DE2012730A1 - Tandemmotorverdichter mit Freiflug kolben - Google Patents

Tandemmotorverdichter mit Freiflug kolben

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DE2012730A1 DE19702012730 DE2012730A DE2012730A1 DE 2012730 A1 DE2012730 A1 DE 2012730A1 DE 19702012730 DE19702012730 DE 19702012730 DE 2012730 A DE2012730 A DE 2012730A DE 2012730 A1 DE2012730 A1 DE 2012730A1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Tandemmotorverdichter mit Freiflugkolben.
  • Die Erfindung betrifft die Motorverdichter, insbesondere Tandemmotorverdichter,mit Freiflugkolben, d.h. Motorverdiohter mit zwei Motorzylindern, in deren jedem zwei gegenläufige Motorkolben arbeiten, sowie mit einem Verdichterteil mit mit den Motorkolben gekuppelten Verdichterkolbenq Derartige Motorverdichter sind bekannt.
  • Die einander benachbarten, mechanisch miteinander verbundenen Motorkolben (innere Kolben) bilden eine erste Gruppe während die beiden äusseren ebenfalls mechanisch miteinander verbunden nen Motorkolben eine zweite Gruppe bilden, wobei die meehanischen Verbindungsmittel dieser letzteren Gruppe wenigstens eine Stange aufweisen, welche zu der Achse dar Maschine parallel ist und außerhalb der Motorzylinder verläuft Diese beiden Gruppen von Motorkolben sind durch Synchronisiermittel so miteinander verbunden, dass, wenn die beiden gegenläufigen in einem dieser Motorzylinder arbeitenden Motorkolben ihren Arbeitshub ausführen, die beiden in dem anderen Zylinder arbeitenden gegenläufigen Kolben ihren Verdichtungshub ausführen, und umgekehrt. Die durch die Verbrennung des Brennstoffs in den Motorzylindern entwickelte Energie dient dazu, in dem Kolbenverdichterteil ein Gas, z.B. Luft, su verdichten, welohes ausserhalb der Freiflugkolbenmaschine benutzt werden kann.
  • Die Erfindung bezweckt, den Wirkungsgrad derartiger Freiflugkolbenmotorverdichter zu verbessern und eine grosste Leistung der Maschine mit einem geringsten Gewicht und einem geringsten Platzbedarf zu erhalten.
  • Der erf~indungsgemasse Motorverdichter ist durch ein- Turbogebla"se gekennzeichnet, dessen Turbinenteil fur seinen Antrieb die aus den Motorzylindern austretenden Verbrennungsgase empfangt, und dessen rotierender Verdichterteil einerseits zur Speisung der Motorzylinder und des Kolbenverdichterteils des Motorverdichters mit Vorverdichtung und andererseits zur Lieferung zusätzlicher verdichteter Luft dient, welche vor dem Turbinenteil des Turbogeblases mit den aus den Motorzylindern austretenden Verbrennungsgasen ge-R ht wird, wobei eine Brennkammer zwischen der Stelle, an welcher diese zusätzliche verdichtete Luft mit den Verbrennungsgasen gemischt wird, und dem Turbinenteil des Turbogebläses angeordnet ist, welche dazu dient, in dem Gemisch einen in diese Kammer eingespritzten zusätzlichen Brennstoff zu verbrennen.
  • Der Kolbenverdichterteil wird vorzugsweise durch einen mehrstufigen Verdichter, insbesondere einen zweistufigen Verdichter, gebildet.
  • Die Erfindung ist nachstehend unter Bezunahme auf die Zeichnung beispielshalber erlautert.
  • Fig.1 zeigt schematisch einen erfindungsgemessen Motorverdichter zur Erzeugung von Druckluft.
  • Fig. 2 zeigt schematisch einen erfindungegemassen Motorverdichter, welcher ein von Luft verschiedenes Gas verdichten kann.
  • Der in Pig. 1 dargestellte Motorverdichter besitzt zwei gleichachsige Motorzylinder 11 und t2 in Tandemanordnung, welche mit zwei Motorkolbenpaaren 2t, 31 bzw. 22, 32 zusammenwirken. Die inneren Motorkolben 31 und sind starr mit einem doppeltwirkenden Verdichterkolben 4 verbunden, welcher mit den beiden von ihm in einem Zylinder 5 bestimmten benachbarten Räumen zusammen wirkt, welche zwei Verdichterräume bilden.
  • Die drei Kolben 31, 32, 4 bilden zusammen die eine hin- und hergehende Bewegung ausführende innere bewegliche Anordnung.
  • Die äussere bewegliche Anordnung wird dadurch gebildet, dass durch Stangen 8 die äusseren Motorkolben 21, 22 starr mit einander und mit Verdichterkolben 311 312 verbunden werden, wobei die Kolben 31 mit einfachwirkenden Verdichterzylinder 371, 372 zusammenwirken.
  • Der Einlass der Zylinder 37 steht mit der Förderseite der durch den doppeltwirkenden Kolben 4 in dem Zylinder 5 bestimmten Räume in Verbindung, und zwar über zweckmässig in einem Wärmeaustauscher 41 gekühlte Leitungen 401' 402.
  • Die gesamten Verdichterkolben und Verdichterzylinder bilden somit einen zweistufigen Verdichter, welcher Luft nach aussen in ein Sammelrohr 42 fördert.
  • Die Anlage wird durch ein Turbogebläse mit einer mit einem rotierenden Verdichter mit zwei Stufen 431 432 gekuppelten Turbine 16 vervollständigt. Die Verdichterstufe 431 saugt Luft von aussen an. Ein Teil der in dieser Stufe verdichteten Luft wird nach Durchgang durch einen Kühler 44 der Saugseite der zweiten Verdichterstufe 432 zugeführt, wahrend der andere Teil nach dem Austritt aus dem gleichen Kühler 44 auf die beiden Verdichterräume des Zylinders 5 durch die Leitungen 451, 452 verteilt wird.
  • Die von der zweiten Verdichtungsstufe 432 geforderte verdichtete Luft wird in zwei Flüsse unterteilt, von denen der eine die Motorzylinder Ii, 12 durch an den Einlassöffaungen 121 und 122 der Motorzylinder 11 und 12 mündende Leitungen 46,, 462 speist, während der andere, durch die Leitung 47 geförderte der Turbine 16 nach Mischung mit den durch die Auslassöffnungen 131 und 132 der Motorzylinder 11, 12 austretenden,- durch die Leitungen 481. und 482 ankommenden Verbrennungsgasen zugeführt wird. Vor der Ankunft an der Turbine 16 wird das Gemisch in eine strömungsaufwärts von der Turbine 16 liegende Brennkammer 18 gebracht. In die Brennkammer 18 wird Brennstoff @@ngespritzt und an dier verbrannt, und die aus dieser abgeführten Gase werden dem Einlass der Turbine 16 zugeführt, aus welcher s4e nach Verrichtung ihrer Arbeit in der Turbine durch eine Leitung 4 austreten.
  • Schliesslich wird der Wirkungsgrad des Turbogebläses des Motorverdichters noch dadurch verbessert, dass eie Luft der Leitung 47 strömungsaufwärts von der Brennkammer 18 durch einen von den in der Turbine 16 entspannten Auspuffgasen durchströmten Abwärmeverwerter 20 geleitet wird.
  • Hierdurch entsteht ein dreistufiger Verdichter, bei welchem die Niederdruckstufe durch die erste Stufe 431 des rotierenden Verdichters, die Mitteldruckstufe durch den Kolben 4 mit dem Zylinder 5 und die Hochdruckstufe durch die Kolben 311, 312 mit den Zylindern 371 372 gebildet wird.
  • Die auf hohen Druck verdichtete Luft wird auf der Pörderseite der Verdichter 371, 372 in einer gemeinsamen Sammelleitung 42 aufgefangen.
  • Gemäss einer Ausführungsabwandlung kann man auch, anstatt die den Kolbenverdichterteil speisende Luft der ersten Stufe 431 des Turbogeblases zu entnehmen, diese Entnahme an der zweiten Stufe 432 vornehmen (in Fig.1 nicht dargestellte Losung). Die Drücke in den drei aufeinanderfolgenden Verdichtungsstufen werden dann etwa verdoppelt, wobei jedoch die entnommenen Nassen offenbar kleiner sind. In beiden Fallen ist es erfindungsgemäss stets möglich, die Abmessungen des Turbogebläses so zu bestimmen, dass das Verhältnis des Massenflusses in den Zeitungen 47 und 48 derart angepasst werden kann, dass die Motorarbeit und die Widerstandsarbeit in jeder der eine hin und her gehende Bewegung ausführenden Anordnungen des Freiflugkolbenmotorverdichters gleich gemacht werden können.
  • Natürlich muss die eingespritzte Brennstoffmenge in Punktion dieses Verhältnisses verändert werden. Diese Einspritzung darf jedoch die Temperatur der der Turbine 16 zugeführten Gase nicht über den Wert hinaus erhöhen, welcher von den Turbinenschaufeln ausgehalten werden kann.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsabwandlung der Fig. 1, bei welcher das con dem Motorverdichter verdichtete nutzbare Strömungsmittel von Luft verschieden ist, z.B.
  • gasförmigen Ammoniak, Kohlensäuregas oder ein beliebiges anderes Gas. In Fig. 2 werden die Motorzylinder des Freiflugkolbenmotorverdichters durch einen Bruchteil der Luft gespült und gespeist, welche unter Druck von einem Teil des rotierenden Verdichters geliefert wird, welcher von der Turbine des Turbogebläses angetrieben wird, welche mit dem durch die Auspuff- und Spülgase der Motorzylinder und einen anderen Tell der von dem Teil des rotierenden Verdichters verdichteten Luft gebildeten Gemisch gespeist wird, welches vor seinem Eintritt in die Turbine in einer Brennkammer vorgewärmt wirdb Gemäss einer Ausführungsabwandlung wird der Energieüberschuss zwischen der Entspannungsarbeit der Treibgase in der Turbine und der Verdichtungsenergi, welche von dem die Turbine und die Motorzylinder speisenden Teil des rotierenden Verdichters verbraucht wird, zum Antrieb eines anderen Teils des rotierenden Verdichters ausgenutzt, welcher den Kolbenverdichterteil mit einem von Luft verschiedenen Stromungsmittel mit Vorverdichtung speist.
  • Diese Ausführungsabwandlung ist in Fig. 2 dargestellt, bei welcher die gleichen Bezugszeichen die glechen Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Bei dieser Ausführungsabwandlung treibt die Turbine 16 ausser den beiden Luft verdichtenden Stufen 431, 432 einen rotierenden Verdichter 433 für/Gas (z.B. Ammoniakgas) an welcher das Gas, gegebenenfalls nach Kühlung in einem Kühler 443, dem Einlass des doppeltwirkenden Mitteldruckverdichters 5 des Kolbenverdichterteils zuführt, welcher seinerseits, wie in dem Pall der Fig. 1, zu dem Einlass der Iochdruckverdichter 311, 371 und 312, 372 fördert.
  • Wie bereits für den in Fig. 1 dargestellten Motorverdichter ausgefuhrt, kann man fur die gleiche Spülluftmenge des Motors der Freiflugkolbenmaschine die Menge des verdichteten, nach aussen gefördeten Stromungsmittels in weiten Grenzen verändern, indem man die in der Brennkammer 18 verbrannte Brennstoffmenge verandert, welche in weiten Grenzen von 0 bis zu dem mit der am Einlass der Turbine 16 zulassigen Temperatur vertraglichen Höchstwert verändert werden kann Die Grösse dieser Veränderung ergibt sich daraus, dass die der Turbine ohne Nachverbrennung zugeführten Gase infolge des @@ @ken e @e an Sp@@luft gegenüber den in der Motorzylindern der Festflugkolbenmotorverdichters verbrannten Gasen nur eine geringe Temperatur haben.
  • Der erfindungsgemässe Hochdruckmotorverdichter ist also für die Verdichtung von Gasen und Dämpfen beliebiger Art mit hohem Wirkungsgrad verwendbar.

Claims (7)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1.) Freiflugkolbenmotorverdichter in Tandemanordnung mit zwei Motorzylindern, in deren jedem zwei gegenläufige Motorkolben arbeiten, sowie mit einem mit diesem Motorkolben gekuppelten Kolbenverdichterteil, gekennzeichnet durch ein Turbogebläse (16, 43), dessen Turbinenteil (16) mit den aus den Motorzylindern (11, 12) austretenden Verbrennungsgasen betrieben wird, während sein rotierenden Verdichterteil (43) einerseits zur Speisung der Motorzylinder (1) und des Kolbenverdichterteils (4, 5 und 31, 373 mit Vorverdichtung und andererseits zur Lieferung verdichteter Zusatzluft dient, welche strömungsaufwärts von dem Turbinenteil (16) des Turbogebläses mit den aus den Motorzylindern austretenden Verbrennungsgasen gemischt wird, wobei zwischen der Stelle, an welcher die verdichtete Zusatzluft mit den Verbrennungsgasen gemischt wird, und dem Turbinenteil des Turbögebläses eine Brennkammer (18) angeordnet ist, in welcher in dem Gemisch ein in sie eingespritzter Zusatzbrennstoff verbrannt wird.
2.) Motorverdichter nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Auspuffgase der Turbine (16) ausgenutzt werden, um in einem Warmeaustauscher (20) die für ele Turbine bestimmte Zusatzluft vor rhrer Zufuhr zu der Brennkammer (18) zu erwärmen.
3.) Motorverdichter nach Anspruch 1 oder dadurch gekennzeichnet; dass der rotierende Verdichterteil (43) des Turbogebläses zwei Stufen (431, 432) oder mehr hat.
4.) Motorverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer ersten Stufe des rotierenden Verdichterteils verdichteten Gase nach dein' Durchgang durch einen Kühler (44) in zwei Flüsse aufgeteilt werden, von denen der eine dem Kolbenverdichterteil (4, 5) und der andere der zweiten Stufe (432) des rotierenden Ver-Glehterteils (43) zugeführt wird, um nach seiner Verdichtung in dieser zweiten Stufe mit den Verbrennungsgasen der Motorzylinder des Motorverdichters gemischt zu werden.
5.) Motorverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vornahme der Verdichtung von von Luft verschiedenen Gase der rotierende Verdichter teil (43) des Turbogebläses in zwei nicht miteinander in Verbindung stehende Aggregate aufgeteilt ist, von denen das eine (433) zur Speisung des Kolbenverdichterteils (4, 5) und der andere (471 432) zur Speisung der Motorzylinder (11, 12) und der Turbine (16) beatimmt ist.
6.) Motorverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Motorzylinder (11, 12) speisende, mit den Verbrennungsgasen gemischte Luft durch wenigstens zwei in Reihe geschaltete Stufen (431, 432) des rotierenden Verdichterteils (43) des Turbogebläses verdichtet wird, wahrend die Luft oder das Gas zur Speisung des Kolbenverdichterteils nur von einer einzigen Stufe des rotierenden Verdichterteils verdichtet wird.
7.) Motorverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenverdichterteil zwei Stufen (4, 5 und 31, 32) oder mehr hat.
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DE2012730B2 DE2012730B2 (de) 1973-03-29
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2533628A2 (fr) * 1978-07-26 1984-03-30 Benaroya Henry Installation de production d'energie a generateur a pistons libres
EP0280200A2 (de) * 1987-02-25 1988-08-31 Sampower Oy Kraftaggregat
DE202006018098U1 (de) * 2006-11-27 2008-04-10 Jung, Nadine Energiewandlersystem

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