CN101832860B - 柴油机的进气温度、压力调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机的进气温度、压力调节装置，其包括进气温度调节部件和进气压力调节阀；进气温度调节部件包括一烟气换热器、一空气出管、两空气进管、一进气空气流动面积调节机构。烟气换热器包括与换热管贯通连接的烟气进气管、以及换热器空气进气口和换热器空气出气口；烟气进气管通过管道与柴油机的烟气排出口相连接；空气出管对接在换热器空气出气口底部；两空气进管分别设置在烟气换热器两侧，其底部分别与空气出管贯通。进气空气流动面积调节机构设置在换热器空气进气口和两空气进管进气口的口部；进气压力调节阀设置在空气出管的出气口部。具有节约能源和可对柴油机进气进行调温和调压、模拟高原、潜用或其它压力、温度环境的优点。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机的进气温度、压力调节装置。
背景技术
高原工作或潜用环境下工作的柴油机吸气压力往往达不到标准气压，柴油机的进气温度也常常大于标准气温；另一方面，环境条件参数的变动对柴油机性能影响很大。为了验证柴油机在不同环境条件下的性能指标，模拟出一定环境条件来标定输出功率、测试柴油机性能是十分必要的。
环境气温和气压的模拟是柴油机环境条件模拟的一个难点。将柴油机进气持续、稳定加热至较高温度(如45℃)耗能很大，特别是对较大功率柴油机(进气量大)来说，更是如此；此外，如何同时实现进气温度、压力的调节是目前柴油机环境气温、气压条件模拟存在的一个问题。部分柴油机厂商或研究机构，采用电加热整个试验室房间的方法来实现气温的模拟，但无法调节房内气压。
发明内容
本发明是为了克服现有技术存在的上述缺点，而提供的一种在不(或少量)使用外部能源情况下，实现对柴油机进气温度、压力调节的柴油机的进气温度、压力调节装置。
本发明采取的技术方案是：柴油机的进气温度、压力调节装置，其特点是，柴油机的进气温度、压力调节装置，其特征在于，包括进气温度调节部件和进气压力调节阀；所述的进气温度调节部件包括一烟气换热器、一空气出管、两空气进管、一进气空气流动面积调节机构；其中：所述的烟气换热器包括壳体、设置在壳体内的换热管、设在壳体一侧的一与换热管贯通连接的烟气进气管和设在壳体另一侧的一与换热管贯通连接的烟气出气管、以及设置在壳体顶部的一换热器空气进气口和设置在壳体底部的一换热器空气出气口；所述的烟气进气管通过管道与柴油机的烟气排出口相连接；所述的空气出管与所述换热器空气出气口对接；所述的两空气进管分别设置在所述烟气换热器两侧，该两空气进管的底部分别与空气出管贯通，所述两空气进管顶部分别设有空气进气口；所述的进气空气流动面积调节机构设置在换热器空气进气口和两空气进管进气口的口部，根据需要调节换热器空气进气和两空气进管进气的面积；所述的进气压力调节阀设置在所述的空气出管的出气口部。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的进气空气流动面积调节机构包括一滑动盖板和一电机驱动机构；所述的滑动盖板呈连为一体的品字形，包括设置在中间的中间盖和设置在中间盖一侧边两端的两个侧盖；所述的中间盖恰遮盖在换热器空气进气口的口部，所述的两侧的两个侧盖分别恰遮盖在两个空气进管进气口的口部；所述的滑动盖板通过电机驱动机构控制其遮盖在换热器空气进气口和两空气进管进气口的面积。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的电机驱动机构包括电机、与电机输出轴连接的螺杆传动部件，所述的滑动盖板受螺杆传动部件的驱动来回在换热器空气进气口和两空气进管进气口上同步移动。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的换热器空气进气口与两空气进管进气口齐平。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的换热器空气进气口的面积等于两空气进管进气口面积之和；当移动滑动盖板时，所述的换热器空气进气口的空气流通面积等于两空气进管的进气口的空气流通面积之和。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，还包括一滑动盖板移动部件，所述的滑动盖板移动部件包括分别设置在两空气进管顶部外侧的导轨和设置在滑动盖板底部可在导轨上滑行的转动件。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的烟气换热器壳体和烟气进气管、以及两空气进管的外壁均包覆隔热层。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的空气出管的上部设有电加热器。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的烟气换热管采用膨胀节进行热补偿。
上述柴油机的进气温度、压力调节装置，其中，所述的烟气换热器的换热器空气出气口与空气出管之间、以及烟气换热器的壳体与进气空气流动面积调节机构之间均采用螺栓连接，可活动拆卸安装。
本发明由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的：
1、采用进气温度调节部件和进气压力调节阀组成，二者通过法兰联接。进气温度调节部件包括一烟气换热器、一空气出管、两空气进管、一进气空气流动面积调节机构；进气空气流动面积调节机构主要由滑动盖板和电机驱动机构构成；烟气进气管与柴油机的烟气排出口相连接。整个装置通过进气管路连接在柴油机进气口或者封闭空间(如环境模拟房)进气口。工作时，空气由柴油机吸入换热器中，经过烟气换热器的空气流经换热管时会与管内的烟气(柴油机排出的烟气)发生换热而被加热，经过换热器内的空气则由两侧空气进管直接流向空气出管、压力调节阀后流出到柴油机进气口。
2、也可根据需要冷热空气在装置空气出管进行混合后流经电加热器、压力调节阀后流出到柴油机进气口。
3、具有利用柴油机排出的烟气加热柴油机进气，不使用或少量外部能源，节约能源有益效果，同时具有可对柴油机进气进行调温和调压、模拟高原、潜用或其它高温、低压环境气温和气压条件的优点。
附图说明
图1是本发明柴油机的进气温度、压力调节装置的外形结构示意图(滑动盖板完全关闭的完全加热状态)。
图2是本发明柴油机的进气温度、压力调节装置的滑动盖板完全打开时的使用状态示意图(完全不加热状态)。
图3本发明柴油机的进气温度、压力调节装置的工作原理结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2，其中图1是本发明柴油机的进气温度、压力调节装置的外形结构示意图(滑动盖板完全关闭的完全加热状态)；图2是本发明柴油机的进气温度、压力调节装置的滑动盖板完全打开时的使用状态示意图(完全不加热状态)。本发明柴油机的进气温度、压力调节装置，包括进气温度调节部件1和进气压力调节阀2。所述的进气温度调节部件1包括一烟气换热器11、一空气出管12、两空气进管13、14、一进气空气流动面积调节机构15；其中：所述的烟气换热器11包括壳体111、设置在壳体内的换热管112、设在壳体一侧的与换热管贯通连接的烟气进气管113和设在壳体另一侧的一与换热管贯通连接的烟气出气管114、以及设置在壳体顶部的一空气进气口115和设置在壳体底部的一空气出气口116。所述的烟气进气管例如为锥形进气管，所述的烟气出气管例如为锥形出气管。本实施例中，所述的换热器壳体内由于流通烟气，需耐高温，因此采用不锈钢材料构成。所述的锥形进气管113通过管道与柴油机的烟气排出口相连接。所述的空气出管12的顶部与所述烟气换热器的空气出气口116对接。所述的进气压力调节阀2通过法兰3设置在所述空气出管12的出气口部。所述的两空气进管13、14分别设置在所述烟气换热器11两侧，该两空气进管13、14的底部分别与空气出管12贯通。本发明所述的两空气进管13、14顶部分别设有空气进气口131、141，装配时所述的两空气进管顶部的空气进气口131、141与换热器空气进气口115口部齐平。
所述的进气空气流动面积调节机构15通过支架16设置在换热器空气进气口115和两空气进管的空气进气口131、141的口部，根据需要调节换热器空气进气和两空气进管进气的面积。所述的进气空气流动面积调节机构15主要包括一滑动盖板151和一电机驱动机构152。所述的滑动盖板151呈连为一体的品字形，包括设置在中间的中间盖1511和设置在中间盖一侧边两端的两个侧盖1512、1513。所述的中间盖1511恰遮盖在换热器空气进气口的口部，所述的两侧的两个侧盖1512、1513分别恰遮盖在两个空气进管进气口的口部。该滑动盖板151通过电机驱动机构152控制其遮盖在换热器空气进气口和两空气进管进气口的口部面积。
该滑动盖板的中间盖和两个侧盖通过电机驱动机构驱动一体移动，同时控制改变其遮盖在换热器空气进气口和空气进管进气口的面积。电机驱动机构可由多种方式构成，本实施例所述的所述的电机驱动机构152包括电机、与电机输出轴连接的螺杆传动部件(未图示)，所述的滑动盖板受螺杆传动部件的驱动来回在换热器空气进气口和空气进管进气口上同步移动。电机可逆转，可拖动盖板正反向移动。为使移动平滑，本发明还包括一滑动盖板移动部件，所述的滑动盖板移动部件包括分别设置在两空气进管顶部外侧的一对导轨181和设置在滑动盖板两侧底部可在导轨上滑行的转动件182，所述的转动件可采用滚动轴承构成，以减小移动阻力。
本发明柴油机的进气温度、压力调节装置中，所述的换热器空气进气口的面积等于两空气进管进气口面积之和；当移动滑动盖板时，所述的换热器空气进气口的空气流通面积等于两空气进管的进气口的空气流通面积之和。请参阅图2，图2是本发明柴油机的进气温度、压力调节装置的滑动盖板完全打开时(完全不加热状态)的使用状态示意图(当然可视实际使用需要只打开部分)。图中A是换热器空气进气口的空气流通面积，B1和B2分别是两空气进管的进气口的空气流通面积，A等于B1加B2。
本发明所在述的锥形进气管和烟气换热器壳体的外壁均包覆隔热层，以减少向外辐射散热。在烟气换热器两侧的两空气进管外壁也包覆隔热层，防止烟气换热器的辐射换热引起的温度升高。
为精细调节输出的空气温度，本发明在所述空气出管的上部设有电加热器19。
为便于维护，本发明所述的烟气换热器的换热器空气出气口与空气出管之间、以及烟气换热器的壳体与进气空气流动面积调节机构之间均采用螺栓连接，可活动拆卸安装。
本发明装置可与通过进气管路与柴油机进气口直接联接，调节进入柴油机进气口的空气温度和压力；也可以通过管路联接至环境模拟密封空间进气口，调节密封空间内的空气温度和压力。
请参阅图3。工作时，空气由柴油机吸入进气温度调节部件中。经过烟气换热器的空气流经换热管时会与管内的烟气(柴油机排气)发生换热而被加热；经过空气进管的空气则由两侧直接流向空气出管。冷热空气在空气出管进行混合后流经电加热器19、压力调节阀2后流出。空气流动路径如箭头所示。
本发明的特点是：
1、进气温度调节部件利用柴油机烟气热能加热柴油机进气空气，不耗用其它外部能源；安装在出口管的电加热器主要用于温度的精细调节，而不作为加热进气的主要热源。因此节约了能源。
进气温度的调节主要是由进气温度调节部件上的电机驱动机构驱动滑动盖板完成。根据外部控制信号(目前出气口空气温度与期望温度大小关系)控制电机的起停及运行时间和方向，就可以控制滑动盖板的位置；滑动盖板移动过程中，会改变两空气进管的进气口和换热器空气进气口的空气流通面积比例(但空气流通总面积保持不变)。移动滑动盖板的位置决定了进入烟气换热器被加热空气和进入空气进管的直接流入空气量的比例，也决定了空气出管出气口空气的温度。
2、进气压力的调节是通过调节进气压力调节阀的开度来完成。由于换热器空气进气口与两个空气进管进气口的流通面积之和是相等的；空气流经空气进管的流阻系数也与流经烟气换热器空气进气通道的流阻系数基本一致。因此，滑动盖板的移动不会造成流入空气流阻的变化，压力的调节只取决于压力调节阀的开度，而不受进气温度调节的影响。
3、进气温度调节部件中的烟气换热器与空气出管、滑动盖板和电机驱动机构等部件均采用螺栓连接，可拆卸脱开，便于维护。
4、烟气换热器因流通高温烟气，采用耐高温不锈钢制作。烟气和空气分别位于换热器的换热管管侧和换热器壳体侧，换热管热负荷比换热器壳体高很多，所以在换热管与换热器烟气进气管之间采用膨胀节进行热补偿，可最大程度降低热负荷引起的损害。
Claims (10)
1.柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，包括进气温度调节部件和进气压力调节阀；
所述的进气温度调节部件包括一烟气换热器、一空气出管、两空气进管、一进气空气流动面积调节机构；其中：
所述的烟气换热器包括壳体、设置在壳体内的换热管、设在壳体一侧的一与换热管贯通连接的烟气进气管和设在壳体另一侧的一与换热管贯通连接的烟气出气管、以及设置在壳体顶部的一换热器空气进气口和设置在壳体底部的一换热器空气出气口；所述的烟气进气管通过管道与柴油机的烟气排出口相连接；
所述的空气出管与所述换热器空气出气口对接；
所述的两空气进管分别设置在所述烟气换热器两侧，该两空气进管的底部分别与空气出管贯通，所述两空气进管顶部分别设有进气口；
所述的进气空气流动面积调节机构设置在换热器空气进气口和两空气进管进气口的口部，根据需要调节换热器空气进气口和两空气进管进气口的面积；
所述的进气压力调节阀设置在所述的空气出管的出气口部。
2.根据权利要求1所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的进气空气流动面积调节机构包括一滑动盖板和一电机驱动机构；所述的滑动盖板呈连为一体的品字形，包括设置在中间的中间盖和设置在中间盖一侧边两端的两个侧盖；所述的中间盖恰遮盖在换热器空气进气口的口部，所述的两端的两个侧盖分别恰遮盖在两个空气进管进气口的口部；所述的滑动盖板通过电机驱动机构控制其遮盖在换热器空气进气口和两空气进管进气口的面积。
3.根据权利要求2所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的电机驱动机构包括电机、与电机输出轴连接的螺杆传动部件，所述的滑动盖板受螺杆传动部件的驱动来回在换热器空气进气口和两空气进管进气口上同步移动。
4.根据权利要求1、2或3所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的换热器空气进气口与两空气进管进气口齐平。
5.根据权利要求2或3所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的换热器空气进气口的面积等于两空气进管进气口面积之和；当移动滑动盖板时，所述的换热器空气进气口的空气流通面积等于两空气进管进气口的空气流通面积之和。
6.根据权利要求2所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，还包括一滑动盖板移动部件，所述的滑动盖板移动部件包括两个导轨和两个转动件，其中：两个导轨分别设置在两空气进管顶部外侧，两个转动件设置在滑动盖板底部并可分别在所述两个导轨上滑行。
7.根据权利要求1所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的烟气换热器壳体的外壁、烟气进气管的外壁以及两空气进管的外壁均包覆隔热层。
8.根据权利要求1所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的空气出管的上部设有电加热器。
9.根据权利要求1所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的烟气换热管采用膨胀节进行热补偿。
10.根据权利要求1所述的柴油机的进气温度和压力调节装置，其特征在于，所述的烟气换热器的换热器空气出气口与空气出管之间以及烟气换热器的壳体与进气空气流动面积调节机构之间均采用螺栓连接，可活动拆卸安装。
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