SE437543B - Anordning vid forbrenningsmotor med avgasturbindriven spolluftkompressor - Google Patents

Description

8106826-4 Spolluftsaggregatet kan arrangeras och placeras på olika sätt beroende på motorinstallation och storlek, men vid normal belastning har avgaserna ett energiinnehåll som väl täcker behovet för spolluftskompressionen.

För att ytterligare öka effektuttaget av mekaniskt arbete kan man med fördel anordna en till avgasturbinens avloppsände ansluten andra avgasturbin, och uppfinningen kännetecknas av medel för tillförsel av bränsle tilll avgasledningen efter motorns gasutlopp.

Tillsammans med ovannämnda bränsletillförsel kan man även anordna medel för tillförsel av bränsle mellan uppladdningsaggregatets gasturbin och den andra avgastur- binen. _ Den andra avgasturbinens axel kan lämpligen, via en utväxlingsanordning vara ansluten till motorns vevaxel, företrädesvis via på denna monterat svänghjul. Alternativt kan den andra avgasturbinens axel vara inrättad att driva åtminstone någon av motorns hjälpapparater.

Vid ett föredraget arrangemang är uppladdnings- aggregatat anordnat med sin axel vertikalt ansluten till ett antal cylindrar i motorn, varvid medel är inrättade att tillföra bränsle såväl till avloppsledningen från mo- torn som till en brännkammare mellan de tvâ gasturbinerna.

Uppfinningen kommer här nedan att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig. 1 visar en uppladdad motor med en andra avgasturbin lämpad att driva på motorns svänghjul, Fig. 2 i något större skala visar brännkammar-arrangemang- et mellan uppladdningsaggregatet och den andra gas- turbinen i Fig. 1, Fig. B visar en trecylindrig motor med uppladdningsaggre- gat och en andra gasturbin drivande en hjälpapparat, Fig. 4 visar i något större skala brännkammar-arrangemang- et mellan uppladdningsaggregatet och den andra gas- turbinen i Fig. 3, Fig. 5 visar en motor motsvarande den i Fig. 3, men med horisontella axlar i turboaggregatsystemet, 8106826-4 Fig. 6 visar schematiskt turboaggregatsystemet i Fig. 5 uppskuret, Fig. 7 visar en dubbelsnäcka för överledande av gas från aggregatturbinen till den andra avgasturbinen, och Fig. 8 visar ett modifierat arrangemang av rotorenheten.

Fig. 1 visar en uppladdad motor 10, där avgas- och luftledningarna 12, 13 är samlade i ett hölje 11, som innehåller den här icke visade rotorenheten för uppladd- ningsaggregatet. Luftinloppet är betecknat med 15, och till avgasutloppet 14 från höljet är en andra avgasturbín 40 med horisontell axel 41 ansluten.

En tvåstegsväxel 42 och icke visat frihjul för- binder turbinaxeln 41 med en utgående axel 43, som sträck- er sig in i den kåpa 44, som delvis omsluter motorns icke visade svänghjul. En kugghjuls- eller bälttransmission, eventuellt av variabel typ överför överskottsenergin från avgaserna till förbränningsmotorns vevaxel, antydd vid 45.

Man kan öka uppladdningsaggregatturbinens 17 effekt genom tillförsel av bränsle till avgasledningen 12.

Avgaserna innehåller i allmänhet tillräckligt mycket syre för förbränning av ytterligare bränsle och med den rådande höga temperaturen sker en snabb förgasning och antändning.

Man kan tillföra gasformigt eller flytande bräns- le, men kan även arbeta med fast bränsle i pulverform, eventuellt uppslammat i vätska eller i gelform. Tillförsel- anordningen kan vara av konventionellt slag vid brännare, och antyds på ritningen endast med en rörledning 46.

På ett likartat sätt kan man vid behov, alterna- tivt eller tillsammans med den ovan berörda tillsatsför- bränningen, ordna med bränsletillskott till den andra gas- turbinen 40.

Fig. 2 visar mer i detalj en brännkammare 47 an- ordnad i anslutning till avloppet från höljet 11. Bränn- kammaren är inrättad för reverserat flöde, vilket ger ökad längd på gasvägen och förbättrar förgasning av det nya bränsle, som via en ledning 48 tillförs genom med rotations- organ försedd brännare 49 vid nedre ändan av brännkammaren.

Brännkammaren utformas lämpligen med konisk diffusor som 8106826-4 resulterar i hastighetsreduktion. Tändning säkerställs ge- nom tändstift 50, eventuellt i anslutning till flamhållare 51.

Fig. 3 visar en trecylindrig motor 55» försedd med uppladdningsaggregatet monterat i ett hölje 11, av sam- ma typ som beskrivits ovan. En kåpa 56 innehåller transmis- sioner till hjälpapparater. En andra avgasturbin #0 är även här ansluten till avloppet 1ü från höljet 11, och kan driva en elgenerator eller en hydraulpump för laddning av en ackumulator, t.ex. av svänghjulstyp 59 för s.k. hybriddrift. Även här finns rörledning 46 för tillförsel av bränsle till avgasledningen 1ü. En efterbrännkammare 58 (se Fig. Ä) med flamhållare för förbränning av genom en ledning 48 tillfört bränsle är anordnad i anslutning till avloppet från höljet 11.

Avgasturbinen 17 och den andra gasturbinen Ä0 kan förses med vridbara ledskenor och/eller by-pass-arrangemang för förhöjd verkningsgrad eller ökat effektuttag, resp. större flexibilitet. Turboaggregat av turbintyp är i de flesta fall att föredra, men man kan även använda rotorer av deplacementstyp, t.ex. av vingtyp.

Fig. 5 visar en motor 60 av samma slag som den i Fig. 3 och utrustad med turboaggregat 61, 62 och andra av- gasturbin 63, vilka emellertid här anordnats med sina axlar horisontellt. I övrigt används samma hänvisningsbeteckning- ar som i Fig. 3.

Aggregatets uppbyggnad framgår bättre av Fig. 6.

Kompressorn 61 och den denna drivande avgasturbinen 62 är båda av radiell typ, där den senare är inrättad för inåt- riktad strömming. Den andra avgasturbinen 63 är av liknande typ.

Avloppet från aggregatturbinen 62 passerar via en axiell kanal och en dubbelsnäcka 64 - se Fig. 7 - till den andra avgasturbinen 63. Dubbelsnäckans båda kamrar 65, 66 är så formade att man får ett smidigt gasflöde med naturlig diffusorverkan.

Endera eller båda väggarna vid övergången mellan dubbelsnäckans båda kamrar kan utföras med rörlig läpp 67 8106-826-4 som medger justering av flödespassagens storlek.

En brännkammare 68 är här inlagd mellan avgas- lådan lh och aggregatturbinen 62, så att även dennas effekt kan höjas. Kompressorn 61 kan förses med rörliga ledskovlar 69a, b, vid inlopp och/eller utlopp, och båda turbinerna 62 och 63 är försedda med inloppsledskovlar 69c, d.

Fig. 8 visar en vidareutveckling av aggregatet enligt Fig. 6. ' Motorn 70 är av samma slag som tidigare och är försedd med en luftkompressor 71, som drivs av en första avgasturbinrotor 72. Ytterligare finns en andra och entred- je turbinrotor 73 och 74 anordnade i serie efter den första.

Turbinrotorerna 73 och 7Ä är belägna i samma plan, och gas- överledning mellan dem sker via en dubbelsnäcka 75 av samma slag som den som visas i Fig. 7.

En växel 76 av planettyp förbinder andra och tredje turbinrotorernas 73, 7Å axlar. Utgående axel 76 kan driva hjälpapparater, eller sammankopplas med utgående drivaxel 77. Motorn är här utformad med alternativt kraft- uttag 77a (streckat).

En hjälpaxel 78 gör det möjligt att överföra ef- fekt båda vägar mellan den för kompressor 71 och första turbinrotor 72 gemensamma axeln och växeln. En brännkamma- re 79 är ansluten mellan avgaslådan 13 och den första tur- binrotorn 72. Rörliga ledskovlar 80a, b, c, d, finns här vid inloppet till kompressorn samt vid inloppen till de tre turbinrotorerna.

Då avgasledningar, brännkammare och turbinsystem i stor utsträckning tillverkas av keramiskt material, blir livslängden mycket stor, och komponenterna varar motorns driftstid ut. Detta medför mycket god drifts- och service- ekonomi. Luftlagrade rotorers lagersystem fordrar ej heller något underhåll.

Det keramiska materialet har en specifik vikt av cirka 1/3 av det för stålmaterial, vilket gör konstruktio- nen mycket lätt. På grund av den höga specifika effekten som kan uppnås, kommer motoranläggningens dimensioner att bli små. Avgasturbinerna blir endast ungefär hälften så IDCDCÄR šgzflällfipir -Ä 8106826-4 stora som vid dagens installationer.

Vid en Otto-motor anordnas lämpligen s.k. knack- ningskontrollorgan, som känner eventuella ändringari.tryc- ket icylindern och som vid turboladdning påverkar en ventil i by-pass-ledning. Motorn kan då ständigt fås att arbeta vid så högt BMEP som möjligt, utan knackning. Detta erbju- der även en automatisk anpassning till bränslen med olika oktantal och/eller kvantitet.

Vatteninsprutning kan även tillämpas, varvid vattnet lämpligen för erhållande av maximal finfördelning tillförs genom dysa före uppladdningsaggregatets kompres- sor.

Turbinrotorer av keramiskt material är väl lämpa- de att ta hand om gaser erhållna vid förbränning av fast bränsle, t.ex. kolpulver.

Uppfinningen är icke begränsad till de visade ut- föringsformerna, utan utformning och placering av ingående komponenter kan varieras på många sätt inom ramen för ef- terföljande patentkrav. Det är underförstått att den andra turbinen mycket väl kan vara ansluten.till avloppen från två eller flera spolluftkompressordrivande turbiner vid samma motor.

Claims (5)

8106826-4 PATENTKRAV

1. Anordning vid förbränningsmotor med avgastur- bindríven spolluftkompressor och en till avgasturbínens (17, 62, 72) avloppsände ansluten andra avgasturbin (HO, 63, 7,2), k a n n e t e e k n a d av medel (un) för tillförsel av bränsle till avgasledningen (12) efter motorns gasutlopp.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d av medel (#8) för tillförsel av bränsle mel- lan uppladdningsaggregatets gasturbin (17) och den andra av- gasturbinen (#0).

3. Anordning enligt något av patentkraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den andra avgastur- binens (#0) axel, via en utväxlingsanordníng (H2) är anslu- ten till motorns vevaxel (Ä5), företrädesvis via på denna monterat svänghjul.

H. Anordning enligt något av patentkraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den andra avgastur- binens (RO) axel är inrättad att driva åtminstone någon av motorns hjälpapparater (47).

5. Anordning enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att uppladdnings- aggregatet (17, 18) är anordnat med sin axel vertikalt och ansluten till ett antal cylindrar i motorn, varvid medel (46, M8) är inrättade att tillföra bränsle såväl till av- loppsledningen (12) från motorn som till en brännkammare (M7, 58) mellan de två gasturbinerna. WW Qnz-lzz-*ïft ---J