CN109026446B - 使用不同材料的燃气阀喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船舶发动机所使用的燃气阀喷嘴，更具体地说，是一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，其使用耐热性相对较高的金属构成喷嘴主体，将以对于极低温燃气的极低温延性相对较高的金属构成的嵌入式衬套嵌入结合到所述喷嘴主体内，在所述嵌入式衬套的一侧设置限位器而将嵌入式衬套推向一侧方向以将其固定到喷嘴主体，以围住所述限位器的外面的形态构成固定器以坚固地固定喷嘴主体，从而通过嵌入式衬套来防止因极低温燃气产生喷嘴裂纹，并通过喷嘴主体来防止因极高温燃烧温度产生喷嘴的热损伤。

Description

使用不同材料的燃气阀喷嘴
技术领域
本发明涉及船舶发动机所使用的燃气阀喷嘴，更具体地说，是一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，其使用耐热性相对较高的金属构成喷嘴主体，将以对于极低温燃气的极低温延性相对较高的金属构成的嵌入式衬套嵌入结合到所述喷嘴主体内，在所述嵌入式衬套的一侧设置限位器而将嵌入式衬套推向一侧方向以将其固定到喷嘴主体，以围住所述限位器的外面的形态构成固定器以坚固地固定喷嘴主体，从而通过嵌入式衬套来防止因极低温燃气产生喷嘴裂纹，并通过喷嘴主体来防止因极高温燃烧温度产生喷嘴的热损伤。
背景技术
一般而言，LNG(液化天然气)船舶即以LNG作为船舶驱动燃料的船舶相比现有的使用燃料舱C油、柴油及汽油的船舶来说，其燃料经济性(燃比)较佳，作为大幅度减少大气及海洋污染物质排放量的环保船舶而熟知。
这种LNG船舶是指实现船舶的大型化并改进船型而比以往少用约20～30％的燃料也可获得相同的效能且符合新的国际环境规制的环保船舶，还可称为生态船舶(eco ship)或绿色船舶(green ship)。
这种LNG船舶因使用的燃料为极低温供给的液化燃气，喷射喷嘴需要同时满足燃料的耐寒性(耐低温的性质)和耐热性即能耐得住燃烧室的较高温度的性质，但燃料喷射喷嘴的内部因极低温的燃料、燃料喷射喷嘴外部因极高温的燃烧室温度而出现寿命变短，严重时因喷嘴产生裂纹而导致金属碎片等进入船舶发动机的燃烧室称为发动机出现故障的原因。
现有技术中与燃气喷射喷嘴相关的是授权专利第10-1200791号的燃气喷射器用喷射喷嘴。
所述专利公开了一种燃气喷射器用喷射喷嘴，作为结合到具有燃气流动的流入口的外壳的燃气喷射器用喷射喷嘴100，其特征在于，包括：喷嘴主体110，结合到所述外壳的下部而形成燃气流入的燃气流入通道115；喷嘴座120，结合到所述喷嘴主体110的内部而将所述燃气喷射到内燃机处，其中，所述喷嘴主体110的内壁面形成螺母，所述喷嘴座120的外壁面形成螺栓而相互螺丝结合，所述喷嘴座120与所述喷嘴主体110内部螺丝结合时，通过调整旋转次数来调整所述燃气流入通道115的深度。
因喷嘴主体110和喷嘴座120直接暴露在燃烧室，在高热的燃烧室中使用时，会因热损伤导致寿命变短。
并且，虽然通过螺丝的旋转次数来调整燃气流入通道的深度，但不确定能否在高热下维持最初调整好的状态。
作为另外一个现有技术的是授权专利第10-1148683号的具有柴油发动机和燃气发动机用混合动力型喷嘴的双重燃料喷射阀装置。
所述专利公开了一种具有柴油发动机和燃气发动机用混合动力型喷嘴的双重燃料喷射阀装置，作为柴油或燃气发动机中向汽缸喷射燃料的燃料喷射阀装置，所述燃料喷射阀装置包括：燃料阀块10，与供给燃料的燃料管连接而被供给燃料，具有被供给的燃料能够流动的主针阀燃料通道11及引燃燃料通道12；混合动力喷嘴30，分别具备通过喷嘴固定器20结合而位于所述燃料阀块10的下部且与主针阀燃料通道11连接而喷射主针阀燃料的主针阀喷嘴孔31以及与引燃燃料通道12连接而喷射引燃燃料的先导喷嘴孔32；先导针阀40，具备位于所述混合动力喷嘴30的内部且根据先导压力向先导喷嘴孔32供给引燃燃料的先导连接孔42以及根据主针阀燃料压力向主针阀喷嘴孔31供给主针阀燃料的主针阀连接孔41；主针阀50，位于所述先导针阀40内部，喷射引燃燃料后根据主针阀喷射的压力向主针阀喷嘴孔31供给主针阀燃料；以及针弹簧60，通过弹簧托架61连接到所述主针阀50且具有喷射所需的弹性力，其特征在于，根据进入燃料喷射阀装置内的主针阀燃料及引燃燃料的压力及针弹簧60的张力，一个燃料喷射阀装置中主针阀燃料或引燃燃料分别通过主针阀喷嘴孔31或先导喷嘴孔32依次喷射，其用于柴油发动机的喷射不存在什么困难，但用于燃气发动机的话，混合动力喷嘴30因直接暴露在燃烧室而产生热损伤的风险较高，为了保护喷嘴固定器而加固的耐热合金可能会因高热而与喷嘴分离。
并且，相对来说，用于使用极低温状态的LNG燃料的发动机时，如果因喷嘴的内部与外部的温度差而喷嘴产生裂纹，碎片可能会进入发动机的汽缸内，除了导致喷嘴的破损之外，还可能导致更严重的故障即发动机受损。
现有技术文献
专利文献0001韩国授权专利公报第10-1200791号
专利文献0002韩国授权专利公报第10-1148683号
发明内容
(要解决的技术问题)
因此，本发明的目的在于提供一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，其为船舶发动机所使用的燃气阀喷嘴，其使用耐热性相对较高的金属构成喷嘴主体，将以对于极低温燃气的极低温延性相对较高的金属构成的嵌入式衬套嵌入结合到所述喷嘴主体内，在所述嵌入式衬套的一侧设置限位器而将嵌入式衬套推向一侧方向以将其固定到喷嘴主体，以围住所述限位器的外面的形态构成固定器以坚固地固定喷嘴主体，从而通过嵌入式衬套来防止因极低温燃气产生喷嘴裂纹，并通过喷嘴主体来防止因极高温燃烧温度产生喷嘴的热损伤。
并且，本发明的另一目的在于提供一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，其喷嘴主体使用铬镍铁合金材料，嵌入式衬套、限位器及固定器使用工具钢材料，将不同材料的特性体现在一个喷嘴上，从而提高了对于极低温燃气的极低温延性，提高对于极高温燃烧温度的耐热性。
并且，本发明的另一目的在于提供一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，其限位器的直径相比形成在固定器的限位器结合槽的直径具有(+)公差而通过过盈配合方式固定结合，因此能够坚固固定喷嘴主体的同时从根源上防止燃气的泄漏。
(解决问题的手段)
本发明的使用不同材料的燃气阀喷嘴作为船舶发动机所使用的燃料喷射用喷嘴，其特征在于，所述喷嘴包括：喷嘴主体10，内部形成衬套结合槽11，末端形成燃气喷射口12；嵌入式衬套20，嵌入到形成在所述喷嘴主体10的衬套结合槽11而结合，形成与所述燃气喷射口12连通的燃气排出通道；限位器30，形成接头被固定的接头结合槽31，紧贴固定到喷嘴主体10的截面；固定器40，所述喷嘴主体10的一部分被嵌入其内部而被固定，将所述限位器30推到喷嘴主体10方向而使其固定。
(发明的效果)
本发明的使用不同材料的燃气阀喷嘴提供一种船舶发动机所使用的燃气阀喷嘴，其使用耐热性相对较高的金属构成喷嘴主体，将以对于极低温燃气的极低温延性相对较高的金属构成的嵌入式衬套嵌入结合到所述喷嘴主体内，在所述嵌入式衬套的一侧设置限位器而将嵌入式衬套推向一侧方向以将其固定到喷嘴主体，以围住所述限位器的外面的形态构成固定器以坚固地固定喷嘴主体，从而具有通过嵌入式衬套来防止因极低温燃气产生喷嘴裂纹，并通过喷嘴主体来防止因极高温燃烧温度产生喷嘴的热损伤的显著效果，且所述喷嘴主体使用铬镍铁合金材料，嵌入式衬套、限位器及固定器使用工具钢材料，将不同材料的特性体现在一个喷嘴上，从而具有提高对于极低温燃气的极低温延性并提高对于极高温燃烧温度的耐热性的显著效果，同时，限位器的直径相比形成在固定器的限位器结合槽的直径具有(+)公差而通过过盈配合方式固定结合，从而具有能够坚固固定喷嘴主体的同时从根源上防止燃气的泄漏的显著效果。
附图说明
图1是现有船舶用柴油发动机所使用的燃料喷射喷嘴的分离结构图。
图2是现有船舶用柴油发动机所使用的燃料喷射喷嘴的结构图。
图3是本发明的整体结构立体图。
图4是本发明的分离结构立体图。
图5是本发明的整体结构剖视图。
图6是本发明的分离结构剖视图。
附图标记
1：喷嘴主体2：盖
3：配汽轴结合槽4：接头结合槽
5：燃料喷射口6：焊接部
10：喷嘴主体
11：衬套结合槽12：燃料喷射口
13：突出部14：倒角槽
20：嵌入式衬套
21：燃料流入口22：燃气排出通道
30：限位器
31：接头结合槽
40：固定器
41：台阶部42：喷嘴主体结合孔
50：配汽轴51：孔
60：接头
具体实施方式
本发明涉及一种船舶发动机所使用的燃气阀喷嘴，更具体地说，涉及一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，其使用耐热性相对较高的金属构成喷嘴主体，将以对于极低温燃气的极低温延性相对较高的金属构成的嵌入式衬套嵌入结合到所述喷嘴主体内，在所述嵌入式衬套的一侧设置限位器而将嵌入式衬套推向一侧方向以将其固定到喷嘴主体，以围住所述限位器的外面的形态构成固定器以坚固地固定喷嘴主体，从而通过嵌入式衬套来防止因极低温燃气产生喷嘴裂纹，并通过喷嘴主体来防止因极高温燃烧温度产生喷嘴的热损伤。
图1是现有船舶用柴油发动机所使用的燃料喷射喷嘴的分离结构图，
图2是现有船舶用柴油发动机所使用的燃料喷射喷嘴的结构图，喷嘴主体1的中心形成配汽轴结合槽3而与配汽轴(未图示)结合，形成接头结合槽4而与接头(未图示)结合，在所述喷嘴主体1的外部圆周面的一部分粘贴由铬镍铁合金材料制成的盖2，通过燃料喷射口5向燃烧室方向喷射燃料。
所述盖2一般是使用铬镍铁合金材料并通过HIP(Hot IsostaticPressing：热等静压压缩成型)方式或CIP(Cold Isostatic Pressing：冷等静压压缩成型)方式结合，这种结合方式使得喷嘴主体1与盖2之间的焊接部6随着喷嘴使用时间的变长而因热而出现缝隙，由此成为降低喷嘴耐久性比如盖2因高压喷射的燃料而从该喷嘴主体1掉落等的主要原因。
并且，制作喷嘴主体1并将所述喷嘴主体1放入包含一定量的铬镍铁合金粉末的模具内，通过HIP或CIP方式使其相互接合后，需要切削加工已成型的铬镍铁合金的外面而制成盖2的形状并穿燃料喷射口5，因此存在增加制作费用和制作时间的问题。
下面参照附图具体说明本发明的优选实施例。
图3是本发明的整体结构立体图，图4是本发明的分离结构立体图，图5是本发明的整体结构剖视图，图6是本发明的分离结构剖视图，本发明的使用不同材料的燃气阀喷嘴作为船舶发动机所使用的燃料喷射用喷嘴，其特征在于，所述喷嘴包括：喷嘴主体10，内部形成衬套结合槽11，末端形成燃气喷射口12；嵌入式衬套20，嵌入到形成在所述喷嘴主体10的衬套结合槽11而结合，形成与所述燃气喷射口12连通的燃气排出通道；限位器30，形成接头被固定的接头结合槽31，紧贴固定到喷嘴主体10的截面；固定器40，所述喷嘴主体10的一部分被嵌入其内部而被固定，将所述限位器30推到喷嘴主体10方向而使其固定。
首先，喷嘴主体10是形成喷嘴的躯干的部分，内部中心部形成衬套结合槽11，一端形成多个燃料喷射口12。所述燃料喷射口12通常形成4～6个，燃料喷射口12的个数根据喷嘴的大小和一次需喷射的燃料喷射量而不同，其直径约为0.1～3.0mm，每个燃料喷射口的中心轴与喷嘴主体10的中心轴形成的角度会彼此不同，这是为了向汽缸整体均匀地喷射用于向发动机的汽缸喷射的燃料而提高燃烧效率。
图示的实施例中，所述喷嘴主体10的半径方向的截面形成内部以圆筒形空余的甜甜圈形状，据此，嵌入到所述喷嘴主体10的嵌入式衬套20的半径方向截面也成为圆形。
所述嵌入式衬套20优选使用对于极低温即达到-160～170℃的燃气具有极低温延性的材料，作为这种材料，为了防止低温燃气导致的裂纹而可使用极低温用钢(steel forcryogenic use)，尤其，可使用包括钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)的高熵合金。
即，一般的高熵合金与现有的合金不同，是指合金所使用的元素并不侧重于特定的元素而全部起到主要元素的作用而不形成金属间化合物的合金，本发明可使用的高熵合金是将以一定量以上即有效含量(不包括杂质的含量)包括元素钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)的材料通过热轧或冷轧进行处理的合金材料。
并且，所述嵌入式衬套20除了这种高熵合金之外，还可使用一般的工具钢，若使用一般的工具钢，可通过热处理使其具有极低温延性而使用，内部形成作为船舶发动机的燃料燃气的流动通道的燃料流入口21，一侧形成将流入的燃气排出到形成在喷嘴主体10的燃气喷射口12的燃气排出通道22。
此时，优选地，为了提高向燃气喷射口12的喷射压力，所述燃气排出通道22以2段折曲形成，停留在燃料流入口21的燃气基于与接头60结合的针或配汽轴(cut off shaft)50而被高压压缩并排出，此时折曲形成的燃气排出通道22会提升排出压力，从而以较快的速度喷射到船舶发动机的燃烧室。
所述限位器30是将喷嘴主体10固定到固定器40的结构，形成接头结合槽31而固定用于燃气的移动的接头60，紧贴固定到喷嘴主体10的截面。
所述限位器30可使用一般的工具钢，根据所需，如嵌入式衬套20一样，可通过热处理使其具有极低温延性。
因此通过所述嵌入式衬套20的燃料流入口21进入的燃气基于与接头60结合的针或配汽轴50压缩的状态下，依次经嵌入式衬套20的燃气排出通道22和喷嘴主体10的燃气喷射口12喷射到船舶发动机的燃烧室。
所述固定器40以围住喷嘴主体10的一部分的方式被固定，固定器40内部以过盈配合方式与限位器30结合，将喷嘴主体10完全固定到固定器40。
图示的实施例是所述喷嘴主体10的末端形成向喷嘴主体10的半径方向突出的突出部13，所述固定器40形成台阶部41而突出部13能够挂住，通过限位器30推喷嘴主体10时，突出部13挂在所述台阶部41而喷嘴主体10不会被挤出固定器40外部而彼此固定的方式，更优选地，突出部13的边缘即与固定器40的台阶部41部分相接的部分被切削加工而形成倒角槽14，从而使得喷嘴主体10完全紧贴固定器40。
并且，所述固定器40上形成另一个台阶部43而限制限位器30的结合量，通过限位器30防止喷嘴主体10的进入深度超过一定程度。
当然，如果没有所述台阶部，可使喷嘴主体10的外径相比形成在固定器40内部的喷嘴主体结合孔42的直径具有(+)公差，以过盈配合方式将喷嘴主体10固定到固定器40，所述限位器30的外径相比形成在固定器40的喷嘴主体结合孔42的直径具有(+)公差而限位器30以过盈配合方式固定到固定器40，从而维持气密性。
除了这种(+)公差方式之外，可将形成在所述固定器40的喷嘴主体结合孔42的直径维持固定，使喷嘴主体10或限位器30的外径的部分区间或整体区间形成一定倾斜，喷嘴主体10或限位器30以过盈配合方式固定到固定器40，嵌入式衬套20也可以是嵌入式衬套20的外径相比形成在喷嘴主体10的衬套结合槽11的直径具有(+)公差地形成而通过过盈配合方式彼此固定结合，当实现过盈配合方式的结合之后，研磨截面而使得喷嘴主体10的截面与嵌入式衬套20的截面之间不存在高度差，防止燃气的泄漏，能够获得具有稳定品质的喷嘴。
如以上所述，喷嘴主体10因直接暴露在船舶发动机的燃烧室，优选使用耐热性相对较高的材料。
因此，所述喷嘴主体10利用棒形的铬镍铁合金材料而在外面加工和内部穿衬套结合槽11和燃气喷射口12之后进行热处理，从而提高切削加工的加工性，之后通过热处理制作成高强度，除了铬镍铁合金材料之外，也可使用具有与铬镍铁合金材料类似的耐热性的材料。
这种棒形的铬镍铁合金材料因喷嘴的形状本身大致为圆筒形，通过外面加工及内部穿孔的加工形成喷嘴主体10的形状，因此能够减少制作时间和费用，可即刻应对具有多种形状的喷嘴，所述嵌入式衬套20、限位器30及固定器40使用比铬镍铁合金材料费用低廉的一般工具钢制作而减少材料费用，用相同材料制作嵌入式衬套20和限位器30而能够减少沿着限位器30的针结合槽21进行往返运动的针或配汽轴50的机械性磨损，这种结构即
通过耐热性高的铬镍铁合金材料的喷嘴主体10而使得嵌入式衬套20及限位器30不直接暴露在发动机燃烧室的热，从而减少热损伤而提高喷嘴的寿命。
并且，即使因极低温供给的燃气而嵌入式衬套20产生裂纹，因喷嘴主体10围住嵌入式衬套20的整个外部，从根源上阻断因裂纹产生的嵌入式衬套20的碎片进入船舶发动机的燃烧室，从而能够保护船舶发动机。
未说明附图标记是孔51，形成在配汽轴50而用于燃料的移动，对于所述配汽轴50、孔51及接头60的形状，可根据船舶发动机的种类进行不同的设计。
总的来说，本发明的使用不同材料的燃气阀喷嘴提供一种船舶发动机所使用的燃气阀喷嘴，其使用耐热性相对较高的金属构成喷嘴主体，将以对于极低温燃气的极低温延性相对较高的金属构成的嵌入式衬套嵌入结合到所述喷嘴主体内，在所述嵌入式衬套的一侧设置限位器而将嵌入式衬套推向一侧方向以将其固定到喷嘴主体，以围住所述限位器的外面的形态构成固定器以坚固地固定喷嘴主体，从而具有通过嵌入式衬套来防止因极低温燃气产生喷嘴裂纹，并通过喷嘴主体来防止因极高温燃烧温度产生喷嘴的热损伤的显著效果，且所述喷嘴主体使用铬镍铁合金材料，嵌入式衬套、限位器及固定器使用工具钢材料，将不同材料的特性体现在一个喷嘴上，从而具有提高对于极低温燃气的极低温延性并提高对于极高温燃烧温度的耐热性的显著效果，同时，限位器的直径相比形成在固定器的限位器结合槽的直径具有(+)公差而通过过盈配合方式固定结合，从而具有能够坚固固定喷嘴主体的同时从根源上防止燃气的泄漏的显著效果。

Claims (3)

1.一种使用不同材料的燃气阀喷嘴，作为船舶发动机所使用的燃料喷射用喷嘴，其特征在于，
所述喷嘴包括：喷嘴主体(10)，内部形成衬套结合槽(11)，末端形成燃气喷射口(12)；嵌入式衬套(20)，嵌入到形成在所述喷嘴主体(10)的衬套结合槽(11)而结合，形成与所述燃气喷射口(12)连通的燃气排出通道；限位器(30)，形成接头被固定的接头结合槽(31)，紧贴固定到喷嘴主体(10)的截面；固定器(40)，所述喷嘴主体(10)的一部分被嵌入其内部而被固定，将所述限位器(30)推到喷嘴主体(10)方向而使其固定，
所述喷嘴主体(10)使用铬镍铁合金材料，所述嵌入式衬套(20)、限位器(30)及固定器(40)使用工具钢材料，防止嵌入式衬套(20)、限位器(30)及固定器(40)因船舶发动机的燃烧室产生的热而出现热损伤，
所述限位器(30)的直径相比形成在固定器(40)的喷嘴主体结合孔(42)的直径具有(+)公差而限位器(30)以过盈配合方式固定到固定器(40)，从而维持气密性，嵌入式衬套(20)也形成为嵌入式衬套(20)的外径相比形成在喷嘴主体(10)的衬套结合槽(11)的直径具有(+)公差而通过过盈配合方式彼此结合，
当实现过盈配合方式的结合之后，研磨截面而使得喷嘴主体(10)的截面与嵌入式衬套(20)的截面之间不存在高度差，防止燃气的泄漏，能够获得具有稳定质量的喷嘴，
所述嵌入式衬套(20)为了防止因低温燃气产生的裂纹，以工具钢作为材料并通过热处理具有极低温延性，即使因极低温供给的燃气而嵌入式衬套(20)产生裂纹，因喷嘴主体(10)围住嵌入式衬套(20)的整个外部，从根源上阻断因裂纹产生的嵌入式衬套(20)的碎片进入船舶发动机的燃烧室，从而能够保护船舶发动机，
为了防止低温燃气导致的裂纹，所述嵌入式衬套(20)使用极低温用钢或包括钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)的高熵合金。
2.根据权利要求1所述的使用不同材料的燃气阀喷嘴，其特征在于，
所述喷嘴主体(10)的末端形成向喷嘴主体(10)的半径方向突出的突出部(13)，所述固定器(40)形成台阶部(41)而突出部(13)能够挂住，通过限位器(30)推喷嘴主体(10)时，突出部(13)挂在所述台阶部(41)而喷嘴主体(10)不会被挤出固定器(40)外部而彼此固定。
3.根据权利要求1所述的使用不同材料的燃气阀喷嘴，其特征在于，
为了提高向燃气喷射口(12)的排出压力，形成在所述嵌入式衬套(20)的燃气排出通道(22)以2段折曲形成。
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