NO153541B - Maskin med multitandem fristempler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører maskiner med multitandem fristempler som omfatter flere par av parallelle motorsylindre hvor hver sylinder inneholder to motstående,

frie motorstempler som er festet til kompressor stempler.

Oppfinnelsen har nærmere bestemt til formål å frem-stille en multitandem-maskin med frie stempler, som omfatter en ramme, et bevegelig indre system som omfatter en'sentral tverrstang som går på tvers av en akse i rammen, og som sty-

res i bevegelsen på en slik måte at den kan forskyve seg med en frem og tilbakegående bevegelse langs den nevnte aksen,

og som på hver side bærer 4 indre motorstempler som er forskyvbare langs motor sylindere som er plassert på toppunktene av et rektangel, som 2 kompressor stempler som glir i- de indre kompressorsylindere,hvor aksene går utenfor det nevnte rektangel, et bevegelig ytre system som omfatter 2 ytre tverrstenger som er forbundet ved hjelp minst en drager og som hver bærer 4 ytre motorstempler som er forskyvbare i 4 av de nevnte motorsylindere og 2 kompressor stempler som glir i de ytre kompressorsylindere, og innretninger for synkroni-sering av den frem og tilbakegående bevegelse av de to systemer .

Av kjent teknikk skal det henvises til FR-PS 1601540 som i fig. 4 til 6 antyder en ramme. Denne ramme er illustrert som en vugge som bærer omhyllingen rundt de ytre kompressorsylindre. Kompressorstemplene i de ytre enheter er i linje med de i den indre enhet og de befinner seg mellom de ytre tverrstenger. Som en konsekvens må de ytre tverrstenger ha det samme tverrspenn som de indre tverrstenger og festestagene som forbinder de ytre tverrstenger går gjennom den indre tverrstang.

Oppfinnelsen har som formål å frembringe en multi-tandemmaskin, hvor rammen har en meget høy stivhet som sikrer en tilfredsstillende styring av systemene, samtdig som man får en enkel montering av sylindrene og spesielt av sylindre som har en stor aksial dimensjon.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse

en maskin med multitandemfristempler som omfatter en ramme, et indre bevegelig system som omfatter en sentral tverrstang, som

står på tvers av rammens akse, og som styres i sin bevegelse på en slik måte at den kan forskyve seg i en frem- og tilbakegående bevegelse langs den nevnte aksen, og som på hver side bærer fire indre motorstempler som kan forskyve seg langs motorsylindrene, som er plassert på toppunktet av et rektangel, og to kompressorstempler som glir i indre kompressorsylindre, hvor aksene passerer utenfor det nevnte rektangel, et ytre bevegelig system som omfatter to ytre tverrstenger, som er forbundet ved hjelp av minst en tverrstang som hver bærer fire ytre motorstempler som kan forskyve seg i fire av de nevnte motorsylindere, og to kompressorstempler som glir i de ytre kompressorsylindere, og innretninger for å synkronisere den frem- og tilbakegående bevegelse av de to systemer, og denne maskin karakteriseres ved at rammen omfatter en sokkel som strekker seg i det vesentlige langs hele maskinen og en toppdel, forbundet ved hjelp minst en enhetlig sentral konstruksjon omfattende en kasse på hvilken de indre kompressorsylindre er festet, idet aksene til de ytre kompressorsylindre befinner seg utenfor nevnte rektangel.

Oppfinnelsen finner en viktig anvendelse i in-stallasjoner for fremstilling av energi, som omfatter en x.askin med frie stempler, en gassturbin som mottar gassen som kommer fra motorsylindrene, og en kompressor som tilfører kompressorsylindrene luft under trykk som er større enn at-mosfæretrykket ved hjelp av en klassisk kjølemaskin. I dette tilfellet kan i virkeligheten hver ramme fremstilles slik at den sammen med sokkelen, toppdelen og et hus som inneholder den, og som begrenser et rom som inneholder den korresponderende, ytre tverrstang, utgjør en matebeholder for de korresponderende ytre kompressorsylindere.

Tverrstengene må være utstyrt med styreinnretriinger.

En første løsning består å utstyre den med lågere som glir

i faste styrere. Men for en inflasjon med høy effekt, er det mer fordelaktig å la styreinnretningene være en eller flere rør festet til tverrstangen, og som forskyver seg i faste lågere, hvor avstanden tilsvarer minst 4 ganger rørdiame-

teren. Selv om denne løsning øker massen på de bevegelige systemer noe, har den interesse ved at den unngår all lager-

foring og tilførsel av smøreolje, og tillater at de bevegelige systemer blir stort sett symmetriske i forhold til lengdeaksen i maskinen.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart ved den etter-følgende beskrivelse av en multitandem-maskin, som er av en spesiell utførelse og som er gitt som et ikke begrensende eksempel. Beskrivelsen henviser til de vedheftede tegninger. - Fig. 1 er et snitt av den venstre del av maskinen. - Fig. 2 er et prinsippskjerna som viser plasseringen av aksene i motorsylindrene og kompressor sylinderen i maskinen i fig. 1 vist i sin helhet. - Fig. 3, 4 og 5 er snitt langs linjene III-III, IV-IV og V-V i fig. 1.

Maskinen som vist i fig. 1 omfatter en ramme, et indre bevegelsessystem og et ytre bevegelsessystem, og likeledes faste ledninger for gassirkulasjon.

Rammen omfatter en sokkel, 10, og et øvre topp-stykke, 11, stort sett med samme lengde forbundet med en in-tern monoblokkstruktur, 12, og to rammer, 13, symmetrisk plassert i forhold til midtplanet, III. Denne konstruksjonen forsterket med de korsformede strukturer, 14, gir sammen en meget stor stivhet.

Rammen bærer ved hjelp av innretninger som vil bli beskrevet i etterfølgende, 4 motorsylindere hvor to,15a og 15b, er vist i fig. 1 på hver side av midtplanet III. Aksen av 4 sylindrene, 15a, 15b, 15c lg 15d, er plassert i hjørnene av et rektangel, 16, som i den utførelse som er vist, er plassert med sin lengste side vertikalt. To indre, dobbeltvirkende kompressor sylindere,17a og 17b, er montert på hver side av den sentrale monoblokkstruktur, 12. Ifølge oppfinnelsen skjærer aksene i disse to sylindrene, 17a og 17b, den lille medianen, 18, i rektangelet 16. Til hver ramme,13, er festet to kompressorsylindere, 18a og 18b, som likeledes er dobbeltvirkende. Aksene i sylindrene 18a og 18b skjærer i den store medianen, 19, i rektangel 18 utenfor dette.

Man beskriver ikke her strukturen på beholderne plassert rundt kompressorene og ventilene, idet disse er

allerede kjent, f.eks. beskrevet i US-PS 3 6G9 571.

Man vil nå i rekkefølge beskrive konstruksjonen

av det indre bevegelige system, og det ytre bevegelige system.

Det indre bevegelige system omfatter en sentral tverrstang, 20, (fig. 3) som, på grunn av kreftene den ut-settes for, vanligvis vil være fremstilt av et enkelt smidd stykke. Tverrstangen, 20, er festet til et aksialt styrerør, 21, som bæres av lågere (ikke vist) som er plassert fra hverandre i en avstand som minst tilsvarer tre ganger rørets diameter og festet til rammen. Tverrstangen er utstyrt med to motstående horisontale armer festet til stempelstengene, 29, i stemplene i de indre kompressorsylindere, 17a og 17b. To utbulinger i tverrstangen er festet til stempelstengene

i de indre motorsylindere, 15a, 15b, 15c og 15d.

Nødvendigheten av smørning av delene som beveger seg i forhold til hverandre, gjør at der fremtrer en oljetåke i sonen i nærheten av tverrstangen, 20. Ifølge oppfinnelsen tillater den sentrale monoblokkstruktur at man unngår store utspredninger og dispersjoner av smøremiddel. For dette byg-ger man opp denne sentralstrukturen med en ramme, 22, og inne i denne er plassert et hus, 23, som omslutter tverrstangen og de aksiale dimmensjoner slik at man får en tilstrekke-lig klaring. Rammen er åpenbart utstyrt med gjennomføringer for stengene, 29, som forbinder tverrstangen med stemplene. Denne rammen eller buret kan være utstyrt med lågere for styrere, 21.

På grunn av den store stivhet i buret, 22, er det mulig å feste direkte de indre kompressorer, 17a og 17b, til buret, noe som gjør det mulig å få en forbedret omdreiningssymmetri for de indre kretser.

Det ytre bevegelige system har en symmetrisk konstruksjon i forhold til midtplanet, III. Det omfatter to ytre tverrstenger, 24, (fig. 4), hvor spennvidden kan gjøres meget mindre enn på den sentrale tverrstangen, 20, noe som gir flere fordeler. På den ene side vil man få innebygget en likevekt mellom massene i det indre og det ytre system.

På den annen side vil belastningene på de ytre tverr stengene bli vesentlig redusert, spesielt under drivfasen, mens krefter med motsatt fortegn overføres av stempelstengene i de ytre motorstempler, 25a, 25b, 25c og 25d, og forbindelses-dragerne, 26a, 26b mellom tverrstengene, 24, plassert lodd-rett på stempelstengene i kompressorsylindrene, 18a og 18b. Denne konstruksjonen av dragerne gjør det mulig å føre dem utenfor den sentrale tverrstangen, 20. Det er følgelig mulig å gi dem en monoblokk-konstruksjon, og å få i stand en relativt enkel demontering av tverrstangen 20.

Tverrstengene 24, som tverrstangen 20, er omsluttet av et hus, 27, utstyrt med glidende gjennomføringer som gir gjennomføring for stempelstengene ,og dragerne. De er utstyrt med styrerør, 28, som glir i lågere som ikke er vist. Disse lagrene kan være plassert på huset, 27, eller buret, 30, som omslutter det, og forsterker rammen som bærer kompressorene.

Konstruksjonen av de ytre og den sentrale tverrstang som skal beskrives i det etterfølgende, har vesentlige fordeler i forhold til den første konstruksjonen, som besto i å bringe de indre og ytre kompressorer på linje.

Som antydet ovenfor, er det nødvendig å ha en synkroniseringsinnretning for systemenes bevegelse. På grunn den store forskjell i stivhet mellom de bevegelige systemer (det indre system er monolittisk mens det ytre system er i

to deler bundet sammen med dragere, hvor stivheten er sterkt redusert) bringer synkroniseringsinnretningen til å virke to ganger pr. cyklus ved hjelp av en kort, men intens kraft.

For å absorbere denne kraften, har man en elastisk kopling. Men en for stor elastisitet bør unngås, siden dette kan frembringe vibrasjonsproblemer. Videre må man huske at enhver innretning som kan frembringe vippekrefter på styre-systemet føre til mekaniske tap ved øket gnisning.

Den utførelse som er illustrert for maskinen i-følge oppfinnelsen, omgår disse problemene ved hjelp av en dobbelt synkroniseringsinnretning som har en tendens til å unngå symmetriske belastninger.

Denne innretningen omfatter to tannhjul, 31,

(fig. 4 og 5) plassert i det horisontale midtplan av maskinen.

Hvert hjul, 31, går i Inngrep med to tannstenger, 32 og 33. Tannstengene, 32, er festet til den sentrale tverrstang, 20, mens tverrstengene, 33, er festet til en av de ytre tverrstenger, 24. De to hjulene, 31, er plassert på samme side av det vertikale midtplan i maskinen, for ikke sammen med dragerne, 25, å utgjøre et hyperstatisk system, og de er montert til lågere som har en elastisitet som gjør det mulig å absorbere sjokk.

Festingen av de forskjellige sylindere utføres på en slik måte at man begrenser overheng. Som antydet ovenfor, er de ytre kompressorsylindere, 18a og 18b, festet ved sin indre overflate, i nærheten av tverrstangen. Denne overflate er festet med bolter som likeledes tjener til å holde på plass ventilplatene til den korresponderende rammen, 13. Denne rammen hvor dybden er i nærheten av tykkelsen på tverrstangen, 24, er selv festet mellom sokkelen, 10 og toppdelen, 11. Den er redusert i midten ved en korsformet struktur som beskrives i det etterfølgende.

Stivheten ved systemet kan økes ved å forbinde bunnen av sylinderene 18a og 18b med en plate, 34,( fig. 1).

Det finnes i dette tilfelle et overheng, men de korresponderende krefter er neglisjerbare sammenlignet med de dynamiske krefter,som, er sentrert i forhold til festet for kompressorene.

Festingen av de indre kompressorsylindere, 17a og 17b, reiser et problem som man ikke finner når det dreier seg om de ytre kompressorsylindere 18a og 18b. I virkeligheten er det nødvendig at tilgangen til injektorene- i motor-ene er mulig, og at man kan demontere motorsylindrene uten å gjennomføre store arbeider på forhånd, og fortrinnsvis under \ ett.

'1 Dette resultat oppnås ved hjelp av den interne enhetlige konstruksjon 12. Kompressorsylindrene 17a og 17b er festet ved hjelp av en krave til sidedelene av buret, 22, som for dette formål er utstyrt med en plate med stor tykkelse (f .eks. "40 mm) .

På grunn av denne konstruksjonen, kan kompressorsylindere få en virkelig omdreiningssymmetri når det dreier seg om kjølevannskretsen og den kappe av komprimert luft som driver dem, noe som er meget gunstig når det gjelder å reduse-re termiske spenninger.

Endelig befinner hver av motorsylindrene 15a til 15d seg i hver av hjørnevinklene i korsstrukturen, 14. De kan innføres ved enkel forskyvning og rotasjon i horisontalplanet. De innføres således i sine utskyllingsrør, som på forhånd er festet til den enhetlige konstruksjon. Man sørger fortrinnsvis for at det rundt vannhylsteret i sentralringen i hver motor-sylinder finnes en sadel som letter dette festet.

De mekaniske innretninger som skal beskrives gjør det mulig å komme frem til væskekretser som er spesielt fordelakt-ige, og som gjør det mulig å benytte komplekse termodynamiske prosesser som gir et høyt utbytte.

Man legger fremfor alt merke til at husene, 23 og

27 gjør det mulig å samle opp smørolje fra smøring av lagrene, noe som reduserer forurensning av olje. Oljen samles opp i bunnen av husene 23 og 27, og tømmes ved hjelp av automatiske rensere etter å ha blitt blandet med olje som skriver seg fra motorsylindrene. Slike oljeutløp, 35 og 36, er vist på

fig. 3 og 4.

Sirkulasjonen av kjølevann i motor stemplene fore-, går i det indre av stempelstengene, og ledninger som finnes i tverrstengene. Man ser i fig. 3 at ledninger, 37, fører kjølevann til stemplene og 38 fører returvann. Man finner likeledes i fig. 4 tilførselsledninger, 40, og returledninger 41, for kjølevann til de ytre motorstempler.

Konstruksjonen som skal beskrives i det etterfølg-ende, passer fullstendig for anvendelser i en totrinns prosess, med tilleggsmatning ved hjelp av turbo-blåsere, f.eks. ifølge det skjema som er beskrevet i FR-PS

78 22 158. Denne konstruksjonen benytter det forhold at luft komprimeres direkte og, ført mot en lavtrykks-gass-tur-bin tillagt den nødvendige luft for drift av en turbo-blåser, kan utgjøre ca. halvparten av tilførselen som kommer fra kompressorene. Den benytter likeledes det forhold at for å øke utbyttet, er det fordelaktig å frembringe denne luften med motorenes drivtrykk, noe som gjør det mulig å vinne for den luften som direkte føres til lavtrykksturbinen, tapet ved motorbelastningen. Man kan spesielt benytte en konstruksjon som omfatter fire høytrykkskompressorer og fire lavtrykkskompressorer.

Dette resultat oppnås ved å bevare en enkel for-deling av beholderne, og å regruppere kompressorer av samme type, fire og fire ved hver ende av maskinen; kompressorene 17a, 17b, 18a og 18b plassert til venstre for midtplanet utgjør en første gruppe, som man kan betrakte som høytrykks-kompressorer (HP); de fire kompressorene som er plassert på den andre siden kan betraktes som midlere trykks kompressorer (MP) .

Alle kompressorsylindrene suger inn luft fra kasser som består av buret, 22, og rammene, 13, og kassene mates med luft ved hjelp av en turbo-blåser som ikke er vist.

Kompressorene 18a, 18b, 17a og 17b plassert til venstre for midtplanet, dvs. høytrykkskompressorene, munner ut i høytrykksbeholderne, 43, ved flenser, 44, som er for-skjøvet i forhold til aksen (fig. 1 og 3). Beholderen, 43, er utstyrt med kjøleinnretninger, 45, (fig. 1), og munner ut i spylebeholderne, 46, som i sin tur mater motorsylindrene 15a-d.

Kompressorsylindrene med middels trykk, plassert til høyre for midtplanet, mater en beholder med middels trykk, (ikke vist på fig.). Endel av luften som går inn i beholderen med middels trykk,føres til en luftturbin som trekker turbo-blåseren. Resten av luften blandes med utløps-gass fra motorsylindrene 15a-d, og mater en gassturbin som er koblet til belastning som f.eks. utgjøres av en alterna-tor.

Claims (8)

1. Maskin med multitandem fristempler som omfatter en ramme, et indre bevegelig system som omfatter en sentral tverrstang (2 0), som står på tvers av rammens akse, og som styres i sin bevegelse på en slik måte at den kan forskyve seg i en frem-og tilbakegående bevegelse langs den nevnte aksen, og som på hver side bærer fire indre motorstempler som kan forskyve seg langs motorsylindrene (15a-15d), som er plassert på toppunktet av et rektangel, og to kompressorstempler som glir i indre kompressorsylindere (17a, 17b), hvor aksene passerer utenfor det nevnte rektangel, et ytre bevegelig system som omfatter to ytre tverrstenger (24), som er forbundet ved hjelp av minst en tverrstang (26a, 26b) som hver bærér fire ytre motorstempler som kan forskyve seg i fire av de nevnte motorsylindere, og to kompressorstempler som glir i de ytre kompressorsylindere, (18a, 18b), og innretninger for å synkronisere den frem- og tilbakegående bevegelse av de to systemer, karakterisert ved at rammen omfatter en sokkel (10) som strekker seg i det vesentlige langs hele maskinen og en toppdel (11), forbundet ved hjelp av minst en enhetlig sentral konstruksjon omfattende en kasse på hvilken de indre kompressorsylindere (17a, 17b) er festet idet aksene til de ytre kompressorsylindere befinner seg utenfor nevnte rektangel.

2. Maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at kassen (22) begrenser et rom som utgjør tilførsels-manifolden for luft mellom de indre kompressorsylindere.

3. Maskiner ifølge krav 2, karakterisert ved at kassen omfatter et hus (23) , som inneholder den sentrale tverrstang og som er utstyrt med tette gjennomganger for stengene (2 9) i motorstemplene.

4. Maskiner ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at den omfatter to siderammer (13) til hvilke i enden er festet de ytre kompressorer (18a, 18b), forbundet med respektive korsformede strukturer (14) til den enhetlige sentrale konstruksjon.

5. Maskiner ifølge krav 4, karakterisert ved at hver av. motorsylindrene (15a-15d) er festet i en av hjørnevinklene i den korsformede struktur.

6. Maskiner ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de ytre kompressorstempler er forbundet med dragere (26a,<*> 26b) som passerer utenfor den sentrale tverrstang (20).

7. Maskiner ifølge krav 1, karakterisert ved at hver ramme (13) sammen med sokkelen, toppdelen og huset (27) som den inneholder, og som begrenser et rom som inneholder den korresponderende, ytre tverrstand, utgjør en matebeholder for de korresponderende ytre kompressorsylindere.

8. Maskiner ifølge krav 7, karakterisert' ved at de ytre tverrstenger styres av to dragere (26a, 26b) plassert i planene for aksene til de ytre kompressorer, lodd-rett, på aksene for disse kompressorer (18a, 18b).