DE102007013713B4

DE102007013713B4 - Abgasanlage für Großmotoren

Info

Publication number: DE102007013713B4
Application number: DE200710013713
Authority: DE
Inventors: Dr. Eckoldt Dietmar; Jürgen Hemsing
Original assignee: NIESING ANLAGENBAU GmbH; Nießing Anlagenbau GmbH
Current assignee: NIESING ANLAGENBAU GmbH; Nießing Anlagenbau GmbH
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: DE102007013713A1

Abstract

Abgasanlage für eine mehrere Motoren umfassende Großmotorenanlage, wobei die Abgase mehrerer Zylinder eines Motors in eine gemeinsame Abgasleitung dieses Motors geleitet werden, und wobei von den mehreren Motoren jeweils eine Abgasleitung im wesentlichen radial in als Schacht bezeichnetes Abgas-Sammelrohr geführt ist, wobei der Schacht einen Auslass aufweist, durch welches die Abgase den Schacht verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass vier Abgasleitungen (3) von vier Großmotoren in den Schacht geführt sind und innerhalb des Schachtes (2) im Bogen verlaufen und zum Auslass (5) hin münden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 760 421 A ist eine Leitung der Abgase von Brennkraftmaschinen mit mehreren in Reihenanordnung hintereinander liegenden Zylindern bekannt, wobei die Abgase jedes Zylinders durch eine eigene Leitung zu einer gemeinsamen Abgasleitung geführt werden. Die dort vorgeschlagene Art der Abgasführung soll eine Verminderung des Auspuffgeräusches bewirken, welches, bei 4-Takt-Motoren und bei 2-Takt-Motoren in unterschiedlicher Abhängigkeit von der Drehzahl des laufenden Motors zu Geräuschen führt, die als Stollen der Maschine oder als Durchschlagen eines Zylinders bezeichnet werden.
Aus der US 2 513 229 A ist ein Schalldämpfer bekannt, der eine Vielzahl von seitlichen Ein- und Auslässen aufweist, so dass der Anschluss mehrerer Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine an diesen Schalldämpfer ermöglicht wird, indem von jedem Zylinder eine eigene Leitung zum Schalldämpfer verläuft. Diese Bauform des Schalldämpfers wird insbesondere vorteilhaft bei Eisenbahnfahrzeugen vorgeschlagen, bei denen eine optimale Nutzung des verfügbaren Bauraums vordringlich ist.
Von diesen beiden bekannten Vorschlägen, die jeweils die Führung der Abgase eines einzigen Motors betreffen, unterscheidet sich die in der Praxis auftretende Problematik beim Bertrieb einer mehrere Motoren umfassenden Großmotorenanlage erheblich:
Gattungsgemäße Großmotorenanlagen sind aus der Praxis bekannt. Sie werden beispielsweise als Kraftwerke eingesetzt. Dabei werden beispielsweise vier Großmotoren, die als Verbrennungsmotoren ausgestaltet sind, an ein gemeinsames schornsteinartiges Abgassammelrohr angeschlossen. Von jedem Motor verlaufen dabei zunächst so genannte Abgaskrümmer in eine gemeinsame Abgasleitung, die die Abgase aus sämtlichen Zylindern dieses Motors zu dem erwähnten schornsteinartigen Abgassammelrohr führt. Da das Abgassammelrohr wie schon erwähnt üblicherweise schornsteinartig aufrecht ausgerichtet ist, wird es auch als Schacht bezeichnet.
Problematisch ist der Betrieb der Großmotorenanlage, wenn einer der Motoren ausfällt. Die Abgase der übrigen Motoren bauen einen Druck auf, der dazu führt, dass aus dem für alle Motoren gemeinsamen Schacht Abgase durch die Abgasleitung des ausgefallenen Motors strömen und in den ausgefallenen Motor gelangen können, also in einer gegenüber der üblichen Betriebsweise dieses ausgefallenen Motors entgegengesetzten Strömungsrichtung. Es ist davon auszugehen, dass der ausgefallene Motor in einer zufälligen Betriebsstellung stehen geblieben ist und nicht bewusst still gesetzt worden ist, so dass einige Auslassventile dieses ausgefallenen Motors sich in ihrer Offenstellung befinden. Die Abgase können daher an den offenen Auslassventilen vorbei in das Innere des Motors gelangen.
Abgesehen davon, dass die Abgase ggf. ein höheres Temperaturniveau aufweisen als der ausgefallene Motor, so dass sich Kondensat im ausgefallenen Motor bilden kann, enthalten die Abgase häufig aggressive Elemente, wie beispielsweise Schwefelverbindungen, die den üblicherweise metallischen Werkstoff angreifen können, der für die Bauteile des ausgefallenen Motors verwendet wird, mit denen diese Abgase in Kontakt kommen. Die schwefelhaltigen Kondensate können daher den ausgefallenen Motor schädigen und umfangreiche Reparaturmaßnahmen erforderlich machen.
Aus der Praxis sind daher Klappensysteme bekannt, die auf die Druckverhältnisse innerhalb der Abgasleitungen bzw. des Schachtes reagieren und die Abgasleitung eines ausgefallenen Motors verschließen sollen. Abgesehen von dem technischen Aufwand, der hierzu erforderlich ist, nämlich die beweglichen Komponenten und ggf. eine Anlagensteuerung mit einer motorischen Verstelleinheit für die betreffenden Klappen ist nicht sichergestellt, dass die Klappen auch tatsächlich stets zuverlässig dicht schließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abgasanlage dahingehend zu verbessern, dass diese mit möglichst einfachen baulichen Mitteln einen möglichst zuverlässigen Schutz gegen das Eindringen von Abgasen in einen ausgefallenen Motor der Großmotorenanlage bietet.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die vier Abgasleitungen von vier Großmotoren nicht einfach in die Schachtwandung münden zu lassen, sondern vielmehr die Abgasleitungen im Inneren des Schachtes weiterzuführen und zwar im Bogen zu führen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass aus den Abgasleitungen austretende Gase nicht geradewegs in eine gegenüberliegende Abgasleitung eintreten können, insbesondere deshalb, weil vorschlagsgemäß die Abgasleitungen zum Auslass hin münden und nicht etwa einander gegenüberliegende Mündungsöffnungen aufweisen. Durch die vorschlagsgemäße Ausgestaltung der Abgasanlage ergibt sich innerhalb des Schachtes eine Art Injektorwirkung für die einzelnen Abgasleitungen. Auf diese Weise wird oberhalb der Mündung einer Abgasleitung eines ausgefallenen Motors ein Unterdruck erzeugt, so dass durch die erwähnten ggf. offen stehenden Ventile, Zylinder des ausgefallenen Motors mit Frischluft belüftet werden und zwar in der auch im Betrieb des Motors vorgesehenen Durchströmungsrichtung des Motors und keinesfalls können Abgase entgegen dieser normalerweise vorgesehenen Strömungsrichtung durch die Abgasleitung in den ausgefallenen Motor gelangen.
Mit einer solchen Vierer-Konfiguration wird einer Praxis üblichen Konfiguration von Großmotorenanlagen Rechnung getragen und es liegen hierbei beim Ausfall eines einzigen Motors die problematischsten Druckverhältnisse in den einzelnen Abgasleitungen vor. Bei einem derartigen Betrieb einer Vierer-Konfiguration zeigt sich die Wirksamkeit des vorliegenden Vorschlages, der ohne zusätzliche technische Hilfsmittel, wie Klappen, Motoren, Steuerungseinrichtungen od. dgl. aufgrund der Anordnung der Abgasleitungen innerhalb des Schachtes dafür sorgt, dass auch in einem derartigen kritischen Betriebszustand der Großmotorenanlage das Eindringen von Abgasen in die Abgasleitung des ausgefallenen Motors zuverlässig verhindert wird.
Vorteilhaft können die Abgasleitungen in einer gemeinsamen Ebene münden. Um die Unterdruckausbildung vor der Mündung der Abgasleitung eines ausgefallenen Motors und somit die Injektorwirkung sicherzustellen.
Vorteilhaft können die Abgasleitungen innerhalb des Schachtes in einem 90°-Bogen verlaufen. Wenn beispielsweise die Abgasleitungen horizontal in den Schacht geführt sind, ist auf diese Weise sichergestellt, dass möglichst verlustarm das Abgas aus der jeweiligen Abgasleitung in Längsrichtung des Schachtes austritt und den Schacht dementsprechend druckverlustarm durchströmen kann. Bei anderen Eintrittswinkeln der Abgasleitungen in den Schacht kann die Bogenkrümmung der Abgasleitung innerhalb des Schachtes dementsprechend angepasst sein, so dass jedenfalls vorteilhaft das Abgas in Längsrichtung des Schachtes aus der Mündung der Abgasleitung austreten kann.
Vorteilhaft kann in an sich bekannter Weise der Schacht als Schornstein aufrecht ausgerichtet sein. Hierzu kann in Art eines Kamineffektes die Durchströmung des Schachtes weiterhin begünstigt werden.
Vorteilhaft kann in dem Schacht ein Schalldämpfer angeordnet sein, so dass die Großmotorenanlage möglichst emissionsarm, auch hinsichtlich akustischer Emissionen, betrieben werden kann.
Dabei kann der Schalldämpfer vorteilhaft im Abstand oberhalb der Mündungen der Abgasleitungen angeordnet sein, so dass sich eine Entspannungszone oder Beruhigungs- bzw. Homogenisierungszone zwischen den Mündungen der Abgasleitungen und dem Schalldämpfer ergibt. Dies unterstützt eine optimale Schalldämpfung, da sich die Druckverhältnisse der Abgasströme in dieser Entspannungs- oder Beruhigungskammer vergleichmäßigen können.
Vorteilhaft ist der Schalldämpfer möglichst gegendruckarm ausgestaltet, um die gewünschte Injektorwirkung bei einem ausgefallenen Motor nicht zu gefährden und eine möglichst ungehinderte Durchströmung des Schachtes zu ermöglichen.
So kann der Schalldämpfer beispielsweise als Plattenschwinger ausgestaltet sein. Dies ermöglicht einerseits den gegendruckarmen Betrieb des Schalldämpfers und andererseits eine optimale Anpassung an die Resonanzfrequenzen der Abgasströme.
Vorteilhaft können die Abgasleitungen in regelmäßigen Abständen um den Schacht herum verteilt in den Schacht geführt sein, so dass eine möglichst gleichmäßige Ausbildung der Druckverhältnisse innerhalb des Schachtes begünstigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Längsschnitt durch einen Schacht,
2 einen Querschnitt durch den Schacht von 1, kurz oberhalb der Abgasleitungen, und
3 einen Querschnitt durch den Schacht in der Schnittebene A-A von 1.
In den Zeichnungen ist mit 1 eine Abgasanlage bezeichnet, die lediglich ausschnittsweise dargestellt ist und die einen Schacht 2 aufweist, in denen mehrere Abgasleitungen 3 geführt sind. Innerhalb des Schachtes 2 sind die Abgasleitungen 3 im Bogen geführt. Sie weisen Mündungen 4 auf, die zum oberen Ende des Schachtes 2, also zu dessen Auslass 5 hin gerichtet sind.
Oberhalb der Mündungen 4 befindet sich eine Homogenisierungskammer 6, die sich von den Mündungen 4 der Abgasleitungen 3 bis zu einem Schalldämpfer 7 erstreckt. Der Schalldämpfer 7 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Platten 8 und ist als Plattenschwinger ausgestaltet.
Der Schacht kann eine Gesamthöhe von etwa 24 m aufweisen, wobei der Schalldämpfer eine Höhe von etwa 18 m hat. In einer Höhe von etwa 15 m weist der Schacht 2 eine Plattform 9 auf, die beispielsweise als Messplattform zur Überprüfung der Wirkungsweise des Schachtes 2 bzw. der Abgasanlage 1 dienen kann.

Claims

Abgasanlage für eine mehrere Motoren umfassende Großmotorenanlage, wobei die Abgase mehrerer Zylinder eines Motors in eine gemeinsame Abgasleitung dieses Motors geleitet werden, und wobei von den mehreren Motoren jeweils eine Abgasleitung im wesentlichen radial in als Schacht bezeichnetes Abgas-Sammelrohr geführt ist, wobei der Schacht einen Auslass aufweist, durch welches die Abgase den Schacht verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass vier Abgasleitungen (3) von vier Großmotoren in den Schacht geführt sind und innerhalb des Schachtes (2) im Bogen verlaufen und zum Auslass (5) hin münden.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (3) in einer gemeinsamen Ebene münden.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (3) innerhalb des Schachtes (2) in einem 90°-Bogen verlaufen.
Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen (4) der Abgasleitungen (3) derart angeordnet sind, dass das Abgas aus der jeweiligen Abgasleitung (3) in Längsrichtung des Schachtes (2) austritt.
Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (2) aufrecht ausgerichtet ist, wobei der Auslass (5) oberhalb der Mündungen (4) der Abgasleitungen (3) angeordnet ist.
Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schacht (2) ein Schalldämpfer (7) angeordnet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (7) im Abstand oberhalb der Mündungen (4) der Abgasleitungen (3) angeordnet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (7) gegendruckarm ausgestaltet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (7) als Plattenschwinger ausgestaltet ist.
Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (3) in regelmäßigen Abständen um den Umfang des Schachtes (2) verteilt in den Schacht (2) geführt sind.
Verwendung eines als Schacht (2) bezeichneten Abgas-Sammelrohrs, in welches die Abgase mehrerer Zylinder eines Motors geleitet werden, und welches einen Auslass (5) aufweist, durch welchen die Abgase den Schacht (2) verlassen, in einer Abgasanlage (1) für eine vier Motoren umfassende Großmotorenanlage, wobei die Abgase mehrerer Zylinder eines Motors zunächst in eine gemeinsame Abgasleitung (3) dieses Motors geleitet werden, und dann von den vier Motoren jeweils eine Abgasleitung (3) im wesentlichen radial in den Schacht (2) geführt ist, und wobei die Abgasleitungen (3) innerhalb des Schachtes (2) im Bogen verlaufen und zum Auslass (5) hin münden.