專利名稱：利用船用大型柴油發(fā)動機廢氣中的剩余能量的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于利用大型柴油發(fā)動機、特別是兩沖程大型柴油 發(fā)動機的廢氣中的剩余能量的系統(tǒng)，所述柴油發(fā)動機裝載在具有船舶電 網(wǎng)的船舶上，其中廢氣首先被輸送給廢氣渦輪增壓器，并且然后在廢氣 渦輪機中繼續(xù)利用，并且其中所述廢氣渦輪機驅(qū)動發(fā)電機。
背景技術(shù)：
船載大型柴油發(fā)動機的廢氣能量經(jīng)常不能通過廢氣渦輪增壓器和/ 或連接在后面的驅(qū)動發(fā)電機的蒸汽渦輪機完全利用。這特別對兩沖程大 型柴油發(fā)動機是這種情況，因為在船舶航行中應(yīng)用的典型參數(shù)經(jīng)常不是 對廢氣利用而言理想的渦輪增壓器數(shù)量。這樣例如有時需要渦輪增壓器
分數(shù)數(shù)量(2.5或3.5)用于對廢氣能量最好地利用。不過因為分數(shù)數(shù)量 的渦輪增壓器是不可能實現(xiàn)的，于是就會達到不必要的增壓率。即在兩 沖程大型柴油發(fā)動機上發(fā)出的剩余的增壓用于驅(qū)動動力渦輪轉(zhuǎn)子。這已 經(jīng)由ABB開關(guān)和控制技術(shù)公司的文獻"Produkt+Praxis" , 1/99期公開。 在此涉及一種向島碼電網(wǎng)供應(yīng)電能的動力渦輪機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，將這種已公開的動力渦輪機結(jié)合在兩沖程大型柴 油發(fā)動機或者其它大型柴油發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中，使得產(chǎn)生的電能以最 優(yōu)的方式提供給船舶電網(wǎng)。在這種情況下特別應(yīng)該考慮這個事實，即在 船舶上存在大的電感消耗器，它對船舶電網(wǎng)產(chǎn)生相對差的cosphi。
該任務(wù)由此解決，即發(fā)電機向船舶的船舶電網(wǎng)中供應(yīng)電能，其中該 發(fā)電機可切換為無功功率機(移相器)。迄今大型船舶通常具有連接在 船舶電網(wǎng)上的單獨的經(jīng)常呈無功功率機的形式的移相器。現(xiàn)在該任務(wù)根 據(jù)本發(fā)明非常有利地采用無論如何都存在于船舶上的發(fā)電機與廢氣渦 輪機相結(jié)合。這樣非常有利地節(jié)約了在船舶上的電機，由此針對大型船 舶的船舶電網(wǎng)的引起顯著的費用下降。
在本發(fā)明的方案中提出，發(fā)電機具有起動機,并且在廢氣渦輪機和發(fā)電機之間布置有變速器和過速離合器，特別是呈sss離合器
(Selbstsynchronisierende Schaltkupplung (自動同步滑動離合器))的形
i,可以使發(fā)電機通過簡單的中間設(shè)備(變速器和sss離合器)直接與 廢氣渦輪機連接，其中通過這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)廢氣渦輪機簡單地起速。 發(fā)電機通過它的起動機沒有反轉(zhuǎn)扭矩地同步于船舶電網(wǎng)并且電連接。然 后廢氣渦輪機的未被調(diào)節(jié)的起速直至達到發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速。如果廢氣渦 輪機沒有被過速離合器結(jié)合，它就會繼續(xù)起速。隨著離合器閉合，有效 功率可以傳達到發(fā)電機上。
在本發(fā)明的另一種方案中有利地提出，發(fā)電機具有特性曲線主導(dǎo)的 電壓調(diào)節(jié)，并且為了產(chǎn)生無功功率，從發(fā)電機特性曲線變換為移相器特 性曲線。由此得到簡單和成本經(jīng)濟的可能性，即使用發(fā)電機作為移相器， 并且在這種情況下達到必需的靜態(tài)。
在本發(fā)明的另一種方案中有利地提出，大型柴油發(fā)動機除了它的主 排氣管還外具有特別是可調(diào)節(jié)流量的通向廢氣渦輪機的旁通排氣管。由 此非常有利地得出這種可能性，即廢氣渦輪機這樣工作，使得負責(zé)大型 柴油發(fā)動機的汽缸的最優(yōu)進氣的廢氣渦輪增壓器不會由于從通到渦輪 增壓器的排氣管中提取剩余能量而受到影響。這樣剩余能量的應(yīng)用可以 在所有工作狀態(tài)下進行，也就是說也包括部分負荷時，而不影響大型柴 油發(fā)動機的發(fā)動機效率。這樣可以有效利用剩余能量，從而明顯提高船 舶驅(qū)動裝置的效率。
在本發(fā)明的另一種方案中提出，廢氣渦輪機、帶有sss離合器的變 速器、可作為移相器工作的發(fā)電機和起動機布置在一個共同的底架上。 通過這種布置可以獲得一種特別成本經(jīng)濟并且也可以輕易地進行后期 裝備的機器總成。利用這種機器總成使得發(fā)電機的自由軸端得以最優(yōu)地 利用，即形成緊湊的廢氣渦輪機發(fā)電機/移相器單元。
在本發(fā)明的另一種方案中提出，發(fā)電機具有換流器，它在輸出側(cè)負 責(zé)船舶電網(wǎng)頻率、船舶電網(wǎng)電壓和產(chǎn)生的電能的相位。由此可以使得發(fā) 電機/移相器無問題地與船舶電網(wǎng)接通和切斷。這樣也可以獲得與船舶電 網(wǎng)的同步工作。
還提出發(fā)電機利用從0.9到1的cosphi工作。


本發(fā)明借助附圖詳細說明，從附圖中和從屬權(quán)利要求中可以得知其 它的根據(jù)本發(fā)明的細節(jié)。
附圖示出
圖1根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖，其處于具有大型柴油發(fā)動機的船 舶上，以及
圖2布置在一個底架上的單個設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
在圖1中利用l標(biāo)記大型柴油發(fā)動機，它一般具有八個或者更多的 汽缸(示出的是八個汽缸)。汽缸的數(shù)量可以為直至十四個。
由大型柴油發(fā)動機1驅(qū)動具有螺旋槳16的螺旋槳軸15,其中對于 現(xiàn)代的船舶，特別是對于集裝箱輪船，在螺旋槳軸15上布置有助力馬 達2,它通過換流器3和開關(guān)13由船舶電網(wǎng)12饋電。助力馬達2用于 在需要時為驅(qū)動螺旋槳16提供附加的能量，由此例如可以遵守集裝箱 輪船的航行計劃。大型柴油發(fā)動機還具有廢氣渦輪單元4、 6,其中燃燒 用空氣在部分4中被壓縮，并且廢氣在部分6中膨脹并且冷卻。在大型 柴油發(fā)動機1和渦輪增壓單元的廢氣部分6之間設(shè)有排氣管7，從排氣 管7分岔出旁路9，其通向根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的廢氣渦輪機8。該廢氣渦 輪機8驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的可切換作為移相器的發(fā)電機10，它通過起 動機11在需要時起速。在發(fā)電機10和廢氣渦輪機8之間一般還存在變 速器，它根據(jù)本發(fā)明與SSS離合器連接。發(fā)電機10通過開關(guān)裝置14向 船舶電網(wǎng)12供應(yīng)能量，該船舶電網(wǎng)通常通過未示出的馬達發(fā)電機單元 供應(yīng)電能。
在圖2中，20標(biāo)記根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的底架，所述起動機、可切換作 為無功功率機的發(fā)電機、具有SSS離合器的變速器和廢氣渦輪機設(shè)在該 底架上。
為了將發(fā)電機用作無功功率機，發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器為此目的針對其 特性曲線進行切換。該發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)沒有示出，因為它一般安置在空 間上離開機器設(shè)備的電氣拒中。在該電氣拒中還布置有cos phi調(diào)節(jié)模 塊。由此可以非常有利地達到對船舶電網(wǎng)最優(yōu)的cosphi。
通過根據(jù)本發(fā)明的帶有根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的切換裝置的發(fā)電機/移相器裝置，得出十分簡單和成本經(jīng)濟的可能性，即利用大型柴油發(fā)動機的
剩余能量，并且在這種情況下節(jié)約消耗的能量的5到10%。盡管這個巨 大的優(yōu)點，對此必需的機械裝置仍十分簡單并非常成本經(jīng)濟。達到的優(yōu) 點是巨大的，無需例如利用廢氣熱交換器驅(qū)動的蒸汽渦輪機裝置的巨大 的費用。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)對于兩沖程大型柴油發(fā)動機是特別有利的， 不過它也對于四沖程大型柴油發(fā)動機也是有利的。
權(quán)利要求
1.用于利用大型柴油發(fā)動機(1)、特別是兩沖程大型柴油發(fā)動機的廢氣中的剩余能量的系統(tǒng)，所述柴油發(fā)動機裝載在具有船舶電網(wǎng)(12)的船舶上，其中廢氣首先被輸送給廢氣渦輪增壓器，然后在廢氣渦輪機(8)中繼續(xù)利用，其中所述廢氣渦輪機(8)驅(qū)動發(fā)電機(10)，該發(fā)電機給船舶的船舶電網(wǎng)(12)輸入電能，并且其中所述發(fā)電機(10)能切換為無功功率機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(10, 22) 具有起動機(ll, 21),并且在廢氣渦輪機(8, 24)和發(fā)電機(10, 22)之間布置有變速器和過速離合器(23),特別是呈SSS離合器的形 式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(10, 22)具有特性曲線主導(dǎo)的電壓調(diào)節(jié)，并且為了產(chǎn)生無功功率，從發(fā)電機 特性曲線變換為移相器特性曲線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大型柴 油發(fā)動機(1)除了它的主排氣管(7)外還具有特別是可調(diào)節(jié)流量的旁 通排氣管(9),其中該旁通排氣管(9)通向廢氣渦輪機(8)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廢氣 渦輪機(24)、帶有SSS離合器的變速器(23)、可作為移相器工作的 發(fā)電機(22)和起動機(21)布置在一個共同的底架(20)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(IO, 22)具有換流器，它在輸出側(cè)負責(zé)船舶電網(wǎng)頻率、船舶電 網(wǎng)電壓和產(chǎn)生的電能的相位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移相器(10)利 用從0.9到1的cos phi工作。
全文摘要
用于利用大型柴油發(fā)動機(1)、特別是兩沖程大型柴油發(fā)動機的廢氣中的剩余能量的系統(tǒng)，所述柴油發(fā)動機裝載在具有船舶電網(wǎng)(12)的船舶上，其中廢氣首先被輸送給廢氣渦輪增壓器，然后在廢氣渦輪機(8)中繼續(xù)利用，其中所述廢氣渦輪機(8)驅(qū)動發(fā)電機(10)，該發(fā)電機給船舶的船舶電網(wǎng)(12)輸入電能，并且其中所述發(fā)電機(10)能切換為無功功率機。
文檔編號B63J3/02GK101563272SQ200780047492
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者K·蒂格斯 申請人:西門子公司