NO152061B - Tandemmaskin med motstaaende frie stempler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører tandemmaskiner med motstående frie stempler som omfatter minst to grupper drivstempler-sylindre som er plassert parallelt ved siden av hverandre, og minst to kompressorelementer hvor hver av drivstempel-sylindergruppene omfatter to sylindre på linje, hvor der i hver arbeider to motstående drivstempler, og hvor de ytre drivstempler i hver gruppe er knyttet til kompressorstemplene ved hjelp av ytre tverrstenger som er festet til dem ved hjelp av et forbindelseselement slik at det på denne måten dannes et ytre bevegelsessystem, mens de to indre drivstempler i hver gruppe er festet seg imellom og til de andre kompressorstemplene ved hjelp av en indre tverrstang for på denne måte å danne et indre bevegelig system.

I disse maskiner utsettes det ytre bevegelige system for langs-gående vibrasjoner som skapes av oversvingninger fra periodiske belastninger og likeledes bøyningsvibrasjoner som skapes av dissymmetri i gangen hos drivstempelsylindergruppene, hvor disse dissymmetrier særlig skyldes forskjeller i forbrenningshastighet, forbrenningsutbredelse, i injektorenes tilstand etc.

En av de parametre som mest ugunstig påvirker amplituden i disse vibrasjoner, er lengden på hevearmen som kompressorstempelsteng-ene er knyttet til de nevnte ytre tverrdeler (tverrstenger) med.

Oppfinnelsen vedrører spesielt tilveiebringelse av en forkortning av disse hevarmer og følgelig en reduksjon i de forannevnte vibrasjonsamplituder.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en tandemmaskin av den innledningsvis nevnte type og denne maskin karakteriseres ved at kompressorstemplene som tilhører det ytre bevegelses-system er plassert på utsiden av tverrstykkene i dette systemet, i aksial-retningen, mens drivstemplene og forbindelseselementene som til-hører det ytre bevegelses-system befinner seg på innsiden av de nevnte tverrstykker.

I det tilfelle hvor hver av tverrstengene i det ytre bevegelige system er montert slik at de kan gli, på en stang eller et rør som strekker seg mellom to faste støtter og som befinner seg på hver side av det nevnte stykket, er det foretrukket å feste sylindrene for kompressorstemplene som utgjør en del av dette bevegelsessystem på den ytre støtten av den nevnte stangen eller det nevnte røret.

For å oppnå høy ytelse, er man nødt til å ta med på hver side

av den indre tverrstang fire interne drivstempler som er forskyvbare langs drivsylindrene plassert på toppunktene av et rektangel og to kompressorstempler som glir i indre kompressorsylindre hvor aksene passerer utenfor det nevnte rektangel, det ytre bevegelsessystem omfatter to ytre tverrstenger forbundet ved hjelp av minst en drager som hver bærer fire ytre drivstempler som er forskyvbare i fire av de nevnte drivsylindre og to kompressorstempler som glir i de ytre kompressorsylindre.

Et av de problemer som nå oppstår skriver seg fra forskjellen

i virkelig masse mellom de indre og ytre bevegelsessystemer som det er nødvendig å kompensere ved tilføyelse av masser som frem-bringer store påkjenninger på synkroniseringsinnretningene; et annet problem utgjøres av dimensjonene og massene som tverrstengene når opp til, som overfører store og alternerende belastninger mellom kompressorstemplene og drivstemplene.

Oppfinnelsen skal likeledes i dette tilfelle redusere massen i hvert av systemene ved spesielt å gjøre noe med massen i tverr-stangen som utgjør et viktig element og så langt som mulig å bringe de massene i virkelig likevekt.

For dette formål, passerer aksene i de indre kompressorsylindre gjennom forlengelsen av den lille median i det nevnte rektangel, mens aksene i de ytre kompressorer, plassert utenfor det nevnte rektangel passerer gjennom forlengelsen av den store median av det sistnevnte.

En utførelse av en tandemmskin ifølge oppfinnelsen og varianter er vist i de etterfølgende tegninger. Figur 1 er en skjematisk skisse i lengdesnitt av en maskin som viser konfigurasjonen på flaten. Figur 2 er et tverrsnitt av en maskin som utgjør en variant. Figur 3 som tilsvarer en del av figur 1 viser en annen variant. Figur 4 som tilsvarer figur 2, er et prinsippskjema som viser plasseringen av aksene i drivsylindrene og kompressorsylindrene i ennu en annen variant.

i Maskinen som er vist i figur 1 omfatter to grupper drivstempler-sylindre A og B, men den kan også omfatte et meget større antall grupper drivstempler-sylindre. Hver av gruppen omfatter to drivsylindre på linje 1 og 2. I hver av sylindrene arbeider to motstående drivstempler 3, 4 og 5, 6. Hver av sylindrene er omgitt ; av rør for skylling og utblåsing som står i forbindelse med rom-met som begrenses av stemplene som bare er vist meget skjematisk for en av sylindrene 1.

Maskinen omfatter videre åtte kompressorsylindre 7, 8, 9, 10, 11, i 12, 13, 14 hvor kompressorstempler 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 og 22 arbeider. Kompressorsylindrene er fortrinnsvis plassert slik

at kompressorstemplene er dobbeltvirkende. Sugeventilene og

trykkventilene som befinner seg på de to sidene av kompressorsylindrene er ikke vist i figur 1 idet deres plassering er klassisk.

De bevegelige deler kan betraktes som fordelt mellom det ytre system og det indre system.

De ytre drivstempler 3 og 4 i de to grupper av drivstempler-sylindre A og B og likeledes kompressorstemplene 15, 16, 17 og 18 i de ytre kompressorsylindre 7, 8, 9 og 10 får det ytre bevegelige system til å bevege seg i aksialretningene. For dette formål, er stengene i driv- og kompressorstemplene festet til de ytre tverrstenger 23 og 24 som er forbundet ved hjelp av stenger eller dragere 25 og 26. Tverrstykkene 23 og 24 er montert slik at de kan gli på stenger eller rør 27 og 28 som er festet på hver side til faste støtter 29, 30 og 31, 32 som ut-gjør en del av maskinens ramme. I en variant er hvert av stykkene 2 3 og 2 4 festet til et korresponderende rør eller stangstykke som glir i to lagre festet til maskinens ramme, hver plassert på en side av stykket.

Ifølge oppfinnelsen og for å redusere den radiale lengde av de ytre, tversgående stykker 2 3 og 24, er kompressorelementene i det ytre bevegelsessystem plassert på utsiden av stykkene 23 og 24, mens de ytre bevegelsesstempler 3 og 6 i det samme bevegelsessystem og forbindelsesstengene 25 og 26 befinner seg mellom tverrstykkene 23 og 24, d.v.s. på innsiden av disse stykkene.

Reduksjonen av masse i de bevegelige deler som tillater å oppnå denne plassering har flere årsaker som skal nevnes kort. Man skal først erindre at kreftene påføres og må tilsvare de til-latelige utmatningsspenninger i metaller som utgjør stykkene i det bevegelige system. Disse spenninger vil, for gitte krefter, variere som en funksjon av dimensjonene av tverrstykkene 23 og 24 og lengden på hevarmen som påføres, i forhold til senteret i tverrstykkene, de forskjellige kreftene som utøves (av motorene, kompressorene og dragerne), og ved å plassere kompressorsylindrene når aksen (dette er mulig siden det er tilstrekkelig å etter-late det nødvendige radialrom til rammen 29), reduseres hevearmen, og derved belastningene for tilsvarende krefter og således tverrsnittet som tverrstykket må få. Videre vil en liten radial-utstrekning åpenbart tilsvare en meget mindre masse og en mindre følsomhet overfor vibrasjoner. En reduksjon i massen er videre meget fordelaktig siden den tillater å øke antallet slag pr. tidsenhet og således maskinens ytelse (som er et produkt av ener-gien som frembringes pr. syklus og antall sykler pr. tidsenhet).

Fortrinnsvis er kompressorsylindrene 7, 8 og 9, 10 hvor kompressorstemplene 15, 16, 17 og 18 arbeider og som tilhører det ytre bevegelsessystem, henholdsvis festet til deler 29 og 31 i maskinens ramme, hvor likeledes er de ytre endene av stengene eller rørene 27 og 28.

Det indre bevegelsessystem omfatter de indre drivstempler 4 og

5 i gruppene av drivstempler-sylindre A og B og likeledes kompressorstemplene 19, 20, 21 og 22. Stengene i alle disse drivstemplene og kompressorstemplene er festet til en indre tverrstang 33 hvor det er laget åpninger 34 og 35 for fri gjennomfør-ing av dragerne 25 og 26 i det ytre bevegelsessystem. Kompressorsylindrene 11, 12, 13 og 14 hvor kompressorstemplene 19, 20, 21

og 22 arbeider, er fortrinnsvis festet til utsiden av delen 36

av rammen på innsiden av hvilken befinner seg gruppene av drivstemplersylindrene.

På denne måten får tverrstykket 33 i det indre bevegelsessystem en radial lengde som er større enn på tverrstykkene 23 og 24 i det ytre bevegelsessystem. I virkeligheten er den minimale avstanden mellom de indre kompressorer og aksen bestemt av omfanget av skylle- og utblåsningsrørene for drivsylindrene.

I tillegg til den fordel som allerede er nevnt ved oppfinnelsen og som består i forkortning av tverrstykkene 23 og 24 i det ytre bevegelsessystem og i reduksjonen av massen i disse tverrstykkene, har oppfinnelsen andre fordeler. At sugeslangene for kompressorsylindrene således er godt adskilt for hver sugefase tillater å dimensjonere dem bedre for å forenkle og lette montering og demontering. Denne letthet ved monteringen og demonteringen er alltid viktig for ventilholdeplatene i kompressorsylindrene. Videre er injektorene i drivsylindrene likeledes lett tilgjeng-elig og følgelig lette å demontere. Videre kan luften som komp-rimeres av de ytre kompressorer 7, 8, 9 og 10 avkjøles hver for seg under meget gode betingelser. Videre vil det ytre av rammen som omslutter gruppene av drivstempler-sylindrene og hvor bare kompressorsylindrene i det indre drivsystem er montert, gi plass for installasjon av styringsinnretninger for innsprøytning som kan være i nærheten av injektorene.

Varianten som er vist i figur 2, hvor de delene som tilsvarer

de som er vist i figur 1 har det samme referansetall, omfatter fire grupper av drivstempler-sylindre; i denne figurene er skjematisk vist den radiale utstrekning av rørene for skylling og utblåsning 37 for motorene. Man ser at de indre kompressorer 14 som støter an mot rammen 36 ikke kan være nærmere aksen enn det er på figur 2 hovedsakelig på grunn av skyllings- og utblåsnings-rørene som omslutter drivsylindrene 2.

Varianten i figur 3 hvor de deler som tilsvarer de som er vist i figur 1 har det samme referansetall, skiller seg fra maskinen i figur 1 ved at det ytre system bare har to kompressorstempler 38 hvor dette er vist. Hvert av stemplene 38 plassert i maskinens akse, forskyver seg i en kompressorsylinder 39. Stemplene 38 er, i den utførelse som er vist i figur 3, plassert på stenger 40

som er festet til tverrstykkene 33 plassert i forlengelse av en radial drager 41 som erstatter dragerne 25 og 26 i figur 1. Stengene 40 kan bestå av forlengelse av drageren 41 hvortil tverr-stenene 23 er festet.

I den utførelse som er vist i figur 3, strekker stangen 40 seg forbi stemplet 38 og kan således støttes av styrte lågere 42 plassert på hver side av sylinderen 39. Den aksiale drager 41 er på sin side styrt av to lagre 43 plassert i nærheten av tverrstykkene og hvorav et er synlig på figur 3. Tverrstykkene 2 3 kan således enten være styrt bare av aksialdrageren 41 og av stengene 40 som de er plassert på og gli i de styrte lagrene 43 og 42, eller videre være styrt ved glidning i et antall par av stenger eller faste rør 44 som er plassert symmetrisk som antyd-et ved de stiplede linjer i figur 3. Stengene 44 kan likeledes styre tverrstykket 33.

I den varianten som er vist i figur 4, hvor deler som tilsvarer de som er vist i figur 1 har de samme referansetall, er det indre tverrstykket 33 som, på grunn av de påkjenninger den utsettes for, vanligvis tildannet av et enkelt smidd stykke, festet til et aksialrør 45 for styring som bæres av lageret (ikke vist) som er skilt fra hverandre med en avstand som minst tilsvarer tre ganger rørets diameter og festet til rammen. Tverrstykket 33

er utstyrt med to, motstående, horisontale armer festet til stempelstengene i de indre kompressorsylindre 11-14. To fortyk-ninger i tverrstykket er festet til stengene på de åtte stempler til de indre drivsylindre.

Det ytre bevegelige system omfatter to ytre tverrstykker 23,

hvis omfang kan gjøres meget mindre enn omfanget på det sentrale tverrstykket 33, noe som har flere fordeler. På den annen side får man på denne måten en tendens til å bringe massene i de indre og ytre systemer i likevekt på en iboende måte. På den annen side vil spenningene som de ytre tverrstykker utsettes for i vesentlig grad reduseres, spesielt i drivfasen, siden belastningene med motsatte tegn overføres av de ytre drivstempelstenger og dragerne 25 og 26 for forbindelse mellom tverrstykkene 23, plassert like ut for stempelstengene i kompressorsylindrene 7, 10 og 8 og 9. Denne plassering av dragerne gjør det mulig å plassere dem utenfor det sentrale stykket 33. Det er følgelig mulig å fremstille dem i et stykke og å få en relativt lett demontering av tverrstykket 33.

Plasseringen av de ytre og sentrale tverrstykker som nå skal be-skrives gir en viktig fordel i forhold til plasseringen hvor man plasserer aksene på de indre og ytre kompressorer i samme plan (figur 2).

Dette fortrinn kommer til syne når man husker at aksene i drivsylindrene 1 og 2 bør plasseres i hjørnene i et rektangel for på samme tid å forene den maksimale nærhet og nødvendigheten av å få tilgang til injektorene som er plassert i midtringene i drivsylindrene. Ved å benytte plasseringen som er vist i figur 4, reduseres omfanget av de ytre tverrstykker noe som tillater å redusere massen på to måter: på den ene side er plandimensjon-ene små; på den annen side reduseres likeledes kraftmomentene.

Man oppnår således på en iboende måte å bringe massene i de indre og ytre systemer i likevekt.

Tverrstykkene kan være utstyrt med styreinnretninger. Den første løsning består i å utstyre dem med lågere som glir på faste styre-rør. Men for en installasjon med stor ytelse, kan det være en fordel å la styreinnretningen bestå av en eller flere rør festet til tverrstykket og som forskyver seg i faste lagre hvor avstanden minst tilsvarer fire ganger rørets diameter. Selv om denne løsning øker massen i de bevegelige systemer noe, har den på den annen side den fordel at den unngår ethvert lagerleie, pakning og tilførsel av smøreolje og ved at den gjør de bevegelige systemer i stort sett symmetrisk i forhold til lengdeaksen i maskinen.

Også andre varianter er mulig. Det er på en slik måte at en tandemmaskin som er blitt beskrevet kan arbeide,enten som kompres-sor hvor komprimert luft i kompressorsylindrene føres til omgivel-sene, eller, og fortrinnsvis, som en autogenerator for gass under trykk hvor minst størstedelen av den komprimerte luft i kompressorsylindrene virker til skylling og ekstra mating av drivsylindrene hvor forbrenningsgass bare ekspanderer ufullstendig, slik at en varm under trykk stående blanding av forbrenningsgass og utskyl-lingsluft kommer ut av uttømmingsventilene i drivsylindrene. slik at denne blanding kan anvendes for å drive en turbin.

Claims (10)

1. Tandemmaskin med motstående frie stempler som omfatter minst to grupper drivstempler-sylindre som er plassert parallelt på siden av hverandre og minst to kompressorelementer hvor hver av gruppene av drivstempler-sylindre (A, B) omfatter to sylindre på linje (1, 2) hvor der i hver arbeider to motstående drivstempler (3, 4 eller 5, 6), hvor de to ytre drivstempler (3, 6) i hver gruppe er knyttet til kompressorstempler (15, 16 og 17', 18) ved hjelp av ytre tverrstykker (23, 24) festet til hverandre ved hjelp av minst et forbindelseselement (25, 26), slik at det på denne måten dannes et ytre bevegelsessystem, mens de to indre drivstempler (4, 5) i hver gruppe er knyttet til hverandre og til de andre kompressorstempler ved hjelp av et indre tverrstykke (33) slik at det på denne måte dannes et indre bevegelsessystem karakterisert ved at kompressorstemplene som tilhører det ytre bevegelsessystem er plassert på utsiden av tverrstykkene (23, 24) i dette systemet, i aksialret-ningen, mens drivstemplene (3, 6) og forbindelseselementene (25, 26) som tilhører det ytre bevegelsessystem befinner seg på innsiden av de nevnte tverrstykker (23, 24).

2. Maskin ifølge krav 1, hvor hver av tverrstykkene i det ytre bevegelsessystem er montert på en slik måte at de kan gli på en stang eller et rør (27, 28) som strekker seg mellom to faste støtter (29, 30 eller 31, 32) som befinner seg på hver side av nevnte tverrstykke, karakterisert ved at støtten (29 eller 31) i den ytre ende av det nevnte rør eller nevnte stang tjener til feste for sylindrene (7, 8 eller 9, 10) hvor kompressorstemplene i det ytre bevegelses-system arbeider.

3. Maskin ifølge krav 1,karakterisert ved at hvert av tverrstykkene i det ytre bevegelsessystem er festet til et stangstykke eller et rørstykke hvor hvert av stykkene glir i to faste lagre (42, 43) som befinner seg på hver side av det nevnte tverrstykke.

4. Maskin ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at kompressorsylindrene (11 til 14) i det ytre bevegelsessystem er montert til rammen (36) som omslutter gruppene av drivstemplersylindrene.

5. Maskin ifølge krav 1, hvor tverrstykkene i det ytre bevegelsessystem er forbundet ved hjelp av en enkel drager (41) som er plassert langs aksen i maskinen, karakterisert ved at den nevnte drager (41) utenfor tverrstykkene er utstyrt med forlengelser (40) for tilkobling til kompressorene (39) plassert i den nevnte akse.

6. Maskin ifølge krav 5,karakterisert ved at de nevnte forlengelser strekker seg utenfor kompressorene i faste styringslagre (42).

7. Maskin ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at de nevnte tverrstykker styres av aksiale dragere som glir i faste styringslagre (42, 43).

8. Maskin ifølge krav 1,karakterisert ved at det ytre bevegelige system omfatter på hver side av sentrale tverrstykker, fire indre drivstempler som er forskyvbare langs drivsylindrene (2) plassert på toppunktene av et rektangel og to kompressorstempler som glir i de indre kompressorsylindrene (11, 12, 13 og 14) hvor aksene passerer utenfor det nevnte rektangel og ved at det ytre bevegelses-system omfatter, feste til hver av de ytre tverrstykker, fire ytre drivstempler som er forskyvbare i drivsylindrene og to kompressorstempler som glir de ytre kompressorsylindrene (7, 10 og 8, 9) og ved at aksene i de indre kompressorsylindrene (11, 14 og 12, 13) går gjennom forlengelsen av den lille median i det nevnte rektangel, mens aksene i de ytre kompressorsylindre (7, 10 og 8, 9) går gjennom forlengelsen av den største median i rektangelet.

9. Maskin ifølge krav 8,karakterisert ved at de ytre tverrstykker styres av to dragere plassert i planet for aksene av de ytre kompressorer og fortrinnsvis like overfor aksene av disse kompressorer.

10. Maskin ifølge krav 8 eller 9, karakterisert v e.d at hvert tverrstykke er utstyrt med styringsinnretninger som består av minst et rør festet til tverrstykket og som forskyver seg i faste lagre hvor avstanden tilsvarer minst fire ganger rørets diameter.