CN104763507B - 大型二冲程内燃机以及用于大型二冲程内燃机的排气接收器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有金属壳体(33)与中空内部(20)的细长的、基本上圆柱形的排气接收器(16)。排气接收器(16)具有多个排气入口(15)以及一个或多个排气出口(19)；多个支撑点，其用于将排气接收器(16)连接到沿着排气接收器的纵向方向柔性并且沿着排气接收器的横向方向刚性的多个辅助支撑件(21)；以及至少一个主支架，其包括纵向与径向延伸的主金属板(25)以将排气接收器(16)连接到沿着排气接收器(16)的纵向方向刚性的主支撑件(22)。至少主金属板(25)的部分(26)突出到中空内部(20)中。本发明还提供了在此如上所述的具有发动机主结构(1)与排气接收器(16)的大型二冲程柴油发动机。

Description

大型二冲程内燃机以及用于大型二冲程内燃机的排气接收器

技术领域

本发明涉及大型二冲程内燃机，以及用于大型二冲程内燃机的排气接收器。

背景技术

大型二冲程燃烧(柴油机)发动机的排气接收器是高负载部件，其接收来自高达4巴的压力的单个缸体的热(在排气接收器内部大约450℃)排出气。

由于排气接收器的大的尺寸(可以是显著地超过10m长并且具有高达约2.2m的直径)与高的操作温度，排气接收器的热膨胀是非常显著的，并且较大的发动机具有可以通过风箱分成两个或多个壳体部分的排气接收器以吸收由热膨胀造成的尺寸改变。完整的排气接收器以及属于它的任何部分都覆盖有一层绝缘材料，从而排气接收器的外表面的温度基本上在排气接收器内部的排出气的温度以下。安全规章要求排气接收器的外部表面的温度在220℃以下，从而不存在具有足够高的温度以点燃不经意地与其接触的发动机燃料或者其它油的暴露的发动机部分。实践中，排气接收器的外表面如此良好地绝缘使得其表面温度保持在150℃以下。

排气接收器在其纵向延伸部的中部或者在一个端部通过相对刚性的主支撑件支撑。几个柔性支撑件通常地在刚性支撑件的任一侧上沿着排气接收器的长度分布，并且将排气接收器与发动机壳体或发动机主结构连接在一起。通常地通过允许基本上沿着排气接收器的纵向方向移动的单板形成柔性支撑件，其被要求用于补偿当排气接收器加热或冷却时排气接收器的热膨胀或收缩。

在热载荷与压力载荷的顶部上，发动机的振动移动使此结构摇动并且由此进一步增加了排气接收器上的机械载荷。

主支撑件包括两个紧密隔开的直立平行板，一个直立板刚性地连接到发动机的主结构并且另一个直立板刚性地连接到固定到排气接收器的最下部分的向下突出的主支架。两个紧密隔开的直立平行板通过各自组的柔性板在其上端附近以及在其下端附近连接，以吸收由排气接收器内侧的气体脉动产生的纵向力。

主支撑件沿着纵向方向固定接收气体接收器。向下突出的主支架焊接到接收气体接收器的最下部分中的较薄金属壳体的外侧。为了分配需要在主支架与排气接收器之间传递的力，主支架需要具有一定尺寸。然而，主支架从排气接收器的金属壳体向下突出并且围绕金属壳体的绝缘层需要围绕向下突出的主支架延伸，致使在主支架的区域中的排气接收器的绝缘更加具有挑战性。

此外，接收器内侧的排出气体温度在400摄氏度以上。这导致接收器外部的支架急剧地冷却。此现象在主支架中，尤其在纵向延伸的主板以及主板与排气接收器的金属壳体之间的相关焊接部中引入应力梯度。

发明内容

在此背景上，本发明的目的是提供至少部分地解决上面问题的排气接收器与发动机。

通过提供具有带有中空内部的金属壳体的细长、基本上圆柱形的排气接收器实现此目的，排气接收器包括多个排气入口与一个或多个排气出口；多个支撑点，其用于将排气接收器连接到沿着排气接收器的纵向方向比沿着排气接收器的横向方向更柔性的多个辅助支撑件；至少一个主支架，其包括纵向与径向延伸的主金属板以用于将排气接收器连接到沿着排气接收器的纵向方向比沿着排气接收器的横向方向更刚性的主支撑件，由此主金属板的至少一部分突出进入排气接收器的中空内部中。

通过向延伸通过壳体进入排气接收器的中空内部中的主板提供主支架，减小了从壳体向外地突出的主支架的部分的尺寸与表面积。

从壳体向外突出的主支架的部分类似加热翅片起作用，这是不利的，因为排出气的热量不应该损失并且应该通过例如涡轮增压器和从壳体向外地突出并且需要设有绝缘覆盖件的主支架的部分来被使用，并且当绝缘覆盖件可以变得更小或者可以避免时是有利的。

通过根据本发明的排气接收器，减小了经由主板以及最终地经由横向板的热损失，并且可以避免绝缘覆盖件或者至少简化与减小尺寸。此外，简化了主支撑件的区域中的排气接收器的绝缘。

此外，从壳体向外突出的主支架的部分相对于大致400摄氏度的接收气体接收器的内部温度急剧地冷却。此现象造成主板与将主板连接到壳体并且连接到支架的横向板的相关焊接部中的应力梯度。

通过根据本发明的排气接收器，可以减小从壳体向外地突出的主支架的部分并且由此可以相应地降低应力梯度。因此，在发动机操作过程中，支架的温度变得更加均匀。

在实例实施方式中，主支撑件沿着竖直方向比沿着纵向方向更加柔性。

在实施方式中，主支撑件包括用于沿着竖直方向形成柔性的元件。可以通过一叠水平延伸板形成用于沿着竖直方向产生柔性的元件。

在实例实施方式中，主金属板突出进入到中空内部中并且从壳体的外部突出。

在实例实施方式中，支架包括至少部分地突出到中空内部的一个或多个横向金属板，并且所述一个或多个横向金属板连接到主金属板。

在实例实施方式中，主金属板相对于在其期望使用位置处的排气接收器向下地突出，并且其中主金属板具有向下面向的边缘，并且向下面向边缘构造为用于将主支架附接到主支撑件的附接表面。

在实例实施方式中，向下面向边缘设有向上延伸到主金属板中的螺纹孔。由此，实际布置设置为将主金属板连接到主支撑件。

在实例实施方式中，主金属板经由该叠水平延伸的金属板连接到主支撑件。这在支撑结构与排气接收器之间沿着竖直方向提供了要求量的柔性，以使得主支撑件本身不需要提供竖直柔性。

在实例实施方式中，主金属板通过从中空内部施加的焊接并且优选地还通过从排气接收器的外部施加的焊接连接到金属壳体。

通过向延伸通过壳体进入排气接收器的中空内部中的主板提供支架，可以在壳体的内部来回施加将主板连接到排气接收器的壳体的焊接，并且该焊接由此提供更强与更牢固的连接。

还通过提供大型二冲程柴油发动机提供了上述目的，大型二冲程柴油发动机包括发动机主结构、如上文限定的排气接收器、主支撑件与布置在排气接收器下方以将排气接收器支撑在发动机主结构上的多个辅助支撑件，辅助支撑件沿着排气接收器的长度分布，并且辅助支撑件每个都具有安装到排气接收器的上端与安装到发动机主结构的下端。

通过详细的描述，根据本发明的排气接收器与发动机的其它目的、特征、优点与特性将变得更加显而易见。

附图说明

在下面的本说明书的详细部分中，将参照附图中示出的示例性实施方式更加详细地说明本发明，在附图中:

图1是具有传统排气接收器的大型二冲程内燃机的长侧的视图；

图2是图1中示出的发动机的后端的视图；

图3是用于大型二冲程内燃机的传统排气接收器的侧视图；

图4是图3的传统排气接收器的细节图；

图5是包括主支架的一部分的视图的图3的排气接收器的现有技术主支架的立体图；

图6是图3的排气接收器及其主支撑支架的下部的横截面视图；

图7是根据本发明的实例实施方式的排气接收器的下半部的横截面视图；

图8是图7中示出的支架的一部分的细节图；以及

图9是图7中示出的排气接收器的中间下部与主支架的立体剖视图。

具体实施方式

图1和图2分别以侧视图与端视图示出了具有主结构1的大型二冲程内燃机(柴油机)的实例实施方式。发动机在此实施方式中是具有十字头式的单流低速二冲程十字头柴油机，其可以是船舶中的推进系统或者发电厂中的发动机。这些发动机通常地具有4到高达14个共线缸体。发动机从具有用于曲轴(仅可见附接到曲轴的端部的飞轮3)的主轴承的底板2构建。底板2可以一体制成或者根据生产设备分成适当尺寸的部分。

焊接设计A-状框架箱4安装在底板2上。在排放侧上，框架箱4设有用于每个缸体的释放阀，同时在凸轮轴侧上，框架箱4设有用于每个缸体的大型铰接门。十字头引导平面(未示出)集成在框架箱4中。

缸体框架5安装在框架箱4的顶部上。拉杆螺栓(未示出)连接底板2、框架箱4与缸体框架5，并且将该结构保持在一起。缸体框架5承载单个框架6。发动机的每个缸体都通过排放通道连接到排气接收器16的入口15。缸体框架5与缸体衬套6一起形成净化空气空间。净化空气接收器9螺栓连接到缸体框架5。活塞(未示出)容纳在每个缸体衬套6的内部。活塞杆(未示出)将活塞的底部连接到十字头(未示出)的顶部。缸体衬套通过被缸体框架5承载。

发动机安装有布置在发动机的侧面上或尾端处的一个或多个涡轮增压器10。缸体是单流式并且具有定位在空气箱中的净化空气端口(未示出)，净化空气接收器9从该端口供给由涡轮增压器10加压的净化空气。到涡轮增压器10的进气口直接地从发动机室通过涡轮增压器的进气消音器(未示出)发生。从涡轮增压器10，空气经由空气冷却器11、排放空气管12与净化空气接收器9引导到缸体衬套6的净化端口。发动机设有液压驱动或电驱动辅助净化空气鼓风机13。在低载荷和中载荷情形辅助鼓风机13有助于涡轮增压器压缩机。

排放阀(未示出)居中地安装在缸体覆盖件14中的缸体的顶部中。在膨胀冲程结束时，在发动机活塞向下传送经过净化空气端口以前，排放阀打开，由此在活塞上方的燃烧室中的燃烧气体通过通向到排气接收器16中的排放通道流出并且缓解了燃烧室中的压力。在活塞的向上运动过程中，排放阀再次关闭。人孔覆盖件允许维修人员在维护或检修期间接近排气接收器16。

如图1中所示，优选地通过发动机主结构1的净化空气接收器9支撑排气接收器16。在另选实施方式中，排气接收器16可以经由主支撑件22与如下所述的多个辅助支撑件21安装到诸如框架箱4或缸体框架5的其它主发动机结构。现在返回图1，排气接收器16通过沿着纵向方向基本上刚性但是沿着竖直方向相对柔性的主支撑件22支撑在净化空气接收器9上，由此允许排气接收器16沿着相对于其支撑结构竖直的方向移动。排气接收器16与支撑结构之间的这种相对移动是必要的，以避免由沿着发动机和/或排气接收器16的竖直方向的振动造成的过度力。在示出的实施方式中，主支撑件22设置在排气接收器16的中部，以相对于净化空气接收器9固定排气接收器16的中部。主支撑件22优选地关于排气接收器16居中地布置，然而不是必要地需要精确地定位在中部，而是可以略微地偏移。主支撑件22可以另选地布置在排气接收器16的纵向端附近。如示出的，排气接收器16经由沿着横向方向与沿着竖直方向相对刚性但是沿着排气接收器16的纵向方向相对柔性的多个辅助支撑件21进一步安装在净化空气接收器9上，即辅助支撑件沿着纵向方向比沿着横向方向更加柔性。辅助支撑件21基本上包括横向于排气接收器16的纵轴延伸的竖直金属板并且此金属板在其下端固定到发动机主结构1并且在其上端通过适当的支架固定到排气接收器16。

多个辅助支撑件21沿着排气接收器16的长度分布在主支撑件22的任一侧上。辅助支撑件21的每个都通过板结构限定，当排气接收器16加热或冷却时，板结构跟随与发动机壳体/净化空气接收器9(或者安装有板的另一个发动机结构(未示出))相关的排气接收器16的任何温度引起的长度收缩或膨胀。在发动机操作过程中，来自缸体的燃烧室的热气收集在排气接收器16中。因此，在发动机操作过程中，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的长度将增加。由于在大型二冲程柴油发动机(5-35米)中的排气接收器16的整体长度，沿着纵向方向的膨胀可以是相当大的(大约几厘米)。为避免排气接收器16的任何横向振动，辅助支撑件21沿着排气接收器16的横向方向显示很小或没有弹性。

通常地，具有大约10-25mm厚度的一个直立板被用于辅助支撑件21，并且每个直立板都通常地螺栓连接到净化空气接收器9，并且螺栓连接到排气接收器16，使得板的主表面沿着排气接收器16的横向方向，即垂直于细长排气接收器16的纵轴定向。

排气接收器16的壳体覆盖有一层绝缘材料17，以避免热损失并且确保排气接收器的外部表面的温度在220℃以下，从而暴露的发动机部分不具有足够高的温度以点燃意外地与其接触的发动机燃料或者其它油。绝缘层17包括薄金属板的外层。排气接收器16的绝缘层17的外表面如此良好地绝缘使得其表面温度保持在150℃以下。

图3至图6示出了与通过图1中的发动机示出的一个类似的现有技术的细长排气接收器16。排气接收器16设有用于连接到发动机1的单个缸体的排放弯曲部的多个排气入口15。在示出的实施方式中，排气接收器16设有用于连接到一个或多个涡轮增压器10的入口的两个径向出口19。

排气接收器16的壳体33通过绝缘层17覆盖。然而，将排气接收器16连接到主支撑件22的主支架要求单独的热绝缘覆盖件18。由于支架的不规则形状，热绝缘覆盖件18也不规则地成形、复杂化并且尺寸很大。

如在图5和图6中最佳看到的，用于连接排气接收器的现有技术的支架包括彼此焊接并且焊接到排气接收器16的壳体33的底部的主金属板25与多个横向金属板。主金属板25从壳体33的底部径向地且向下地突出排气接收器16，并且不具有突出进入排气接收器16的中空内部20中的部分。

主支撑件22具有相对于排气接收器竖直地且纵向地延伸的两个紧密隔开的平行板。两个平行板通过两组柔性金属板29彼此连接。在图6中可以看到柔性金属板的上组，同时下组不能被看到并且接近主支撑件的两个平行板的下端布置或布置在主支撑件的两个平行板的下端位置处。主支撑件22的平行板构造允许主支撑件22沿着竖直方向的柔性，但是防止围绕竖直轴与水平轴的旋转并且确保要求的纵向刚性。

此外，该组柔性金属板减小了排气接收器的局部变形。此外，增加了角刚度。由于较大的刚性，因此增加了对抗主支撑件22的振动的裕度。

图7至图9示出了根据本发明的实例实施方式的具有其主支架的排气接收器16。主支架用于将排气接收器16连接到主支撑件22。主支撑件可以与上述类似具有两个平行板，所述两个平行板提供了沿着竖直方向的柔性，或者可以具有更简单的构造并且无需柔性以便于与新型排气接收器16与主支架一起使用。

主支架包括纵向与径向延伸的主金属板25。主金属板25的至少一部分26通过壳体33突出进入排气接收器16的中空内部20中。主金属板25的另一个部分27从排气接收器16的底部区域中的排气接收器16的壳体33突出。

在实例实施方式中，主支架包括突出到中空内部20中的一个或多个横向金属板28，并且横向金属板28优选地通过焊接连接到金属板25的部分26。在实施方式中，横向金属板28优选地通过从金属壳体33的内部施加的焊接连接到金属壳体33的内侧。

主金属板25在排气接收器16的期望使用位置处相对于排气接收器16向下地突出，并且主金属板25具有向下面向边缘，其构造为用于将主板25附接到所述主支撑件22的水平延伸的附接表面。

至此，向下面向边缘设有向上地延伸到主金属板25中的纵向隔开的螺纹孔阵列。主金属板通过拧入到螺纹孔30的螺栓(未示出)连接到主支撑件22并且通过尺寸与间距相应设计的孔将主支撑件22的板夹紧到主金属板25。

主金属板25通过从中空内部20施加的重复焊接35并且优选地还通过从排气接收器16的外部施加的焊接36连接到金属壳体33。

主金属板25具有突出到中空内部20中的部分26与突出到壳体33的外部的部分27。此两个部分之间的分割是使主金属板25与壳体33的交叉线重合的水平线。

主金属板25可以由诸如例如钢板的单件金属板制造，或者另选地，由诸如例如钢板的多个金属板制造。

绝缘层可以覆盖壳体33，也可以在主支架的区域中，并且当主支架根据本发明构造时可以避免用于主支架的单独的热绝缘覆盖件。

尽管出于说明的目的详细地描述了本发明，但是应该理解的是此细节仅用于此目的，并且在不偏离本发明的范围的情况下，本领域中的技术人员可以对其作出修改。

Claims (7)

1.一种具有带有中空内部(20)的金属壳体(33)的细长、圆柱形的排气接收器(16)，所述排气接收器(16)包括：

多个排气入口(15)以及一个或多个排气出口(19)；

多个支撑点，其用于将所述排气接收器连接到沿着所述排气接收器(16)的纵向方向比沿着所述排气接收器(16)的横向方向更柔性的多个辅助支撑件(21)；

至少一个主支架，其包括纵向与径向延伸的主金属板(25)以便将所述排气接收器(16)连接到沿着所述排气接收器(16)的纵向方向比沿着所述排气接收器(16)的横向方向更刚性的主支撑件(22)，

由此所述主金属板(25)的至少一部分(26)突出进入所述排气接收器的所述中空内部(20)中。

2.根据权利要求1所述的排气接收器(16)，其中，所述主金属板(25)突出进入到所述中空内部(20)中并且从所述壳体(33)的外部突出。

3.根据权利要求1或2所述的排气接收器(16)，其中，所述主支架包括至少部分地突出到所述中空内部(20)中的一个或多个横向金属板(28)并且所述一个或多个横向金属板(28)连接到所述主金属板(25)。

4.根据权利要求1到2中任何一个所述的排气接收器(16)，其中，所述主金属板(25)相对于在所述排气接收器(16)的期望使用位置处相对于所述排气接收器(16)向下地突出，并且其中所述主金属板(25)具有向下面向边缘并且所述向下面向边缘构造为用于将所述主金属板(25)附接到所述主支撑件(22)的附接表面。

5.根据权利要求4所述的排气接收器(16)，其中，所述向下面向边缘设有向上地延伸到所述主金属板(25)中的螺纹孔(30)。

6.根据权利要求1到2中任何一个所述的排气接收器(16)，其中，所述主金属板(25)通过从所述中空内部(20)施加的焊接(35)并且还通过从所述排气接收器(16)的外部施加的焊接(36)连接到所述金属壳体(33)。

7.一种大型二冲程柴油发动机，其包括发动机主结构(1)、根据权利要求1所述的排气接收器(16)、主支撑件(22)与布置在所述排气接收器(16)下方以将所述排气接收器(16)支撑在所述发动机主结构(1)上的多个辅助支撑件(21)。