大型十字头式柴油机

摘要

本发明涉及一种大型的十字头式柴油机，它具有：一个用于承接曲轴(3)的机座(2)；一个具有两个外壁(4)并设置在上述机座(2)上且具有至少一个由横向支承壁(7)构成双壁结构的支承体(6)的机架(5)，该机架(5)还具有用来导引两个相邻的十字头(9)的滑轨(8)；和一个安置在机架(5)上用于承接气缸的气缸套(10)，其中，上述的机座(2)、机架(5)和气缸套(10)通过在机架(5)区域内的双壁支承体内部延伸的连接杆(11)互相连接，在上述机座(2)内设置一个做成单壁的横向支承件(12)，机座(2)具有至少一个用于支承曲轴(3)的轴承座(13)。按照本发明，上述连接杆(11)借助于一个可从切口(14)取出的定位件(15)固定在轴承座(13)的位于曲轴(3)纵轴线(K)与机架(5)之间的区域内的一个切口(14)内。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按照独立权利要求1前序部分的大型十字头柴油机。

背景技术

大型十字头柴油机，例如适合用于造船作业或固定式工厂例如发电站的那种柴油机，包含三个构成柴油机框架的大的壳体部件。一种所谓的机架由金属底板隔开而设置在一种除了具有用于支承曲轴的曲轴主轴承的轴承座外还具有横向支承件的机座上。根据大型柴油机气缸的数目，上述机架可具有多个对置的支承体，这些支承体分别具有垂直地延伸的用于导引两个相邻十字头的滑轨，所述的十字头通过连杆与曲轴相连接。在所有情况下，上述两个对置的垂直延伸的滑轨都由中央壁加以支撑。各个支承体通常由公用的金属盖板来互相连接。然后将一种气缸部件(也常称为气缸套)安置在机架上方的金属盖板上，上述的气缸套适合于承接多个气缸衬管。上述的机座、机架和气缸套通过连接杆互相连接起来，所述的连接杆通常在机架区域内的支承体内部延伸，该连接杆是在一定的预应力下靠螺纹拧进上述机座内或者说拧在上述机座上的。

德国专利DE 3512347 C1公开过一种机架，该机架具有一个用于活塞往复运动机构的十字头滑轨的支柱，该支柱做成双壁结构。安置用于承接气缸衬管的气缸套的上述机架安装在机座上的薄金属底板上。所述的薄金属底板与斜置的外壁和垂直滑轨一起构成两个梯形横截面的并由公用金属盖板互相连接的框架，该梯形框架被横向支承壁插入其外壁与滑轨之间，这样就形成像一个支柱的双壁结构的支承体。上述机座具有一个包含下轴承壳和具有轴承盖的上轴承壳的轴承座，曲轴就安装在该机座的轴承座内的两轴承壳内。柴油机的气缸套、机架和机座由连接杆连接在一起，上述连接杆在曲轴下面固定到轴承座内。

在这种公知的大型十字头式柴油机中，机架的双壁结构的支承体安装在同样是双壁结构的机座内的支承件上，这就是说，机架和机座都是具有横向支承壁的双壁结构件。

现有技术公知的这种大型十字头式柴油机的结构有一些严重的缺点。其支承件是焊接固定在机座上的。如果该支承件是具有两个对置的壁的双壁结构件，那么构成机座内的双壁支承件的两个壁之间的焊缝就不能被逆焊，这样就会出现与机座的强度和/或稳定性有关的问题。由于机座的支承件的壁必须与机架内的支承体的支承壁成直线对准，故机座相对于机架的直线对准是困难的。而且连接杆固定在轴承座的下部，也就是固定在曲轴的下面，故连接杆必须通过轴承座内的穿过所谓的连接杆管直到并进入轴承座的下部区的孔来导引。由于连接杆必须在较大的预应力下固定在轴承座下部，这就导致轴承座内产生较大的应变，并导致轴承壳发生变形。因此，现有的机座在结构上刚性较大并且较为复杂和/或较为昂贵。

上述的问题采用欧洲专利EP 1382829所述的组件得到一定的克服。EP 1382829所公开的大型十字头式柴油机具有一个含有做成单壁结构的横向支承件的机座，就是说，其双壁的机架首先安装在单壁的机座上。该大型十字头式柴油机的机座、机架和气缸套通过连接杆互相连接起来，该连接杆在双壁支承体内伸入机架区并固定在具有单壁支承件的机座的轴承座内。

在EP 1382829的发明之前，曾认为当机架做成双壁结构的支承体时将机座做成双壁结构对于稳定性来说是绝对必需的。由于连接杆是在较大的预应力下固定在机座内的，曾预测若将机架内的双壁支承体与机座内的单壁支承件相结合，无论在机架的下部和金属机座内以及轴承座区域内都会有不允许的机械应力。此外，单壁机座与双壁机架相组合中预料到的所谓“微振磨损”的问题，至今仍未解决。熟悉本技术的人们知道“磨损”是一种特殊形式的摩擦腐蚀，它会在机架与机座之间相接触的表面上出现。基于上述原因，曾认为双壁的支承体与单壁的机座相组合是不可行的，然而，人们将会看到如果机架和机座在连接杆区域内合理地设计的话，上述问题是可以通过确定的力的流散来避免的。

实际上，特别重要的是，EP 1382829的连接杆不是通过一个穿过整个轴承座的孔来导引然后在轴承座下面由例如一个连接杆螺母来拧紧，而是将连接杆固定在轴承座的位于曲轴轴线上方亦即位于曲轴中心线与机架之间的螺纹孔内，从而首先有效地避免了直到那时都无法避免的轴承座内的令人担忧的会导致轴承壳变形的较大应变。也就是如果连接杆固定在机座内曲轴的上方，那么连接杆所受到的较大的拉伸应力将不再以变形的方式传递给曲轴。

单壁机座的另一个优点是，机座的反应灵活得多，也就是说，对于曲轴转动的反应具有小得多的刚性，从而显著减小曲轴轴承上的和曲轴本身的应变，使柴油机的运行特性得以完全显著的改善。

尽管有上述这些进步，但在机座上固定连接杆的方法还有一些缺点。由于连接杆是拧进机座内的螺孔内的，故连接杆是刚性较大地连接到机座上的。由于在大型柴油机工作状态下有许多不同的应力，特别是由于有由机械应力引起的在连接杆内的弯曲载荷、振动和其他的应力，可造成对连接杆的损坏，尤其在螺孔附近，例如在连接杆内出现危险的裂纹，这在最坏的情况下会导致连接杆在较大预应力下发生断裂。当连接杆所受预应力稍不规则例如两根相邻连接杆受到不同的预应力时，上述的危险特别大。

另外，在例如连接杆拧进或拧出时，或者由于工作状态中的机械载荷的作用，会损坏螺孔的螺纹，这种损坏只有相当大的努力才可修复，而在最坏的情况下完全不能修复，所以必须更换机座的相应零件，这就相应地要费工、费时和费钱。

在另一方面，业已表明，加工出螺孔实际上是十分费力且费钱的工序，特别是由于必须十分精确和小心地在金属基板上加工出螺孔，那就更加费力和费钱了。

因此，本发明的目的是提出一种改进了连接杆在机座中的固定方法从而可避免上述的现有技术的缺点的大型十字头式柴油机。

本发明的解决上述问题的主题要点具有独立权利要求1的特征。

相关的附属权利要求涉及本发明的特别有利的实施例。

因此，本发明涉及一种大型十字头式柴油机，它具有：一个用于承接曲轴的机座；一个具有两扇设置在上述机座上的外壁和至少一个由横向支承壁构成双壁结构的支承体的机架，该机架具有用于两个相邻十字头的滑动面(滑轨)；和一个安置在机架上用来承接气缸的气缸套，上述的机座、机架和气缸套通过至少一个连接杆互相连接起来，上述连接杆在机架区域内的双壁支承体内部延伸。在机座上设置一个做成单壁的横向支承件，机座内包含至少一个用于支承曲轴的轴承座。按照本发明，上述连接杆借助于一个可从切口取出的定位件固定在轴承座的位于曲轴纵轴线与机架之间的区域内的一个切口内。

上述机架可具有一个金属底板、一个金属盖板和一个设置在两个对置的滑轨之间的中央壁板。

上述连接杆不再刚性地连接到轴承座的螺孔内，因连接杆是借助于一个可从切口取出的定位件固定在轴承座的位于曲轴纵轴线与机架之间的区域内的一个切口内。也就是说，在其支承端部带有螺纹的连接杆通过一个在轴承座内的不带螺纹连接的孔来导引，然后借助于例如一个松松地置于上述切口内的连接杆螺母将它固定在切口内。这种固定连接杆的方式保证了连接杆与轴承座之间的高度灵活性，即使在连接杆处于装配状态时受到巨大的拉应力的情况下也是如此，因此可容易地转移连接杆在工作过程中不可避免地要受到的机械载荷如：振动、弯曲载荷等，不再是必须单独由连接杆或由螺纹连接处，和/或由连接杆/螺纹孔结构来承受。

即使是出现例如由于连接杆存在制造缺陷或连接杆安装时不够小心(例如两个连接杆安装成带有不同预应力)而发生连接杆断裂或裂纹的情况，也可以特别容易地更换有缺陷的或破坏了的连接杆，而没有例如必须艰难地拆卸连接杆断裂零件的连接杆螺孔，或者，甚至没有必须照此再次修复的孔。

按照本发明，连接杆的安装和拆卸都十分容易，因此可节省成本，特别是提高了在出现有缺陷的连接杆的情况下整个船只的工作安全性。

在本发明的大型十字头式柴油机的一个优选实施例中，支承体的横向支承壁朝着气缸套的方向呈V字形延伸入机架内，在所有情况下在该支承壁上都安置着用于两个相邻十字头的滑轨，就是说，上述的横向支承壁沿着气缸套的方向向上延伸而增大它们的间距。上述的中央壁可附加地提供两个对置的滑轨之间的支持。

本说明书中用的“横向”一词，应照例理解为一种取向，实际上是垂直于大型柴油机曲轴轴线延伸的方向的一种取向。

由于众所周知的，在接近于连接十字头的活塞运动至上死点时十字头传递到由支承体的支承壁所支承的滑轨上的垂直力是最大的(上述的活塞以公知的方式安装成在大型十字头式柴油机的气缸内作往复运动)，所以，支承体的V字形结构特别是在机架的上部区域可以很好地承受并分散上述的垂直力。当然，上述的支承体的横向支承壁也可以具体按设计要求安装成互相平行。

连接杆最好是(但不一定)在机架的支承体的横向支承壁之间的区域内沿中心地延伸，机座内的单壁支承件最好安装成与连接杆纵轴线成直线对准。

上述机座具有至少一个用于安装曲轴的轴承座，连接杆最好固定在该轴承座的一个切口内的连接杆螺母上，由于连接杆正如上面所述那样必须在一定的预拉伸条件下固定在机座内，故可通过将连接杆固定在曲轴轴线与机架之间的区域内而大大壁免由于连接杆的拉伸载荷产生的特别是在以公知方式安装曲轴的轴承壳内的变形。

业已发现，若连接杆在机架的支承体的横向支承壁之间的区域内沿中心地延伸，单壁的支承件安装在机座上与连接杆的纵轴线成直线对准，而且连接杆固定在曲轴轴线与机架之间的区域内，那是特别有利的。当然，不一定在所有情况下连接杆都要在横向支承壁之间中心地沿延伸，单壁的支承件也不一定要安装成与连接杆纵轴线成直线对准。

实际上，在另一个实施例中，连接杆也可在支承体的横向支承壁之间非对称地延伸，连接杆有利地在支承体的横向支承壁之间与垂直于曲轴纵轴线的气缸轴线成一预定角度延伸，该角度最好为0°～5°，具体为1°～3°。通过合适地选择连接杆的倾斜率，可在机座区域内或者说横向支承件区域内增大固定连接杆的切口与曲轴之间的间距，从而提高了朝向曲轴方向的材料利用率，也就是提高了机座的强度或者说连接杆在横向支承件中的连接强度。

在借助于所谓的释放眼安装连接杆时，最好将连接杆按预定的斜率在横向支承壁之间导入，从而可以方便地安装支承锚定件。

在一个优选实施例中，正好有两根连接杆在两个相邻的十字头之间伸过，具体地说，为了稳定性考虑，让多于一根的连接杆在两相邻十字头之间伸过也是可以的。

在另一个实施例中，将设置在机座上的金属侧板设计成一种加宽的金属侧板，以提高支承曲轴的柔性，这样就使该金属侧板构成机座的在曲轴下面的一部分。

下面结合附图更详细说明本发明，附图中简单示出：

图1是通过具有机座、机架和气缸套的大型十字头式柴油机的剖视图；

图2是沿图1的I-I线通过具有双壁支承体和单壁支承件的现有技术的大型十字头式柴油机的剖视图；

图3是沿图1的II-II线通过具有两个分别位于两相邻十字头之间的双壁支承体的本发明的大型十字头式柴油机的横剖视图；

图4示出按本发明固定连接杆的方法；

图4a示出非对称安装的连接杆；和

图5示出带有加宽的金属侧板的机座。

本发明的大型十字头式柴油机(下面总的以标号1表示)具体是指具有纵向冲洗的诸如广泛用于例如造船作业中的两冲程式大型柴油机。

在下面的说明中，将参考图2简要讨论现有技术中的大型十字头式柴油机的结构，以便理解和区分本发明。为了将现有技术与本发明区分开，凡涉及现有技术的柴油机的零部件的标号都带有上标“’”，而本发明柴油机的零部件标号均不带此上标。

图1简单示出大型十字头式柴油机1，1’的总体结构的剖视图，柴油机1’是诸如现有技术已知的那种，而本发明的柴油机1在原则上也与它类似。本发明的柴油机1与现有技术已知的柴油机1’的差别具体在于连接杆在轴承座13，13’内的固定方法不同。

大型十字头式柴油机1，1’在实际上公知的样式上具有一个机座2，2’，一个机架5，5’和一个气缸套10，10’，该气缸套10，10’实际上是用来承接气缸(未示出)的。机架5，5’通过例如将两块钢板焊接在一起而制成，它具有一个金属底板18，18’，以及两个外壁4，4’，并与在图面上看垂直地延伸的滑轨8，8’一起构成两个横截面为梯形的框架，该两框架通过一块公用的金属盖板16，16’互相连接起来。上述的两个相对的垂直延伸的滑轨8，8’由设置在两个梯形框架之间的中央壁17，17’支撑。机架5，5’以其金属底板18，18’安置在机座2，2’上，该机座包括一个具有用于支承曲轴3，3’的轴承壳131，131’的轴承座或者说托架13，13’，纵轴线为K，K’的曲轴3，3’通过连杆(图1中未示出)以普通方式与十字头9，9’相连接。

图2示出沿图1中的I-I线通过现有技术的大型十字头式柴油机的实施例的剖视图，其中，连接杆11’固定在位于曲轴3’与机架5’之间区域中的一个孔内。图2所示柴油机实例具有安置在机座2’上的机架5’以及设置在该机架5’上的气缸套10’，在机架5’与气缸套10’之间设置一个金属盖板16’，在机架5’与机座2’之间设置一个金属底板18’。上述气缸套10’适合于以普通方式承接一个或多个气缸(未示出)。气缸的内部空间与气缸盖(未示出)和活塞(也未示出)一起以普通方式构成大型十字头式柴油机1’的燃烧室，上述的活塞通过活塞杆19’与十字头9’相连接，并被安装成可在气缸内作往复运动。机架5’具有一个由横向支承壁7’构成的双壁支承体6’，所述支承壁7’支承用于导引十字头9’的滑轨8’，所述的十字头9’通过连杆181’与曲轴3’相连接，并通过活塞杆19’与大型十字头式柴油机1’的活塞(未示出)相连接。

上述机座2’包含一个轴承座13’和一个做成单壁的用于接纳和支承曲轴3’的轴颈的横向支承件12’。上述的气缸套10’、机架5’和机座2’通过一个处于拉伸状态的连接杆11’互相连接起来。该连接杆11’在机架5’的位于横向支承壁7’之间的区域内双壁支承体6’内部延伸，并被固定在机座2’的位于曲轴3’的轴线K’与机架5’之间的区域内的轴承座13’内，也就是固定在按图纸上看的曲轴3’的轴线K’上方的螺孔14’内。

本发明的大型十字头式柴油机1与图2所示的公知的大型十字头式柴油机1’之间的本质差别在于，本发明柴油机1的连接杆11不固定在轴承座的螺孔内，而是有利地借助于连接杆螺母或者说定位件15固定在轴承座13的位于曲轴轴线K与机架5之间区域内的切口14内(从图4可以更清楚地看出)，上述的连接杆螺母或者说定位件15是可从切口14取出的。

在图2所示的公知的实施例中，支承体6’的横向支承壁7’呈V字形向着气缸套10’延伸，也就是支承体6’的两个支承壁7’之间的间距向着气缸套10’的方向逐渐增大。如众所周知，在直接于活塞往复运动的上死点时，十字头9’通过滑轨8’传递到支承壁7’上(当然也传递到支承体6’上)的垂直力是最大的，但由于支承体6’是有V字形结构，故从图面上看，其位于机架5’上部的区域较宽，因此可很好地承受十字头9’的垂直力，或者说将此力传给机架5’。

在图2所示的公知的实施例中，连接杆11’在支承体6’的横向支承壁7’之间的中央随其纵向轴线2’中心地延伸。在机座2’向支承支承体6’的单壁支承件12’安装成与连接杆11’的纵向轴线2’成一直线对准。连接杆11’固定在曲轴3’的轴线K’与机架5’之间的区域内，也就是按图面上看固定在轴承座13’的位于曲轴3’的轴线K’上方的螺孔14’内，以避免轴承壳131’的变形。由于单壁支承件12’安装在机座2’内与连接杆11’的纵向轴线2”成直线对准，并相对于支承体6’的支承壁7’是对称的，故可达到特别高的稳定性，而机座2’又不用刚性太大。

在上面两段所做的说明同样也完全适用于本发明的柴油机1，因为所述的特征原则上不影响连接杆11，11’在轴承座13，13’内固定的形式和方法。

这就是说，本发明的柴油机1的优选实施例可基本上同样看作为图2所示公知柴油机1’的实例。但是，二者有明确的差异，即在本发明的柴油机1中，连接杆11不固定在轴承座13的螺纹孔内，而是有利地借助于连接杆螺母15固定在轴承座13内，也就是借助于定位件15固定在曲轴3的轴线K与机架5之间的一个切口14内(这一点可从图4更清楚地看出)，上述定位件15是可以从切口14取去的。

最后，图3示出沿图1的II-II线的本发明的大型十字头式柴油机1的另一个剖视图。示出机架5内两个分开而对置的支承体6，该两支承体6也由位于滑轨8之间的中央壁17互相支撑，在所有情况下，十字头9都由两个位于两个对置的滑轨8之间的相应的邻近支承体6来导引。在每个支承体6内正好有一根连接杆11在支承壁7之间延伸。

图4简单示出本发明柴油机1的位于轴承座13区域内的切口。纵轴线为K的曲轴3以实际上公知的方法被支承在轴承座13内并用轴承盖132固定之。按照本发明，连接杆11固定在轴承座13的位于纵轴线K与机架5之间的一个区域内，就是说，按图面上看，借助于一个定位件15将它固定在纵轴线K上方的切口14内，上述定位件15是可从切口14取去的。在图4所示实施例中，连接杆11具有螺纹111，在装配状态下，该螺纹111处于上述切口14区域内，连接杆11就是通过该螺纹111旋紧在定位件15内，在本实施例中，所述定位件15是一个连接杆螺母15。连接杆11不像现有技术那样直接旋入轴承座13内，而是通过一个穿过轴承座直到切口14内的孔(图4未示出)被简单而自由地导引，在上述切口14内，连接杆11旋入连接杆螺母15内而固定之。

图4a示出具有非对称安装的连接杆11的另一个实施例。在该实施例中，连接杆11在支承体6的横向支承壁7之间不对称地延伸，而与气缸轴线Z成一预定角度是确实有利的，并且与垂直于曲轴3的纵轴线K。本实施例中该角度α最好为0°～5°，具体为1°～3°。通过合适地选择连接杆11的斜率，可使在机座2的区域内或者说在横向支承件12的区域内的将连接杆11固定在轴承座13内的切口14与曲轴3之间的间距B增大，从而在朝向曲轴3的方向上获得材料增益，也就是说可使机座2的强度更高，或者说连接杆11在横向支承件12内的连接强度更高。

在借助于一种所谓的释放眼进行安装时，按上述所述方法，将连接杆11按预定的斜率α在横向支承壁7之间导入机架内，便可容易地安装支承锚。

在图5中，最后示出机座2的一个特别的实施例。其中，机座2包含的轴承座13具有一个在支承件12区域内加宽的金属侧板22。

借助于连接杆螺母15(见图4)可将连接杆11(图5中未示出)固定到轴承座13的切口14内，就是说，在装配状态下，按照图面来看，连接杆11向上伸入柴油机1的机架5内。

在图5所示实施例中，支承纵轴线为K的曲轴3(图5中未示出)的轴承座13仅在全厚度材料的有限区域内做成像一个轴承座13。在图1中，比轴承座13薄的金属侧板22将真实的轴承座13连接到右边和左边(按图面上看)，两个金属侧板22是彼此独立的并且焊接到右边和左边(按图面上看)的两个金属侧板22，但是，图5的实施例与图1的不同，其真正的轴承座13是嵌入加宽的金属侧板22内的，这就是说，轴承座13的材料厚度比金属侧板22大得多，也就是说，轴承座13做成其沿曲轴纵轴线K方向的厚度比金属侧板22沿同一方向的厚度大得多，并且沿着线1300与金属侧板22焊接在一起。

通过采用图5所示的加宽的金属侧板22，使得无论如何已经良好的轴承动态特性由于有单壁的横向支承件12而进一步改善，这就是说，曲轴的轴承可相对于工作状态下的载荷更灵活地安装，从而明显改善柴油机运行特性。

人们将会明白，上面所述的本发明的十字头式柴油机的实施例仅应理解为典型示例，本发明特别地(但不仅仅是)包含所有上述实施例的合适的组合的实施例。

总而言之，必须再次强调，按照本发明，除了连接杆固定在轴承座的方法外，本发明的柴油机的机座还具有单壁的横向支承件，该支承件可以被逆焊而不会产生柴油机装配方面的问题，因此可以避免机座的强度和/或稳定性的问题例如采用现有技术中已知的具有双壁支承件的机座所出现的问题。连接杆做成短的连接杆，并固定在轴承座的上部，也就是用连接杆螺母固定在曲轴的轴线与机架的金属底板之间的切口内，从而尽可能地避免由于连接杆在较大的预应力下固定在轴承座内而造成的轴承座内的应变以及轴承壳的变形。采用短的连接杆和单壁支承件以及尤其是采用加宽的金属侧板，特别使曲轴的轴颈支承的柔性和动态特性得以优化。由于连接杆必须在较大预应力下锚定在机座内，故在先前基本不考虑机架内的双壁支承体与机座内的单壁支承件相结合问题，因为曾预料到无论是在机架的下部区还是在金属机座内以及在轴承座的区域内都会受到不可避免的弯曲载荷和所产生的不允许的机械应变。通过合理地设计连接杆区域内的机架和机座结构加上借助连接杆螺母将连接杆固紧在轴承座的切口内，就可避免迄今令人担心的弯曲载荷问题以及也曾预料到的这种结构中的磨损问题。特别是，可以按简单得多的方法来设计本发明的大型十字头式柴油机的金属机座。