通过从所述发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动且向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部、具有与所述涡轮部及所述压缩机部的旋转轴连结的旋转轴的发电机，在所述发动机主体的运转中，所述混合排气涡轮增压器处于与所述排气涡轮增压器并列运转状态；
控制器，其安装于所述排气涡轮增压器，并接收来自检测所述排气涡轮增压器的转速的旋转传感器的与所述转速相关的信号，根据该信号向所述混合排气涡轮增压器的所述发电机发出指令信号，来调整所述混合排气涡轮增压器的输出并且控制所述发电机的发电量，以使所述混合排气涡轮增压器的转速与所述排气涡轮增压器的转速一致。
2.一种柴油机，其特征在于，其具有如权利要求1所述的增压装置。
3.一种增压装置的运转方法，所述增压装置包括：
至少一台排气涡轮增压器，其具有通过从发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动并向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部，在所述发动机主体的运转中，其恒处于运转状态；
至少一台混合排气涡轮增压器，其具有通过从所述发动机主体导出的废气来驱动的涡轮部、通过该涡轮部来驱动且向所述发动机主体压力输送外气的压缩机部、具有与所述涡轮部及所述压缩机部的旋转轴连结的旋转轴的发电机，在所述发动机主体的运转中，其处于与所述排气涡轮增压器并列运转状态；
控制器，其安装于所述排气涡轮增压器，并接收来自检测所述排气涡轮增压器的转速的旋转传感器的信号，根据该信号向所述混合排气涡轮增压器的所述发电机发出指令信号，其中，
在所述发动机主体的运转中，通过所述控制器来控制所述发电机的发电量，以使所述混合排气涡轮增压器的转速与所述排气涡轮增压器的转速一致。
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