DK155452B - Fremgangsmaade til drift ved konstant geografisk hoejdeniveau af en dieselmotor i kombination med et turboladeanlaeg og dieselmotor i kombination med et turboladeanlaeg til brug ved udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

DK 155452 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til drift ved konstant geografisk højdeniveau af en højtydende dieselmotor i kombination med et turboladeanlæg med luftkøleorganer til køling af frisk luft, som skal føres til motoren, og mindst ét apparat til udvinding af energi 5 fra udstødsgassen fra motoren.

Det er kutyme, at en dieselmotor med turboladeanlæg ved sin aflevering indstilles bedst muligt i forhold til de klimatiske og installationsmæssige forhold, som hersker på det pågældende tidspunkt og på det pågældende sted. Hvis det drejer sig om en dieselmotor med 10 turboladeanlæg ombord på et skib, er turboladeanlægget dimensioneret på en sådan måde samt justeret ved afleveringen med faste indstillinger på en sådan måde, at den tilhørende dieselmotor arbejder optimalt under afleveringsprøven i værkstedet på afleveringstidspunktet, d.v.s. at motoren afgiver de bedst mulige resultater til opnåelse af 15 de foreskrevne betingelser, hvad angår den maksimale ydelse og det specifikke brændselsforbrug inden for de foreskrevne konstruktionsmæssigt forudsatte motorindstillingsgrænser og under særligt fordelagtige betingelser. Den foreliggende opfindelse hviler på den erkendelse, at en dieselmotor med turboladeanlæg, som dimensioneres og 20 justeres på denne måde, under den senere drift, hyppigt under særligt dårlige betingelser, set i gennemsnit ikke vil yde mest mulig energi med mindst muligt brændselsforbrug og ved lavest mulig varmebe-lastning, når en sådan dieselmotor med turboladeanlæg kombineres med et eller flere apparater til udvinding af energi fra motorens udstøds-25 gasser. Hvis det f.eks. antages, at det drejer sig om en skibsmotor, som leveres i et tempereret klima, er turboladeanlægget indstillet med et sådant turbineareal, at det ved den indsugningstemperatur og de øvrige klimatiske forhold, som f.eks. barometerstanden, samt specielle installationsforhold, som hersker det pågældende sted, vil levere 30 den størst mulige mængde skylle/Iadeluft til at give den bedst mulige skylning og det foreskrevne ladetryk, og dermed vil motoren bedst muligt overholde de foreskrevne betingelser ved lave temperaturer af motorens dele. Hvis imidlertid omgivelsernes forhold ændres i uheldig retning, f.eks. hvis det pågældende skib sejler i tropiske 2

DK 155452 B

farvande, vil temperaturen af turboladerens indsugningsluft stige i forhold til den, der normalt hersker ved afleveringen, og samtidigt kan barometerstanden være lav, således at motoren arbejder under mindre heldige forhold end ved afleveringen. Stigende indsugnings-5 temperatur forøger kompressionsarbejdet pr. vægtenhed luft, der ikke opvejes af en tilsvarende forøget energi fra turboladeanlæggets turbinedel, hvorfor luftmængdetilførslen til motoren reduceres, og det samme vil ske ved lav barometerstand. Dette er samtidigt ensbetydende med, at motorcylinderne yægtmæssigt set får tilført en formindsket luftmæng-10 de.

Det skal bemærkes, at der fra sammendraget til japansk patentskrift nr. 53-56.413 kendes en forbrændingsmotor og et turboladean-læg, der fødes med udstødsgas fra motoren, og som føder motoren med frisk luft. En temperaturføler og en trykføler aftaster tilstanden 15 af den luft, der føres til kompressordelen af turboladeanlægget, og styrer en omløbsventil, der åbner og lukker et omløb, hvorigennem udstødsgassen fra motoren føres omkring turboladeanlæggets turbine-del ved hjælp af signalerne fra følerne. Ved denne udformning er det muligt altid at tryklade motoren med en passende mængde luft 2® til kompensation for den fortynding af luftens vægtfylde, der skyldes stigende atmosfæretemperatur eller faldende atmosfæretryk. Den på denne måde omledte udstødsgas føres til atmosfæren gennem en lyddæmper sammen med den udstødsgas, der forlader turboladeanlæggets turbinedel.

23 Hvad angår den kendte teknik, skal der også henvises til be skrivelsen til USA patent nr. 2.245.163, der viser et kraftanlæg til et luftfartøj bestående af en motor og to turbiner. Den ene af turbinerne driver en kompressor til trykladning af motorens cylindere, og den anden turbine bidrager til drivning af motorens hovedaksel 30 ved hjælp af en mekanisk drivmekanisme bestående af et tandhjul, der er monteret på turbineakslen, og som indgriber med et tandhjul, der er fastgjort på motorens hovedaksel. Motorens cylindere er opdelt i to grupper, der hver føder et udstødsmanifold. Hvert manifold er opdelt i to kamre. Det ene kammer til det ene manifold 35 er altid forbundet med et indløbskammer til turbinens indløbskasse 3

DK 155452 B

for trykladning, og et af kamrene i det andet manifold er altid forbundet med et af indløbskamrene til dysekassen til turbinen, der driver hovedakslen. Det nævnte ene manifolds andet kammer kan føre udstødsgas til et andet indløbskammer til dysekassen til 5 turbinen til trykladning eller til et andet indløbskammer til dyse- kassen til den turbine, der driver hovedakslen, eller til begge de nævnte turbineindløbskamre. Det ene manifolds andet kammer kan ligeledes føde et tredie indløbskammer i dysekassen til turbinen til trykladning eller et tredie indløbskammer i dysekassen til den turbine, 10 der driver hovedakslen eller begge de nævnte tredie indløbskamre.

Begge turbinerne udstøder den anvendte udstødsgas direkte til atmosfæren.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at turboladeanlægget ved lav indsugningstemperatur og ved 15 normal motorbelastning fødes med kun en forud fastsat andel af den gas, som afgives af motoren, og at den resterende fraktion af udstødsgassen ledes til atmosfæren i omløb i forhold til turboladeanlægget, og at motoren kun fødes med den mængde friske luft, som leveres af turboladeanlægget under fødning af dette med den nævnte gasandel, 20 hvilken gasandel styres på en sådan måde, at den nævnte mængde fri ske luft er tilstrækkelig til skylning og ladning af motoren til, at denne arbejder under de foreskrevne betingelser, og at virkningen fra varierende omgivelsestilstande på den nævnte mængde friske luft modvirkes ved at forøge forholdet mellem den hævnte gasfraktion og den 25 nævnte gasandel ved indsugningstemperaturer, der falder i forhold til den nævnte lave temperatur, og formindske forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel ved indsugningstemperaturer, der stiger fra den nævnte lave temperatur, og at både den nævnte gasfraktion og gasandelen fra turboladeanlægget ledes til at-30 mosfæren gennem det mindst ene energiudvindingsapparat, såvel ved den nævnte lave indsugningstemperatur som ved de nævnte faldende temperaturer og ved de nævnte stigende temperaturer.

Opfindelsen medfører den fordel, at der opnås en forbedret udnyttelse af energien af det brændsel, der føres til motoren, navn-35 lig ved lave temperaturer, på grund af udnyttelsen af den varme, der 4

DK 15 5 4 S 2 B

findes i udstødsgassen, efter at udstødsgassen har forladt turboladeanlægget, og af den varme, som findes i den udstødsgasfraktion, som omløber turboladeanlægget. En sådan energiudvinding er af særlig betydning ved lav temperatur, fordi behovet ved en sådan tempera-5 tur for varmeudvinding er stort både til opvarmningsformål og til drivning af hjælpemaskineri. På den anden side vil motoren ikke blive iadet eller skyllet under optimale betingelser, således som tilfældet ville være, hvis alle udstødsgasserne blev anvendt til drivning af turboladeanlægget, men det har vist sig, at der mere end 10 kompenseres for dette forhold ved anvendelse af varmeindholdet i udstødsgassen som foreslået ifølge den foreliggende opfindelse. Endvidere vil der under tempererede klimatiske forhold med periodisk lave temperaturer stå en energireserve til rådighed for turboladeanlægget, således at dette, i tilfælde af at motoren skal arbejde under varmere 15 betingelser end dem, der herskede ved afleveringstidspunktet, kan bringes til at føre en relativ forøget mængde skylle/ladeluft til motoren, idet turboladeanlægget under disse ændrede betingelser tilføres en forøget andel af den udstødsgas, der afgives af motoren, nemlig ved formindskelse af forholdet mellem den fraktion af udstødsgassen, 20 der omløber turbineladeanlægget, og den andel af udstødsgassen, som føres til turboladeanlægget. Derved forbedres motorens arbejdsbetingelser under ellers dårlige omstændigheder, nemlig dels ved formindskelse af varmebelastningen, og dels ved formindskelse af brændselsforbruget. På lignende måde, nemlig ved at formindske det nævnte 25 forhold, kan der kompenseres for fald i barometerstanden. På denne måde styres motorens indstilling hensigtsmæssigt i afhængighed af varierende temperaturbetingelser, og fortrinsvis også i afhængighed af varierende barometerstand.

En foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden er ifølge op-30 findelsen ejendommelig ved, at der til udvinding af energi fra udstødsgassen anvendes et første og et andet varmeudvindingsapparat, samt at den nævnte gasandel fra turboladeanlægget føres til atmosfæren alene gennem det første varmeudvindingsapparat, og at den nævnte gasfraktion ledes til atmosfæren gennem det andet varmeudvindingsappa-35 rat, og det første varmeudvindingsapparat i serie. Ved hjælp af denne 5

DK 155452 B

udførelsesform for opfindelsen opnås det, at det høje energiniveau af den gasfraktion, der omløber turboladeanlægget, kan anvendes, f.eks. til drift af generatorer til levering af belysning eller andre former for hjælpeenergi. En sådan anvendelse er særligt fordelagtig, fordi der 5 under tempererede eller kolde forhold vil stå en stor fraktion af om ledet udstødsgas til rådighed til en sådan energiproduktion, og nøjagtigt under de omstændigheder vil der være stort behov for en sådan produktion.

Når en dieselmotor med et turboladeanlæg afleveres, vil turbo-10 ladeanlægget arbejde maksimalt, d.v.s. med sin største virkningsgrad.

Forsøg har imidlertid vist, at virkningsgraden af et turboladeanlæg falder gradvis i tidens løb, nemlig primært som følge af tilsmudsning.

Også dette forhold kan der kompenseres for, nemlig ved hjælp af en udførelsesform for fremgangsmåden, der ifølge opfindelsen er ejendom-15 melig ved, at forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel formindskes ved stigende tilsmudsning af turboladeanlægget, samt at det nævnte forhold forøges efter rensning af turboladeanlægget.

Opfindelsen angår også en dieselmotor i kombination med et turbo-20 ladeanlæg til brug ved udøvelse af fremgangsmåden, hvilket turbolade- anlægs turbinedel er forbundet med motorens udstøds rørsystem ved hjælp af mindst ét rør, og hvor turboladeanlæggets kompressordel er forbundet med motoren for fødning af denne med frisk skylle- og ladeluft gennem luftkøleorganer, hvilken dieselmotor yderligere har 25 mindst ét apparat til udvinding af energi fra udstødsgassen fra moto ren, hvilket mindst ene energiudvindingsapparat er forbundet med udstødsgasudløbet fra turboladeanlægget til modtagelse af udstødsgas fra turboladeanlægget. Ifølge opfindelsen er denne dieselmotor i kombination med dette turboladeanlæg ejendommeligt ved, at det mindst 30 ene energiudvindingsapparat yderligere er forbundet med udstødsrør systemet ved hjælp af en passage, der omløber turboladeanlægget, således at energiudvindingsapparatet modtager en fraktion af udstødsgassen fra udstøds rørsystemet, samt at der i denne omløbspassage er anbragt et reguleringsspjæld til styring af forholdet mellem den 6

DK 155452 B

fraktion af udstødsgas, som forløber gennem omløbspassagen og til energiudvindingsapparatet, og den andel af udstødsgassen, som passerer gennem det mindst ene rør, som forbinder turboladeaniægget og udstødsrørsystemet, hvilket spjæld kan styres til stillinger, ved hvil-5 ke det frie gennemstrømningsareal af omløbspassagen tillader kun en sådan fraktion af udstødsgassen at strømme til energiudvindingsapparatet, at den gasandel, der føres til turboladeaniægget, er tilstrækkelig til at bringe turboladeaniægget til at føde motoren med en luftmængde, der er tilstrækkelig til skylning og ladning af motoren, 10 således at denne arbejder ved de foreskrevne betingelser ved lav indsugningstemperatur, idet spjældets indstilling sker f.eks. ved hjælp af temperaturføleorganer og er således indrettet, at reguleringsspjældet bevæges i retning mod åbning af dette ved ladeluftindsug-ningstemperaturer, der aftager fra den nævnte lave temperatur, og 15 til at bevæge reguleringsspjældet i retning mod lukning af dette ved indsugningstemperaturer, der stiger fra den nævnte lave temperatur.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser en første udførelsesform for forbrændings-20 dingsmotoren med turboanlæg ifølge opfindelsen, fig, 2 skematisk et reguleringsanlæg til den i fig. 1 viste motor, fig. 3 en anden udførelsesform for forbrændingsmotoren med turboladeanlæg ifølge opfindelsen, set fra enden, 25 fig, 4 samme set fra oven, men med enkelte dele udeladt, fig. 5 skematisk et reguleringsanlæg til den i fig. 3 og 4 viste motor, fig. 6 skematisk en gasturbine til udnyttelse af energien i en del af den udstødsgas, som afgives af motoren ifølge 30 fig. 3 og 4, og fig. 7 et snit af den i fig. 6 viste gasturbine med tilhørende generator.

På tegningen betegner 1 en motor i form af en dieselmotor. Motorens udstødsrørsystem er skematisk vist ved 2, og dette er forbundet

DK 155452B

7 med en receiver 3 for udstødsgas. Denne er ved hjælp af et skematisk, som en kanal 4 vist rørsystem forbundet med et ligeledes skematisk vist turboladeanlæg 5, hvis trykside føder en receiver 6 over en luftkøler 7, hvorfra motoren forsynes med skylle- og ladeluft. Ved den i fig. 1 5 viste udførelsesform er motoren forsynet med en skematisk vist dampkedel 70 til udnyttelse af varmeenergien i udstødsgassen. Kedlen 70 har en studs 71 for tilledning af vand og en studs 72 for afgivelse af damp. Kedlen er forbundet med udstødsgasreceiveren 3 ved hjælp af en kanal 11, hvori der er indsat et reguleringsspjæld 9, og kedlen 70 er end-10 videre ved hjælp af en kanal 73 sluttet til udstødssiden af turboanlæg-gets turbinedel 8. De to kanaler 11 og 73 er sluttet til et fælles indløb 74 til kedlen 70, men de kan ved hjælp af et spjæld 75 sættes i forbindelse med en udstødsledning 76, der fører direkte til det fri.

Det skematisk viste spjæld 9 udgør, som det vil ses, omlednings-15 organer, idet en større eller mindre del af den udstødsgas, som ellers ville blive tilført turboladenlægget 5 gennem kanalen 4, alt efter spjældet 9's stilling vil blive ført uden om turboladenlægget og direkte til kedlen 70 gennem kanalen 74 eller direkte til det fri gennem udstødsledningen 76, alt efter spjældet 75's stilling. Det vil forstås, at hvis 20 man ikke ønsker at udnytte varmeenergien ved hjælp af en kedel eller en anden form for energiomsætter eller varmeveksler, udmunder kanalen 11 og kanalen 73 direkte til det fri.

Turbolanlægget 5 er konstrueret og indstillet på en sådan måde, at det under tempererede forhold vil yde den til skylning og ladning af 25 motoren 1 's cylindere fornødne luft, selv når en vis mængde udstødsgas ledes udenom turboladeanlægget 5 ved hjælp af spjældet 9.

I fig. 2 er det skematisk vist, hvorledes motoren 1 og dennes turboladeanlæg 5 i fig. 1 reguleres under varierende forhold. I fig. 2 genfindes det skematisk viste spjæld 9, som er drejeligt lejret på en 30 aksel 10 inde i kanalen 11. Spjældet 9 er som vist i fig. 2 forbundet med et vægtstangssystem bestående af tre vægtstænger 14, 15 og 16, der hver for sig er drejeligt lejret om en tilhørende aksel henholdsvis 17, 18 og 19. Dette reguleringssystem bør opfattes rent principielt og skal blot belyse en enkelt måde, hvorpå et sådant reguleringssystem 35 kan udformes. Den nederste vægtstang 16's aksel 19 er fast understøttet i forhold til en del af motoren eller turboladeanlægget ved hjælp af en understøtning 20, og vægtstangen 16's ene arm 21 er ved hjælp af en stang 22 forbundet med vægtstangen 15's aksel 18, og vægtstangen 15's ene arm 23 er ved hjælp af en stang 24 forbundet med vægtstangen 8

DK 155452 B

14‘s aksel 17. Vægtstangen 14's ene arm 25 er ved hjælp af en stangforbindelse 26 forbundet med spjældet 9. Hver af stængerne 22 og 24 er styret i lodret retning ved hjælp af et leje, som skematisk er antydet ved henholdsvis 28 og 29.

5 Vægtstangen 14's anden arm 30 er pi ikke nærmere vist mide for bundet med en føler, som aftaster turboladeanlægget 5's indsugningstemperatur, og som ved stigende indsugningstemperatur bevæger armen 30 i pilen 31's retning. Derved bevæges spjældet 19 i retning til lukning, og dette er altsi ensbetydende med, at der omledes mindre ud-10 stødsgas eller, sagt med andre ord, der strømmer mere udstødsgas til turboladeanlægget 5. Derved kompenseres der for den stigende indsugningstemperatur,· idet receiveren 6 får tilført en større vægtmængde luft af turboladeanlægget 5*s kompressordel.

Vægtstangen 15's anden arm 32 er forbundet pi ikke nærmere vist 15 mide med et instrument, som påvirkes af motorens belastning. Denne ende 32 af vægtstangen 15 kan f.eks. bevæges fra motorens belast-nings-og reguleringshåndtag, og den bevæges i pilen 33's retning ved stigende belastning af motoren. Derved bevæges stangen 24 og dermed akslen 17 nedefter og følgelig bevæges spjældet 10 i retning til for-20 øgelse af omledningsmængden. Med andre ord mindskes gastilførslen til turboladeanlægget og derved mindskes motorens skylning og fyldning, således at skylle- og ladetrykket kan holdes så tæt som muligt og nødvendigt på konstruktionsværdien.

Vægtstangen 21's anden arm 34 bevæges i afhængighed af turbola-25 deanlægget 5's virkningsgrad. Et turboladeanlægs virkningsgrad og luftlevering falder efter den pågældende motors aflevering, d.v.s. det tidspunkt, hvor motoren gennemgår sin afsluttende prøve og aflevering.

Den gode virkningsgrad og luftlevering af turboladeanlægget, som dette har ved den afsluttende prøve, vil erfaringsmæssigt ikke kunne opnås 30 senere, med mindre turboladeanlægget renoveres helt. Der vil altså altid fremkomme et initialfald i virkningsgraden og luftleveringen efter turbo-ladeanlæggets ibrugtagning, og endvidere falder turboladeanlæggets virkningsgrad og luftlevering under den senere drift, navnlig som følge af tilsmudsning. Dette sidste forhold kan der rådes bod på ved at fore-35 tage en overhaling af turboladeanlægget. Ved fald i turboladeanlæggets virkningsgrad bevæges armen 34 modsat retningen af pilen 35, hvorved stangen 22 og dermed akslen 18 løftes, hvilket på sin side bevirker en løftning af stangen 24 og af akslen 17, således at spjældet 9 med andre ord bevæges i retningen mod lukning. Nu omledes der mindre gas, og 9

DK 155452 B

turboladeanlægget forsynes med den ekstra gasmængde, som er fornøden til kompensation for turboladerens faldende virkningsgrad og luftlevering. Efter overhaling af turboladeanlægget, som foretages med bestemte mellemrum, nemlig når tilsmudsningen bliver for stor, bevæges armen 34 5 i retning af pilen 35, hvorved spjældet 9 bevæges i ibneretningen. På grund af det i det foregående forklarede initialfald i virkningsgraden og luftleveringen skal der efter en overhaling omledes mindre gas end der skulle ved ibrugtagning af turboladeanlægget, og spjældet 9 skal altså lukkes mere end den stilling, det havde ved ibrugtagningen, for at den 10 derved forøgede gasmængde til turboladeanlægget kan kompensere for initialfaldet. Dette kan gøres ved at forbinde vægtstangen 16 med ikke viste organer til omlægning af dennes reguleringsområde, således at vægtstangen 16 efter at initialfaldet og en overhaling af turboladeanlægget har fundet sted, regulerer spjældet 9 mellem en mere lukket og en 15 mindre åben stilling end tilfældet var i tidsrummet mellem ibrugtagningen og den første overhaling. Da der, sagt med andre ord, efter at initialfaldet er indtrådt, skal reguleres som om kanalen havde et mindre areal end det havde før initialfaldet indtrådte, kan der i stedet for en omlægning af vægtstangen 16's reguleringsområde anvendes en anden 20 løsning, som er vist i fig. 1, og som består af en omløbsledning 78, som forbinder receiveren 3 eller kanalen 11 før spjældet 9 med kanalen 74, og som indeholder et spjæld 79. I det tidsrum, hvorunder initialfaldet finder sted, er spjældet 79 åbent, således at den gasmængde, som turboladeanlægget ikke behøver i perioden med den højeste virk-25 ningsgrad og luftlevering, ledes til enten kedlen 70 eller til det fri, alt efter spjældet 75's stilling. Når initialfaldet har fundet sted, lukkes spjældet 79, og turboladeanlægget 5 tilføres den tilsvarende forøgede gasmængde gennem kanalen 4 til kompensation for initialfaldet. Derved opnås, at vægtstangen 16 kun behøver at have et reguleringsområde, 30 der svarer til den variation af turboladeanlæggets virkningsgrad og luftlevering, som fremkommer mellem overhalingerne.

Ved den i fig. 3 og 4 viste udførelsesform for motoren med turbo-ladeanlæg ifølge opfindelsen er der stort set anvendt de samme henvisningsbetegnelser som i fig. 1, idet 1 betegner selve motoren, 2 beteg-35 ner motorens udstødssystem, 3 en receiver, som modtager udstødsgassen fra cylinderne, og 4 skematisk og i form af en kanal betegner et ledningssystem til tilførsel af udstødsgas fra receiveren 3 og til motorens turboladeanlæg, der er betegnet med 5. Dette føder over en luftkøler 7 en receiver 6, som på sin side forsyner motoren med skylle-og 10

DK 155452 B

iadeluft. Turboladeanlægget 5 afgiver den anvendte gas til et aftrækskanalsystem 40.

Ved den i fig. 3 viste udførelsesform er der mellem receiveren 3 og aftrækskanal systemet indskudt et apparat 80 til udnyttelse af en del 5 af udstødsgassen, som omledes i forhold til turboladeanlægget til sekundær energiproduktion, nemlig i form af en gasturbine, som er sammenkoblet med en generator, og som skematisk er vist i fig. 6 og 7. Gasturbinens tilgangsside er forbundet med udstødsgasreceiveren 3 ved hjælp af en rørkanal 41, der som vist i fig. 6 fører til den der viste 10 gasturbines indløbsside. Gasturbinens afgangsside er forbundet med aftræks kanal systemet 40. Til dette kan der, ligesom ved motoren i fig.

1 og 2, høre en kedel 70, fig. 3, f.eks. en dampkedel med en tilgang 71 og en afgang 72, eller en anden form for apparat til udnyttelse af udstødsgassens varmeenergi. Også kedlen 70 i fig. 3 kan udkobles ved 15 hjælp af et spjæld 75 i en udstødsledning 76.

Principielt kan motoren i fig. 3 og 4 reguleres på samme måde som forklaret i forbindelse med fig. 2, nemlig ved hjælp af en spjæld 9, som er indsat i kanalen 41, og således som det skematisk er vist i fig. 5. I fig. 5 er der i den udstrækning, det er muligt, anvendt samme hen-20 visningsbetegnelser som i fig. 2, og det vil således umiddelbart forstås, at ved stigende indsugningstemperatur bevæges vægtstangen 14 i retning af pilen 31, hvorved gastilførslen til gasturbinen formindskes, hvorimod gastilførslen til turboladeanlægget 5 forøges med det i det foregående forklarede resultat. Når vægtstangen 21 bevæges mod ret-25 ningen af pilen 35, bevæges spjældet 9 i lukkeretningen, og der opnås derved den samme kompensationsvirkning for faldende turboladervirkningsgrad som forklaret i det foregående. Også motoren i fig. 3 og 4 kan være forsynet med en kanal 78, fig. 3, med deri indbygget spjæld 79, som holdes åbent, medens turboladeanlægget arbejder med sin 30 største virkningsgrad, og som lukkes, når initialfaldet har fundet sted, og som først åbnes, såfremt hele turboladeanlægget skulle blive fornyet.

Når det derimod drejer sig om motorbelastningen, i afhængighed af hvilken vægtstangen 15 drejes, forholder det sig i fig. 5 modsat af, hvad tilfældet er i fig. 2, idet denne vægtstang 15 drejes i pilretningen 35 33a, som er modsat pilretningen 33 i fig. 2, når motorbelastningen stiger. Derved mindskes der for gastilførslen til gasturbinen 80, og dermed øges gastilførslen til turboladeanlægget. Denne regulering ved stigende belastning strækkes imidlertid ikke videre, end at det tilladte maksimaltryk ikke overstiges. Ved faldende belastning sker reguleringen

DK 155452 B

11 modsat, men kun ned til den minimumsbelastning, hvor man i det hele taget med fordel kan udnytte energien i udstødsgassen til sekundær kraftproduktion. Under dette område lukkes der helt eller så meget som turboladeanlæggets stabilitet tillader. I fig. 5 er der vist en yderligere 5 vægtstang 44 med en aksel 45, som er indskudt mellem de to vægtstænger 14 og 15, og som er forbundet med disse ved hjælp af stænger 46 og 47, der styres på samme måde som forklaret i forbindelse med fig. 2, men ikke nærmere vist i fig. 5. Denne vægtstang 44 anvendes, når det ønskes at regulere eller justere tilførslen af udstødsgas til 10 gasturbinen, idet vægtstangen 44 i så fald svinges i retning af pilen 48. Denne regulering eller justering sker i afhængighed af behovet, der eksempelvis varierer i døgnets løb, i årets løb og efter de klimatiske forhold. Det vil ses, at når vægtstangen 44 svinges i retningen af pilen 48, vil spjældet 9 bevæges i åbneretningen, således at gasturbinen får 15 tilført mere udstødsgas.

I det foregående er selve reguleringen for simpelheds skyld omtalt som foretaget ved hjælp af et simpelt spjæld 9. I fig. 6 er der vist en lidt mere detaljeret spjældudformning. Som tidligere nævnt betegner 80 den pågældende gasturbine og 41 dennes indløb. Gasturbinens indløbs-20 skovlkrans er skematisk vist i fig. 6 og er betegnet med 50. Tilløbet til skovlkransen 50 er opdelt i tre dele, 51, 52 og 53, og tilgangen til hver skovl kransdel reguleres ved hjælp af et spjæld henholdsvis 54, 55 og 56. Desuden er gasturbinen forsynet med et omløb 57, som kan reguleres ved hjælp af et spjæld 58, og som kan aflukkes og åbnes helt ved 25 hjælp af et spjæld 59. Ved omlægning af spjældet 59 fra den i fig. 6 viste stilling og i den viste pilretning lukkes der for tilløb til gasturbinen og omløbet 57 åbnes, således at løbskkørsel af gasturbinen kan undgås, f.eks. ved et pludseligt belastningsfald hvad angår den af gasturbinen drevne generator. Spjældet 58 indstilles herunder således, 30 at det frie gennemstrømningsareal af omløbet 57 svarer til det frie gennemstrømningsareal af delene 51, 52 og 53 ved det tidspunkt, hvor disses tilgang lukkes ved hjælp af spjældet 59, således at der ikke sker nogen ændring i motorens driftsforhold. Spjældene 54, 55 og 56 anvendes på principielt samme mide som spjældet 9 i fig. 5. Grunden til, at 35 der i fig. 6 er anvendt de tre spjæld er at opnå en god virkningsgrad af gasturbinen 80, idet der ved begyndende lukning af tilførslen af udstødsgas til gasturbinen først lukkes gradvist for det ene spjæld, derefter for det andet og sluttelig for det tredie, således at turbinen bibeholder en hæderlig virkningsgrad under reguleringsforløbet. Gas-

DK 155452 B

12 turbinen 80 er som vist i fig. 7 sammenkoblet med en generator 60 af i og for sig kendt konstruktion. Det vil imidlertid forstis, at i de tilfælde, hvor man ønsker en anden form for energi, f.eks. varme, kan gasturbinen med den tilhørende generator erstattes, f.eks. med en 5 kedel.

Af de i det foregående givne forklaringer vil det forstås, at tur-boladeanlægget 5 i realiteten bypasses ved hjælp af en bypass-åbning, og dennes maksimale areal står hensigtsmæssigt i relation til totalvirkningsgraden af det anvendte turboladeanlæg, således at bypass-åbnin-10 gens areal er større, jo højere virkningsgraden er, d.v.s. at der står en større energireserve til rådighed til regulering, jo større det anvendte turboladeanlægs virkningsgrad er. Nærmere betegnet kan bypass-are-alet sættes i relation til forholdet: nL: ni 15 η1 hvor r)1 på ca. 60% er den virkningsgrad, som man hidtil har anset for at være den minimale virkningsgrad, der er tilfredsstillende under tempererede driftsforhold, og η2 er den til enhver tid opnåelige og kommercielt tilgængelige. Karakteristisk vil det maksimale areal være 1 til 2 20 gange den ovennævnte procentdifference i procent af det pågældende turboladeanlægs samlede ækvivalente eller effektive gennemstrømningsareal, idet de større faktorer anvendes i tilfælde, hvor udstødsgassens restenergi udnyttes til energiproduktion og de mindre faktorer, hvor dette ikke er tilfældet.

25 Summerende skal det nævnes, at der ifølge opfindelsen opnås et lavere gennemsnitligt specifikt brændselsolieforbrug, udjævning af motorens varmebelastning og en økonomisk udnyttelse af varmen i udstødsgassen og derved opnås der en forbedret driftsudnyttelse, nemlig ved den forklarede hensigtsmæssige regulering af bypass-arealet, som 30 principielt består i, at arealets størrelse reguleres indenfor det øvre område i tempereret klima og højere, jo lavere belastningen, indsugningstemperaturen og/eller gastemperaturen er, samt jo højere ladevirkningsgraden og kravet til udstødsenergi er. På tilsvarende måde opnås de ovennævnte gunstige tilpasninger under tropiske forhold ved, 35 at arealets størrelse lægges i det nederste område og lavere, jo højere belastningen, indsugningstemperaturen og/eller gastemperaturen er, samt jo lavere ladevirkningsgraden og kravet til udstødsgasenergi er.

Claims (12)

1. Fremgangsmåde til drift ved konstant geografisk højdeniveau af en højtydende dieselmotor il) i kombination med et turboladean-læg (5) med luftkøleorganer (7) tii køling af frisk luft, som skal 5 føres til motoren, og mindst ét apparat til udvinding af energi fra udstødsgassen fra motoren, kendetegnet ved, at turbo-ladeanlægget ved lav indsugningstemperatur og ved normal motorbelastning fødes med kun en forud fastsat andel af den gas, som afgives af motoren, og at den resterende fraktion af udstødsgas-10 sen ledes til atmosfæren i omløb i forhold til turboladeanlægget (5), og at motoren (1) kun fødes med den mængde friske luft, som leveres af turboladeanlægget (5) undér fødning af dette med den nævnte gasandel, hvilken gasandel styres (ved 9) på en sådan måde, at den nævnte mængde friske luft er tilstrækkelig til skylning og ladning 15 af motoren (1) til, at denne arbejder under de foreskrevne betingelser, og at virkningen fra varierende omgivelsestilstande på den nævnte mængde friske luft modvirkes ved at forøge forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel ved indsugningstemperaturer, der falder i forhold til den nævnte lave temperatur, 20 at formindske forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel ved indsugningstemperaturer, der stiger fra den nævnte lave temperatur, og at både den nævnte gasfraktion og gasandelen fra turboladeanlægget ledes til atmosfæren gennem det mindst ene energiudvindingsapparat (70), såvel ved den nævnte lave indsugnings-25 temperatur som ved de nævnte faldende temperaturer og ved de nævnte stigende temperaturer.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til udvinding af energi fra udstødsgassen anvendes et første og et andet varmeudvindingsapparat (henholdsvis 70 og 80), samt 30 at den nævnte gasandel fra turboladeanlægget (5) føres til atmosfæren alene gennem det første varmeudvindingsapparat (70), og at den nævnte gasfraktion ledes til atmosfæren gennem det andet varmeudvindingsapparat (80) og det første varmeudvindingsapparat (70) i serie.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel forøges ved motorbelastninger, der falder fra fuld belastning og til H DK 155452 B en forud valgt delbelastning. if. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel formindskes ved motorbelastninger, der aftager fra en forud valgt delbelast-5 ning.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel ved stigende behov for energiudvinding fra udstødsgassen forøges ved fuld motorbelastning og ved delbelastninger mellem fuld belastning 10 og den nævnte forud valgte delbelastning.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forholdet mellem den nævnte gasfraktion og den nævnte gasandel formindskes ved stigende tilsmudsning af turboladeanlægget (5), samt at det nævnte forhold forøges efter rensning af turboladeanlægget 15 (5).

7. Dieselmotor i kombination med et turboladeanlæg (5) til brug ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, hvilket turbo-ladeanlægs (5) turbinedel (8) er forbundet med motorens udstødsrørsystem (2) ved hjælp af mindst ét rør, og hvor turboladeanlæggets 20 (5) kompressordel er forbundet med motoren (1) for fødning af denne med frisk skylle- og ladeluft gennem luftkøleorganer (7), hvilken dieselmotor yderligere har mindst ét apparat (70; 80) til udvinding af energi fra udstødsgassen fra motoren (1), hvilket mindst ene energiudvindingsapparat (70; 80) er forbundet med udstødsgasudlø-25 bet (73) fra turboladeanlægget (5) til modtagelse af udstødsgas fra turboladeanlægget (5), kendetegnet ved, at det mindst ene energiudvindingsapparat (70; 80) yderligere er forbundet med udstødsrørsystemet (2) ved hælp af en passage (11), der omløber turboladeanlægget (5), således at energiudvindingsapparatet 30 (70;80) modtager en fraktion af udstødsgassen fra udstødsrør systemet (2), samt at der i denne omløbspassage (11) er anbragt et reguleringsspjæld (9) til styring af forholdet mellem den fraktion af udstødsgas, som forløber gennem omløbspassagen (11) og til energiudvindingsapparatet (70; 80), og den andel af udstødsgas-35 sen, som passerer gennem det mindst ene rør (4), som forbinder turboladeanlægget (5) og udstødsrørsystemet (2), hvilket spjæld (9) kan styres til stillinger, ved hvilke det frie gennemstrømnings- DK 155452 B areal af omløbspassagen (11) tillader kun en sådan fraktion af udstødsgassen at strømme til energiudvikllngsapparatet (70; 80), at den gasandel, der føres til turboladeanlægget (5), er tilstrækkelig til at bringe turboladeanlægget (5) til at føde motoren (1) med den luftmængde, 5 der er tilstrækkelig til skylning og ladning af motoren (1), således at denne arbejder ved de foreskrevne betingelser ved lav indsugningstemperatur, idet spjældets (9) indstilling sker ved hjælp af tempe-raturføleorganer (ved 31) og er således indrettet, at reguleringsspjældet (9) bevæges i retning mod åbning af dette ved ladeluftindsug- 10 ningstemperaturer, der aftager fra den nævnte lave temperatur, og til at bevæge reguleringsspjældet (9) i retning mod lukning af dette ved indsugningstemperaturer, der stiger fra den nævnte lave temperatur.

8. Dieselmotor ifølge krav 7, kendetegnet ved et 15 første energiudvindingsapparat (70) og et andet energiudvindingsapparat (80), samt at det første energiudvindingsapparat (70) er forbundet med turboladeanlæggets (5) udstødsgasudløb (73), samt at det første energiudvindingsapparat (70) endvidere er forbundet med omløbspassagen (11) efter reguleringsspjældet (9), som set i strømnings- 20 retningen, og gennem det andet energiudvindingsapparat (80).

9. Dieselmotor ifølge krav 8, kendetegnet ved, at reguleringsspjældet (9) er forbundet med organer (ved 33) for bevægelse af reguleringsspjældet (9) i retning mod åbning af dette ved ændring af motorens belastning fra fuld belastning og til en forud 25 valgt delbelastning.

10. Dieselmotor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at reguleringsspjældet (9) er forbundet med organer (ved 33) for bevægelse af reguleringsspjældet (9) i retning mod lukning af dette ved ændring af motorens belastning fra en forud valgt delbelastning og i ret- 30 ning til formindskelse af belastningen.

11. Dieselmotor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at reguleringsspjældet (9) er forbundet med organer (ved 48) for bevægelse af reguleringsspjældet (9) i retning mod åbning af dette ved stigende behov for varmeudvinding ved fuld belastning 35 af motoren og ved delbelastninger mellem den fulde belastning og en forud valgt delbelastning.

12. Dieselmotor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at reguleringsspjældet (9) er forbundet med organer (ved 35) til DK 155452 B bevægelse af reguleringsspjældet (9) i retning mod lukning af dette ved stigende tilsmudsning af turboladeanlægget (5) og bevægelse af reguleringsspjældet (9) i retning mod åbning af dette efter rensning af turboladeanlægget.

13. Dieselmotor ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det mindste frie gennemstrømningsareal af omløbspassagen (11), i reguleringsspjældets (9) maksimalt åbne stilling, opfylder følgende betingelser: η 2 - η 1 A oml. η 2 - η 1 - < - < 2 x- 10 ηΐ Α tur. ηΐ hvor Α oml. betegner det frie gennemstrømningsareal af omløbspassagen (11) i den nævnte maksimalt åbne stilling af reguleringsspjældet (9), A tur. er turboladeanlæggets (5) totale effektive turbinegennemstrømningsareal, ηΐ er den minimale virkningsgrad for et turboladeanlæg, 15 der anses for at være nødvendig til fødning af den pågældende motor (1) med en luftmængde, der er tilstrækkelig til skylning og ladning af motoren (1), når denne arbejder ved de foreskrevne betingelser ved lav indsugningstemperatur, og når dette turboladeanlæg fødes med den totale mængde udstødsgas, som leveres af motoren, og 20 η 2 er virkningsgraden af det turboladeanlæg 5, som hører til dieselmotoren.