Многодвигательная установка Советский патент 1992 года по МПК F02B37/00 B63H21/14 

фигЛ

Изобретение относится к установке, содержащей множество двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом, по меньшей мере один из которых предназначен для работы в резервном режиме в течение существенной части рабочего времени установки при одновременной работе лод нагрузкой других двигателей, причем каждый из двигателей имеет отдельную систему подачи воздуха на зарядку.

Цель изобретения - повышение надежности установки.

На фиг. 1 представлен график, иллюстрирующий зависимость между нагрузкой и давлением наддува (наддувочного воздуха), а также давлением выхлопного газа в дизельном двигателе с трубонаддувом ; на фиг. 2 - схематический вид торца корпуса компрессора турбонагнетателя; на фиг. 3 - компрессорная часть турбонагнетателя, разрез; на фиг. 4 - пример выполнения многодвигательной установки с большим главным двигателем; на фиг. 5 - пример выполнения многодвигательной установки с идентичными двигателями.

На фиг. 1 штрих-пунктирная кривая 1 представляет собой давление наддувочного воздуха Р в милибарах, а сплошная кривая 2 представляет давление Р выхлопного газа. По оси абсцисс отложено значение нагрузки двигателя в процентах. Две кривые пересекаются в точке S при нагрузке около 25 процентов. При нагрузке выше этого значения давление наддува (давление наддувочного воздуха) выше, чем давление выхлопного газа при нагрузке ниже 25 процентов, т.е. в типично резервном диапазоне соотношение давлений меняется. Когда периоды впуска и выпуска цилиндра двигателя перекрываются, выхлопные газы текут назад в систему наддува двигателя воздухом, что приводит к низкотемпературной коррозии и загрязнению воздухопроводов, а на практике невозможна непрерывная резервная работа в пределах этого диапазона нагрузок.

Поэтому в этом режиме необходимо увеличить давление наддува выше давления выхлопного газа. Это достигается перепуском воздуха из системы подачи воздуха двигателя, работающего под нагрузкой, в систему подачи воздуха резервного двигателя.

Перепускаемый воздух может подаваться в любое место системы подачи воздуха резервного двигателя, например через форсуночные отверстия или сопла в корпусе компрессора или в канале между турбонагнетателем и воздухоохладителем, или в ресивере наддувочного воздуха.

Согласно фиг. 2 и 3 по окружности корпуса 3 компрессора равномерно распределены пять форсуночных отверстий 4. Отверстия расположены тангенциально по

отношению к колесу 5, снабженному лопастями 6, и ориентированы в направлении вращения так, что подаваемый воздух наталкивается тангенциально на лопасти, способствуя тем самым вращению колеса

0 компрессора. Нормальная подача воздуха к турбонагнетателю осуществляется через отверстие 7, в то время как дополнительная подача воздуха к отверстиям 4 в корпусе 3 осуществляется через кольцевую камеру 8,

5 выполненную в корпусе.

Многодвигательная установка (фиг. 4) содержит сравнительно большой главный двигатель 9 с турбонаддувом, предназначенный для приведения судна в движение,

0 и три резервных двигателя tO также с турбонаддувом (вспомогательные двигатели), каждый из которых приводит отдельный электрогенератор (не показан). Главный двигатель 9 содержит турбонагнетатель 11

5 с компрессором 12 и турбиной 13. Сжатый воздух подается для наддува двигателя из компрессора 12 через напорный трубопровод 14 к воздухоохладителю 15 и из него через впускной трубопровод 16 к отдельным

0 цилиндрам двигателя 9.

Турбонагнетатель 11 приводится выхлопными газами, являющимися результатом сгорания и подаваемыми через выхлопной ресивер 17 к турбине 13 турбо5 нагнетателя 11.

Каждый из трех вспомогательных двигателей 10 содержит аналогично турбонагнетатель 18, воздухоохладитель 19, впускной трубопровод (ресивер) 20 и выхлопной реси0 вер 21.

Через трубопровод 22 перепуска, ответвляющийся от напорного трубопровода 14 между компрессором 12 и воздухоохладителем 15, система подачи воздуха главного

5 двигателя 9 подключена параллельно с системами подачи воздуха трех вспомогательных двигателей 10. Подключение трубопровода 22 к каждой из систем подачи воздухонаддува осуществлено в корпусе

0 компрессора соответствующего турбонагнетателя 18. Между системой подачи воздуха каждого вспомогательного двигателя и системой подачи воздуха главного двигателя установлен запорный орган, выполнен5 ный в виде клапана 23. Каждый клапан 23 управляется, как показано пунктирными сигнальными линиями 24, давлением в соответствующем ресивере 20 воздуха наддува. На фиг. 5 показана схема многодвигательной установки, имеющей множество

идентичных дизельных двигателей с турбо- наддувом, предназначенных для использования, например, на грузовых судах или в процессе бурения нефтяных скважин.

В дополнение к выполнению обычных транспортных работ, которые требуют наличия только небольшой части максимальной мощности, транспортные суда используют для постановки на якорь плавающих в открытом море платформ и для решения других критических задач, требующих наличия в любой момент дополнительной энергии, что приводит к необходимости непрерывной резервной работы одного или более установленных двигателей.

Поскольку бурение на нефть требует больших мощностей, при определенных критических рабочих условиях возникает потребность в дополнительной энергии для оказания быстрой помощи. Указанное требование наиболее экономично удовлетворяют с помощью одного или более двигателей, работающих в резервном режиме.

Установка, показанная на фиг. 5, содержит четыре двигателя 25, каждый из которых содержит турбонагнетатель 26, воздухоохладитель 27, впускной трубопровод 28 и выхлопной ресивер 29.

Системы наддува всех двигателей 25 подключены параллельно через трубопроводы 30, проходящие между форсуночными отверстиями в корпусах 31 компрессоров соответствующих турбонагнетателей 26. На соответствующих входах в корпуса компрессоров установлены запорные клапаны 32. Упомянутые клапаны предотвращают перегрузку отдельных двигателей и обеспечивают отсутствие каких-либо утечек воздуха через остановленный двигатель. Они управляются (показано пунктирными сигнальными линиями 33) датчиками давления, размещенными в соответствующих трубопроводах 28 так.что любой клапан открывается, когда давление наддува ниже давления выхлопного газа, и закрывается, когда нагрузка двигателя достигается специфической критической границы или когда двигатель останавливается.

Дополнительный выпускной трубопровод 34 соединяет напорный трубопровод каждого турбонагнетателя с общим коллектором. В каждом трубопроводе 34 последовательно установлены обратный 35 и дроссельный 36 клапаны. Обратный клапан

35расположен после дроссельного клапана

36по мере удаления от резервного двигателя и предотвращает утечку газа в направлении стороны сжатия турбонагнетателя. Общий коллектор выполнен в .виде трубопровода 37 перепуска. Согласно фиг. 4 во время нормальной работы судна главный двигатель 9 главным образом используется для привода в движение судна. Во:вторых, 5 главный двигатель может приводить один или более электрогенераторов (не показаны) либо напрямую подключенных к коленчатому валу двигателя 9, либо через паровые турбины, использующие тепло от0 работавших газов двигателя 9. Поскольку вырабатывание электричества главным двигателем является наиболее экономичным, то целесообразно использовать его максимально с тем, чтобы при необходимости все

5 вспомогательные двигатели были под нагрузкой. Соответственно один или более из них будут работать в резервном режиме. Указанный рабочий режим обнаруживается датчиками, расположенными в отдельных

0 ресиверах воздуха наддува, т.е. эти датчики выполняют функции датчиков мгновенного состояния резервного двигателя. Датчики вызывают открытие соответствующего клапана или клапанов 23 и перепуск воздуха

5 под более высоким давлением от системы подачи воздуха главного двигателя в систему подачи воздуха упомянутого вспомогательного двигателя или двигателей через трубопровод 22. Давление наддува во вспо0 могательном двигателе таким образом повышается до величины, больше давления выхлопного газа, тем самым устраняя проблемы, связанные с работой в резервном режиме.

5 В случае, если нагрузка на энергетическую сеть превышает максимальную мощность, которую вырабатывают генераторы, приводимые главным двигателем, например, если главный двигатель не можетудов0 летворить потребность в электричестве, то используют один или более работающие вспомогательные двигатели. Поскольку вспомогательные двигатели уже находятся в резервном режиме, то они включаются

5 так быстро, что всегда удовлетворяется любая экстренная потребность в электричестве, независимо от главного двигателя.

В случае (фиг. 5), если соответствующий турбонагнетатель 26 вырабатывает избы0 точный воздух наддува, трубопровод 34 служит для подачи воздуха в общий коллектор (трубопровод 37), а дроссельный клапан 36 служит для гарантии, что количество перепускаемого от турбонагнетателя воздуха не

5 превышает допустимое значение для безопасной работы соответствующего двигателя,

Для использования избыточного воздуха наддува в максимальной степени зтот воздух отводится между корпусом 31 компрессора и воздухоохладителем 27, где давление и температура воздуха достигают максимальных величин.

Если другой двигатель установки работает, в резервном режиме и его турбонагнета- тел ь, таким образом, требует дополнительного воздуха наддува, соответствующий запорный клапан 32 открыт и избыточный воздух наддува течет непосредственно от коллектора в систему подачи воздуха указанного резервного двигателя.

Поскольку предложенная установка содержит в основном идентичные двигатели, реальная группировка двигателей по отношению к двигателям, работающим под нагрузкой, и резервным двигателям не имеет значения, так как соединение систем наддува всех двигателей обеспечивает такой порядок работы, что имеющийся избыточный воздух от любого из двигателей .работающих под нагрузкой, во время работы поступает к любому нуждающемуся в воздухе резервному двигателю.

Формула изобретения

1. Многодвигательная установка, содержащая автономные двигатели внутреннего сгорания, из которых по меньшей мере один предназначен для работы в резервном режиме в процессе работы другого двигателя под нагрузкой и каждый из которых снабжен турбонагнетателем и напорным трубоп- роводом, связывающим компрессор турбонагнетателя с впускным трубопроводом двигателя для подачи воздуха в цилиндры, трубопровод перепуска воздуха из системы подачи воздуха двигателя, работающего под нагрузкой, в систему подачи воздуха каждого резервного двигателя и органы перекрытия, установленные в стыке трубопровода перепуска с каждым резервным двигателем,отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, каждый орган перекрытия трубопровода установлен с возможностью обеспечения подачи воздуха в открытом положении от двигателя, работающего под нагрузкой, к резервному двигателю и выполнен с управлением отдатчика мгновенного рабочего состояния резервного двигателя,

2.Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что турбонагнетатель резервного двигателя выполнен с форсуночным отверстием в корпусе компрессора и трубопровод перепуска воздуха подключен к этому отверстию.

3.Установка по п. 2, отличающаяся тем, что в напорном трубопроводе двигателя, работающего под нагрузкой, установлен воздухоохладитель и трубопровод перепуска воздуха подключен к воздухонапорному трубопроводу этого двигателя на участке

между воздухоохладителем и компрессором турбонагревателя.

4.Установка по п. 1,отличающаяся тем, что орган перекрытия трубопровода выполнен в виде автоматического запорного

клапана.

5.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый датчик мгновенного состояния резервного двигателя выполнен в виде датчика давления наддува.

6. Установка по п. 1,отличающаяся тем, что трубопровод перепуска воздуха подключен к системе подачи воздуха каждого резервного двигателя через две параллельные ветви, орган перекрытия с

управлением от мгновенного рабочего состояния установлен в одной из ветвей, а вторая ветвь снабжена расположенными последовательно по мере удаления от резервного двигателя дроссельным клапаном

и обратным клапаном, последний из которых установлен с возможностью подачи воздуха в трубопровод перепуска,,

mbar 3600

Изобретение позволяет повысить надежность многодвигательной установки. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 9 предназначен для работы под нагрузкой, а двигатели внутреннего сгорания 10 - для работы в резервном режиме. Каждый из ДВС снабжен турбонагнетателем 11 или 18 и напорным трубопроводом, связывающим компрессор турбонагнетателя с впускным трубопроводом. В стыке трубопровода 22 перепуска с системой подачи воздуха каждого резервного ДВС установлены запорные органы 23 с возможностью подачи воздуха от ДВС, работающего под нагрузкой, к резервному ДВС и выполнены с управлением по линиям 24 от датчика мгновенного рабочего состояния резервного ДВС. 5 з.п. ф-лы. 5 ил. у Ё /4 22 / r-4rf 4rf г. 23 4 Ю О ел о о со

2550

Фиг. 1

Фиг. 2.

75

Ю0%

Фиг.З

w

fc

iiKiyt i

Ц JR/oTV-. i)

JJ U