CN106194372B - 一种防止水倒灌的水下排气管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防倒灌的水下排气管，防止船舶中的动力装置发生水倒灌，其特征在于，包括：入口部，具有水平设置的第一直管道，第一直管道的一端与动力装置的排气管道相连通；渐变管部,水平设置，其一端与第一直管道的另一端相连通；以及出口部，与渐变管部的另一端相连通，出口部的另一端与排气口相连通；其中，渐变管部具有管道壁面和相对管道壁面设置的突起单元，突起单元具有倾斜布置的左斜面板和右斜面板，以及设置在左斜面板和右斜面板之间的上顶面板，左斜面板和右斜面板分别与管道壁面组成渐缩管道和渐扩管道，上顶面板位于左斜面板和右斜面板之间，连接着左斜面板和右斜面板，且上顶面板保持水平。

Description

一种防止水倒灌的水下排气管
技术领域
本发明涉及一种排气管，特别涉及一种防止水倒灌的水下排气管，属于机械领域。
背景技术
在游艇等船舶中的动力装置常采用水下排气方式。采用水下排气可降低排气噪声和红外辐射，从而为游客提供安静游乐环境，或提高船舶隐身性能。在此类动力装置的启动、停机及空载运行时，因排气压力及流量降低，存在船外水体由排气管倒灌入动力装置进而造成动力装置严重损坏的风险。如何防止水倒灌事故发生，是水下排气设计及运行中的一项重要内容。
在动力装置启动和停机过程中，防止水倒灌主要是通过设置在排气管路上的舌阀来控制。而在动力装置空载运行时，是通过一定的空载转速来保证排气管路中不发生水倒流。已有的知识表明，若使水下排气管内不发生水倒流，除了排气压力需足以克服排气口处水位静压和排气管流动阻力外，还需在管内提供一定的排气速度，使气流惯性力足以克服水的重力。因而，针对某一特定管径排气管，存在一个防止水倒流发生的临界排气速度，或者说临界排气量。动力装置最低不倒灌转速的选取，即使得该转速下的排气速度不小于水倒流发生的临界排气速度。
为使排气在船舶航行中能顺利排入水体，水下排气管路靠近排气口处的管段常为水平布置。已有的知识表明，水平管内防止水倒灌发生的临界排气速度，随着管道垂直高度的减小而减小。这使得在常用的排气管管径下，动力装置需维持较高的空载转速才能保证不发生水倒灌事故，而过高的空载转速导致动力装置运行经济性明显降低。如何在较低的动力装置空载转速下仍保证不发生水倒灌，是提高水下排气动力装置运行可靠性和经济性亟待解决的课题。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于提供一种能防止船舶中的动力装置发生水倒灌的水下排气管。
本发明采用了以下技术方案：
本发明提供了一种防止水倒灌的水下排气管，防止船舶中的动力装置发生水倒灌，其特征在于，包括：入口部，具有水平设置的第一直管道，第一直管道的一端与动力装置的排气管道相连通；渐变管部,水平设置，其一端与第一直管道的另一端相连通；以及出口部，与渐变管部的另一端相连通，出口部的另一端与排气口相连通；其中，渐变管部具有管道壁面和相对管道壁面设置的突起单元。突起单元具有倾斜布置的左斜面板和右斜面板，以及设置在左斜面板和右斜面板之间的上顶面板，左斜面板和右斜面板分别与管道壁面组成渐缩管道和渐扩管道，上顶面板位于左斜面板和右斜面板之间，连接着左斜面板和右斜面板，且上顶面板保持水平。
本发明提供的防止水倒灌的水下排气管，还可以具有这样的特征：其中，左斜面板和右斜面板为平面或弧面。
本发明提供的防止水倒灌的水下排气管，还可以具有这样的特征：其中，左斜面板和右斜面板和上顶面板组成的突起单元在管轴方向的纵截面呈正梯形。
本发明提供的防止水倒灌的水下排气管，还可以具有这样的特征：其中，正梯形的底角的角度在0—60°的范围内。
本发明提供的防止水倒灌的水下排气管，还可以具有这样的特征：其中，突起单元在管轴方向的纵截面呈拱形。
本发明提供的防止水倒灌的水下排气管，还可以具有这样的特征：其中，出口部具有水平设置的第二直管道，第二直管道的一端与渐变管部的另一端相连通，第二直管道的另一端与排气管口相连通。
发明作用与效果
根据本实施例的防止水倒灌的水下排气管，在渐变管部处，由于突起单元的存在，上顶面板和管道顶部之间的最大垂直高度小于排气管道最大垂直高度，根据对水下排气倒流界限的试验研究，降低流道垂直高度能大幅降低发生水倒灌的临界气速，因此保证了动力装置在低转速、低排气量的运行工况下也不发生水倒灌现象；此外，由于流通面积在渐变管部的的渐缩通道部分逐渐变小，相比管道流通面积不变的排气管，在相同的排气量下，该处的管道流通面积减小，使得该处的排气的速度增大，大大减小了倒灌的发生可能，也大大减小了为了提高排气速度防止水倒灌而需要的空载转速，减小了事故风险并提高了动力装置运行的经济性能；同时由于突起单元设置在管道的下半部分，并且当水下排气管发生倒流时，水相总是从出口部的管道横截面的下半部分流入，所以当外部的水回流时，由于突起单元的右斜面板的阻挡，难以翻越过突起单元，所以更进一步避免了水倒灌的现象。
附图说明
图1为本发明的实施例中的防止水倒灌的水下排气管在实际使用中的示意图；
图2为本发明的实施例的防止水倒灌的水下排气管三维结构示意图；
图3为图2的排气管主视图；
图4为图2的排气管左视图；以及
图5为本发明的防止水倒灌的水下排气管呈矩形时的三维结构示意图。
具体实施方式
实施例
以下结合附图来说明本发明的实施例的具体实施方式。
图1为本发明的实施例中的防止水倒灌的水下排气管在实际使用中的示意图。
如图1所示，船舶200的防止水倒灌的水下排气管100水平设置，与船舶200的动力装置210的废气排气管口211相连通，防止水倒灌的水下排气管100包括在同一横轴上设置的入口部10、渐变管部20以及出口部30。船舶200在水300上行驶，水下排气管100位于水300中。
图2为本发明的实施例的防止水倒灌的水下排气管三维结构示意图；
图3为图2的排气管主视图；
图4为图2的排气管左视图。
如图1、如图2、图3和图4所示，入口部10，具有水平设置的第一直管11。第一直管道11呈圆柱形，其一端与动力装置的排气管口211相连通。
渐变管部20，水平设置，一端与第一直管道11的另一端相连通，具有管道壁面和具有左斜面板、右斜面板和上顶面板的突起单元22；其中，管道壁面包括上管壁23和两个相对设置的侧管壁21。突起单元22，具有两个相对设置的左斜面板221a、右斜面板221b和设置在两个斜面板上端的上顶面板222。
如图3所示，左斜面板221a和右斜面板221b之间的距离从上往下渐增，左斜面板221a、右斜面板221b和上顶面板222均为平面，使得突起单元22的在管轴方向的纵截面呈正梯形，该正梯形的底角的角度在0～60°的范围，使得左斜面板221a和右斜面板221b具有一定的倾斜度。上顶面板222不高于管轴。上管壁23、突起单元22以及两个侧管壁21包围形成渐变管部20，由于突起单元22向管道内部突起，所以上顶面板222与上管壁23之间形成流通面积被收缩变小的通道，而具有一定倾斜度的斜面板221与侧管壁21、上管壁23之间形成流通面积渐变的通道，所以渐变管部20从左斜面板221a的一端到右斜面板221b的一端的流通面积先逐渐变小再保持不变，最后逐渐增大。
出口部30具有水平设置的第二直管道31呈圆柱形，第二直管道31的一端与渐变管部20的另一端相连通，其另一端具有排气口32。
水下排气过程：
下面具体说明本实施例的防止水倒灌的水下排气管100在水下排气时候的排气过程。
首先，从动力装置210排出的气体，经过第一直管道11后，其气体流速得到了一定的平稳；
然后，气体通过左斜面板221a部分的管道，再通过上顶面板222部分的管道，再经过右斜面板221b部分的管道，由于流通面积先逐渐变小最后逐渐增大，其气体流速逐渐增大再逐渐减小；
最后，气体在流速经过第二直管道31的过程中逐渐平稳后从排气口32排出。
实施例的作用与效果
根据本实施例的防止水倒灌的水下排气管，在渐变管部处，由于凸起单元的存在，上顶面板和管道顶部之间的最大垂直高度小于排气管道最大垂直高度，根据对水下排气倒流界限的实验研究，降低流道垂直高度能大幅降低发生水倒灌的临界气速，因此保证了动力装置在低转速、低排气量的运行工况下也不发生水倒灌现象；此外，由于在渐变管部的流通面积的前部分是逐渐变小，相比管道流通面积不变的排气管，在相同的排气量下，该处的管道流通面积减小，使得该处的排气的速度增大，大大减小了倒灌的发生可能，也大大减小了为了提高排气速度防止水倒灌而需要的空载转速，减小了事故风险并提高了动力装置运行的经济性能；同时由于突起单元设置在管道的下半部分，并且当水下排气管发生倒流时，水相总是从出口部的管道横截面的下半部分流入，所以当外部的水回流时，由于突起单元的右斜面板的阻挡，难以翻越过突起单元，所以更进一步避免了倒灌的现象；
又由于渐变管部的突起单元在管轴方向的纵截面的梯形的底角的角度范围在0～60°之间，使得左斜面板和右斜面板的倾斜度较平稳，所以流通面积的变化比较平稳，使得排气流速在流动过程中逐渐变化，避免了涡流的产生，因此能减小排气流动的管道压力损失；
又由于出口部具有第二直管道，使得气流在第二直管段内充分发展，从而使排气流速又降低，避免了在排气口处排气速度过大而带来的喷注噪声增大。
本实施例的突起单元的左、右斜面板为平面，作为本发明的水下排气管，突起单元的左、右斜面板还可以为光滑弧面；
本实施例的突起单元在管轴方向的纵截面呈正梯形，作为本发明的水下排气管，该纵截面还可以呈拱形；
本实施例的入口部和出口部均呈圆柱形，作为本发明的水下排气管，它们还可以呈矩形，如图5所示，该水下排气管300的入口部310和出口部330均呈矩形，渐变管部320的形状也相应地改变。
尽管上面对本发明说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种防倒灌的水下排气管，防止船舶中的动力装置发生水倒灌，其特征在于，包括：
入口部，具有水平设置的第一直管道，所述第一直管道的一端与所述动力装置的排气管道相连通；
渐变管部,水平设置，其一端与所述第一直管道的另一端相连通；以及
出口部，与所述渐变管部的另一端相连通，出口部的另一端与排气口相连通；
其中，所述渐变管部具有管道壁面和相对所述管道壁面设置的突起单元，
所述突起单元具有倾斜布置的左斜面板和右斜面板，以及设置在左斜面板和右斜面板之间的上顶面板，
所述左斜面板和右斜面板分别与管道壁面组成渐缩管道和渐扩管道，
所述上顶面板位于左斜面板和右斜面板之间，连接着左斜面板和右斜面板，且上顶面板保持水平。
2.如权利要求1所述的防倒灌的水下排气管，其特征在于：
其中，所述左斜面板和右斜面板为平面或弧面。
3.如权利要求1所述的防倒灌的水下排气管，其特征在于：
其中，所述突起单元在管轴方向的纵截面呈正梯形。
4.如权利要求3所述的防倒灌的水下排气管，其特征在于：
其中，所述正梯形的底角的角度在0—60°的范围内。
5.如权利要求1所述的防倒灌的水下排气管，其特征在于：
其中，所述突起单元在管轴方向的纵截面呈拱形。
6.如权利要求1所述的防倒灌的水下排气管，其特征在于：
其中，所述出口部具有水平设置的第二直管道，所述第二直管道的一端与所述渐变管部的另一端相连通，所述第二直管道另一端与所述排气口相连通。
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