CN101898548A - 船驱动系统以及装备着该船驱动系统的船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船驱动系统以及装备着该船驱动系统的船，其中所述船驱动系统具有内燃发动机、用于提供压缩气体的压缩气体提供机构和气毯产生装置，所述气毯产生装置与所述压缩气体提供机构相连接，从而能够将由所述压缩气体提供机构提供的压缩气体输送给所述气毯产生装置，并且设置所述气毯产生装置用于借助于压缩气体在船的底部产生气毯，其中所述压缩气体提供机构与所述内燃发动机相连接，并且其中设置所述压缩气体提供机构用于将由所述内燃发动机产生的废气的能量用于提高气体的压力，从而产生压缩气体。

Description

船驱动系统以及装备着该船驱动系统的船 

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的船驱动系统以及一种装备着这样的船驱动系统的船。 

背景技术

在杂志“Schiff&Hafen”，2009年1月第1期第41页中说明了一种具有开头所述类型的船驱动系统的船。这种船驱动系统具有压缩机的形式的压缩气体提供机构，所述压缩气体提供机构产生压缩空气，所述压缩空气通过压缩空气管路压到设在船体的底部的布置在长形船( 

)中的腔室状的结构中。所述腔室状的结构形成气毯产生装置，所述气毯产生装置借助于压缩空气在船体的底部上或者说下面产生气毯。相同的船也在杂志“nonstop”，2008年3月，第19到22页中得到说明。 

其它的船在DE 603 08 502 T2、DE 603 19 518 T2和DE 196 09574 A1中得到说明，在这些船的船体底部能够产生空气毯或者说空气垫。 

装备着这样的气毯或者说气垫产生装置的船通过船体与水之间的比较微小的摩擦具有比较微小的行驶阻力。这个原理也称为空气润滑。但是前面提到的文件中没有哪个文件说明如何可以用成本低廉的、能效的和环保的方式产生压缩气体比如压缩空气这样的解决方案。 

传统的能够产生用于压缩气毯或者说压缩气垫的压缩气体的并且比如通过电动机或者内燃发动机来驱动的压缩机十分昂贵、保养作业多、易发生故障并且十分耗费能量。 

用于解决这个问题的方案在WO 2007/136269A1中用一种船得到说明，在所述船上由该船的柴油发动机直接地或者通过压载舱将废气导入船体底部的空腔中，用于在那里构成空气毯或者说空气垫。 

发明内容

本发明的任务是，提供一种按权利要求1前序部分所述的船驱动系统，在该船驱动系统中以成本低廉的、能效的并且由此环保的方式 来产生压缩气体。此外，本发明的任务是，提供一种装备着这样的船驱动系统的船。 

上面提到的任务用一种按权利要求1所述的船驱动系统或者说一种按权利要求9所述的船得到解决。本发明的改进方案在从属权利要求中得到定义。 

按照本发明的第一方面，船驱动系统具有内燃发动机、用于提供压缩气体的压缩气体提供机构和气毯产生装置，所述气毯产生装置与所述压缩气体提供机构相连接，从而能够将由所述压缩气体提供机构提供的压缩气体输送给所述气毯产生装置，并且设置所述气毯产生装置用于借助于压缩气体在船的船体的底部产生气毯或者说气垫。 

所述按本发明的船驱动系统的突出之处在于，所述压缩气体提供机构与内燃发动机相连接，其中设置所述压缩气体提供机构用于将由所述内燃发动机产生的废气的能量用于提高气体的压力，从而产生压缩气体。 

按本发明，压缩气体是指处于相对于大气压力提高了的压力下的气体，其中作为气体比如可以使用内燃发动机的废气(在比如与废气再循环装置组合时)、大气的新鲜空气或者也可以使用它们的组合。 

通过将废气能量用于提高为空气毯而使用的气体的压力不需要额外能量，因为仅仅使内燃发动机的多余的能量分支出来。一旦船或其内燃发动机在行驶或者运行中，压力提高系统就运行，其中随着船速的上升或者说发动机转速的上升并且由此随着废气排放的上升提供更多的废气能量并且由此能够产生更多的压缩气体。 

按照本发明的一种实施方式，所述压缩气体提供机构具有废气涡轮机以及与所述废气涡轮机进行驱动连接的用于产生压缩气体的压缩机，其中所述废气涡轮机的废气入口与内燃发动机的废气出口进行了流体连接，从而能够将从内燃发动机中排出的废气输送给废气涡轮机用于对其进行旋转驱动，并且其中所述压缩机的压缩气体出口与气毯产生装置相连接，从而能够向所述气毯产生装置输送由压缩机产生的压缩气体。 

目前能够获得具有很高的效率的废气涡轮机，从而保证容易且有效地利用废气能量来转换为旋转驱动能量。废气涡轮机为长时间的无保养的运行时间而设计并且极具运行可靠性或者说运行稳定性，这降 低了保养成本和运行成本。此外，废气涡轮机以极为不同的尺寸和功率等级作为标准组件来提供，从而采购成本是能够接受的。由此为所述压缩机提供价廉的、能效的、保养少的并且运行可靠的驱动装置，在此不必向该驱动装置输送任何额外能量。 

按照本发明的另一种实施方式，所述压缩机由轴流式压缩机或者离心式压缩机构成。 

轴流式压缩机和离心式压缩机目前同样能够以很高的效率来提供，从而保证容易且有效地利用旋转驱动能量用于产生压缩气体或者说提高压力。轴流式压缩机和离心式压缩机也为长时间的无保养的运行时间而设计并且极具运行可靠性或者说运行稳定性，这降低了保养成本和运行成本。此外，轴流式压缩机和离心式压缩机也以极为不同的尺寸和功率等级作为标准组件来提供，从而采购成本是能够接受的。 

按照本发明的另一种实施方式，废气涡轮机和压缩机在整体的单元中构造为废气涡轮增压器。 

这一点尤其有利，因为这里可以将废气涡轮机与压缩机之间的转矩传输距离降低到最低限度，这进一步提高了效率。此外，由此获得极其紧凑的布置，这降低了用于压缩气体提供机构的结构空间需求。这在改装既有的传统的船时也特别有利，因为在船的基本方案中可能仅仅提供很小的能够自由安装的空间。 

此外按照本发明的另一种实施方式，所述压缩机的压缩气体出口与内燃发动机的气体入口相连接，从而能够向内燃发动机输送由压缩机产生的压缩气体以进行燃烧。 

换句话说，由压缩机输出的压缩气体流不仅用于在吸入侧使内燃发动机增压而且用于所述气毯产生装置的压缩气体供给。优选为此将所述压缩气体流划分为两个压缩气体支流，在此优选能够控制或者说调节所述压缩气体支流的流量。也就是说，使多余的压缩气体在发动机的前面或者后面分支出来。 

这种实施方式是本发明的一种特别简单且成本低廉的设计方案。 

此外按照本发明的一种实施方式，所述船驱动系统具有额外的废气涡轮机和与所述额外的废气涡轮机进行驱动连接的额外的压缩机，其中所述内燃发动机具有废气收集器用于收集由内燃发动机产生的 废气，并且其中设置所述废气收集器用于将在其中收集的废气划分为两个废气支流，从而可以或者说能够将第一废气支流输送给所述压缩气体提供机构的废气涡轮机并且可以或者说能够将第二废气支流输送给所述额外的废气涡轮机，其中所述额外的压缩机的压缩气体出口与内燃发动机的气体入口相连接，从而能够向内燃发动机输送由额外的压缩机产生的压缩气体以进行燃烧。 

换句话说，一台压缩机(也就是所述压缩气体提供机构的压缩机)向所述气毯产生装置供给压缩气体并且另一台(额外的)压缩机用于在吸入侧使内燃发动机增压。 

按照本发明的一种实施方式，所述额外的废气涡轮机的废气出口通过废气排出管路与大气侧的废气排出装置相连接，其中设置了旁通管路，所述第一废气支流能够通过该旁通管路有选择地输送给所述废气排出管路。 

这样做的优点是，在所述压缩气体提供机构停止运行时可以毫无问题地将多余的废气排出，因而不会对内燃发动机运行产生不好的影响。 

优选所述压缩气体由置于压力之下的大气的空气或者说压缩空气构成。 

按照本发明的第二方面，提供一种具有按一种、多种或者所有前面提到的按本发明的实施方式的船驱动系统的船。 

这样的船尤其在其燃料箱作用距离、其运行成本、其环境相容性及其快速性方面具有优点。 

附图说明

下面借助于优选的实施方式并且参照附图对本发明进行更为详细的说明。 

图1是按本发明的一种实施方式的船驱动系统的示意图， 

图2是按本发明的另一种实施方式的船驱动系统的示意图。 

具体实施方式

图1示出了按本发明的一种实施方式的船(未完整示出)的船驱动系统1。 

所述船驱动系统1具有二冲程柴油发动机的形式的内燃发动机10、与内燃发动机10的曲轴(未示出)进行驱动连接的螺旋桨轴20、 安装在所述螺旋桨轴20上的螺旋桨(或者说船桨)21、用于在吸入侧使内燃发动机10增压的初级的废气涡轮增压器装置30、次级的废气涡轮增压器40、气毯产生装置(未示出)和船烟囱形式的废气排出装置50。 

所述内燃发动机10具有多个气缸活塞单元11、管状的增压空气收集器12和废气收集器13。 

所述初级的废气涡轮增压器装置30在本实施例中具有三个并联的废气涡轮增压器31、34和37，其中每个废气涡轮增压器31、34和37都具有用于将废气能量转换为旋转驱动能量的废气涡轮机32、35或者38以及与所述废气涡轮机32、35或者38进行驱动连接的压缩机33、36或者39，所述压缩机33、36或者39用于产生置于压力之下的大气空气的形式的压缩气体。所述压缩机33、36和39可以相应地构造为轴流式压缩机或者构造为离心式压缩机。每台废气涡轮机32、35、38与其所属的压缩机33、36和39构成整体的单元。 

所述次级的废气涡轮增压器40形成压缩气体提供机构，所述压缩气体提供机构用于为气毯产生装置提供置于压力之下的大气空气的形式的压缩气体。所述次级的废气涡轮增压器40具有用于将废气能量转换为旋转驱动能量的废气涡轮机41以及与所述废气涡轮机41进行驱动连接的压缩机42，该压缩机42用于产生置于压力之下的大气空气的形式的压缩气体。该压缩机42可以构造为轴流式压缩机或者构造为离心式压缩机。所述废气涡轮机41和压缩机42形成整体的单元。 

如此设置所述气毯产生装置，使得该气毯产生装置能够在使用所述次级的废气涡轮增压器40的压缩气体的情况下在船的底部产生气毯或者说气垫(在所说明的本实施例中是空气毯或者说空气垫)。用于构造气毯产生装置的方案以对本领域的技术人员来说以能够理解的方式在DE 603 08 502 T2、DE 603 19 518 T2、DE 196 09 574 A1和WO 2007/136269A1中得到说明，因而不需要对所述气毯产生装置进行详细说明。 

在最简单的实施方式中，这样的气毯产生装置在船体的底部具有腔室状的结构，其中所述腔室状的结构具有一个或者多个开口，通过所述开口能够将压缩气体导入所述腔室状的结构中。 

在所述废气排出装置50的前面布置了废气换热器60，通过该废 气换热器60能够从废气中抽走热能，所述热能比如可以用于加热用途。 

所述废气收集器13具有多个(这里是四个)出口13a到13d，其中如此设置所述废气收集器13，从而最初将在其中收集的废气划分为两个废气支流，从而能够将第一废气支流通过所述废气收集器13的出口13a输送给所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41并且能够将第二废气支流通过所述废气收集器13的出口13b到13d输送给所述初级的废气涡轮增压器装置30的废气涡轮机32、35和38。 

为此目的，所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的废气入口41a通过气体管路14(废气供给管路)与所述废气收集器13的出口13a进行了流体连接并且所述初级的废气涡轮增压器装置30的废气涡轮机32、35和38的相应的废气入口32a、35a或者38a通过气体管路(废气供给管路；未单独表示)分别与所述废气收集器13的出口13b到13d进行了流体连接。在通往所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的气体管路14中，在废气涡轮机41的前面串联布置了用马达运行的控制阀或者说调节阀14a以及快速关闭阀14b。 

所述初级的废气涡轮增压器装置30的废气涡轮机32、35和38的相应的废气出口32b、35b或者38b通过气体管路15(废气排出管路)与所述废气换热器60进行了流体连接并且从该废气换热器60出发通过气体管路16(废气排出管路)与所述废气排出装置50进行了流体连接。废气可以通过所述废气排出装置50必要时通过过滤器和/或催化器自由地流出到大气中。 

所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的废气出口41b通过气体管路17(废气排出管路)与通往废气换热器60的气体管路15进行了流体连接。 

从通往所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的废气入口41a的气体管路14中分支出两条气体管路18a和18b，快速打开阀19a或者说用马达运行的控制阀或者调节阀19b连接到所述气体管路18a和18b中。这两条气体管路18a和18b在所述快速打开阀19a和控制阀或者说调节阀19b后面汇合为一个唯一的气体管路18，该气体管路18汇入到将所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的 废气出口41b与通往废气换热器60的气体管路15连接起来的气体管路17中。 

所述气体管路18a、18b和18可以将通往次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的废气入口41a的气体管路14与将所述次级的废气涡轮增压器40的废气涡轮机41的废气出口41b和通往废气换热器60的气体管路15连接起来的气体管路17有选择地进行流体连接，由此所述气体管路18a、18b和18形成旁通管路，通过该旁通管路能够将所述第一废气支流有选择地输送给废气排出管路并且由此输送给废气排出装置50。 

所述初级的废气涡轮增压器装置30的压缩机33、36、39具有相应的气体入口(未示出)，通过所述气体入口可以从大气中吸入经过过滤的新鲜空气。 

此外，所述初级的废气涡轮增压器装置30的压缩机33、36、39具有相应的压缩气体出口(未单独表示)，所述压缩气体出口汇入共同的压缩气体总管路12a中，其中所述压缩气体总管路12a本身汇入到增压空气收集器12中。所述增压空气收集器12通过其压缩气体出口(未示出)与内燃发动机10的气体入口(未示出)进行了流体连接，从而能够向内燃发动机10输送由所述初级的废气涡轮增压器装置30的压缩机32、35、38产生的压缩气体以进行燃烧。 

所述次级的废气涡轮增压器40的压缩机42具有气体入口(未示出)，通过该气体入口可以从大气中吸入经过过滤的新鲜空气。 

此外，所述次级的废气涡轮增压器40的压缩机42具有压缩气体出口42b，该压缩气体出口42b与所述气毯产生装置进行了流体连接，从而能够向所述气毯产生装置输送由所述次级的废气涡轮增压器40的压缩机42产生的压缩气体。 

作为结论，由此设置所述构成压缩气体提供机构的次级的废气涡轮增压器40用于将由内燃发动机10产生的废气的能量用于提高气体(这里是大气的新鲜空气)的压力或者说对其进行压缩，从而产生压缩气体(这里是压缩空气)，所述压缩空气能够输送给所述气毯产生装置用于在船体下面构成气毯。 

按照图1的实施方式的一种通用方案，所述次级的废气涡轮增压器40与内燃发动机10的初级的废气涡轮增压器31、34、37并行运行 以产生压缩空气。 

在图2中示出了按本发明的另一种实施方式的船(未完整示出)的船驱动系统1’。所述船驱动系统1’除了下面解释的一些区别之外相当于按图1的船驱动系统1。在下面对图2的船驱动系统1’所作的说明中，相同的附图标记表示和在图1的船驱动系统1中相同的元件。 

图2的船驱动系统1’是本发明的一种特别简单和价廉的设计方案或者说是按图1的船驱动系统1的简化方案。 

更准确地说，在图2的船驱动系统1’中，相对于图1的船驱动系统1省去了所述次级的废气涡轮增压器40连同其所属的气体管路14、17以及构成旁通管路的气体管路18a、18b、18。按照图2，所述废气收集器13仅仅具有三个出口13b到13d，所述出口13b到13d通过气体管路(废气供给管路；未单独表示)与所述初级的废气涡轮增压器装置30的废气涡轮机32、35和38的废气入口32a、35a或者38a进行了流体连接。 

所述增压空气收集器12具有额外的压缩气体出口12b，该压缩气体出口12b与气毯产生装置进行了流体连接，从而能够向所述气毯产生装置输送由废气涡轮增压器装置30产生的压缩气体。在压缩气体出口12b中，可以布置在图2中未示出的用于调节体积流量的控制装置。 

作为结论，在图2的按本发明的实施方式中，所述(初级的)废气涡轮增压器装置30以其相应的废气涡轮增压器31、34和37构成了压缩气体提供机构，设置所述压缩气体提供机构用于将由内燃发动机10产生的废气的能量用于提高气体(这里是大气的新鲜空气)的压力或者说对其进行压缩，从而产生压缩气体(这里是压缩空气)，所述压缩空气能够输送给气毯产生装置用于在船体下面构成气毯。 

按照图2的实施方式的一种通用的方案，直接将内燃发动机10(船的主驱动机)的废气涡轮增压器31、34、37的压缩过的空气用于空气润滑，其中使多余的被压缩的空气在内燃发动机10的前面或者后面分支出来。 

附图标记列表：

1      船驱动系统 

1’    船驱动系统 

10     内燃发动机 

11     气缸活塞单元 

12     增压空气收集器 

12a    压缩气体总管路 

12b    压缩气体出口 

13     废气收集器 

13a    出口 

13b    出口 

13c    出口 

13d    出口 

14     气体管路 

14a    控制阀 

14b    快速关闭阀 

15     气体管路 

16     气体管路 

17     气体管路 

18     气体管路 

18a    气体管路 

18b    气体管路 

19a    快速打开阀 

19b    控制阀 

20     螺旋桨轴 

21     螺旋桨 

30     废气涡轮增压器装置 

31     废气涡轮增压器 

32     废气涡轮机 

32a    废气入口 

32b    废气出口 

33     压缩机 

34     废气涡轮增压器 

35     废气涡轮机 

35a    废气入口 

35b    废气出口 

36     压缩机 

37     废气涡轮增压器 

38     废气涡轮机 

38a    废气入口 

38b    废气出口 

39     压缩机 

40     废气涡轮增压器 

41     废气涡轮机 

41a    废气入口 

41b    废气出口 

42     压缩机 

42b    压缩气体出口 

50     废气排出装置 

60     废气换热器。 

Claims (9)

1.船驱动系统(1、1’)，具有：

内燃发动机(10)，

用于提供压缩气体的压缩气体提供机构(30、40)，

气毯产生装置，该气毯产生装置与所述压缩气体提供机构(30、40)相连接，从而能够将由所述压缩气体提供机构(30、40)提供的压缩气体输送给所述气毯产生装置，并且设置所述气毯产生装置用于借助于压缩气体在船的底部产生气毯，

其特征在于，所述压缩气体提供机构(30、40)与内燃发动机(10)相连接，并且设置所述压缩气体提供机构(30、40)用于将由内燃发动机(10)产生的废气的能量用于提高气体的压力，从而产生压缩气体。

2.按权利要求1所述的船驱动系统(1、1’)，其中，所述压缩气体提供机构(30、40)具有废气涡轮机(32、35、38、41)和与所述废气涡轮机(32、35、38、41)进行驱动连接的用于产生压缩气体的压缩机(33、36、39、42)，其中所述废气涡轮机(32、35、38、41)的废气入口(32a、35a、38a、41a)与内燃发动机(10)的废气出口进行了流体连接，从而能够将从内燃发动机(10)中排出的废气输送给所述废气涡轮机(32、35、38、41)用于对其进行旋转驱动，并且其中所述压缩机(33、36、39、42)的压缩气体出口(42b)与所述气毯产生装置相连接，从而能够向该气毯产生装置输送由压缩机(33、36、39、42)产生的压缩气体。

3.按权利要求2所述的船驱动系统(1、1’)，其中，所述压缩机(33、36、39、42)由轴流式压缩机或者离心式压缩机构成。

4.按权利要求2或3所述的船驱动系统(1、1’)，其中，废气涡轮机(32、35、38、41)和压缩机(33、36、39、42)在整体的单元中构造为废气涡轮增压器(31、34、37、40)。

5.按权利要求2到4中任一项所述的船驱动系统(1’)，其中，此外所述压缩机(33、36、39)的压缩气体出口与内燃发动机(10)的气体入口相连接，从而能够向所述内燃发动机(10)输送由压缩机(33、36、39)产生的压缩气体以进行燃烧。

6.按权利要求2到4中任一项所述的船驱动系统(1)，具有额外的废气涡轮机(32、35、38)和额外的压缩机(33、36、39)，所述额外的压缩机(33、36、39)与所述额外的废气涡轮机(32、35、38)进行了驱动连接，其中所述内燃发动机(10)具有废气收集器(13)用于收集由所述内燃发动机(10)产生的废气，并且其中设置所述废气收集器(10)用于将在其中收集的废气划分为两个废气支流，从而能够将第一废气支流输送给所述压缩气体提供机构(40)的废气涡轮机(41)并且能够将第二废气支流输送给所述额外的废气涡轮机(32、35、38)，其中所述额外的压缩机(33、36、39)的压缩气体出口与所述内燃发动机(10)的气体入口相连接，从而能够向所述内燃发动机(10)输送由所述额外的压缩机(33、36、39)产生的压缩气体以进行燃烧。

7.按权利要求6所述的船驱动系统(1)，其中，所述额外的废气涡轮机(32、35、38)的废气出口(32b、35b、38b)通过废气排出管路(15、16、17)与大气侧的废气排出装置(50)相连接，并且其中设置了旁通管路(18a、18b、18)，通过所述旁通管路(18a、18b、18)能够将所述第一废气支流有选择地输送给所述废气排出管路(15、16、17)。

8.按权利要求1到7中任一项所述的船驱动系统(1、1’)，其中，所述压缩气体由置于压力之下的大气空气构成。

9.具有按权利要求1到8中任一项所述的船驱动系统(1、1’)的船。

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