FI20085538A - Mäntämoottorin alusta - Google Patents

Description

MÄNTÄMOOTTORIN ALUSTA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen mäntä-moottorin alusta, jonka päälle mäntämoottori on asennettavissa.

Suurissa turboahdetuissa mäntämoottoreissa, joita käytetään voimalaitoksissa ja laivojen pää- ja apumoottoreina, ahtaminen suoritetaan usein kahdessa vaiheessa, ensin malapaineahtimessa ja sen jälkeen korkeapaineahtimessa. Ahtoilmaa jäähdytetään ahtamisvaiheiden välissä sekä korkeapaineahtimen jälkeen ennen moottorin sylintereihin johtamista. Suuressa moottorissa turboahtimet ja ahtoil-man jäähdyttimet ovat suurikokoisia, on niiden sijoittaminen moottorin yhteyteen vaikeaa. Ongelma on suuri etenkin V-moottoreissa, joissa kumpaakin sylinteriri-viä varten voi olla oma matalapaineturboahdin, korkeapaineturboahdin ja omat ahtoilman jäähdyttimet. Koska moottorin päällä ei ole tilaa, sijoitetaan turboahtimet ja ilmanjäähdyttimet tavallisesti moottorilohkon päätyyn kiinnitetyn kannattimen varaan. Suuressa moottorissa turboahtimet ja ilmanjäähdyttimet yhdys-kanavineen ovat painavia, minkä takia kannattimen varassa oleva massa on suuri ja massakeskipiste kaukana moottorilohkosta. Tämä aiheuttaa värähtely-, eristys-, ääni-, tiivistys- yms. ongelmia. Lisäksi kannattimen ja moottorilohkon välinen kiinnityspinta-ala on usein melko pieni, mikä estää suurten massojen sijoittamisen kannattimen varaan. Vastaavanlaisia ongelmia on myös yhdessä vaiheessa ahdettujen mäntämoottoreiden yhteydessä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada ratkaisu, jolla edellä kuvattuja ongelmia voidaan vähentää.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyllä tavalla. Keksinnön mukaisesti alusta, jolle moottori on asennettavissa, käsittää ilmakotelon paineistetulle ahtoilmalle. Ahtoilman jäähdytin on sijoitettu ilmakoteloon.

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Koska ahtoilman jäähdytin on sijoitettu moottorin alustaan integroituun ilmakoteloon, moottorilohkoon kiinnitetyn kannattimen varassa on vähemmän painoa ja massakeskipiste melko lähellä moottorilohkoa, jolloin värähtelyongelmat vähenevät. Tämän ansiosta turboahti-met ja siten myös moottori ja siihen mahdollisesti kytketty generaattorilaitteisto toimivat paremmin.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheisiin kaa-viomaisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviokuvana kahdessä vaiheessa turboahdettua mäntämootto- ria, kuvio 2 esittää yhtä keksinnön mukaista alustaa, jolle kuvion 1 mäntämoottori voidaan asentaa, kuvio 3 esittää kuvion 2 alustaa ja sille asennettua mäntämoottoria,

Kuvio 4 esittää toista keksinnön mukaista alustaa, jolle kuvion 1 mäntämoottori voidaan asentaa, kuvio 5 esittää kuvion 4 alustaa ja alustalle asennettua mäntämoottoria, kuvio 6 esittää kolmatta keksinnön mukaista alustaa, jolle kuvion 1 mäntämoottori voidaan asentaa,

Kuviossa 1 on esitetty kaavallisesti kahdessa vaiheessa turboahdettu mäntä-moottori 2. Moottori on suuri mäntämoottori, jota käytetään esimerkiksi laivojen pää- ja apumoottoreina sekä voimalaitoksissa. Moottori 2 käsittää matala-paineturboahtimen 3, joka on varustettu matalapainekompressorilla 4 ja matala-paineturbiinilla 5. Lisäksi moottori 2 käsittää korkeapaineturboahtimen 6, joka on varustettu korkeapainekompressorilla 7 ja korkeapaineturbiinilla 8. Matala-painekompressorin 4 ja korkeapainekompressorin 7 välinen virtauskanava on varustettu matalapaineisen ahtoilman jäähdyttimellä 9, jolla matalapainekompressorilla 4 paineistettua ahtoilmaa jäähdytetään ennen korkeapainekompressorille 7 johtamista. Korkeapainekompressorin 7 ja moottorin sylintereiden 10 välinen vir- tauskanava on varustettu korkeapaineisen ahtoilman jäähdyttimellä 11, joilla kor-keapainekompressorilla 7 paineistettua ahtoilmaa jäähdytetään ennen sylinterei-hin 10 johtamista. Moottoriin 2 on kytketty generaattorilaitteisto 13.

Moottori 2, tarkemmin sen moottorilohko 14, on asennettu alustalle 12. Mikäli moottoriin 2 on kytketty generaattorilaitteisto 13, on myös generaattorilaitteisto 13 asennettu alustalle 12. Alusta 12 ulottuu moottorin 2 koko pituudelle. Alusta 12 voi toimia myös moottorin 2 öljypohjana. Alusta 12 toimii myös moottorille 2 ja moottorilta 2 pois johtavien putkien kannattimien kiinnitysalustana. Voimalaitosta! muissa kiintolaitossovelluksissa alusta 12 on kiinnitetty betonijalustaan ja lai-vasovelluksissa laivan runkoon. Alustan 12 ja moottorilohkon 14 välissä voi olla joustavat vaimentimet, joilla estetään moottorin värähtelyn siirtymistä alustaan 12. Alustan 12 ja sen kiinnitysjalustan välissä voi olla vaimentimet, esimerkiksi jouset, joilla estetään värähtelyn siirtymistä kiinnitysjalustaan.

Alusta 12 käsittää ilmakotelon 15 moottorin paineistetulle ahtoilmalle. Ilmakotelo 15 on yhdysrakenteinen alustan 15 kanssa. Ilmakotelo 15 käsittää matalapaineti-lan 16 matalapaineiselle ahtoilmalle ja korkeapainetilan 17 korkeapaineiselle ahtoilmalle. Matalapaineisen ahtoilman jäähdytin 9 on sijoitettu matalapaineillaan 16 ja korkeapaineisen ahtoilman jäähdytin 11 korkeapaineillaan 17. Alustan 12 rakennetta kuvataan tarkemmin alla esitetyissä sovellusmuodoissa.

Moottorin 2 käydessä ilmaa johdetaan matalapainekompressorille 4, jolla sen paine nostetaan n. 4 bardin. Tämän jälkeen matalapaineista ahtoilmaa johdetaan matalapainetilaan 16, jossa sitä jäähdytetään matalapaineisen ahtoilman jäähdyttimellä 9. Jäähdytettyä ahtoilmaa johdetaan matalapainetilasta 16 korkeapaine-kompressorille 7, jolla ahtoilman paine nostetaan n. 8 bardin. Tämän jälkeen korkeapaineista ahtoilmaa johdetaan korkeapaineillaan 17 ja jäähdytetään korkeapaineisen ahtoilman jäähdyttimellä 11. Jäähdytettyä korkeapaineista ahtoilmaa johdetaan korkeapainetilasta 17 palamisilmaksi sylintereihin 10. Ahtoilmaa jäähdytetään moottorin jäähdytysvedellä, jota johdetaan ahtoilman jäähdyttimiin 9,11. Pakokaasu johdetaan sylintereistä 10 korkeapaineturbiinille 8 ja tämän jälkeen matalapaineturbiinille 5. Korkeapaineturbiini 8 käyttää korkeapainekompressoria 7 ja matalapaineturbiini 5 käyttää matalapainekompressoria 3.

Kuvioiden 2 ja 3 mukaisessa sovellusmuodossa ilmakotelo 15 on järjestetty alustan 12 toiseen päätyyn. Ilmakotelo 15 käsittää matalapainetilan 16 matala-painekompressorilla 5 paineistetulle ahtoilmalle ja korkeapainetilan 17 korkea-painekompressorilla 8 paineistetulle ahtoilmalle. Korkeapaineillaan 17 on sijoitettu korkeapaineisen ahtoilman jäähdytin 11. Matalapaineillaan 16 on sijoitettu ma-talapaineisen ahtoilman jäähdytin 9. Ilmakotelon 15 kannessa on tuloyhde 21 matalapainekompressorilta 4 tulevan ahtoilman johtamiseksi matalapaineillaan 16 ja poistoyhde 22 jäähdytetyn ahtoilman poistamiseksi matalapainetilasta 16. Lisäksi ilmakotelossa 15 on toinen tuloyhde 23 korkapainekompressorilta 7 tulevan ahtoilman johtamiseksi korkapainetilaan 17. Ilmakotelossa 15 on toinen poistoyhde 24 jäähdytetyn ahtoilman poistamiseksi korkeapainetilasta 17. Tuloyhde 21 virtausyhteydessä matalapainekompressorin ulostuloon ja poistoyhde 22 kor-keapainekompressorin sisäänmenoon. Toinen tuloyhde 23 on virtausyhteydessä korkeapainekompressorin 7 ulostuloon ja toinen poistoyhde 24 sylintereille johtavaan ahtoilmakanavaan. Malapaineturboahdin 3 on tuettu ilmakoteloon 15. Kor-keapaineturboahdin 6 on sijoitettu moottorilohkoon 14 kiinnitetylle kannattimelle. Alusta 12 käsittää oljytilan 18 moottorin voiteluöljylle.

Kuvioiden 4 ja 5 mukaisessa sovellusmuodossa ilmakotelo 15 käsittää pitkänomaisen matalapainetilan 16 matalapainekompressorilla 5 paineistetulle ahtoilmalle ja pitkänomaisen korkeapainetilan 17 korkeapainekompressorilla 8 paineistetulle ahtoilmalle. Matalapainetila 16 on järjestetty alustan 12 yhdelle sivulle ja korkeapaineilla 17 on järjestetty alustan 12 toiselle sivulle. Alustan 12 sivulla oleva matalapainetilan 16 osa on yhdensuuntainen alustan toisella sivulla olevan korkeapainetilan 17 osan kanssa. Lisäksi sekä matalapainetilan 16 että korkeapainetilan 17 molemmissa päissä on alustan 12 päädyn suuntaiset päätyosat. Alustan 12 sivulla oleva matalapainetilan 16 osa ja alustan 12 toisella sivulla oleva korkeapainetilan 17 osa ovat putkimaisia. Sekä matalapainetila 16 että korkeapaineilla 17 ulottuvat moottorin koko pituudelle. Matalapainetilan 16 ja korkeapainetilan 17 välissä on öljytila 18 moottorin voiteluöljylle. Matalapaineisen ahtoilman jäähdytin on sijoitettu alustan 12 sivulla olevaan matalapainetilan 17 osaan. Korkeapaineisen ahtoilman jäähdytin 11 on sijoitettu alustan toisella sivulla olevaan korkeapainetilan 17 osaan. Korkeapaineisen ahtoilman jäähdytin 11 ja matalapaineisen ahtoilman jäähdytin 9 on kytketty moottorin 2 jäähdytysnestepii-riin.

Matalapaineturboahdin 3 ja korkeapaineturboahdin 6 on sijoitettu moottorin 2 vastakkaisiin päätyihin. Turboahtimet 3, 6 on sijoitettu kannattimille, jotka on kiinnitetty moottorilohkoon 14. Matalapaineaturboahdin 3 voidaan myös tukea alustaan 12. Ilmakotelossa 15 on tuloyhde 21 matalapainekompressorilta 4 tulevan ahtoilman johtamiseksi matalapainetilaan 16 ja poistoyhde 22 jäähdytetyn ahtoilman poistamiseksi matalapainetilasta 16. Tuloyhde 21 on virtausyhteydessä matalapainekompressorin 4 ulostuloon ja poistoyhde 22 korkeapainekompresso-rin 7 sisäänmenoon. Tuloyhde 21 ja poistoyhde 22 ovat matalapainetilan 16 vastakkaisissa päädyissä, tuloyhde 21 matalapaineturboahtimen 3 puoleisessa päädyssä ja poistoyhde 22 korkeapaineturboahtimen 6 puoleisessa päädyssä. Lisäksi ilmakotelossa 15 on toinen tuloyhde 23 korkeapainekompressorilta 7 tulevan ahtoilman johtamiseksi korkeapaineillaan 17 ja toinen poistoyhde 24 jäähdytetyn ahtoilman poistamiseksi korkeapainetilasta 17. Toinen tuloyhde 23 on virtausyhteydessä korkeapainekompressorin 7 ulostuloon ja toinen poistoyhde 24 sylintereille johtavaan ahtoilmakanavaan. Toinen tuloyhde 23 ja toinen poistoyhde 24 ovat korkeapainetilan 17 vastakkaisissa päädyissä, toinen tuloyhde 23 korkeapaineturboahtimen 6 puoleisessa päädyssä ja toinen poistoyhde 24 matalapaineturboahtimen 3 puoleisessa päädyssä.

Kuvion 6 mukaisessa sovellusmuodossa ilmakotelo 15 sijaitsee alustan 12 päädyssä. Ilmakotelo 15 käsittää matalapainetilan 16 matalapainekompressorilla 4 paineistetulle ahtoilmalle. Matalapaineisen ahtoilman jäähdytin 9 on modulaarinen. Jäähdytin 9 on sijoitettu irrotettavasti ilmakoteloon 15. Jäähdytin 9 on asennettavissa ilmakoteloon 15 ja poistettavissa ilmakotelosta 15 sitä avaamatta.

Keksintö ei rajoitu edellä esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Ahtaminen voidaan suo- riitaa kahden erillisen vaiheen sijasta yhdessä vaiheessa. Tällöin ilmakotelossa on tila vain yhdellä painetasolla olevalle ahtoilmalle.

Kuvioiden 4 ja 5 sovellusmuodossa ilmakotelo voidaan järjestää ainoastaan alustan yhdelle sivulle. Tällöin ilmakotelossa on tila ainoastaan yhdellä painetasolla olevalle ahtoilmalle ja ahtoilman jäähdytin. Mikäli ahtaminen suoritetaan kahdessa vaiheessa, alustan sivulla olevassa ilmakotelossa voi olla tila matalapaineisel-ie ahtoilmalle ja ahtoilman jäähdyttimelle. Korkeapaineisen ahtoilman jäähdytin on sijoitettu moottorilohkoon kiinnitetyn kannattimen varaan.

Alustaan 12 voidaan integroida muitakin moottorin toimintoja. Esimerkiksi waste-gate- ja/tai bypass-kanavien venttiilit voidaan tukea alustaan 12. Wastegate-ja/tai bypass-kanavat voidaan integroida alustaan 12. Pakokaasua ohjataan was-tegate-kanavaa pitkin vain toisen tai kummankin turbiinin 5, 8 ohi. Bypass-kanavaa pitkin paineistettua ahtoilmaa ohjataan moottorin ohi pakokaasukana-vaan ennen jompaakumpaa turbiinia 5, 8 olevaan kohtaan. Bypass-kanavan si-säänmenoaukko on sijoitettu ahtoilman virtaussuunnassa matalapainekompres-sorin 4 ja korkeapainekompressorin 7 väliin tai korkeapainekompressorin 7 jälkeiseen kohtaan. Bypass-kanavan sisäänmenoaukko voi sijaita ennen tai jälkeen ahtoilman jäähdytin 9, 11. Vastaavasti bypass-kanavan ulostuloaukko on sijoitettu pakokaasun virtaussuunnassa ennen korkeapaineturbiinia 8 olevaan kohtaan tai korkeapaineturbiinin 8 ja matalapaineturbiinin 5 väliin.

Alustaan 12 voidaan integroida ahtoilman kostutukseen käytettävän laitteiston veden syöttö kanavat. Ahtoilman pisaranerotin voidaan integroida alustaan 12. Myös moottorin jäähdytysvesikanavat voidaan integroida alustaan 12. Airwaste-gate-kanava voidaan integroida alustaan 12. Airwastegate-kanavaa pitkin paineistettua ahtoilmaa johdetaan sylintereiden ulkopuoliseen käyttökohteeseen.

Claims (11)

1. Suuren turboahdetun mäntämoottorin (2) alusta (12), jolle mäntämoottori (2) on asennettavissa, tunnettu siitä, että alusta (12) käsittää ilmakotelon (15) paineistetulle ahtoilmalle, johon ilmakoteloon (15) on sijoitettu ahtoilman jäähdytin (9, 11).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että ilmakotelo (15) käsittää matalapainetilan (16) matalapaineiselle ahtoilmalle ja korkeapainehan (17) korkeapaineiselle ahtoilmalle, joka matalapainetila (16) on varustettu matalapaineisen ahtoilman jäähdyttimellä (9) ja joka korkeapainetila (17) on varustettu korkeapaineisen ahtoilman jäähdyttimellä (11).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että ilmakotelo (15) on järjestetty alustan (12) päätyyn.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että ilmakotelo (15) on järjestetty alustan (12) toiselle sivulle.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että ilmakotelo (15) on järjestetty alustan (12) molemmille sivuille.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että alustan (12) yhdellä sivulla oleva ilmakotelo (15) käsittää matalapainetilan (16) matalapaineiselle ahtoilmalle ja matalapaineisen ahtoilman jäähdyttimen (9), ja alustan (12) toisella sivulla oleva ilmakotelo (15) käsittää korkeapainetilan (17) korkeapaineiselle ahtoilmalle ja korkeapaineisen ahtoilman jäähdyttimen (11).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että matalapainetilan (16) ja korkeapainetilan (17) välissä on öljytila moottorin voiteluöljyl- le.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen alusta (12), tunnettu siitä, että ahtoilman jäähdytin on poistettavissa paikaltaan ja sijoitettavissa paikalleen ilmakoteloa (12) avaamatta.

9. Mäntämoottorijärjestely (1), joka käsittää mäntämoottorin (2), joka on varustettu turboahtimella (6), tunnettu siitä, että järjestely käsittää jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaisen alustan (12), jolle mäntämoottori (2) on asennettu,

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen mäntämoottorijärjestely (1), tunnettu siitä, että mäntämoottoriin (2) on kytketty generaattorilaitteisto (13), joka on asennettu alustalle (12). H.Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mäntämoottorijärjestely, tunnettu siitä, että mäntämoottori (2) on varustettu matalapaineturboahtimella (3) ja korkeapaineturboahtimella (6).