KR20140092939A - 왕복 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 왕복 엔진 (2) 에 관한 것이고, 왕복 엔진 (2) 은 엔진 블록 (14), 적어도 하나의 저압 터보 차져 (3) 및 두개의 고압 터보 차져들 (6), 저압 터보 차져(들) (3) 에 의해 가압된 저압 차지 에어를 냉각하기 위한 두개의 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 및 고압 터보 차져들 (6) 에 의해 가압된 고압 차지 에어를 냉각하기 위한 두개의 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 을 포함한다. 브래킷 (12) 은 엔진 블록의 제 1 단부 (17) 에 부착된다. 브래킷 (12) 은 고압 터보 차져들 (6) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 두개의 인접한 고압 챔버들 (16) 을 포함하고, 고압 터보 차져들 (6) 에는 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 이 배열된다. 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 고압 챔버들 (16) 의 양측 상에서의 브래킷 (12) 에 해제 가능하게 부착되는 케이싱들 (19) 에 위치된다.

Description

왕복 엔진{RECIPROCATING ENGINE}
본 발명은 엔진 블록에 부착된 브래킷에 지지되는 저압 터보 차져 및 고압 터보 차져를 포함하는 왕복 엔진에 관한 것이다.
선박들의 메인 엔진 및 보조 엔진들로서 그리고 발전소들에서 채용되는 대형 터보 차징된 왕복 엔진들에서, 수퍼 차징은 처음에 저압 차져에 의해 그리고 그후에 고압 차져에 의해 두개의 스테이지들에서 종종 실행된다. 수퍼 차징 스테이지들 사이에 그리고 고압 차져 후에, 차지 에어는 엔진의 실린더들로 차지 에어를 안내하기 전에 냉각된다. 수퍼 차징은 세개 정도의 개별적인 스테이지들에서 실행될 수 있다. 대형 엔진들에서, 터보 차져들 및 차지 에어 쿨러들은 대형-사이즈이고 그것들은 엔진과의 연결부에 위치되는 것이 어렵다. 그것은 양쪽 실린더 열들이 그 자체의 저압 터보 차져, 고압 터보 차져 및 저압 및 고압 차지 에어 쿨러들을 가질 수 있는 V-엔진들에서 문제점을 갖는다.
WO 2009/147286 에는 V-구성으로 배열된 실린더들을 갖는 왕복 엔진이 개시되어 있다. 엔진은 두개의 스테이지들에서 터보 차징되고 두개의 저압 및 두개의 고압 차지 에어 쿨러들을 포함한다. 터보 차져들은 엔진 블록의 다른 단부에 부착된 브래킷 상에 위치된다. 브래킷은 차지 에어 쿨러들이 나란히 위치된 저압 및 고압 공간들을 포함한다. 차지 에어 쿨러들은 압력 공간들로부터 브래킷 단부를 통해 제공되고 제거될 수 있다. 그러나, 이는 엔진 및 브래킷 단부에서의 자유 공간이 제한된다는 어려움을 가질 수 있다.
본 발명의 목적은 왕복 엔진과의 연결부에 터보 차져들 및 차지 에어 쿨러들을 위치시키기 위한 개선된 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 제 1 항에 설명된 해결책에 의해 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 왕복 엔진은 엔진 블록, 적어도 하나의 저압 터보 차져 및 두개의 고압 터보 차져들, 저압 터보 차져(들) 에 의해 가압된 저압 차지 에어를 냉각하기 위한 두개의 저압 차지 에어 쿨러들 및 고압 터보 차져들에 의해 가압된 고압 차지 에어를 냉각하기 위한 두개의 고압 차지 에어 쿨러들을 포함한다. 브래킷은 엔진 블록의 제 1 단부에 부착되고, 상기 브래킷에는 저압 터보 차져(들) 및 두개의 고압 터보 차져들이 지지된다. 브래킷은 고압 터보 차져들에 의해 가압된 차지 에어를 위한 두개의 인접한 고압 챔버들을 포함하고, 고압 챔버들에는 고압 차지 에어 쿨러들이 배열된다. 추가로, 저압 차지 에어 쿨러들은 고압 챔버들의 양측 상에서의 브래킷에 해제 가능하게 부착되는 케이싱들에 위치된다.
본 발명은 상당한 이점들을 제공한다. 터보 차져들 및 차지 에어 쿨러들은 브래킷에 지지되거나 부착되고, 그로 인해 터보 차져 장비는 엔진과의 연결부에서 용이하게 위치될 수 있다. 구성 요소들 사이에서 연결 채널들이 짧게 제공되어, 터보 차져 장비의 질량을 감소시킬 수 있다. 브래킷의 중력의 중심은 엔진 블록에 가깝게 위치될 수 있고, 이는 터보 차져 장비의 진동 문제점들을 감소시킨다. 그러한 경우에, 터보 차져 장비 및 엔진 양쪽은 보다 양호하고 보다 신뢰성 있게 작동한다.
저압 차지 에어 쿨러들은 고압 챔버들의 양측 상에서의 브래킷에 해제 가능하게 부착되는 케이싱들에 위치된다. 따라서, 저압 차지 에어 쿨러들을 갖는 케이싱들은 브래킷으로부터 분리될 수 있고, 그 후에 고압 차지 에어 쿨러들은 엔진의 측들로부터 고압 챔버들로부터 제거될 수 있다. 이는 엔진의 종방향에서 (즉 엔진 단부들에서) 의 자유 공간이 예를 들면 몇몇 선박 설치들에서 제한되는 적용예에서 두개의 스테이지 터보 차징의 사용을 가능하게 한다. 또한 차지 에어로부터 많은 먼지 및 다른 오염물들을 수집하는 저압 차지 에어 쿨러들이 세척 및 점검 (service) 을 위해 브래킷으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 부가적으로, 본 발명은 기존 엔진들이 두개의 스테이지 터보 차징으로 업그레이드될 때 이용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 차지 에어 쿨러들을 갖는 브래킷은 엔진 블록 단부에 부착되고, 엔진 블록 단부로부터 크랭크 샤프트가 돌출한다. 일반적으로 제너레이터 또는 기어 박스는 크랭크 샤프트 단부에 연결되고, 이는 브래킷의 제너레이터/기어 박스 측으로부터 차지 에어 쿨러들을 제거하는 것을 어렵게 만든다. 이러한 실시형태에서 저압 차지 에어 쿨러들을 갖는 케이싱들은 브래킷으로부터 분리될 수 있고, 이후에 고압 차지 에어 쿨러들은 제너레이터/기어 박스와 엔진 블록의 제 1 단부 사이에서 엔진의 측들로부터 고압 챔버들로부터 제거될 수 있다.
다음에, 본 발명은 예시적인 방식으로 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1 은 두개의 스테이지들에서 터보 차징된 왕복 엔진의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 왕복 엔진 및 엔진 블록의 제 1 단부에 부착된 브래킷의 부분적인 측면도를 도시한다.
도 3 은 고압 챔버들의 양측에 부착된 저압 차지 에어 쿨러들을 갖는 도 2 의 브래킷을 도시한다.
도 4 는 저압 차지 에어 쿨러들를 갖지 않는 도 3 의 브래킷을 도시한다.
도 5 는 도 2-도 4 의 브래킷을 도시한다.
도 1 은 두개의 스테이지들에서 터보 차징된 왕복 엔진 (2) 의 개략도이다. 엔진은 예를 들면, 전기를 생산하기 위한 발전소에서 또는 선박의 메인 또는 보조 엔진으로서 사용되는 대형 왕복 엔진이다. 도 1 에서는 여덟개의 실린더들 (10) 들이 도시되지만, 일반적으로 엔진 (2) 은 적어도 14 개의 실린더들, 예를 들면 16-20 개의 실린더들을 포함한다. 실린더들 (10) 은 V-구성으로 배열된다.
엔진 (2) 은 두개의 저압 터보 차져들 (3) 을 포함하고, 그 각각에는 저압 압축기 (4) 및 저압 터빈 (5) 이 제공된다. 엔진 (2) 은 두개의 고압 터보 차져들 (6) 을 추가로 포함하고, 그 각각에는 고압 압축기 (7) 및 고압 터빈 (8) 이 제공된다. 저압 터보 차져들 (3) 은 축방향 타입이고 고압 터보 차져들 (6) 은 방사상 타입이다. 저압 압축기들 (4) 과 고압 압축기들 (7) 사이에, 두개의 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 이 존재하고, 두개의 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 고압 압축기들 (7) 로 차지 에어를 안내하기 전에 저압 압축기들 (4) 에 의해 가압된 차지 에어를 냉각한다. 고압 압축기들 (7) 과 엔진 실린더들 (10) 사이에, 두개의 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 이 존재하고, 두개의 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 실린더들 (10) 로 차지 에어를 안내하기 전에 고압 압축기들 (7) 에 의해 가압된 차지 에어를 냉각한다. 대안적으로, 엔진 (2) 에는 하나의 저압 터보 차져 (3) 및 두개의 고압 터보 차져들 (6) 만이 제공될 수 있다. 또한 이러한 경우에, 엔진 (2) 은 두개의 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 및 두개의 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 을 포함한다.
도 2 는 도 1 의 왕복 엔진의 부분적인 측면도를 도시한다. 엔진 (2) 은 엔진 블록 (14) 및 크랭크 샤프트 (15) 를 포함하고, 크랭크 샤프트 (15) 는 엔진 블록 (14) 에 장착된다. 크랭크 샤프트 (플라이 휠 단부) 의 하나의 단부는 엔진 블록 (14) 의 제 1 단부 (17) 로부터 돌출된다. 기어 박스 또는 제너레이터 (13) 는 크랭크 샤프트 (15) 에 연결된다.
브래킷 (12) 은 엔진 블록 (14) 의 제 1 단부 (17) 에 부착된다. 브래킷 (12) 은 엔진 블록 (14) 의 상단 표면에 지지될 수 있다. 브래킷 (12) 은 크랭크 샤프트 (15) 상에 부착된다. 브래킷 (12) 은 엔진 블록의 제 1 단부 (17) 와 기어 박스/제너레이터 (13) 사이에 배열된다. 브래킷 (12) 은 케이싱일 수 있다. 저압 터보 차져(들) (3) 및 고압 터보 차져들 (6) 은 브래킷 (12) 에 지지되거나 장착된다. 저압 터보 차져들 (3) 은 고압 터보 차져들 (6) 보다 엔진 블록 (14) 에 보다 근접하고 나란히 위치된다. 저압 터보 차져들 (3) 은 엔진 블록 (14) 위에 부분적으로 위치된다.
도 2 의 브래킷은 도 3-도 5 에 상세하게 도시된다. 브래킷 (12) 은 고압 터보 차져들 (6) 에 의해 가압된 차지 에어를 위한 두개의 인접한 고압 챔버들 (16) 를 포함한다. 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 고압 챔버들 (16) 에 배열된다. 고압 챔버들 (16) 은 브래킷 (12) 의 일체형 부분들이다. 고압 챔버들 (16) 은 공통의 분할 벽 (17) 을 가질 수 있다.
저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 케이싱들 (19) 에 위치되고, 케이싱들 (19) 은 고압 챔버들 (16) 의 양측 상에서의 브래킷 (12) 에 해제 가능하게 부착된다. 케이싱들 (19) 은 나사들에 의해 브래킷 (12) 에 부착될 수 있다. 고압 챔버들 (16) 은 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 을 마주보는 측 벽들 (20) 을 포함한다. 측 벽들 (20) 에는 개구들 (21) 이 제공되고, 개구들 (21) 을 통해 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 이 고압 챔버들 (16) 로부터 제거되고 고압 챔버들 (16) 내로 삽입될 수 있다. 고압 챔버들 (16) 은 기어 박스/제너레이터 (13) 를 마주보는 전방 벽들 (22) 을 포함한다. 전방 벽들 (22) 에는 고압 차지 에어를 위한 유입구 연결부들 (23) 이 제공된다. 추가로, 고압 챔버들 (16) 은 엔진 블록 (14) 을 마주보는 후방 벽들 (24) 을 포함한다. 후방 벽들 (24) 에는 고압 차지 에어를 위한 유출구 연결부들 (25) 이 제공된다. 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 의 케이싱들 (19) 에는 저압 차지 에어를 위한 유입구 연결부들 (26) 및 유출구 연결부 (27) 들이 제공된다. 유입구 연결부 (26) 는 케이싱의 후방 벽 상에 위치된다. 유출구 연결부 (27) 는 케이싱의 전방 벽 상에 위치된다.
액체를 냉각하기 위한 유입구 및 유출구 연결부들은 고압 챔버들 (16) 및 케이싱들 (9) 의 바닥 벽들에 배열된다. 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 엔진의 저온 및/또는 고온 냉각 회로에 연결된다. 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 엔진의 저온 냉각 회로에 연결된다.
저압 압축기들 (4) 의 유출구들은 케이싱들 (19) 의 유입구 연결부들 (26) 에 연결된다. 케이싱들의 유출구 연결부들 (27) 는 고압 압축기들 (7) 의 유입구들에 연결된다. 고압 압축기들의 유출구들은 고압 챔버들 (16) 의 유입구 연결부들 (23) 에 연결된다. 고압 챔버들의 유출구 연결부들 (25) 은 실린더들 (10) 에 이르는 유입구 채널들에 연결된다.
저압 차지 에어 쿨러들 (9) 및 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 쿨러 열 (29) 에 배열된다. 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 쿨러 열 (29) 의 중간에 존재하고 중압 및 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 쿨러 열 (29) 의 양 단부들에 존재한다. 쿨러 열 (29) 은 크랭크 샤프트 (15) 의 회전 축선 (28) 에 대해 횡방향으로 배열된다. 쿨러 열 (29) 은 수평으로 배열된다.
엔진 (2) 이 가동될 때, 연소 에어는 저압 압축기들 (4) 로 안내되고, 저압 압축기들 (4) 에 의해 그 압력은 상승된다. 이후에, 저압 차지 에어는 케이싱들 (19) 으로 안내되고, 케이싱들 (19) 에서 저압 차지 에어는 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 에 의해 냉각된다. 냉각된 차지 에어는 케이싱들 (19) 로부터 고압 압축기들 (7) 로 안내되고, 고압 압축기들 (7) 에 의해 차지 에어의 압력은 추가로 상승된다. 이후에, 고압 차지 에어는 고압 챔버들 (16) 로 안내되고 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 에 의해 냉각된다. 냉각된 고압 차지 에어는 고압 챔버들 (16) 로부터 실린더들 (10) 로 안내되어 연소 에어로서 사용된다. 차지 에어는 차지 에어 쿨러들 (9, 11) 로 안내되는 엔진의 냉각수에 의해 냉각된다. 배기 가스는 실린더들 (10) 로부터 고압 터빈들 (8) 을 통해 그리고 그후에 저압 터빈들 (5) 을 통해 안내된다. 고압 터빈 (8) 은 고압 압축기 (7) 를 구동하고 저압 터빈 (5) 은 저압 압축기 (4) 를 구동한다.
고압 챔버들 (16) 로부터 고압 쿨러들 (11) 을 제거하도록, 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 를 갖는 케이싱들 (19) 은 브래킷 (12) 으로부터 분리된다. 이후에, 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 고압 챔버들 (16) 로부터 개구들 (21) 을 통해 제거된다. 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 제 1 단부 (17) 와 기어 박스/제너레이터 (13) 사이의 엔진 (2) 의 측으로부터 제거될 수 있다.
본 발명은 상기로부터 벗어나지 않는 실시형태들을 포함한다.
도면들에 도시된 브래킷 (12) 은 다른 타입들의 엔진들에서도 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 엔진에 하나의 저압 차지 에어 쿨러 및 하나의 고압 차지 에어 쿨러만이 제공되는 경우에, 저압 차지 에어 쿨러는 하나의 고압 챔버에 위치되고 고압 차지 에어 쿨러는 브래킷의 다른 고압 챔버 (16) 에 위치될 수 있다.

Claims (12)

  1. 왕복 엔진 (2) 으로서:
    - 엔진 블록 (14),
    - 적어도 하나의 저압 터보 차져 (3) 및 두개의 고압 터보 차져들 (6),
    - 상기 저압 터보 차져(들) (3) 에 의해 가압된 저압 차지 에어 (charge air) 를 냉각하기 위한 두개의 저압 차지 에어 쿨러들 (9), 및 상기 고압 터보 차져들 (6) 에 의해 가압된 고압 차지 에어를 냉각하기 위한 두개의 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 및
    - 상기 엔진 블록 (14) 의 제 1 단부 (17) 에 부착된 브래킷 (12) 으로서, 상기 브래킷 (12) 에는 상기 저압 터보 차져(들) (3) 및 상기 고압 터보 차져들 (6) 이 지지되고, 상기 브래킷 (12) 은 상기 고압 터보 차져들 (6) 에 의해 가압된 상기 차지 에어를 위한 두개의 인접한 고압 챔버들 (16) 을 포함하고, 상기 고압 챔버들 (16) 에는 상기 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 이 배열된, 상기 브래킷 (12)
    을 포함하고,
    상기 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 상기 고압 챔버들 (16) 의 양측 상에서 상기 브래킷 (12) 에 해제 가능하게 부착된 케이싱들 (19) 에 위치되는, 왕복 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저압 차지 에어 쿨러 (9) 및 상기 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 은 쿨러 열 (row : 29) 로 배열되어, 상기 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 이 상기 쿨러 열 (29) 의 중간에 존재하고 상기 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 이 상기 쿨러 열 (29) 의 양 단부들 상에 존재하는, 왕복 엔진.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 블록 (14) 에 크랭크 샤프트 (15) 가 장착되고, 상기 크랭크 샤프트 (15) 는 상기 엔진 블록 (14) 의 상기 제 1 단부 (17) 로부터 돌출되도록 배열되는, 왕복 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 쿨러 열 (29) 은 상기 크랭크 샤프트 (15) 의 회전 축선 (28) 에 대해 횡방향으로 배열되는, 왕복 엔진.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 챔버들 (16) 은 상기 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 을 마주보는 측 벽들 (20) 을 포함하고, 상기 측 벽들 (20) 에는 개구들 (21) 이 제공되고, 상기 개구들 (21) 을 통해 상기 고압 차지 에어 쿨러들 (11) 이 상기 고압 챔버들 (16) 로부터 제거되거나 상기 고압 챔버들 (16) 내로 삽입될 수 있는, 왕복 엔진.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 챔버들 (16) 의 바닥 벽들에는 액체를 냉각하기 위한 유입구 및 유출구 연결부들이 제공되는, 왕복 엔진.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랭크 샤프트 (15) 에 기어 박스 또는 제너레이터 (13) 가 연결되는, 왕복 엔진.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고압 차지 에어를 위한 유입구 연결부들 (23) 은 상기 고압 챔버들 (16) 의 전방 벽들 (22) 상에 배열되는, 왕복 엔진.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고압 차지 에어를 위한 유출구 연결부들 (25) 은 상기 고압 챔버들 (16) 의 후방 벽들 (24) 상에 배열되는, 왕복 엔진.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    저압 차지 에어를 위한 유입구 연결부들 (26) 은 상기 케이싱들 (19) 의 후방 벽들 상에 배열되는, 왕복 엔진.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    저압 차지 에어를 위한 유출구 연결부들 (27) 은 상기 케이싱들 (19) 의 전방 벽들 상에 배열되는, 왕복 엔진.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱들 (19) 및 저압 차지 에어 쿨러들 (9) 은 상기 제 1 단부 (17) 와 상기 기어 박스/제너레이터 (13) 사이에서 상기 엔진의 상기 측들로부터 제거될 수 있는, 왕복 엔진.
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