KR100638710B1 - Two-stroke turbocharged internal combustion engine having 10 cylinders in a single row - Google Patents

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Abstract

2 행정 크로스헤드 내연 기관은 단일 열에 10 개의 실린더를 가진다. 기관은 기관 실린더(C1-C10))의 연소 시퀀스(n1-n10)가 다음과 같은 것들중 하나이다.Two-stroke crosshead internal combustion engines have 10 cylinders in a single row. The engine has one of the following combustion sequences n1-n10 of the engine cylinders C1-C10.

1-7-8-2-5-10-4-3-9-6 1-7-8-2-5-10-4-3-9-6

1-6-9-3-4-10-5-2-8-71-6-9-3-4-10-5-2-8-7

1-8-7-2-5-10-3-4-9-61-8-7-2-5-10-3-4-9-6

1-6-9-4-3-10-5-2-7-81-6-9-4-3-10-5-2-7-8

1-6-8-4-2-10-5-3-7-9 또는1-6-8-4-2-10-5-3-7-9 or

1-9-7-3-5-10-2-4-8-6.1-9-7-3-5-10-2-4-8-6.

Description

단일 열에 10 개의 실린더를 가진 2 행정 터보 과급 내연 기관{Two-stroke turbocharged internal combustion engine having 10 cylinders in a single row}Two-stroke turbocharged internal combustion engine having 10 cylinders in a single row}

도 1 은 본 발명에 따른 10 개의 실린더를 가진 2 행정 기관의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a two-stroke engine with ten cylinders according to the present invention.

도 2 는 도 1 의 기관의 평면도이다.FIG. 2 is a plan view of the engine of FIG. 1. FIG.

도 3 은 도 1 의 기관에서 X-유형 가이드 힘 모멘트3 is an X-type guide force moment in the engine of FIG.

도 4 내지 도 9 는 실린더(C1-C10)에 대한 연소 시퀀스를 나타낸다.4 to 9 show the combustion sequence for the cylinders C1-C10.

도 10 은 콘테이너 선의 선체에서 진동 모드를 도시한다.10 shows the vibration mode in the hull of the container ship.

도 11 은 계산된 진동 데이터를 나타내는 다이아그램이다.11 is a diagram showing the calculated vibration data.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 ><Brief Description of Major Codes in Drawings>

5. 피스톤 6. 피스톤 로드5. Piston 6. Piston Rod

9. 크랭크 핀 10. 크랭크샤프트9. Crank pin 10. Crankshaft

12. 대판 17. 고정용 로드12. Base 17. Fixing rod

19. 개스 수용부 20. 터보 과급기19. Gas receptacle 20. Turbocharger

본 발명은 단일 열(row)에 10 개의 실린더를 가진 2 행정, 크로스 헤드 내연 기관에 관한 것이다.The present invention relates to a two-stroke, cross head internal combustion engine having ten cylinders in a single row.

기관은 기관의 실린더(C1-C10)의 연소 시퀀스를 가진다. 출원인이 제조한 10MC60 엔진의 공지된 연소 시퀀스는 1-8-7-3-5-9-4-2-10-6 이다. 다른 선행 기술의 연소 시퀀스는 1-8-5-6-3-10-2-7-4-9 이며 이것은 영국 특허 제 917,748 호에 설명되어 있다.The engine has a combustion sequence of cylinders C1-C10 of the engine. The known combustion sequence of Applicant's manufactured 10MC60 engine is 1-8-7-3-5-9-4-2-10-6. Another prior art combustion sequence is 1-8-5-6-3-10-2-7-4-9, which is described in British Patent 917,748.

연소 시퀀스는 기관 내의 진동 조건에 영향을 미치며 또한 외력과 외부 모멘트로를 가지고 지지용 구조체와 샤프트 시스템에 영향을 미치는 방식에도 영향을 미친다.The combustion sequence also affects the vibration conditions in the engine and also how it affects the supporting structure and shaft system with external forces and external moment paths.

본 발명의 목적은 높고 슬림화된 상부 구조물을 가지는 배에서 주요한 추진 기관으로서 설치되기에 적절한 엔진을 제조하는 연소 시퀀스를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a combustion sequence for manufacturing an engine suitable for installation as the main propulsion engine in ships having high and slimmed superstructures.

본 발명에 따른 2 행정 내연 기관은 기관 실린더 (C1-C10)의 연소 시퀀스(n1-n10)가 다음의 것들 중 하나인 것을 특징으로 한다.The two-stroke internal combustion engine according to the invention is characterized in that the combustion sequence n1-n10 of the engine cylinders C1-C10 is one of the following.

1-7-8-2-5-10-4-3-9-61-7-8-2-5-10-4-3-9-6

1-6-9-3-4-10-5-2-8-71-6-9-3-4-10-5-2-8-7

1-8-7-2-5-10-3-4-9-61-8-7-2-5-10-3-4-9-6

1-6-9-4-3-10-5-2-7-81-6-9-4-3-10-5-2-7-8

1-6-8-4-2-10-5-3-7-9 또는1-6-8-4-2-10-5-3-7-9 or

1-9-7-3-5-10-2-4-8-61-9-7-3-5-10-2-4-8-6

이러한 연소 시퀀스들은 소위 제 4 차수(the fourth order)의 자유 모멘트와 제 4 차수의 외부 X 유형 가이드 힘 모멘트(external X-type guide force moment of the fourth order)의 작은 값을 초래한다는 점이 판명되었다. 이것은 특히 높이에 비하여 짧은 길이의 상부 구조와 길고 얇은 선체를 가진 선박에서 유리하다. 진동 모멘트가 분당 300 내지 450 사이클의 범위인 주파수를 가질 때, 그러한 상부 구조는 진동을 감쇠시키는 조치를 필요로 할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 기관은 그 어떤 현저한 크기의 제 4 차수의 진동을 발생시킬 수 없으므로, 기관 속도(rpm)가 300/4 rpm 내지 450/4 rpm 의 범위에 있을 때 그러한 감쇠 조치를 필요로 하지 않는다. 이러한 속도 범위는 선박에서 대형의 주요 추진 기관으로서 통상적으로 사용된 대형 디이젤 크로스헤드 기관의 공칭 속도와 매우 잘 맞는다. 그러한 기관들은 예를 들면 94 rpm 또는 106 rpm 의 공칭 속도를 가질 수 있다.These combustion sequences have been found to result in so-called free moments of the fourth order and small values of the external X-type guide force moment of the fourth order. This is particularly advantageous for ships with short length superstructures and long thin hulls for their height. When the vibration moment has a frequency in the range of 300 to 450 cycles per minute, such a superstructure may require measures to dampen the vibration. However, the engine according to the present invention cannot generate vibrations of any significant magnitude of the fourth order, and thus requires such attenuation measures when the engine speed (rpm) is in the range of 300/4 rpm to 450/4 rpm. I never do that. This speed range fits very well with the nominal speed of large diesel crosshead engines commonly used as large major propulsion engines on ships. Such engines may have a nominal speed of 94 rpm or 106 rpm, for example.

바람직한 구현예에서, 실린더(C1)와 실린더(C10)의 연소 각도(α1,α10)는 180°로 이격되고, 실린더(C2)와 실린더(C9)의 연소 각도(α2,α9)는 180°로 이격되고, 실린더(C3)와 실린더(C8)의 연소 각도(α3,α8)는 180°로 이격되고, 실린더(C4)와 실린더(C7)의 연소 각도(α4,α7)는 180°로 이격되고, 실린더(C5)와 실린더(C6)의 연소 각도(α5,α6)는 180°로 이격된다. 이러한 연소 각도는 짝수 차수의 자유 모멘트에 대하여, 즉, 제 2 차수, 제 4 차수, 제 6 차수 등에 대하여, 쌍을 이룬 실린더들중 하나의 실린더가 쌍을 이룬 다른 실린더의 무게 보다 더 나가도록 하여서, 제 4 차수의 자유 모멘트가 커지지 않을 뿐만 아니라, 짝수 차수의 다른 자유 모멘트도 크지 않은 사이즈가 되는 결과를 초래한다.In a preferred embodiment, the combustion angles α1, α10 of the cylinder C1 and the cylinder C10 are spaced apart by 180 ° and the combustion angles α2, α9 of the cylinder C2 and the cylinder C9 are 180 °. Spaced apart, the combustion angles α3, α8 of the cylinders C3 and C8 are spaced apart by 180 °, and the combustion angles α4, α7 of the cylinders C4 and C7 spaced apart by 180 ° The combustion angles α5 and α6 of the cylinders C5 and C6 are spaced apart by 180 °. This combustion angle is such that for one even order of free moments, i.e., for the second, fourth, sixth, etc., one cylinder of the paired cylinders outweighs the weight of the other paired cylinders. Not only does the free moment of the fourth order become large, but the other free moment of the even order also results in a size that is not large.

바람직한 구현예에서 연소 시퀀스는 그 어떤 2 개의 연속적으로 연소되는 실린더들 사이의 크랭크샤프트의 회전 각도가 36 °라는 점에서 규칙적이다. 단일 열내에 10 개의 실린더를 가지는 기관에는 362,880 개의 상이한, 규칙적인 연소 시퀀스들이 있다. 이들 중에서 본 발명은 상기에 언급한 6 개의 연소 시퀀스들에 관한 것이며, 이러한 시퀀스들에서 그 어떤 2 개의 연속적으로 연소되는 실린더들 사이의 크랭크샤프트의 회전 각도가 36 °이도록 되었을 때, 제 4 차수의 외부 X 유형 가이드 힘 모멘트와 제 4 차수의 자유 모멘트는 모두 제로이다. 더욱이, 제 1 차수보다 큰 차수들의 모든 자유 모멘트들은 모두 제로이다.In a preferred embodiment the combustion sequence is regular in that the angle of rotation of the crankshaft between any two successive combustion cylinders is 36 °. In an engine with 10 cylinders in a single row there are 362,880 different, regular combustion sequences. Among them, the present invention relates to the six combustion sequences mentioned above, and in these sequences, when the angle of rotation of the crankshaft between any two successive combustion cylinders is 36 °, The external X-type guide force moment and the free moment of the fourth order are both zero. Moreover, all free moments of orders greater than the first order are all zero.

특정의 기관 설비에 특별한 문제점이 있다면 연소 시퀀스를 이용하여 진동의 패턴을 미세 조정하는 것도 가능한데, 이것은 연속적으로 연소되는 실린더의 적어도 일부의 연소 사이에서 크랭크샤프트의 회전 각도가 360°/10 과 다르다는 점에서 규칙적이지 않은 것이다.If there is a particular problem with a particular engine installation, it is also possible to fine tune the pattern of vibrations using the combustion sequence, which means that the angle of rotation of the crankshaft differs from 360 ° / 10 between the combustion of at least some of the continuously burned cylinders. It is not regular at.

기관은 콘테이너 선박의 주요 추진 기관인 것이 바람직스럽지만, 예를 들면 제품 운반선 또는 벌크 운반선(bulk carrier)과 같은 다른 유형의 선박에서 주요 추진 기관으로서 사용될 수도 있으며, 발전소에서 있는 고정형의 기관으로서 사용될 수도 있다.The engine is preferably the main propulsion engine of a container ship, but may also be used as the main propulsion engine in other types of vessels, for example product carriers or bulk carriers, or as a stationary engine in a power plant.

2 행정 크로스헤드 내연 기관이 바람직스럽게는 실린더당 적어도 5200 kW 의 최대 파워를 가진다. 실린더마다 그러한 큰 동력을 산출하는 크로스헤드 기관은 상당한 높이를 가지며, 안내 평면의 상단부와 크랭크샤프트의 중심선 사이에는 커다란 수직의 거리가 있다. 이와 관련하여, 짝수 차수의 외부 X 유형 가이드 힘 모멘 트가 제로일 때 유리하다.The two-stroke crosshead internal combustion engine preferably has a maximum power of at least 5200 kW per cylinder. The crosshead engine that produces such a large power per cylinder has a significant height and there is a large vertical distance between the upper end of the guide plane and the centerline of the crankshaft. In this regard, it is advantageous when the even-order outer X-type guide force moment is zero.

본 발명의 구현예들의 예들은 매우 개략적인 도면들을 참조하여 다음에 보다 상세하게 설명될 것이다.Examples of implementations of the invention will be described in more detail below with reference to very schematic drawings.

도 1 은 10 개의 실린더를 가지면서 MC 유형인 대형의 2 행정 크로스헤드 내연 기관을 통한 단면도이다. 본 발명에 따른 기관은 예를 들면 MAN B & W 디이젤 이 제조한 MC 또는 ME 유형의 것일 수 있거나, 또는 Warsila 사가 제조한 Sulzer RT-frex 또는 Sulzer RTA 유형의 것일 수 있다. 실린더들은 예를 들면 50 내지 120 cm 의 범위이고, 바람직스럽게는 80 내지 120 cm 범위이고, 보다 바람직스럽게는 95 내지 120 cm 의 범위인, 108 cm 와 같은 보어(bore)를 가질 수 있다. 기관은 예를 들면 실린더당 3000 내지 8500 kW 의 범위, 바람직스럽게는 4000 내지 8000 kW 의 범위, 적어도 실린더당 5,200 kW 와 같은 동력을 가질 수 있다. 각각의 실린더 (C1-C10)는 그것의 하단부에 배기 공기 포트(2)의 열을 가진 실린더 라이너(liner)(1)와, 실린더의 상부에 위치된 배출 밸브(4)를 가진 실린더 커버(3)를 가진다.1 is a cross-sectional view through a large two-stroke crosshead internal combustion engine of the MC type with ten cylinders. The engine according to the invention may for example be of the MC or ME type manufactured by MAN B & W diesel or of the Sulzer RT-frex or Sulzer RTA type manufactured by Warsila. The cylinders may have a bore, such as 108 cm, for example in the range of 50 to 120 cm, preferably in the range of 80 to 120 cm, more preferably in the range of 95 to 120 cm. The engine may for example have a power in the range of 3000 to 8500 kW per cylinder, preferably in the range of 4000 to 8000 kW and at least 5,200 kW per cylinder. Each cylinder C1-C10 has a cylinder liner 1 with a row of exhaust air ports 2 at its lower end and a cylinder cover 3 with a discharge valve 4 located at the top of the cylinder. )

피스톤(5)은 피스톤 로드(6)상에 장착되는데, 이것은 크로스헤드(7)와 커넥팅 로드(8)를 통해서 크랭크샤프트(10)상의 크랭크 핀(9)과 연결된다. 크랭크샤프트 저널(11)은 대판(bedplate,12) 안에 장착된 주 베어링 안에 위치된다.The piston 5 is mounted on the piston rod 6, which is connected to the crank pin 9 on the crankshaft 10 via the crosshead 7 and the connecting rod 8. The crankshaft journal 11 is located in a main bearing mounted in a bedplate 12.

크로스헤드는 안내 슈우(13)에 의해서 횡방향으로 지지되어 저부로부터 A-프레임(14)의 상부로 수직 방향에서 연장된 안내 평면(22)상에서 미끄러진다. 안내 평면은 기관의 정지 A 프레임(14)에 고정되며, A 프레임은 대판(12)의 상부에 고정 된다. 기반용 볼트(23)는 대판(12)을 기관의 기반부(미도시)에 고정시킨다. 기관의 기반부는 기관이 선박의 주요 추진 기관인 경우에 선박의 선체 일부이거나 또는 기관이 발전소의 고정형 기관인 경우에는 빌딩 구조물의 일부이다. 기관에서 진동에 의해 야기된 외력과 모멘트는 기관의 기반부와, 상부 버팀대가 기관의 고정을 강화하기 위하여 사용된 경우에 벽 또는 선체의 측면과 같은 다른 구조물에도 전달될 수 있다. 실린더 부분(15)은 A-프레임의 상부에 장착된다.The crosshead is laterally supported by the guide shoe 13 and slides on the guide plane 22 extending in the vertical direction from the bottom to the top of the A-frame 14. The guide plane is fixed to the stationary A frame 14 of the trachea, and the A frame is fixed to the top of the base 12. Base bolt 23 secures the base 12 to the base of the engine (not shown). The foundation of the engine is part of the hull of the ship if the engine is the main propulsion engine of the ship or part of the building structure if the engine is a stationary engine of the power plant. External forces and moments caused by vibrations in the engine can also be transmitted to the foundation of the engine and other structures such as walls or sides of the hull when the upper brace is used to strengthen the engine. The cylinder part 15 is mounted on top of the A-frame.

실린더 덮개(3)는 덮개 스터드(cover stud, 16)에 의해서 실린더 부분에 고정된다. 고정용 로드(17)는 실린더 부분으로부터 대판으로 연장되며 이들은 실린더 부분(15)을 대판(12)에 고정시킨다. 각각의 실린더 부분상에 작용하는 4 개의 고정용 로드(17)가 통상적으로 존재하며, 고정용 로드로부터 하방향의 힘들의 합은 실린더 안의 연소실에서 연소에 의해 전개된 최대 압력에 의해 야기되는 실린더 덮개에 대한 상방향의 힘을 초과한다.The cylinder cover 3 is fixed to the cylinder part by a cover stud 16. The fixing rod 17 extends from the cylinder portion to the base plate and they fix the cylinder portion 15 to the base plate 12. There are typically four fixing rods 17 acting on each cylinder part, the sum of the downward forces from the fixing rods being caused by the cylinder cover caused by the maximum pressure developed by the combustion in the combustion chamber in the cylinder. Exceed the upward force for.

배출 개스 도관(18)은 배출 밸브의 부위에서 개별 실린더로부터 연장되어 배출 개스 수용부(19) 안으로 개방된다. 기관은 모든 실린더들에 공통적인 단지 하나의 배출 개스 수용부를 가질 수 있거나, 또는 복수개의 배출 개스 수용부를 가질 수 있다.The discharge gas conduit 18 extends from the individual cylinder at the site of the discharge valve and opens into the discharge gas receiver 19. The engine may have only one discharge gas receptacle common to all cylinders, or may have a plurality of discharge gas receptacles.

터보과급기(20)는 배출 개스 수용부(19)와 연결되어 압축된 공기를 공기 유동 통로(24)와 가능하게는 유입 공기 냉각부(25)를 통하여 배기 공기 시스템(26)으로 전달하는데, 상기 배기 공기 시스템은 배기 공기 수용부(27)와 배기 공기 포트(2)에 있는 유입 공기 챔버(29)로의 유동 통로(28)를 구비한다.The turbocharger 20 is connected to the exhaust gas receiver 19 to deliver compressed air to the exhaust air system 26 through the air flow passage 24 and possibly the inlet air cooler 25, which The exhaust air system has a flow passage 28 to the inlet air chamber 29 at the exhaust air receiver 27 and the exhaust air port 2.

실린더들 사이의 거리(1)는 실린더(C5,C6)들 사이의 거리를 제외하고는 도 2 에 도시된 기관들에서 전체적으로 일정한데, 실린더(C5,C6)들 사이의 거리는 l2=1+l1 이며, 이것은 2 개의 크랭크샤프트 부분이 볼트 결합에 의해 결합되는 경우의 플랜지 연결과 같이, 중간 크랭크샤프트 조인트와 2 개의 주요 베어링들의 존재에 의해 야기된 부가적인 길이(l1)를 실린더(1)들 사이의 통상적인 거리에 더한 것과 같다.The distance 1 between the cylinders is generally constant in the engines shown in FIG. 2 except for the distance between the cylinders C5 and C6, wherein the distance between the cylinders C5 and C6 is l2 = 1 + l1. This is an additional length l1 between cylinders 1 caused by the presence of the intermediate crankshaft joint and the two main bearings, such as a flange connection when two crankshaft parts are joined by bolted coupling. Is equal to the usual distance of.

기관은 예를 들면 ME 또는 flex 유형의 기관과 같이, 연료 펌프와 배기 밸브작동을 위한 캠 샤프트 없이 전자적으로 제어되는 기관일 수 있다. 기관이 캠샤프트를 가지는 전통적인 유형인 경우에, 캠 샤프트는 체인 구동 또는 기어를 통해서 크랭크샤프트로부터 구동될 수 있는데, 이것은 보다 큰 거리(12)로 분리된 실린더들 사이에 적절하게 위치될 수 있거나, 또는 모든 실린더들이 기관 내에서 등간격으로 위치된 경우라면 기관의 단부에 위치될 수 있다.The engine can be an electronically controlled engine without a camshaft for actuating the fuel pump and the exhaust valve, for example an engine of the ME or flex type. If the engine is of the traditional type with a camshaft, the camshaft can be driven from the crankshaft through a chain drive or gear, which can be properly positioned between the cylinders separated by a greater distance 12, Or if all cylinders are located at equal intervals in the engine, they may be located at the end of the engine.

크랭크샤프트는 개별 부분의 중량을 감소시키기 위하여 2 개의 부분들로 나뉘어진다. 이것은 기관의 조립 동안에 대판상으로 크랭크샤프트가 들어올려지는 것을 용이하게 하며 또한 크랭크샤프트의 제조를 용이하게 한다. 조인트에 위치된 실린더들 사이의 거리(12)는 다른 실린더들 사이의 거리(1)보다 크다. 이것은 물론 실린더(C5,C6)가 아닌 다른 실린더들 사이에 크랭크샤프트 조인트를 위치시킬 수 있으며, 들어올리는 용량이 충분히 강력하다면 크랭크샤프트는 크랭크샤프트 전체를 통하여 등간격의 실린더를 가진 단일체로 제작될 수 있다.The crankshaft is divided into two parts to reduce the weight of the individual parts. This facilitates lifting the crankshaft onto the plate during assembly of the engine and also facilitates the manufacture of the crankshaft. The distance 12 between the cylinders located in the joint is greater than the distance 1 between the other cylinders. This can, of course, position the crankshaft joint between cylinders other than cylinders C5 and C6, and if the lifting capacity is strong enough, the crankshaft can be manufactured as a unit with equally spaced cylinders throughout the crankshaft. have.

수직 방향에서 모든 안내 평면(22)은 대판에서 같은 레벨로부터 실린더 부분 (15)의 바로 아래의 같은 레벨로 연장된다. 기관이 주행할 때 안내 슈우(guide shoe)는 기관 프레임의 횡방향으로 배향된 힘을 가지고 안내 평면에 대하여 가압된다. 개별의 안내 슈우에 의하여 관련된 안내 평면상에 야기된 힘의 크기와 방향은 관련된 피스톤이 기관의 사이클 내에 있는 곳에 자연스럽게 의존한다.In the vertical direction all the guide planes 22 extend from the same level in the base plate to the same level just below the cylinder part 15. As the engine runs, the guide shoe is pressed against the guide plane with the transversely oriented force of the engine frame. The magnitude and direction of the force caused by the individual guide shoe on the associated guide plane naturally depends on where the associated piston is in the cycle of the engine.

사이클 내에서 특정 실린더의 위상은 실린더의 연소 각도에 의존한다. 연소 각도의 전체적인 크기는 기관의 연소 시퀀스에 의존한다. 예를 들면, 10 개의 실린더 기관에서 그 어떤 하나의 실린더도 연소 순서를 변화시키지 않으면서 72°이상의 각도로 연소 각도를 변화시킬 수 없는데, 이는 그러한 크기의 각도 변화가 연소 시퀀스의 강제적인 변화를 야기하기 때문이다. 대부분의 실제 경우에 있어서, 특정의 연소 시퀀스에서 그 어떤 주어진 실린더의 연소 각도는, 각각의 연속적인 연소 사이에서 36 °의 규칙적인 연소 시퀀스와 관련된 연소 각도로부터, 최대 20°이상으로 변화되지 않으며, 종종 최대 5°이상으로 변화되지 않거나 또는 0°내지 3°이상으로 이탈되게 변화되지 않는다.The phase of a particular cylinder in a cycle depends on the combustion angle of the cylinder. The overall magnitude of the combustion angle depends on the combustion sequence of the engine. For example, in a 10-cylinder engine, no single cylinder can change the combustion angle to an angle greater than 72 ° without changing the combustion sequence, since such an angular change of magnitude causes a forced change in the combustion sequence. Because. In most practical cases, the combustion angle of any given cylinder in a particular combustion sequence does not vary by more than 20 ° from the combustion angle associated with the regular combustion sequence of 36 ° between each successive combustion, Often it does not change by more than 5 ° at most or does not change away from 0 ° to 3 °.

도 3 은 관련된 안내 평면상에서 안내 슈우로부터 변화하는 수평 방향의 힘에 의하여 안내 평면으로부터 A-프레임(14)으로 야기되는 X 유형의 가이드 힘 모멘트를 도시한다. 선 a 는 크랭크샤프트의 길이 방향 중심축을 나타내고, 선 b 는 안내 평면의 상단부를 통한 수평선을 나타내고, 선 c 는 위의 2 개의 선 사이에서 수직의 거리를 나타낸다. 모멘트는 힘과, 힘을 분리하는 거리를 곱한 것의 결과로서 발생한다. X 유형 안내 힘 모멘트가 외부의 모멘트를 초래하는 정도로, 이들은 기관의 기반부로 전달되어, 선박의 선체와 같은 기반부와 관련된 구조물에 진동을 야 기하고, 따라서 선체의 상부에 건조된 상부 구조물에서도 진동을 야기할 수 있다.3 shows a guide force moment of type X caused by the A-frame 14 from the guide plane by a horizontal force that changes from the guide shoe on the associated guide plane. Line a represents the longitudinal center axis of the crankshaft, line b represents the horizontal line through the upper end of the guide plane and line c represents the vertical distance between the two lines above. The moment occurs as a result of multiplying the force by the distance separating the forces. To the extent that the X type guiding force moments result in external moments, they are transmitted to the foundation of the engine, causing vibrations in structures associated with the foundation, such as the hull of the ship, and thus vibrations in the superstructures built on top of the hull. May cause.

도 4 내지 도 9 는 본 발명에 따른 연소 시퀀스를 도시한다. 대각선상으로 교차하는 선들의 다음에 이루어진 각도상의 표시는 그 어떤 연속적인 연소 각도들 사이의 각도 (연소 간격)가 36°인 규칙적인 연소 시퀀스의 상황에 해당한다. 그러한 규칙적인 연소 시퀀스는 연소가 0°, 36°, 72°, 108°, 144°, 180°, 216°, 252°, 288° 및, 360°에서 발생하게 한다.4 to 9 show a combustion sequence according to the invention. The angular indication made following the diagonally intersecting lines corresponds to the situation of a regular combustion sequence in which the angle (combustion interval) between any successive combustion angles is 36 °. Such regular combustion sequences cause combustion to occur at 0 °, 36 °, 72 °, 108 °, 144 °, 180 °, 216 °, 252 °, 288 °, and 360 °.

도면에 도시된 실제의 연소 시퀀스는 다음과 같다.The actual combustion sequence shown in the figure is as follows.

도 4:1-7-8-2-5-10-4-3-9-6 4: 1-7-8-2-5-10-4-3-9-6

도 5:1-6-9-3-4-10-5-2-8-75: 1-6-9-3-4-10-5-2-8-7

도 6:1-8-7-2-5-10-3-4-9-6Figure 6: 1-8-7-2-5-10-3-4-9-6

도 7:1-6-9-4-3-10-5-2-7-8Figure 7: 1-6-9-4-3-10-5-2-7-8

도 8:1-6-8-4-2-10-5-3-7-98: 1-6-8-4-2-10-5-3-7-9

도 9:1-9-7-3-5-10-2-4-8-6Figure 9: 1-9-7-3-5-10-2-4-8-6

이러한 연소 시퀀스는 위에서 언급된 바와 같이, 규칙적인 연소 시퀀스 및 규칙적이 아닌 연소 시퀀스와 모두 연결되어 이용될 수 있다.Such combustion sequences can be used in conjunction with both regular and non-regular combustion sequences, as mentioned above.

이러한 연소 시퀀스는 상부 구조체가 상부 갑판의 위로 높고 가느다란 구성으로 연장된 콘테이너 선박의 주요 추진 기관으로서 사용된 주요 기관에 특히 관련된다. 가느다란 구성은 예를 들면 상부 갑판 위의 상부 구조물의 높이가 선박의 길이 방향에서 상부 구조물 길이의 2 배 또는 3 배를 초과하는 유형일 수 있다. 예를 들면, 상부 구조물은 23 m 내지 30 m 와 같은, 20 m 내지 35 m 의 범위의 높이와, 6 내지 14 m 범위의 길이, 통상적으로 7 내지 10 m 의 길이를 가질 수 있다. This combustion sequence is particularly relevant to the main engines used as the main propulsion engines of container ships in which the superstructure extends in a tall and slender configuration above the upper deck. The slender configuration may be of a type, for example, in which the height of the superstructure above the upper deck exceeds two or three times the length of the superstructure in the longitudinal direction of the ship. For example, the superstructure can have a height in the range of 20 m to 35 m, such as 23 m to 30 m, and a length in the range of 6 to 14 m, typically 7 to 10 m.

도 10 은 그러한 배를 도시하는데, 여기에서 선체는 30 으로 표시되고 상부 구조물은 31 로 표시되어 있다. 상부 구조물은 기관 케이싱으로부터 분리되는데, 이것은 굴뚝(32)으로 상방향 연장된다. 상부 구조물(31)은 진동에 민감할 수 있는데, 특히 상부 구조물이 높거나 또는 짧은 길이일 때 그러하다. 선체(30)의 위에서, 도 10 은 3 개의 교점(node, 41)를 가지는 진동 모드(40)와, 4 개의 교점(51)을 가지는 진동 모드(50)를 도시한다.10 shows such a ship, where the hull is indicated by 30 and the superstructure is indicated by 31. The superstructure is separated from the engine casing, which extends upwardly into the chimney 32. The superstructure 31 may be sensitive to vibrations, especially when the superstructure is high or short in length. On top of the hull 30, FIG. 10 shows a vibration mode 40 with three nodes 41, and a vibration mode 50 with four nodes 51.

도 11 은 출원인이 제조한 10K98MC 기관에 관한 다이아그램이다. 기관은 94 rpm 의 속도에서 57,200 kW 의 동력을 산출하는데, 이것은 실린더당 5,720 kW 에 해당한다. 최대 연속 속도는 94 rpm 에서이다. 공인된 구성을 위해서 계산에 사용된 값은 IACS 에 따라서 다음과 같다. sigb=550Mpa, sigax=10.29 Mpa, K=0.930, betab = betaq = betat=0.0, alfab= 1.744, alfat=1.744, SIGA=30MPa, l1=466 mm, B=1600mm, W=492,00 mm, rh=65,0mm, rg=18,0mm, rulb=1,2, rult=1,0mm, D=1062mm, DBH=531mm, DG=1062mm, 그리고 DBG=150 mm 이다. 이러한 값들과 도 4 에 도시된 연소 시퀀스 1-7-8-2-5-10-4-3-9-6 를 가지고, 또는 만약 실린더(1)가 기관의 다른 단부로부터 계산된다면 도 5 에 도시된 시퀀스를 가지고 진동 응답이 도 11 에 도시되어 있다. 곡선은 최대 허용 가능 진동에 대한 요건의 아래에 있는 것으로 나타나는데, 이것은 Y 축상에서 부하 1.0을 통한 수평선에 의해서 표시된다. 연소 시퀀스 1-7-8-2-5-10-4-3-9-6 은 결국 수용 가능하다.11 is a diagram of a 10K98MC engine manufactured by Applicant. The engine produces 57,200 kW of power at 94 rpm, which corresponds to 5,720 kW per cylinder. Maximum continuous speed is at 94 rpm. The values used in the calculations for the accredited configuration are as follows according to IACS. sigb = 550Mpa, sigax = 10.29 Mpa, K = 0.930, betab = betaq = betat = 0.0, alfab = 1.744, alfat = 1.744, SIGA = 30MPa, l1 = 466 mm, B = 1600mm, W = 492,00 mm, rh = 65,0mm, rg = 18,0mm, rulb = 1,2, rult = 1,0mm, D = 1062mm, DBH = 531mm, DG = 1062mm, and DBG = 150 mm. With these values and the combustion sequence 1-7-8-2-5-10-4-3-9-6 shown in FIG. 4, or if the cylinder 1 is calculated from the other end of the engine With the sequence shown, the vibration response is shown in FIG. The curve appears to be below the requirement for the maximum allowable vibration, which is indicated by the horizontal line through the load 1.0 on the Y axis. The combustion sequence 1-7-8-2-5-10-4-3-9-6 is eventually acceptable.

불규칙적인 연소 시퀀스, 즉, 몇 개의 연속적으로 연소하는 실린더들의 연소 사이의 각도 간격이 36°로부터 이탈된다는 점에서 규칙적이지 아니한 연소 시퀀스를 사용하는 것도 가능하다. 단지 몇 도의 이탈도 기관에서 상이한 진동 패턴을 초래할 수 있다. 그러한 불규칙적인 연소 시퀀스들은 기관의 결과적인 진동 특성의 미세 조정에 유용할 수 있다.It is also possible to use an irregular combustion sequence, that is, an irregular combustion sequence in that the angular interval between the combustion of several successive combustion cylinders deviates from 36 °. Only a few degrees of departure can result in different vibration patterns in the trachea. Such irregular combustion sequences can be useful for fine tuning the resulting vibrational characteristics of the engine.

특정한 연소 시퀀스의 진동 레벨의 계산은 통상적으로 컴퓨터 프로그램에 의해 전자적으로 수행되는데, 그러한 프로그램은 MAN B&W 디이젤 사가 개발한 PROFIR 프로그램이나, 또는 뉴욕, 위엔의 스프링거-벨라그(Spirnger-Verlag) 사에 의해서 출판된, H. Maass/H. Klier 와 K. E. Hafner/H. Maass 의 "디 베르브렝스크라프트마신"("Die Verbrennungskraftmaschine") 에 개시된 교본 프로그램과 같은 것이다.The calculation of the vibration level of a particular combustion sequence is usually performed electronically by a computer program, which is either a PROFIR program developed by MAN B & W Diesel or by the Spirnger-Verlag Company of Wien, New York. Published, H. Maass / H. Klier and K. E. Hafner / H. Such as the textbook program disclosed in Maass's "Die Verbrennungskraftmaschine".

본 발명에 따른 6 개의 연소 시퀀스에 대하여, 이들은 3 개의 2 중 시퀀스로 그룹을 이룰 수 있는데, 여기에서 각각의 2 중 시퀀스는 실린더들의 번호 매김(numbering)이 기관의 일 단부나 또는 다른 단부에서 시작되는 2 개의 상황을 반영한다. 이러한 2 가지 시퀀스는 사실상 등가의 연소 시퀀스를 가진 기관을 설명한다.For the six combustion sequences according to the invention, they can be grouped into three double sequences, where each double sequence has a numbering of cylinders starting at one or the other end of the engine. Reflects two situations. These two sequences describe engines with virtually equivalent combustion sequences.

본 발명에 따른 3 개의 실제로 상이한 연소 시퀀스에 대하여, 다음의 진동 값들은 도 11 의 다이아그램에 관련된 기관에 대하여 나타낸 것이다.For three actually different combustion sequences according to the invention, the following vibration values are shown for the engine related to the diagram of FIG.

표 1 Table 1

연소시퀀스Combustion sequence 제1차수의 모멘트Moment of first order X 유형 가이드 힘 모멘트 kNmX type guide force moment kNm 제1차수1st order 제3차수3rd order 제5차수5th order 제7차수7th order 제9차수9th order 1-7-8-2-5-10-4-3-9-61-7-8-2-5-10-4-3-9-6 29122912 16071607 33353335 603603 30053005 6464 1-6-9-3-4-10-5-2-8-71-6-9-3-4-10-5-2-8-7 1-8-7-2-5-10-3-4-9-61-8-7-2-5-10-3-4-9-6 30773077 16971697 32853285 20132013 19601960 6767 1-6-9-4-3-10-5-2-7-81-6-9-4-3-10-5-2-7-8 1-6-8-4-2-10-5-3-7-91-6-8-4-2-10-5-3-7-9 38243824 21112111 31753175 34243424 28612861 8484 1-9-7-3-5-10-2-4-8-61-9-7-3-5-10-2-4-8-6

짝수의 진동 차수들에 대하여 kNm 으로 표시된 외부의 X 유형 가이드 힘 모멘트는 제로이다.The external X type guide force moment, denoted kNm, for even vibration orders is zero.

제 1 차수 보다 높은 차수의 외부 (자유) 모멘트는 제로이다.The outer (free) moment of order higher than the first order is zero.

위에 설명된 구현예들에 대하여 수정예를 만드는 것은 첨부된 특허 청구 범위 내에서 가능하다. 실린더들은 기관의 전방 단부를 C1 으로 하고 후방 단부를 C10 으로 하여 번호를 붙일 필요는 없다. 이들은 후방 단부를 C1 으로 하고 전방 단부를 C10 로 하여 똑같이 번호를 붙일 수 있다.It is possible to make modifications to the embodiments described above within the scope of the appended claims. The cylinders need not be numbered with the front end of the engine at C1 and the rear end at C10. They can be numbered equally with the rear end at C1 and the front end at C10.

본 발명은 2 행정 크로스헤드 내연 기관의 진동 특성을 개선한다.The present invention improves the vibration characteristics of a two-stroke crosshead internal combustion engine.

Claims (5)

단일 열로 10 개의 실린더를 가지는 2 행정 크로스헤드 내연 기관으로서, 기관은 기관 실린더(C1-C10)들의 연소 시퀀스(n1-n10)를 가지고, 기관 실린더(C1-C10)의 연소 순서(n1-n10)는 다음의,A two-stroke crosshead internal combustion engine having ten cylinders in a single row, the engine having a combustion sequence (n1-n10) of engine cylinders (C1-C10), and the combustion sequence (n1-n10) of engine cylinders (C1-C10). Of the following, 1-7-8-2-5-10-4-3-9-61-7-8-2-5-10-4-3-9-6 1-6-9-3-4-10-5-2-8-71-6-9-3-4-10-5-2-8-7 1-8-7-2-5-10-3-4-9-61-8-7-2-5-10-3-4-9-6 1-6-9-4-3-10-5-2-7-81-6-9-4-3-10-5-2-7-8 1-6-8-4-2-10-5-3-7-9 또는1-6-8-4-2-10-5-3-7-9 or 1-9-7-3-5-10-2-4-8-6 들중 하나인 것을 특징으로 하는 2 행정 크로스헤드 내연 기관.A two-stroke crosshead internal combustion engine, characterized by one of 1-9-7-3-5-10-2-4-8-6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 실린더(C1)와 실린더(C10)의 연소 각도(α1,α10)는 180°로 이격되고, 실린더(C2)와 실린더(C9)의 연소 각도(α2,α9)는 180°로 이격되고, 실린더(C3)와 실린더(C8)의 연소 각도(α3,α8)는 180°로 이격되고, 실린더(C4)와 실린더(C7)의 연소 각도(α4,α7)는 180°로 이격되고, 실린더(C5)와 실린더(C6)의 연소 각도(α5,α6)는 180°로 이격되는 것을 특징으로 하는 2 행정 크로스헤드 내연 기관.The combustion angles α1 and α10 of the cylinder C1 and the cylinder C10 are spaced apart by 180 °, and the combustion angles α2 and α9 of the cylinder C2 and the cylinder C9 are spaced apart by 180 °. The combustion angles α3 and α8 of C3) and cylinder C8 are spaced apart by 180 °, and the combustion angles α4 and α7 of cylinder C4 and cylinder C7 are spaced apart by 180 ° and cylinder C5 And the combustion angles α5 and α6 of the cylinder C6 are spaced apart by 180 °. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 연소 시퀀스는 그 어떤 2 개의 연속적으로 연소하는 실린더들 사이의 크랭크샤프트의 회전 각도가 36°라는 의미에서 규칙적인 것을 특징으로 하는 2 행정 크로스헤드 내연 기관.The combustion sequence is characterized in that the stroke angle of the crankshaft between any two successive combustion cylinders is regular in the sense that the angle of rotation is 36 °. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 기관은 콘테이너 선박에서 주요 추진 기관인 것을 특징으로 하는 2 행정 크로스헤드 내연 기관.The engine is a two-stroke crosshead internal combustion engine, characterized in that the main propulsion engine in a container ship. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 기관은 적어도 5200 kW 의 실린더당 최대 동력을 가지는 것을 특징으로 하는 2 행정 크로스헤드 내연 기관.The engine has a maximum power per cylinder of at least 5200 kW.
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