專利名稱：大型兩沖程柴油機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及帶有發(fā)動機主體結構的大型兩沖程柴油機，并且涉及用于在發(fā)動機主體結構和排氣接收器之間的連接的支承板結構。
背景技術：
大型兩沖程柴油機的排氣接收器是高負載部件，該高負載部件接收來自單獨的氣缸的高達4巴的壓力的熱(大致450°C )的排氣。由于排氣接收器的大尺寸(能夠明顯地超過10米長且具有高達2m的直徑)和高運行溫度，所以排氣接收器的熱膨脹非常明顯，且大型發(fā)動機具有能夠分為兩個或更多個殼體部分的接收器，所述殼體部分被波紋管分開以吸收由熱膨脹所引起的尺寸變化。整個排氣接收器和屬于排氣接收器的任何部分被覆蓋一層厚的絕熱材料，使得排氣接收器的外側表面的溫度相當大地低于排氣接收器內(nèi)部的排氣的溫度。安全規(guī)程要求排氣接收器的外 側表面的溫度低于220°C，使得沒有暴露的發(fā)動機部分具有明顯高于點燃發(fā)動機燃料或意外與發(fā)動機接觸的其他油料的溫度。在實踐中，排氣接收器的外表面被良好地隔熱，使其表面溫度維持低于150°C。排氣接收器在其縱向延伸的中間或在一端處被剛性主支承件支撐。數(shù)個柔性支承件沿排氣接收器的長度在剛性支承件的任一側上分布，且將排氣接收器與發(fā)動機殼體或發(fā)動機主體結構連接。照慣例由單一的板形成柔性支承件，這允許在排氣接收器的縱向方向上的相當大的移動，所述移動當排氣接收器加熱/冷卻時對于補償排氣接收器的熱膨脹/收縮是必需的。除熱載荷和壓力載荷，發(fā)動機的振動移動使所述結構震動，因此進一步增加在排氣接收器上的機械載荷。一個特定的問題是柔性支承件的振動，所述振動尤其導致討厭的噪聲。已嘗試通過將焊接的強化肋應用到柔性支承件從而降低柔性支承件的固有頻率來解決該問題；然而，在將肋焊接到支承件的地方出現(xiàn)裂縫，總之問題尚未得以完全滿意地解決。

發(fā)明內(nèi)容
基于此背景，本發(fā)明的目的是提供至少部分地解決以上問題的支承板結構，且在不損害對于可靠且耐久的板結構的需求的情況下通過增大柔性支承件的最低固有頻率來解決上述問題。通過將柔性支承件設置為一對柔性鋼板來實現(xiàn)該目的，所述鋼板被布置為與所述縱向方向橫向地延伸，所述鋼板在鋼板的主面相互相對且鋼板的上端和下端之間的變化的間距(SI、S2、S3)的情況下延伸，至少一個間隔器布置在鋼板之間在上端和下端之間的位置處，以維持鋼板在間隔器處處于較大的間距(SI)。根據(jù)本發(fā)明的排氣接收器的另外的目的、特征、優(yōu)點和特性將從詳細描述中變得顯見。


在下列本發(fā)明的詳細部分中，將參考在附圖中示出的示例性實施例更詳細地解釋本發(fā)明，其中圖I是帶有根據(jù)本發(fā)明的實施例的板結構的大型兩沖程發(fā)動機的長度側的視圖，圖2是圖I中示出的發(fā)動機的后端的視圖，圖3a是由根據(jù)本發(fā)明的實施例的板結構支撐的排氣接收器的端部的透視圖，圖3b是圖3a的實施例的側視圖，
圖3c是圖3a的實施例的平面視圖，圖4是在板結構被安裝時且排氣接收器處于冷狀態(tài)中的板結構的示意性側視圖，圖5示意性地且不合規(guī)定比例地示出發(fā)動機運行期間振動的板結構的快速圖像，且圖6在圖表中示出比較板結構的最低固有頻率能夠如何變化的測試結果。
具體實施例方式圖I和圖2分別在側視圖和端部視圖中示出大型兩沖程柴油機的發(fā)動機主體結構
I。所述發(fā)動機是十字頭類型的單向流動低速兩沖程十字頭柴油機，該發(fā)動機可以是在船舶中的推進系統(tǒng)或在電廠中的發(fā)動機。這些發(fā)動機典型地具有3至14個排成一列的氣缸。從底座2建立發(fā)動機，所述底座2帶有用于曲軸的主軸承(僅可見接附到曲軸的端部的飛輪3)。根據(jù)生產(chǎn)設備，底座2可制成為單件或可分為合適尺寸的多個部分。焊接設計的A形框架箱4被安裝在底座2上。在排氣側上，框架箱4設有用于每個氣缸的釋放閥，在凸輪軸側上，框架箱4設有用于每個氣缸的大的鉸接門。十字頭引導面(未示出)被整合在框架箱4中。氣缸架5被安裝在框架箱4的頂部上。拉撐螺栓(未示出)將底座2、框架箱4和氣缸架5連接且將結構保持在一起。氣缸架5承載單獨的氣缸6。發(fā)動機的每個氣缸均通過排氣通道連接到排氣接收器16的入口。氣缸架5與氣缸套6—起形成掃氣空間。掃氣接收器9被螺栓連接到氣缸架5?；钊?未不出)被接收在每個氣缸套6內(nèi)部?；钊麠U(未示出)將活塞的底部連接到十字頭(未示出)的頂部。氣缸套6被氣缸架5承載。發(fā)動機裝配有一個或更多個布置在發(fā)動機的側面上或尾端處的渦輪增壓器10。氣缸是單向流動類型的氣缸，且具有位于氣箱中的掃氣口(未示出)，從該掃氣口，掃氣接收器9被供應有被渦輪增壓器10加壓的掃氣。通過渦輪增壓器的進氣消聲器(未示出)，產(chǎn)生從發(fā)動機室直接到渦輪增壓器10的進氣?？諝鈴臏u輪增壓器10經(jīng)由空氣冷卻器11、充空氣管12和掃氣接收器9被引導到氣缸套6的掃氣口。發(fā)動機設有電力驅(qū)動的輔助掃氣吹送器13。在低載荷和中等載荷的情況下，輔助吹送器輔助渦輪增壓器壓縮機。排氣門(未示出)在氣缸蓋14中被中心地安裝在氣缸的頂部。在膨脹行程結束時，在發(fā)動機活塞向下通過掃氣口之前排氣門打開，以此在在活塞上方的燃燒室中的燃氣通過排氣通道開口流出到排氣接收器16中，且在燃燒室中的壓力被釋放。在活塞向上移動期間排氣門再次關閉。檢查孔蓋允許輔助人員在維修和翻修期間進入到排氣接收器16中。如在圖I中示出，排氣接收器16優(yōu)選地被發(fā)動機主體結構I的掃氣接收器9支撐。在替代的實施例中，排氣接收器16可經(jīng)由多個如下文中描述的板結構100，可能進一步經(jīng)由合適的支承凸緣(未示出)被安裝到其他主體發(fā)動機結構，例如框架箱4或氣缸架5?，F(xiàn)在返回到圖1，排氣接收器16被剛性的主支承件22支撐在掃氣接收器9上。在所示的實施例中，在排氣接收器16的中間處設置主支承件，從而將排氣接收器的中間相對于掃氣接收器9固定。優(yōu)選地相對于排氣接收器16將主支承件22布置在中央，然而不必要嚴格地將主支承件22布置在中間處，而是可略微使其偏移。主支承件22可替代地布置在排氣接收器16的端部處。如所示，排氣接收器16進一步經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的多個柔性支承件100被安裝在掃氣接收器9上。多個柔性支承件100沿排氣接收器16的長度在剛性支承件22的任一側上分布。每個柔性支承件100被板結構限定，當排氣接收器16加熱或冷卻時所述板結構遵循排氣接收器16相對于發(fā)動機殼體/掃氣接收器9 (或安裝到發(fā)動機殼體/掃氣接收器9的另一個發(fā)動機結構(未示出))的溫度誘致的任何縱向收縮或膨脹。在發(fā)動機運行期間，來自氣缸的燃燒室的熱氣體被收集在排氣接收器16中。因此，由于在排氣接收器16中使用的材料的熱膨脹，排氣接收器16的長度將在發(fā)動機運行期間增加。由于在大型兩沖程發(fā)動機中排氣接收器16的總長度大(5至20米)，所以縱向方向上的膨脹可能是 明顯的(大約數(shù)個厘米)。排氣接收器16在橫向方向上即垂直于圖I的平面的總熱膨脹由于較小的尺寸相對小。為避免排氣接收器16的任何橫向振動，柔性支承件100在排氣接收器16的橫向方向上表現(xiàn)出很小的彈性或無彈性。照慣例，已經(jīng)使用具有大約10至25mm厚度的一個豎立板用于制作柔性支承件或單獨的板結構100，且每個豎立板照慣例焊接到掃氣接收器9，且螺栓連接到排氣接收器16,使得板的主表面定向在排氣接收器16的橫向方向上，即垂直于細長的排氣接收器16的縱向軸線定向。如在介紹部分中提到的，在發(fā)動機的運行范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)生這些板結構的不期望的共振振動。圖3a更詳細地示出與圖I中示出的渦輪增壓器10相對的細長的排氣接收器16的端部部分，其中根據(jù)本發(fā)明的豎立支承板結構100被布置在排氣接收器16和掃氣接收器9的安裝支架9’之間。如在圖3b中更好地可見，新穎的板結構100包括在與排氣接收器16的縱向軸線橫向的方向上延伸的兩個柔性鋼板110、115，所述鋼板110、115在安裝裝置120、125之間相互對置剛性地將板結構100分別連接到排氣接收器16和掃氣接收器9。優(yōu)選地兩個板的厚度可以是相同的，且可以被廣泛地選擇；經(jīng)常選擇的板厚度大約5至10mm。在替代實施例中，可采用厚度不同的兩個板。板110、115優(yōu)選地具有類似或相同的形狀，且每個板具有兩個相反的主面和側面。布置兩個鋼板110、115，使得每個板的主面與另一個板的主面對置。每個板110、115具有上端117、下端118和中心區(qū)116，如在圖3c中示出，且板結構100具有至少一個間隔器130，所述間隔器130將兩個板110、115的中心區(qū)116維持在間隔開的關系中，所述間隔器130布置在兩個板110、115之間在上端117和下端118之間的位置處。在上端處和和下端處的各個連接器105、102將兩個板110、115維持成在上端處和下端處的兩個板相互之間比在間隔器130的位置處兩個板相互之間靠近，使得板結構100將具有示出的向外隆起的構造，其中兩個板110、115在其中心區(qū)116中相互偏離。間隔器130可定位在兩端117、118之間的中途處或定位在所述中途和兩個連接器102、105中的任一個連接器之間的位置處。對于本發(fā)明來說，在兩個端部117、118之間嚴格的中途位置不是關鍵，因為如在圖3b中示出的向外隆起的結構和板110、115被間隔器130相互固定的結構將一般地給出板結構100期望的技術特性。新穎的板結構100的上端117可以被安裝到在排氣接收器16上的安裝凸緣16’，且下端118可以被安裝到在發(fā)動機主體結構的安裝支架9’上的另一個下安裝裝置125，在示出的實施例中安裝支架9’是在掃氣接收器9上的支架9’。因此，排氣接收器16被安裝在掃氣接收器9上。在替代的實施例中，排氣接收器16可經(jīng)由如所述的板結構100，可能進一步經(jīng)由合適的支承凸緣(未示出)被安裝到其他發(fā)動機主體結構，例如框架箱4或氣缸架5。 排氣接收器16經(jīng)由如上所述的板結構100被安裝在發(fā)動機結構上，例如掃氣接收器9上，且使得當發(fā)動機在冷態(tài)中時，即當發(fā)動機不運行且冷卻到環(huán)境溫度時，兩個安裝裝置120、125在水平偏移的位置中，因為安裝凸緣16’在排氣接收器16的縱向方向上將比下安裝支架9’位于更靠近剛性支承件22處，即在圖3b中相對于板結構100的熱態(tài)對稱軸線A向右偏移，如在圖3b中示出。在圖4中指示了冷態(tài)軸線A’。優(yōu)選地對應于在熱的運行狀態(tài)中排氣接收器16相對于發(fā)動機主體結構，即掃氣接收器9的相對縱向膨脹選擇在上安裝凸緣16’和下安裝支架9’之間的冷態(tài)水平距離或間距；以此方式，安裝凸緣16’和安裝支架9’將對齊地且相互重疊地定位，其中當排氣接收器16處于其工作溫度時大體無水平間距。排氣接收器16經(jīng)由如上所述的板結構100被安裝在發(fā)動機結構上例如掃氣接收器9，使得板結構100在發(fā)動機運行前被安裝，即帶有在安裝凸緣16’和安裝支架9’之間的前述的冷態(tài)水平間距，且板結構100用作常規(guī)地支撐排氣接收器16且在船舶的滾動運動期間輔助將排氣接收器16固定在位。期望的是在熱態(tài)中相對于板結構100的熱態(tài)對稱軸線A對稱地定位形成板結構100的板110、115，如在圖3b中示出。因此，在冷態(tài)中將板結構100安裝到偏移安裝凸緣9’和安裝支架16’的過程中板結構100可彈性地或塑性地變形或彎曲為略微歪斜的或彎曲的構造。在機械地強迫板結構100與不對齊的偏移凸緣9’和支架16’對齊之后，板結構100分別與在凸緣16’和支架9’上的安裝裝置連接，其中板結構100將采用歪斜的構造，如在圖4中示意性地圖示。當排氣接收器16加熱且膨脹到凸緣16’和支架9’不再水平偏移的點時，在安裝期間施加的彎曲力將降低到最小值，在此最小值點處，在板結構100上的主要力是由垂直載荷所導致的力，所述垂直載荷由排氣接收器16的重量與由于發(fā)動機振動所形成的力組合產(chǎn)生。關于與板結構100的連接，螺栓106被緊固以防止板端部117、118相對于安裝裝置120、125的任何自由旋轉(zhuǎn)移動。形成為金屬棒的連接器102、105可被布置在板110、115之間在板的上端117和下端118處，且可以使用相同的螺栓106用于將板110、115經(jīng)由連接器102、105相互連接且用于將板結構100經(jīng)由安裝裝置120、125分別連接到凸緣16’和支架9’。另外，布置一行間隔器130橫向于板結構100且在上端117和下端118之間約中途處(在區(qū)116中)，來將板110、115相互固定且保證不存在板110、115在間隔器130處的相互相向或背離的移動，該間隔器130帶有螺栓頭132和螺母133。間隔器130維持板110、115在區(qū)116中的間距S I大于板110、115分別在板的上端117和下端118處的間距S2、S3，也如通過圖3b中的放大的部分所示；S2可以與S3相同。以此方式，板結構100將采用在圖3b中示出的向外隆起的幾何構造，且將橫向振動(通過圖3b中的雙箭頭D指示)，如形成為桁架結構的柱，如在圖5中示出；將理解的是此振動將在排氣接收器16的縱向方向上進行。間隔器130可以是管狀金屬管，帶有內(nèi)部的帶有頭的螺栓，所述螺栓延伸通過形成在板110、115中的孔且與螺母133協(xié)作以維持或固定間距S I。以此方式，能夠形成不需要焊接的純機械連接。圖5(不依比例)示出在發(fā)動機運行期間的振動的板結構100的快速圖像或“截圖”?？焖賵D像意味著圖不出瞬時的在運動中的、即在振動時的振動的板結構100。因此，板結構100在圖中表現(xiàn)為模糊的，振動的板結構100的兩個單獨的板110、115不能夠單獨地區(qū)分。在圖中，板結構100處于可能的極限位置中的一個極限位置。板結構100振動的幅值A被板結構100在上端110和下端115之間中途處的高剛度影響或控制，可以分別通過選擇的板厚度和間距SI與間距S2和S3的比例再控制該剛度。幅值A示出為從靜止位置到圖5中的極限位置的距離。
圖6示出如何能夠通過使用間隔器130變化板結構100的最低固有頻率的對比，所述間隔器130在鋼板110、115之間在鋼板的端部117、118之間的中途處提供期望的相對間距S I。對于具有不同厚度的對板比較頻率值；如將見，一般最低固有頻率地隨間距S I的增大而升高。使用具有較大的厚度的鋼板也將升高最低固有頻率。為了對比，常規(guī)的16_的單板的振動也在圖中示出(以“菱形” 示出)。因為在這種單板中不存在間隙，所以振動的讀數(shù)位于平行于圖中橫坐標的線上。如可見，即使使用厚度為常規(guī)厚度的16_的一半的板厚度也將提供優(yōu)點；因此，與常規(guī)的單板結構相比，通過增加板結構100的厚度節(jié)約材料是可能的。應注意的是，可通過機械地強迫兩個平板110、115到一起且然后使用連接器102、105在平板的端部117、118處將平板連接在一起而形成板結構100，因此提供被擠壓或偏置的向外隆起的板結構100用于安裝在排氣接收器16和掃氣接收器9之間。替代地，兩個板110、115可滾壓或另外地被處理以采用自然的未偏置的形狀，如在圖3b中圖示，然后兩個板110、115通過螺栓106和間隔器130相互連接。雖然已為闡述的目的詳細描述本發(fā)明，但應理解的是此細節(jié)僅用于此目的，且可由本領域一般技術人員在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下能夠在本發(fā)明中做變型。本發(fā)明也涉及用于發(fā)動機主體結構I和排氣接收器16之間的連接的支承板結構100，所述板結構100包括-兩個對置的鋼板100、115，每個鋼板具有第一端117和第二端118，-至少一個間隔器130，該間隔器130將所述兩個板110、115維持在間隔開的關系中，所述間隔器130被布置在所述板110、115之間在所述第一端117和第二端118之間的位置116處，以及-在所述第一端117和所述第二端118處的連接器102、105，所述連接器102、105維持所述兩個鋼板110、115相互間在所述端部117、118處的間距S2、S3，且所述至少一個間隔器130維持所述兩個鋼板110、115相互間在所述間隔器130處的較大的間距SI。支承板結構100可包括權利要求I至10中所述的特征中的任何特征。
本發(fā)明進一步涉及包括大型兩沖程柴油機且?guī)в兄С邪褰Y構100的船舶，所述支承板結構100具有如在權利要求I至10中的任何權利要求中所述的特征。如在權利要求中使用的術語“包括”不排除其他元件或步驟。如在權利要求中使用的術語“一”或“一個”不排除復數(shù)。單獨的處理器或其他的單元可滿足權利要求中陳述的數(shù)個裝置的功能。權利要求
1.一種大型兩沖程柴油機，包括 發(fā)動機主體結構(I), 細長的排氣接收器(16)，所述細長的排氣接收器(16)具有一個或多個發(fā)動機排氣入口，且具有一個或多個發(fā)動機排氣出口， 主支承件(22)和多個豎立板結構(100)，其布置在所述排氣接收器(16)的下方，以將所述排氣接收器(16)支撐在所述發(fā)動機主體結構(I)上， ——所述豎立板結構(100)沿所述排氣接收器(16)的長度分布， ——所述豎立板結構(100)每個均具有安裝到所述排氣接收器(16)的上端(117)和安裝到所述發(fā)動機主體結構(I)的下端(118)， 其中，所述板結構(100)中的至少一個板結構包括 -一對柔性鋼板(110、115)，所述一對柔性鋼板(110、115)在所述上端(117)和所述下端(118)處被固定在一起，且所述一對柔性鋼板(110、115)被布置為橫向于所述排氣接收器(16)的縱向方向延伸， —所述鋼板(110、115)在所述鋼板的主表面彼此相對的情況下延伸，所述鋼板之間的間距從所述上端(117)和所述下端(118)開始增大，和 -至少一個間隔器(130)，所述至少一個間隔器(130)在所述上端(117)和所述下端(118)之間的位置處布置在所述鋼板(110、115)之間， —所述至少一個間隔器(130)適合于固定在所述間隔器(130)處的所述鋼板(110、115)之間的間距(SI)。
2.根據(jù)權利要求I所述的大型兩沖程柴油機，其中所述至少一個間隔器(130)被布置成在所述上端(117)和下端(118)之間的中途處或大致中途處提供在所述板(110、115)之間的最大間距(SI)。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，所述板結構(100)在所述排氣接收器(16)的所述縱向方向上是柔性的，以容納所述排氣接收器(16)相對于所述發(fā)動機主體結構(I)的熱膨脹。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，包括安裝裝置(120、125)，所述安裝裝置(120、125)用于將所述板結構(100)剛性地安裝到在所述上端(117)處的所述排氣接收器(16)和在所述下端(118)處的所述發(fā)動機主體結構(I)。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，所述至少一個板結構(100)的所述鋼板(110、115)通過所述至少一個間隔器(130)相互偏置開。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，所述至少一個間隔器(130)提供所述鋼板(110、115)之間的機械連接。
7.根據(jù)前述權利要求所述的大型兩沖程柴油機，所述至少一個間隔器(130)通過該間隔器的長度限定在所述間隔器(130)處的所述鋼板(110、115)之間的所述間距(SI)。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，在所述鋼板(110、115)之間在所述間隔器(130)處沒有任何焊接的情況下，所述至少一個間隔器(130)建立機械固定間距(SI)。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，所述板結構(100)被所述發(fā)動機主體結構(I)的掃氣接收器(9)支撐。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的大型兩沖程柴油機，其中多個所述間隔器(130)被布置成一排。
全文摘要
本發(fā)明涉及大型兩沖程柴油機。用于在發(fā)動機主體結構(1)和排氣接收器(16)之間連接的支承板結構(100)包括兩個對置的鋼板(110、115)，每個鋼板具有第一端(117)和第二端(118)；維持所述兩個板(110、115)在間隔開的關系中的至少一個間隔器(130)，所述間隔器(130)在所述板(110、115)之間布置在所述第一端(117)和第二端(118)之間的位置(116)處；和在所述第一端(117)和所述第二端(118)處的連接器(102、105)，所述連接器(102、105)維持所述兩個鋼板(110、115)在所述端部(117、118)處相互間的各個間距(S2、S3)，且所述至少一個間隔器(130)維持所述兩個鋼板(110、115)在所述間隔器(130)處相互間處于較大的第二間距(S1)。
文檔編號F01N13/08GK102720576SQ20121001888
公開日2012年10月10日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者約根·馬肯 申請人:曼恩柴油機渦輪公司,曼恩柴油機渦輪德國公司子公司