KR940004336B1 - 다기관 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다기관 장치

제1도는 배기 터어빈식 과급기가 장착된 디이젤 기관에서 공급 공기압과 배기 가스압 사이의 관계를 예시한 그래프(graph).

제2도는 배기 터어빈식 과급기의 압축기 하우징의 개략적인 단면도.

제3도는 제2도에 도시된 배기 터어빈식 과급기의 압축기부의 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 다기관 장치의 제1실시예를 예시한 도면.

제5도는 본 발명에 따른 다기관 장치의 제2실시예를 예시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9, 10, 25 : 연소 기관 15 : 공기 냉각기

18 : 과급기 16, 20, 28 : 공기 공급 수용기

22, 30, 34, 40 : 도관 23, 32 : 스톱 밸브

31 : 압축기 35 : 일방 밸브

36 : 드로틀 밸브

본 발명은 다수의 배기 터어빈식 과급기가 장착된 다수의 내부 연소 기관을 포함하는 다기관 장치에 관한 것인바, 상기 과급기 중 최소한 하나는 장치 작동 시간의 실제 일부에서 준비 방식으로 작동하도록 계획되는 한편 동시에 다른 하나는 부하 작동하며 상기 기관들의 각각은 개별적인 공기 공급 장치를 지니고 있다.

이러한 관계에 있어서, 준비 방식으로 작동하는 기관은 연장된 기간의 시간동안 공전하는, 즉, 무부하 구동하거나 예를들어 최대 출력의 약 25%를 초과하지 않는 부하로 구동되는 기관을 의미한다.

일반적으로 회피하기 위해 연구하겠지만, 상기 작동 방식은 연속적인 에너지 전달의 고도의 안전을 요구하는 자급 동력 장치, 즉, 외부 에너지 원에 독립된 장치와 관련하여 나타난다. 그러한 동력 장치는 통상 해상의 배, 굴착 플랫 포옴(drilling platform)에 사용되며 에너지를 얻을 목적으로 다른 격리된 장치와 연결하여 사용된다.

에너지 전달에 대한 실제적인 필요성이 어떤 작업 상황에서도 확실히 충족될 수 있게 하기 위하여, 장치에 다수의 추가 또는 보조 기관을 제공하는 것이 필요하고 일반적으로 당연하며, 상기 보조 기관은 경우에 따라서 그리고 즉시 에너지 전달에 기여하고 충분히 가능하게 에너지 전달을 대신할 수 있어야 한다.

문제의 동력 장치는 종종 자동이며 그러므로 정기적으로 무인운전된다는 사실때문에, 에너지 전달 기준은 보조 기관이 계속해서 구동하는 것을 포함하는데 이는 보조 기관이 주로 준비 방식으로 작동한다는 것을 의미한다.

상술한 것처럼, 이 작동 방식은 여러 문제점을 포함하기 때문에 바람직하지 못한데, 이 문제점들 중 가장 심각한 것은 저온침식, 공기 오염 및 배기 가스 역류에 의한 가스의 통과이다. 부하의 감소와 일치하여, 궁극적으로 배기 가스가 공급 공기 압력을 초과할때까지 배기 가스의 역류에 의한 가스 통과 문제는 더욱더 심화되며, 그에 따라 불충분한 공급 공기압은 말할 필요없이 준비작동에 기인한 상술된 문제들의 주 원인이 된다.

이러한 상황하에서, 공급 공기압을 상승시키는 것이 필요하며 전기적으로 구동되는 보조 송풍기로 압력을 상승시키는 것이 공지되어 있다. 그러나, 여러 가지 이유 때문에 상기 해결법이 적합하지 않다. 그렇게 하는 것은 비교적 비싼 송풍기 등의 장치를 필요로하며, 에너지 면에 있어서 전체적으로 장치를 위한 최적해를 구성하지 않는다.

[발명의 개요]

본 발명에 따른 다기관 장치는 부하가 걸린 기관의 공기 공급 장치의 압축기 출구의 하부 위치에서 준비 기관의 공기 공급 장치를 부하 기관의 공기 공급 장치와 연결시키는 도관 및 상기 도관을 개폐하는 수단이 제공된다는 점에서 선행기술 장치와 다르다.

이러한 관계에 있어서, 기관의 공기 공급 장치는 배기 터어빈식 과급기의 압축기부에 연결된 상부 및 하부의 흐름 통로의 전체장치를 포함한다.

부하 기관의 공기 공급 장치를 준비 기관의 공기 공급 장치에 연결함으로써 준비 기관의 공급 공기압의 바람직한 상승이 간단히 얻어지며, 상기 부하 기관은 여기에서 최대 부하의 약 50%에서 100%까지 작동하는 기관을 의미한다. 이는 상기 작동범위에서 부하 기관의 배기 터어빈식 과급기가 상당한 량의 초과에너지를 가압된 공급 공기 형태로 발생시키므로 가능하다. 그러므로 동력 장치를 전체적으로 고려할때 전체 효율의 개선은 각각의 기관에 대해 가능한 것 이상이 얻어질 수 있다.

연료 비용이 배의 전체 작동 비용의 40%에 달한다는 사실을 고려하면, 심지어 작은 장치라도 효율에 있어서 상당한 절약을 수반한다는 것을 이해할 것이다.

유지하게, 도관은 준비 기관과 연결된 배기 터어빈식 과급기의 압축기 하우징내에서 최소한 하나의 노즐구로 종결된다. 그러나, 추가적인 공급 공기는 주로 공기 공급 장치내에서 어느곳에서든 공기 공급 장치에 공급될 수 있다.

마찬가지로, 도관은 주로 공기 공급 장치의 어느 곳에서든 공기 공급 장치에 연결된다. 그러나, 공기 냉각기가 장치에 제공되고 그 다음에 도관이 공기 냉각기의 상부에서 분기되는 것이 바람직하다. 그러므로 초과 공기는 고온 고압으로 인출된다.

도관을 개폐하는 수단은 준비 기관의 순간적인 작업 상태와 관련하여 조절되도록된 자동 스톱 밸브일 수 있다.

[상세한 설명]

제1도의 그라프는 부하를 변경시켜 배기 터어빈식 과급기가 장착된 디이젤 엔진내에서의 배기 가스압과 공급 공기압 사이의 일반적인 관계를 예시하고 있다. 일점 쇄선 곡선(1)은 공급 공기압을 나타내며 실선 곡선(2)은 배기 가스압을 나타낸다.

횡축은 기관의 부하 백분율을 도시하며 종축은 절대 압력치를 밀리바(millibar)로 도시한다. 도시된 것처럼 두 곡선은 약 25%의 부하 백분율의 점 S에서 교차한다. 상기의 약 25% 이상의 부하 백분율 이상에서, 기관의 공급 공기압은 배기 가스압보다 높은 반면에 약 25% 이하, 즉, 통상의 준비 범위에서의 경우에는 반대이다. 기관 실린더의 흡입 및 배출기가 중복될때, 배기 가스는 결과적으로 공기 공급 장치내로 역류하며, 그럼으로써 이미 언급된 문제점을 포함하고 그 부하 범위내에서 연속적인 준비 작동을 실제로 불가능하게 한다.

그러므로 이러한 작동 방법에 있어서 배기 가스압을 초과하도록 공급 공기압을 증가시키는 것이 필요하다. 본 발명에 따라 이것은 부하 공기 공급 장치로부터 준비 기관의 공기 공급 장치로 초과 공급 공기를 공급함으로써 유리하게 달성된다.

상기 공급 공기의 추가량은 준비 기관의 공기 공급 장치내로 대체로 어느곳에서든 공급될 수 있으며, 예를들어, 압축기 하우징, 공급 공기 냉각기로의 변이 통로 또는 공기 수용부내에서의 주입구 또는 노즐을 통해서 공급될 수 있다.

제2도 및 제3도는 그러한 주입구가 실제로 어떻게 수행되는지를 개략적으로 예시하고 있다. 다섯개의 주입구(4)는 압축기 하우징(3)의 원주를 따라 일정하게 분포된다. 주입구들은 압축기 휠(5)의 깃을 향해서 그 회전 방향에 실제로 접하게 배향되므로 공급된 공기는 깃에 접하게 충돌하며 그럼으로써 압축기 휠의 회전에 기여한다. 하우징(3) 내에서의 주입구(4)로의 추가 공기 공급이 하우징 내에 제공된 환형 챔버(8)를 통하여 수행되는 동안 배기 터어빈식 과급기로의 통상의 공기 공급은 주입구(7)를 통해서 수행된다.

제4도는 배에 사용되는 다기관 장치의 개략도를 예시하고 있다. 이 장치는 배를 추진시키기 위한 배기 터어빈식 과급기가 장착된 비교적 큰 주기관과 마찬가지로 배기 터어빈식 과급기가 장착되어 각기 개별적인 발전기(도시되지 않은)를 구동하는 세개의 작은 보조 기관(10)을 포함한다. 주기관(9)은 압축기 부(12)와 터어빈 부(13)를 지닌 배기 터어빈식 과급기(11)를 포함한다. 압축된 공급 공기는 도관(14)을 통해서 압축기 부(12)로부터 공기 냉각기(15)로 전달되며 공급 공기 수용기(receiver)(16)를 통하여 공기 냉각기(15)로부터 기관(9)의 각각의 실린더로 전달된다.

배기 터어빈식 과급기(11)는 연소기에 의해 발생되어 배기 수용기(17)를 통해 배기 터어빈식 과급기(11) 의 터어빈 부(13)로 공급되는 배기 가스에 의해 구동된다.

세개의 보조 기관(10) 각각은 유사하게 배기 터어빈식 과급기(18), 공급 공기 냉각기(19), 공급 공기 수용기(20) 및 배기 수용기(21)를 포함한다.

압축기 부(12)와 공기 냉각기(15) 사이의 도관(14)으로부터 연장되는 도관(22)을 통하여 주기관(9)의 공기 공급 장치는 세개의 보조 기관(10)의 공기 공급 장치에 병렬로 연결된다. 예시된 것처럼. 각각의 공기 공급 장치로의 도관(22)의 연결부는 각각의 배기 터어빈식 과급기(18)의 압축기 하우징내에 위치된다.

멈춤 밸브(23)는 각각의 보조 기관의 공기 공급 장치와 주기관의 공기 공급 장치 사이에 제공된다. 각각의 밸브(23)는 점선(24)으로 예시된 것처럼 각각의 공급 공기 수용기(20)의 압력에 의해 조절된다.

배의 통상의 작동중에 주기관(9)은 우선 배를 추진시키기 위해 사용된다. 그 다음에, 주기관(9)은 직접적으로 기관(9)의 크랭크 축에 연결되거나 기관(9)으로부터의 폐열을 사용하는 증기 터어빈을 통해서 연결되는 도시되지 않은 하나 이상의 발전기를 구동시킬 수 있다. 주기관에 의한 전기의 생산이 가장 경제적이기 때문에 모든 보조 기관이 단지 드물게 부하가 걸리도록 주기관을 최대한 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 하나 이상의 보조 기관은 준비 방식으로 작동하게 된다. 상기 작동 방식은 각각의 공급 공기 수용기내에 수용된 센서에 의해 탐지되며, 그 후에 센서는 관련된 밸브 또는 밸브들(23)을 열어서 매우 높은 압력하에서 공기가 도관(22)을 통해 주기관의 공기 공급 장치로부터 상기 보조 기관의 공기 투입 장치로 공급될 수 있게 한다. 그러므로 보조 기관에서의 공급 공기압은 배기 가스압보다 높은 값으로 상승되며, 그래서 준비 작동에 의해 포함된 문제를 배제한다.

만일 전기 그리드의 부하가 발전기를 구동하는 주기관에 의해 제공될 수 있는 최대 동력을 초과한다면, 즉, 예를들어 주기관의 직접 연결된 발전기 동력으로 발생할 추진력을 상승시키는 것이 요구되면, 또는 가령 기동 또는 그와 같은 다른 이유들 때문에 주기관이 요구되는 전기를 충족하지 못한다면, 필요에 따라 하나 이상의 보조 기관을 작동시켜야 한다. 보조 기관은 이미 준비 방식으로 되어 있기 때문에, 전기에 대한 즉각적인 필요성이 주기관과 별개로 항시 충족될 수 있도록 빨리 접속될 수 있다.

제5도는 예를들어 공급선 또는 석유 굴착과 관련하여 사용되는 다수의 배기 터어빈식 과급기가 장치된 동일한 디이젤 기관들을 포함하는 다기관 장치를 도시하고 있다.

단지 사용 가능한 최대 출력의 일부만을 필요로 하는 통상의 운송 작업을 수행하는 것과 더불어 공급선은 또한 해상 플랫포옴의 정박 및 보충력이 즉각적으로 사용가능하도록 요구함으로써 하나 이상의 설비 기관의 연속적인 준비 구동을 필요로 하는 다른 위험한 일들에 참여해야 한다.

석유 굴착은 매우 큰 동력을 필요로 하기 때문에, 어떤 위험한 작업 상태하에서 신속한 도움을 위해 추가 동력이 사용가능하도록 요구될 수 있다. 상기 요구는 준비 상식으로 구동하는 하나 이상의 기관으로 가장 경제적으로 충족된다.

제5도에 예시된 장치는 각기 배기 터어빈식 과급기(26), 공급 공기 냉각기(27), 공급 공기 수용기(28) 및 배기 수용기(29)를 포함하고 있는 4개의 기관(25)을 지닌다.

모든 기관(25)의 공기 공급 장치는 각각의 배기 터어빈식 과급기(26)의 압축기 하우징(31)내의 노즐구와 통상의 분기관(40) 사이에 연장되는 도관(30)을 통해 병렬로 연결된다. 제4도를 참고로 기술된 것처럼, 스톱 밸브(32)는 압축기 하우징의 각각의 입구에 제공된다. 상기 밸브는 각각의 기관의 과부하를 방지하고 정지된 기관을 통하여 공기가 배출되지 않게 한다. 스톱 밸브들은 점선(33)으로 예시된 것처럼 공급 공기 수용기(28)와 관련하여 조정되는 압력 센서에 의해 조절되므로 어떤 밸브는 공급 공기압이 배기압보다 낮을때 개방되고 기관의 부하가 특별한 위험 한계에 도달하거나 기관이 정지될 때 폐쇄된다.

배출 도관(34)은 각각의 배기 터어빈식 과급기의 압축기 부의 하부 측으로부터 분기관(40)으로 연장된다. 배기 터어빈식 과급기의 압축부로 향하는 가스 유동을 방지하는 일방 밸브(35)는 드로틀 밸브(throttle valve)(36)과 직렬로 각각의 배출 도관(34)에 제공된다.

관련 배기 터어빈식 과급기(26)가 초과 공급 공기를 발생시킨다면, 도관(34)은 상기 공기를 분기관(40)으로 공급하는 역할을 하며 드로틀 밸브(36)는 배기 터어빈식 과급기로부터 인출된 공기의 양이 확실히 관련 기관의 안전 작업을 허용가능한 것보다 크지 않도록 한다.

초과 공급 공기를 최대로 사용하기 위해, 이 공기는 압축기 하우징(31)과 공급 공기 냉각(27) 사이의 전달 통로로부터 인출되며 여기에서 공기의 압력 및 온도는 최대치에 도달한다.

장치의 또 하나의 기관이 준비 방식으로 작동하고 그러므로 그것의 배기 터어빈식 과급기가 초과 공급 공기를 필요로 한다면, 관련된 폐쇄 밸브(32)가 개방되며 초과 공급 공기는 분리관(40)으로부터 상기 준비 기관의 공기 공급 장치로 직접 흐른다.

장치는 주로 동일한 기관들로 구성되므로, 부하 및 준비 기관에 대한 기관의 실질적인 "집단화"는 중요치 않으며, 때문에 모든 기관의 공기 공급 장치의 연결은 부하 기관으로부터의 사용 가능한 초과 공급 공기가 항상 어떤 공기가 부족한 "준비 기관"으로 분배되는 것을 확실하게 한다.

Claims (6)

1. 배기 터어빈식 과급기가 장착된 다수의 내부 연소기(9,10)를 포함하며, 상기 연소기들중 최소한 하나(10)는 장치의 작동시간의 실제로 일부중에 준비방식으로 작동되도록 의도되는 한편 동시에 다른 하나의 기관(9)은 부하 작동하도록 의도되며, 각각의 상기 기관(9,10)은 개별적인 공기 공급 장치를 지니고 있는 다기관 장치에 있어서, 준비 기관(10)의 공기 공급 장치를 부하 기관(9)의 공기 공급 장치의 압축기 출구의 하부 위치에서 상기 부하 기관(9)의 공기 공급 장치에 연결시키는 도관(22)과, 도관(22)을 개폐하기 위한 수단이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 다기관 장치.
2. 제1항에 있어서, 도관(22)이 준비 기관(10)과 연결된 배기 터어빈식 과급기(18)의 압축기 하우징 내에서 최소한 하나의 노즐구멍으로 종결되는 것을 특징으로 하는 다기관 장치.
3. 제2항에 있어서, 공기 냉각기(15)가 부하 기관(9)의 공기 공급 장치에 제공되며 도관(22)은 상기 공기 냉각기(15)의 상부에서 부하 기관(9)의 공기 공급 장치로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 다기관 장치.
4. 제1항에 있어서, 도관(22)을 개폐하는 수단은 준비 기관(10)의 순간적인 작동 상태에 관련하여 조절되도록 된 자동 스톱 밸브(23)인 것을 특징으로 하는 다기관 장치.
5. 제1항에 있어서, 배의 추진을 위한 비교적 큰 주 디이젤 기관(9) 및 다수의 작은 보조 디이젤 기관들(10)을 포함하며, 각 기관의 공기 공급 장치는 각각의 기관 실린더로 공기를 분배키 위한 공기 공급 수용기(16, 20)를 포함하고, 각각의 보조 기관의 공기 공급 장치는 도관(22)을 통해서 주기관(9)의 공기 공급 장치와 통해있고, 자동 스톱 밸브(23)가 보조 기관(10)의 공기 공급 장치로의 도관(22)을 연결하는 각각의 상기 도관에 제공되고, 조절수단은 공기 공급 수용기(20)와 관련된 압력과 관계하여 각각의 스톱 밸브(23)를 개폐하기 위해 제공된 것을 특징으로 하는 다기관 장치.
6. 제1항에 있어서, 부차적이며 큰 동일 동력 아풀웃의 다수의 디이젤 기관(25)을 포함하며 각 기관의 공기 공급 장치는 각 기관 실린더로 공기를 배분키 위한 공기 공급 수용기(20)를 포함하며, 모든 기관(25)의 공기 공급 장치를 병렬로 연결하는 도관(30, 40)이 제공되고, 자동 스톱 밸브(32)는 각 기관의 공기 공급 장치와 상기 도관(30) 사이의 연결부 상부에 제공되며, 조절 수단은 공기 공급 수용기(28)와 관련된 압력과 관련하여 각각의 스톱 밸브(32)를 개폐하기 위해 제공되며, 배출 도관(34)은 각각의 압축기(31)의 상부 측을 그와 관련된 스톱 밸브(32)의 상부측과 연결시키며 압축기의 하부 측을 향한 가스 흐름을 방지하는 일반 밸브(35)와 직렬인 도로틀 밸브(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기관 장치.

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