DE2441354A1

DE2441354A1 - Aufgeladene dieselbrennkraftmaschine mit zweistufiger aufladung

Info

Publication number: DE2441354A1
Application number: DE2441354A
Authority: DE
Inventors: Hans Hofmann
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1974-08-26
Filing date: 1974-08-29
Publication date: 1976-03-18
Also published as: DE2441354B2; CH581262A5; JPS5417089B2; JPS5148014A; ATA699874A; AT341831B

Description

P. 4824 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Aufgeladene Dieselbrennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Dieselbrennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung mit der Hilfe von in Serie geschalteten Turboladegruppen mit je einem Ladegebläse und einer Abgasturbine.

Bei aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschinen dieser Art war es bisher üblich, die Abgasturbinen und die Ladegebläse miteinander durch längere Leitungen zu verbinden. Ausser dem verhältnismässig grossen Raumbedarf entstanden dabei auf der Turbinenseite nicht vernachlässigbare Wärmeverluste, und zwar auch bei guter Isolierung der Leitungen. Wegen des ungleichmässigen Druckverlaufes des Abgases in der Verbindungsleitung entstanden dabei auch mechanische Schwingungen der Verbindungsleitung, die sich auf die Turbolader übertrugen und diese zu Schwingungen anregten. Dadurch wurden die Lager und die Befestigung der Turboladegruppen gefährdet.

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Die Erfindung hat die Schaffung einer Dieselbrennkraftmaschine der erwähnten Art zum Ziel, bei welcher diese Nachteile vermieden werden und auf Verbindungsleitungen zwischen den beiden Abgasturbinen verzichtet werden kann, so dass die Wärmeverluste und auch die Gefahr von Schwingungen vermieden werden. · ■ .

Das erfindungsgemässe Ziel wird dadurch erreicht, dass zwei in Serie geschaltete Turboladegruppen mit ihren Abgasturbinen derart angeordnet sind, dass sich die Ausgangsöffnung des Gehäuses einer Abgasturbine im Bereich der Eingangsöffnung des Gehäuses der Abgasturbine der zweiten Turboladegruppe und koaxial zu dieser befindet, und dass · beide unter Vermeidung einer Verbindungsleitung durch einen Dilatations-Kompensator.miteinander verbunden sind.

Durch diese Massnahme wird ein kompakter Zusammenbau der beiden Turboladegruppen erreicht, wobei für die Abgase von der einen Abgasturbine zur anderen ein minimaler Weg besteht. Dadurch werden Wärmeverluste und auch Strömungsverluste wesentlich vermindert. Ausserdem werden die zwischen beiden Abgasturbinen entstehenden pulsierenden Gaskräfte auf kürzestem Weg durch die gemeinsame Unterlage der beiden Turboladegruppen kurzgeschlossen, so dass keine Gefahr bezüglich einer Uebertragung dieser Kräfte in eine weitetere Umgebung besteht.

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Vorzugsweise kann die Entfernung der Anschlussflansche der Gehäuseöffnungen so klein sein, wie es konstruktiv mit Rücksicht auf den Kompensator möglich ist. Dadurch wird eine optimale Wirkung im erwähnten Sinn erhalten.

Der Kompensator kann dabei einen Federbalg mit einer einzigen Welle enthalten. Dadurch erhält man eine gasdichte, nachgiebige Verbindung ohne bewegliche Stellen und mit der kleinstmöglichen Länge.

Vorzugsweise kann die axiale Dimension des Kompensators um ein geringes Mass kleiner gewählt werden als die Entfernung der Anschlussflansche der Gehäuseöffnungen. Dadurch wird eine Vereinfachung der Montage und der Demontage des Kompensators erhalten, da dieser in den Zwischenraum zwischen den Flanschen leicht eingeschoben werden kann.

Die Turboladegruppen können mit ihren Achsen parallel zueinander angeordnet sein, wobei die Gasströme in den beiden Turboladegruppen in entgegengesetzten axialen Richtungen verlaufen. Auf diese Weise wird eine Anordnung erhalten, bei welcher die Achsen der Turboladegruppen den kleinsten Abstand voneinander haben können. Die Gehäuse der Ladegebläse, welche üblicherweise den grössten Durchmesser der Turboladegruppe haben, befinden sich bei einer derartigen Anordnung nämlich an verschiedenen Seiten der Abgasturbinen.

Schliesslich können die beiden miteinander verbunde-

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nen Turboladegruppen auf einem besonderen gemeinsamen Rahmen befestigt sein. Dadurch wird eine Montageeinheit erhalten, welche von der Dieselbrennkraftmaschine getrennt zusammengebaut und dann auf dieser als Einheit montiert werden kann. Durch eine gemeinsame Demontage können Reparaturarbeiten vereinfacht werden.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigt:

Fig.1 ein Schema der erfindungsgemässen Dieselbrennkraftmaschine mit den Turboladegruppen,

Fig.2 eine Ansicht einer aufgeladenen Dieselbrenn- ^; kraftmaschine in axialer Richtung mit der Darstellung der Anordnung einer Serieschaltung von Turboladegruppen,

Fig.3 einen Teilgrundriss zur Fig.2 und

Fig.4 . einen Teilschnitt nach der Linie IV - IV in der Fig.3.

Die Fig.1 zeigt das Schaltschema einer Dieselbrennkraftmaschine, bei welcher die vorliegende Erfindung Anwendung findet. Die Maschine enthält Zylinder 1, an welche ein gemeinsamer Luftaufnehmer 2 und ein ebenfalls gemeinsamer Abgasaufnehmer 3 angeschlossen sind. An den Abgasaufnehmer ist die Turbine 4 einer ersten Turboladegruppe T1 angeschlossen.

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Aus der Turbine A gelangen die teilweise entspannten Abgase in eine Turbine 5 einer zweiten Turboladegruppe T2. Die Ladegebläse 6 und 7 der Turboladegruppen T1, T2 sind unter Zwischenschaltung eines Zwischenkühlers 8 in Serie geschaltet. Die aus dem Ladegebläse 6 der Ladegruppe TI austretende Druckluft wird noch in einem Kühler 10 gekühlt, bevor sie in den Luftaufnehmer 2 gelangt.

Bei einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine nach der Fig.1 besteht eine sogenannte Stau-Stau-Aufladung. Gegenüber einer einzigen Turboladegruppe mit einer zweistufigen Turbine und einem zweistufigen Ladekompressor hat die Anordnung nach der Fig.1 den Vorteil, dass sich die Drehzahl der beiden Gruppen T1 und T2 unabhängig voneinander besser an die Bedürfnisse der einzelnen Lastbereiche anpassen können. Ausserdem besteht die Möglichkeit einer' Zwischenkühlung durch den Kühler 8, die bei einem zweistufigen Ladegebläse schwer erreichbar wäre.

In der Fig.2 ist eine grosse Dieselbrennkraftmaschine 11, z.B. eine Schiffs-Dieselbrennkraftmaschine, in der Richtung der Kurbelwellenachse betrachtet, dargestellt. Die Maschine ist mit dem bereits in der Fig.1 dargestellten Luftaufnehmer 2 und dem Abgasaufnehmer 3 versehen, üeber dem Abgasaufnehmer 3 befindet sich ein am Gehäuse der Maschine befestigter Träger 12, auf welchem ein Rahmen 13 angeordnet ist,

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Der Rahmen 13, der im Grundriss in der Fig.3 dargestellt ist, dient zur Befestigung der Turboladegruppen T1 und T2. Wie aus den Fig.2 und 3 hervorgeht, sind die Turboladegruppen T1 und T2 mit ihren Abgasturbinen derart angeordnet, dass sich die Ausgangsöffnung 14 des Gehäuses 15 der Abgasturbine der Turboladegruppe T1 in einem kleinen Abstand von der Eingangsöffnung 16 des Gehäuses 17 der Abgasturbine der Turboladegruppe T2 befindet. Zwischen den Oeffnungen 14 und 16 befindet sich ein Dilatations-Kompensator 18.

Auf diese Weise sind die Gehäuse 15 und 17 der Abgasturbinen derart nahe aneinander angeordnet, dass auf eine Verbindungsleitung zwischen beiden verzichtet werden kann. Dadurch entfallen die in einer Verbindungsleitung entstehenden Wärme- und Strömungsverluste. Der Kompensator 18 hat dabei die Aufgabe, Deformationen durch Wärmedehnungen aufzunehmen und eine starre Befestigung der beiden Turboladegruppen am Rahmen 13 zu ermöglichen. Dabei werden die zwischen den beiden Turbinengehäusen 15 und 16 entstehenden pulsierenden Gaskräfte durch den Rahmen 13 kurzgeschlossen und können sich nicht auf die Umgebung übertragen.

Wie insbesondere aus der Fig.3 hervorgeht, sind die Turboladegruppen mit ihren Achsen A parallel zueinander angeordnet, wobei die Gasströme in den beiden Turboladegruppen in entgegengesetzten axialen Richtungen verlaufen. So sind in der Fig.3 die Richtungen der beiden Abgasströme

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in den Turbinen mit Pfeilen G bezeichnet, die Richtungen der Luftströme in den Gebläsen mit L. Durch diese entgegengesetzte Anordnung der beiden Turboladegruppen wird eine kleinstmögliche Entfernung der Anschlussflansche der Gehäuseöffnungen 14 und 16 erreicht, da sich die Gehäuse 23 und 24 der beiden Ladegebläse auf verschiedenen Seiten von den miteinander, verbundenen Turbinengehäusen 15 und 17 befinden. Die Gehäuse der Ladegebläse sind Teile der Turboladegruppen, die in der Regel den grössten Durchmesser haben. Ausserdem wird dadurch noch die Führung der Luftleitungen 40, 41, 42 zwischen den Ladegebläsen 23, 24 und den Kühlern 8, 10 erleichtert.

Die Fig.4 zeigt in grösserem Massstab den Schnitt IV - IV aus der Fig.3. Wie aus der Figur ersichtlich ist, enthält der Kompensator 18 zwei Anschlussflansche 25 und 26, die miteinander durch einen metallischen Federbalg 27 mit einer einzigen Welle 28 verbunden sind. Vorzugsweise kann dabei die axiale Dimension des Kompensators 18 um ein geringes Mass kleiner sein als die Entfernung D der Anschlussflansche 30 und 31 der Gehäuseöffnungen 14 und 16.

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Claims

Patentansprüche

/ 1. !Aufgeladene Dieselbrennkraftinaschine mit zweistufiger Aufladung mit der Hilfe von in Serie geschalteten Turboladegruppen mit je einem Ladegebläse und einer Abgasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Serie geschaltete Turboladegruppen (T1, T2)mit ihren Abgasturbinen derart angeordnet sind, dass sich die Ausgangsöffnung (14) des Gehäuses (15) einer Abgasturbine im Bereich der Eingangsöffnung (16) des Gehäuses (17) der Abgasturbine der zweiten Turboladegruppe (T2) und koaxial zu dieser befindet, und dass beide unter Vermeidung einer Verbindungsleitung durch einen Dilatations-Kompensator (18) miteinander verbunden sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung (D) der Anschlussflansche (30, 31) der Gehäuseöffnungen (14, 16) so klein ist, wie es konstruktiv mit Rücksicht auf den Kompensator (18) möglich ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (18) einen Federbalg (27) mit einer einzigen Welle (28) enthält.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Dimension des Kompensators (18)

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um ein geringes Mass kleiner ist als die Entfernung (D) der Anschlussflansche (30, 31) der Gehäuseöffnungen (14, 16).
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turboladegruppen (T1, T2) mit ihren Achsen (A) parallel zueinander angeordnet sind,und dass die Gasströme in den beiden Turboladegruppen in entgegengesetzten axialen Richtungen verlaufen (Pfeile 18, 20 und 21, 22),
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden miteinander verbundenen Turboladegruppen (T1, T2) auf einem besonderen gemeinsamen Rahmen (13) befestigt sind.

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