CN102720576B - 大型两冲程柴油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型两冲程柴油机。用于在发动机主体结构(1)和排气接收器(16)之间连接的支承板结构(100)包括：两个对置的钢板(110、115)，每个钢板具有第一端(117)和第二端(118)；维持所述两个板(110、115)在间隔开的关系中的至少一个间隔器(130)，所述间隔器(130)在所述板(110、115)之间布置在所述第一端(117)和第二端(118)之间的位置(116)处；和在所述第一端(117)和所述第二端(118)处的连接器(102、105)，所述连接器(102、105)维持所述两个钢板(110、115)在所述端部(117、118)处相互间的各个间距(S2、S3)，且所述至少一个间隔器(130)维持所述两个钢板(110、115)在所述间隔器(130)处相互间处于较大的第二间距(S1)。

Description

大型两冲程柴油机

技术领域

本发明涉及带有发动机主体结构的大型两冲程柴油机，并且涉及用于在发动机主体结构和排气接收器之间的连接的支承板结构。

背景技术

大型两冲程柴油机的排气接收器是高负载部件，该高负载部件接收来自单独的气缸的高达4巴的压力的热(大致450℃)的排气。

由于排气接收器的大尺寸(能够明显地超过10米长且具有高达2m的直径)和高运行温度，所以排气接收器的热膨胀非常明显，且大型发动机具有能够分为两个或更多个壳体部分的接收器，所述壳体部分被波纹管分开以吸收由热膨胀所引起的尺寸变化。整个排气接收器和属于排气接收器的任何部分被覆盖一层厚的绝热材料，使得排气接收器的外侧表面的温度相当大地低于排气接收器内部的排气的温度。安全规程要求排气接收器的外侧表面的温度低于220℃，使得没有暴露的发动机部分具有明显高于点燃发动机燃料或意外与发动机接触的其他油料的温度。在实践中，排气接收器的外表面被良好地隔热，使其表面温度维持低于150℃。

排气接收器在其纵向延伸的中间或在一端处被刚性主支承件支撑。数个柔性支承件沿排气接收器的长度在刚性支承件的任一侧上分布，且将排气接收器与发动机壳体或发动机主体结构连接。照惯例由单一的板形成柔性支承件，这允许在排气接收器的纵向方向上的相当大的移动，所述移动当排气接收器加热/冷却时对于补偿排气接收器的热膨胀/收缩是必需的。

除热载荷和压力载荷，发动机的振动移动使所述结构震动，因此进一步增加在排气接收器上的机械载荷。一个特定的问题是柔性支承件的振动，所述振动尤其导致讨厌的噪声。已尝试通过将焊接的强化肋应用到柔性支承件从而降低柔性支承件的固有频率来解决该问题；然而，在将肋焊接到支承件的地方出现裂缝，总之问题尚未得以完全满意地解决。

发明内容

基于此背景，本发明的目的是提供至少部分地解决以上问题的支承板结构，且在不损害对于可靠且耐久的板结构的需求的情况下通过增大柔性支承件的最低固有频率来解决上述问题。

通过将柔性支承件设置为一对柔性钢板来实现该目的，所述钢板被布置为与所述纵向方向横向地延伸，所述钢板在钢板的主面相互相对且钢板的上端和下端之间的变化的间距(S1、S2、S3)的情况下延伸，至少一个间隔器布置在钢板之间在上端和下端之间的位置处，以维持钢板在间隔器处处于较大的间距(S1)。

根据本发明的排气接收器的另外的目的、特征、优点和特性将从详细描述中变得显见。

附图说明

在下列本发明的详细部分中，将参考在附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明，其中：

图1是带有根据本发明的实施例的板结构的大型两冲程发动机的长度侧的视图，

图2是图1中示出的发动机的后端的视图，

图3a是由根据本发明的实施例的板结构支撑的排气接收器的端部的透视图，

图3b是图3a的实施例的侧视图，

图3c是图3a的实施例的平面视图，

图4是在板结构被安装时且排气接收器处于冷状态中的板结构的示意性侧视图，

图5示意性地且不合规定比例地示出发动机运行期间振动的板结构的快速图像，且

图6在图表中示出比较板结构的最低固有频率能够如何变化的测试结果。

具体实施方式

图1和图2分别在侧视图和端部视图中示出大型两冲程柴油机的发动机主体结构1。所述发动机是十字头类型的单向流动低速两冲程十字头柴油机，该发动机可以是在船舶中的推进系统或在电厂中的发动机。这些发动机典型地具有3至14个排成一列的气缸。从底座2建立发动机，所述底座2带有用于曲轴的主轴承(仅可见接附到曲轴的端部的飞轮3)。根据生产设备，底座2可制成为单件或可分为合适尺寸的多个部分。

焊接设计的A形框架箱4被安装在底座2上。在排气侧上，框架箱4设有用于每个气缸的释放阀，在凸轮轴侧上，框架箱4设有用于每个气缸的大的铰接门。十字头引导面(未示出)被整合在框架箱4中。

气缸架5被安装在框架箱4的顶部上。拉撑螺栓(未示出)将底座2、框架箱4和气缸架5连接且将结构保持在一起。气缸架5承载单独的气缸6。发动机的每个气缸均通过排气通道连接到排气接收器16的入口。气缸架5与气缸套6一起形成扫气空间。扫气接收器9被螺栓连接到气缸架5。活塞(未示出)被接收在每个气缸套6内部。活塞杆(未示出)将活塞的底部连接到十字头(未示出)的顶部。气缸套6被气缸架5承载。

发动机装配有一个或更多个布置在发动机的侧面上或尾端处的涡轮增压器10。气缸是单向流动类型的气缸，且具有位于气箱中的扫气口(未示出)，从该扫气口，扫气接收器9被供应有被涡轮增压器10加压的扫气。通过涡轮增压器的进气消声器(未示出)，产生从发动机室直接到涡轮增压器10的进气。空气从涡轮增压器10经由空气冷却器11、充空气管12和扫气接收器9被引导到气缸套6的扫气口。发动机设有电力驱动的辅助扫气吹送器13。在低载荷和中等载荷的情况下，辅助吹送器辅助涡轮增压器压缩机。

排气门(未示出)在气缸盖14中被中心地安装在气缸的顶部。在膨胀行程结束时，在发动机活塞向下通过扫气口之前排气门打开，以此在在活塞上方的燃烧室中的燃气通过排气通道开口流出到排气接收器16中，且在燃烧室中的压力被释放。在活塞向上移动期间排气门再次关闭。检查孔盖允许辅助人员在维修和翻修期间进入到排气接收器16中。

如在图1中示出，排气接收器16优选地被发动机主体结构1的扫气接收器9支撑。在替代的实施例中，排气接收器16可经由多个如下文中描述的板结构100，可能进一步经由合适的支承凸缘(未示出)被安装到其他主体发动机结构，例如框架箱4或气缸架5。现在返回到图1，排气接收器16被刚性的主支承件22支撑在扫气接收器9上。在所示的实施例中，在排气接收器16的中间处设置主支承件，从而将排气接收器的中间相对于扫气接收器9固定。优选地相对于排气接收器16将主支承件22布置在中央，然而不必要严格地将主支承件22布置在中间处，而是可略微使其偏移。主支承件22可替代地布置在排气接收器16的端部处。如所示，排气接收器16进一步经由根据本发明的多个柔性支承件100被安装在扫气接收器9上。多个柔性支承件100沿排气接收器16的长度在刚性支承件22的任一侧上分布。每个柔性支承件100被板结构限定，当排气接收器16加热或冷却时所述板结构遵循排气接收器16相对于发动机壳体/扫气接收器9(或安装到发动机壳体/扫气接收器9的另一个发动机结构(未示出))的温度诱致的任何纵向收缩或膨胀。在发动机运行期间，来自气缸的燃烧室的热气体被收集在排气接收器16中。因此，由于在排气接收器16中使用的材料的热膨胀，排气接收器16的长度将在发动机运行期间增加。由于在大型两冲程发动机中排气接收器16的总长度大(5至20米)，所以纵向方向上的膨胀可能是明显的(大约数个厘米)。排气接收器16在横向方向上即垂直于图1的平面的总热膨胀由于较小的尺寸相对小。为避免排气接收器16的任何横向振动，柔性支承件100在排气接收器16的横向方向上表现出很小的弹性或无弹性。

照惯例，已经使用具有大约10至25mm厚度的一个竖立板用于制作柔性支承件或单独的板结构100，且每个竖立板照惯例焊接到扫气接收器9，且螺栓连接到排气接收器16，使得板的主表面定向在排气接收器16的横向方向上，即垂直于细长的排气接收器16的纵向轴线定向。如在介绍部分中提到的，在发动机的运行范围内已经发生这些板结构的不期望的共振振动。

图3a更详细地示出与图1中示出的涡轮增压器10相对的细长的排气接收器16的端部部分，其中根据本发明的竖立支承板结构100被布置在排气接收器16和扫气接收器9的安装支架9’之间。

如在图3b中更好地可见，新颖的板结构100包括在与排气接收器16的纵向轴线横向的方向上延伸的两个柔性钢板110、115，所述钢板110、115在安装装置120、125之间相互对置刚性地将板结构100分别连接到排气接收器16和扫气接收器9。优选地两个板的厚度可以是相同的，且可以被广泛地选择；经常选择的板厚度大约5至10mm。在替代实施例中，可采用厚度不同的两个板。

板110、115优选地具有类似或相同的形状，且每个板具有两个相反的主面和侧面。布置两个钢板110、115，使得每个板的主面与另一个板的主面对置。每个板110、115具有上端117、下端118和中心区116，如在图3c中示出，且板结构100具有至少一个间隔器130，所述间隔器130将两个板110、115的中心区116维持在间隔开的关系中，所述间隔器130布置在两个板110、115之间在上端117和下端118之间的位置处。在上端处和和下端处的各个连接器105、102将两个板110、115维持成在上端处和下端处的两个板相互之间比在间隔器130的位置处两个板相互之间靠近，使得板结构100将具有示出的向外隆起的构造，其中两个板110、115在其中心区116中相互偏离。间隔器130可定位在两端117、118之间的中途处或定位在所述中途和两个连接器102、105中的任一个连接器之间的位置处。对于本发明来说，在两个端部117、118之间严格的中途位置不是关键，因为如在图3b中示出的向外隆起的结构和板110、115被间隔器130相互固定的结构将一般地给出板结构100期望的技术特性。

新颖的板结构100的上端117可以被安装到在排气接收器16上的安装凸缘16’，且下端118可以被安装到在发动机主体结构的安装支架9’上的另一个下安装装置125，在示出的实施例中安装支架9’是在扫气接收器9上的支架9’。因此，排气接收器16被安装在扫气接收器9上。在替代的实施例中，排气接收器16可经由如所述的板结构100，可能进一步经由合适的支承凸缘(未示出)被安装到其他发动机主体结构，例如框架箱4或气缸架5。

排气接收器16经由如上所述的板结构100被安装在发动机结构上，例如扫气接收器9上，且使得当发动机在冷态中时，即当发动机不运行且冷却到环境温度时，两个安装装置120、125在水平偏移的位置中，因为安装凸缘16’在排气接收器16的纵向方向上将比下安装支架9’位于更靠近刚性支承件22处，即在图3b中相对于板结构100的热态对称轴线A向右偏移，如在图3b中示出。在图4中指示了冷态轴线A’。优选地对应于在热的运行状态中排气接收器16相对于发动机主体结构，即扫气接收器9的相对纵向膨胀选择在上安装凸缘16’和下安装支架9’之间的冷态水平距离或间距；以此方式，安装凸缘16’和安装支架9’将对齐地且相互重叠地定位，其中当排气接收器16处于其工作温度时大体无水平间距。

排气接收器16经由如上所述的板结构100被安装在发动机结构上例如扫气接收器9，使得板结构100在发动机运行前被安装，即带有在安装凸缘16’和安装支架9’之间的前述的冷态水平间距，且板结构100用作常规地支撑排气接收器16且在船舶的滚动运动期间辅助将排气接收器16固定在位。

期望的是在热态中相对于板结构100的热态对称轴线A对称地定位形成板结构100的板110、115，如在图3b中示出。因此，在冷态中将板结构100安装到偏移安装凸缘9’和安装支架16’的过程中板结构100可弹性地或塑性地变形或弯曲为略微歪斜的或弯曲的构造。在机械地强迫板结构100与不对齐的偏移凸缘9’和支架16’对齐之后，板结构100分别与在凸缘16’和支架9’上的安装装置连接，其中板结构100将采用歪斜的构造，如在图4中示意性地图示。当排气接收器16加热且膨胀到凸缘16’和支架9’不再水平偏移的点时，在安装期间施加的弯曲力将降低到最小值，在此最小值点处，在板结构100上的主要力是由垂直载荷所导致的力，所述垂直载荷由排气接收器16的重量与由于发动机振动所形成的力组合产生。

关于与板结构100的连接，螺栓106被紧固以防止板端部117、118相对于安装装置120、125的任何自由旋转移动。形成为金属棒的连接器102、105可被布置在板110、115之间在板的上端117和下端118处，且可以使用相同的螺栓106用于将板110、115经由连接器102、105相互连接且用于将板结构100经由安装装置120、125分别连接到凸缘16’和支架9’。

另外，布置一行间隔器130横向于板结构100且在上端117和下端118之间约中途处(在区116中)，来将板110、115相互固定且保证不存在板110、115在间隔器130处的相互相向或背离的移动，该间隔器130带有螺栓头132和螺母133。间隔器130维持板110、115在区116中的间距S 1大于板110、115分别在板的上端117和下端118处的间距S2、S3，也如通过图3b中的放大的部分所示；S2可以与S3相同。以此方式，板结构100将采用在图3b中示出的向外隆起的几何构造，且将横向振动(通过图3b中的双箭头D指示)，如形成为桁架结构的柱，如在图5中示出；将理解的是此振动将在排气接收器16的纵向方向上进行。间隔器130可以是管状金属管，带有内部的带有头的螺栓，所述螺栓延伸通过形成在板110、115中的孔且与螺母133协作以维持或固定间距S 1。以此方式，能够形成不需要焊接的纯机械连接。

图5(不依比例)示出在发动机运行期间的振动的板结构100的快速图像或“截图”。快速图像意味着图示出瞬时的在运动中的、即在振动时的振动的板结构100。因此，板结构100在图中表现为模糊的，振动的板结构100的两个单独的板110、115不能够单独地区分。在图中，板结构100处于可能的极限位置中的一个极限位置。板结构100振动的幅值A被板结构100在上端110和下端115之间中途处的高刚度影响或控制，可以分别通过选择的板厚度和间距S1与间距S2和S3的比例再控制该刚度。幅值A示出为从静止位置到图5中的极限位置的距离。

图6示出如何能够通过使用间隔器130变化板结构100的最低固有频率的对比，所述间隔器130在钢板110、115之间在钢板的端部117、118之间的中途处提供期望的相对间距S 1。对于具有不同厚度的对板比较频率值；如将见，一般最低固有频率地随间距S 1的增大而升高。使用具有较大的厚度的钢板也将升高最低固有频率。为了对比，常规的16mm的单板的振动也在图中示出(以“菱形”◇示出)。因为在这种单板中不存在间隙，所以振动的读数位于平行于图中横坐标的线上。如可见，即使使用厚度为常规厚度的16mm的一半的板厚度也将提供优点；因此，与常规的单板结构相比，通过增加板结构100的厚度节约材料是可能的。

应注意的是，可通过机械地强迫两个平板110、115到一起且然后使用连接器102、105在平板的端部117、118处将平板连接在一起而形成板结构100，因此提供被挤压或偏置的向外隆起的板结构100用于安装在排气接收器16和扫气接收器9之间。替代地，两个板110、115可滚压或另外地被处理以采用自然的未偏置的形状，如在图3b中图示，然后两个板110、115通过螺栓106和间隔器130相互连接。

虽然已为阐述的目的详细描述本发明，但应理解的是此细节仅用于此目的，且可由本领域一般技术人员在不偏离本发明的范围的情况下能够在本发明中做变型。

本发明也涉及用于发动机主体结构1和排气接收器16之间的连接的支承板结构100，所述板结构100包括：

-两个对置的钢板100、115，每个钢板具有第一端117和第二端118，

-至少一个间隔器130，该间隔器130将所述两个板110、115维持在间隔开的关系中，所述间隔器130被布置在所述板110、115之间在所述第一端117和第二端118之间的位置116处，以及

-在所述第一端117和所述第二端118处的连接器102、105，所述连接器102、105维持所述两个钢板110、115相互间在所述端部117、118处的间距S2、S3，且所述至少一个间隔器130维持所述两个钢板110、115相互间在所述间隔器130处的较大的间距S1。支承板结构100可包括权利要求1至10中所述的特征中的任何特征。

本发明进一步涉及包括大型两冲程柴油机且带有支承板结构100的船舶，所述支承板结构100具有如在权利要求1至10中的任何权利要求中所述的特征。

如在权利要求中使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。如在权利要求中使用的术语“一”或“一个”不排除复数。单独的处理器或其他的单元可满足权利要求中陈述的数个装置的功能。

Claims (10)

1.一种大型两冲程柴油机，包括：

发动机主体结构(1)，

细长的排气接收器(16)，所述细长的排气接收器(16)具有一个或多个发动机排气入口，且具有一个或多个发动机排气出口，

主支承件(22)和多个竖立板结构(100)，其布置在所述排气接收器(16)的下方，以将所述排气接收器(16)支撑在所述发动机主体结构(1)上，

所述竖立板结构(100)沿所述排气接收器(16)的长度分布，

所述竖立板结构(100)每个均具有安装到所述排气接收器(16)的上端(117)和安装到所述发动机主体结构(1)的下端(118)，

其中，所述板结构(100)中的至少一个板结构包括：

一对柔性钢板(110、115)，所述一对柔性钢板(110、115)在所述上端(117)和所述下端(118)处被固定在一起，且所述一对柔性钢板(110、115)被布置为横向于所述排气接收器(16)的纵向方向延伸，

所述钢板(110、115)在所述钢板的主表面彼此相对的情况下延伸，所述钢板之间的间距从所述上端(117)和所述下端(118)开始增大，和

至少一个间隔器(130)，所述至少一个间隔器(130)在所述上端(117)和所述下端(118)之间的位置处布置在所述钢板(110、115)之间，

所述至少一个间隔器(130)适合于固定在所述间隔器(130)处的所述钢板(110、115)之间的间距(S1)。

2.根据权利要求1所述的大型两冲程柴油机，其中所述至少一个间隔器(130)被布置成在所述上端和下端(118)之间的中途处或大致中途处提供在所述板(110、115)之间的最大间距(S1)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的大型两冲程柴油机，所述板结构(100)在所述排气接收器(16)的所述纵向方向上是柔性的，以容纳所述排气接收器(16)相对于所述发动机主体结构(1)的热膨胀。

4.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，包括安装装置(120、125)，所述安装装置(120、125)用于将所述板结构(100)刚性地安装到在所述上端(117)处的所述排气接收器(16)和在所述下端(118)处的所述发动机主体结构(1)。

5.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，所述至少一个板结构(100)的所述钢板(110、115)通过所述至少一个间隔器(130)相互偏置开。

6.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，所述至少一个间隔器(130)提供所述钢板(110、115)之间的机械连接。

7.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，所述至少一个间隔器(130)通过该间隔器的长度限定在所述间隔器(130)处的所述钢板(110、115)之间的所述间距(S1)。

8.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，在所述钢板(110、115)之间在所述间隔器(130)处没有任何焊接的情况下，所述至少一个间隔器(130)建立机械固定间距(S1)。

9.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，所述板结构(100)被所述发动机主体结构(1)的扫气接收器(9)支撑。

10.根据权利要求1或2所述的大型两冲程柴油机，其中多个所述间隔器(130)被布置成一排。