CN111911258B - 大功率中低速柴油机气阀气动旋转装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率中低速柴油机气阀气动旋转装置，包括壳体、转体、支撑弹簧、推力轴承、盖板、高压输气管和气动减压阀，转体嵌入阶梯通孔的上部台阶孔中，其下侧依次通过弹簧座和支撑弹簧支撑在推力轴承上，气阀顶端通过锥形卡子支撑在转体中心的锥形孔中，壳体下侧通过气阀弹簧支撑在气缸盖上。盖板固定在壳体顶端上，转体轴向中部均布多片成射线状分布的叶片，高压气管与壳体上端的吹气通孔相连。本发明既提高了气阀和阀座之间的气密性，使得柴油机的输出动力保持不变；又清除了气阀的阀杆和导管之间的积碳，保障气阀能顺畅运行，并使气阀的阀盘受热均匀不易损坏。提高了柴油机工作的可靠性，延长了柴油机的使用寿命。

Description

大功率中低速柴油机气阀气动旋转装置

技术领域

本发明涉及一种柴油机的配气装置，特别涉及一种采用高压气流驱动的柴油机气阀旋转装置，属于内燃机技术领域。

背景技术

大功率中低速柴油机是指气缸直径大于150mm、转速300～1100rpm和单缸功率≥85kW的柴油机，其气阀凸轮轴升程≥10mm，具有动力强劲、能够使用轻/重柴油的较低使用成本等特点，是一种广泛应用于矿山机械、船舶、核电站等重要工业领域的动力机械。柴油机长期使用轻/重柴油，气阀下部的阀盘锥面和气缸盖内的阀座接触面上容易形成积碳，导致两者贴合不够严密，造成柴油机输出动力下降。并且阀盘受热不均匀容易损坏。另外，气阀上部的阀杆及与其配合的导管之间也会形成积碳，导致阀杆卡死而缩短了柴油机的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种柴油机气阀气动旋转装置，在柴油机的运行过程中，气阀以一定的转速绕其轴线旋转，消除积碳，保障柴油机能顺畅运行。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种大功率中低速柴油机气阀气动旋转装置，包括壳体、转体、支撑弹簧、推力轴承、盖板、高压输气管和气动减压阀，壳体内孔为阶梯通孔，转体嵌入阶梯通孔的上部台阶孔中，并与上部台阶孔间隙配合，上部台阶孔和中部台阶孔交界处的环形面为转体下移的限位台肩；转体下侧依次通过弹簧座和支撑弹簧支撑在推力轴承上，所述推力轴承支撑在阶梯通孔的底部台阶孔中；转体中心设有上大下小的锥形孔，气阀上部的阀杆顶端通过锥形卡子支撑在转体中心的锥形孔中，壳体下侧通过气阀弹簧支撑在气缸盖上；所述盖板位于转体上侧，固定在壳体顶端上，转体轴向中部均布多片成射线状分布的叶片；气动减压阀固定在气缸盖上，高压气管一端与气动减压阀输出端的管接头相连，高压气管另一端通过管接头与壳体上端斜穿壳体外壁的吹气通孔相连；所述吹气通孔的轴向高度位置与凸轮轴转动到升程为0时转体下部的位置对应；壳体外壁上端设有与吹气通孔相邻且处于相同轴向高度的排气通孔，所述排气通孔的中心线通向壳体轴心线。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述排气通孔的形状为扇形，所述扇形的两侧边穿过壳体轴线。

进一步的，所述径向叶片的横截面近似三角形，所述近似三角形的一边为直边，另一边为内凹的圆弧边；所述直边的延伸线穿过转体的轴心线，吹气通孔对着圆弧边；径向叶片与壳体的上部台阶孔间隙配合。

进一步的，所述径向叶片的直边和圆弧边的表面粗糙度，以及阶梯通孔的上部台阶孔的表面粗糙度均为Ra0.3～0.4um。

进一步的，所述吹气通孔直径d1的范围为Φ2～Φ4mm。

进一步的，当凸轮轴转动到升程为0时，转体上升到最高位置，此时转体与盖板的间隙A≤2mm，气阀顶杆顶面与其上侧的球头座底面的间隙B≤0.8mm。

进一步的，气动减压阀的输出气压≤1Mpa。

本发明在转体轴向中部均布了多片成射线状分布的叶片，在壳体上端设置了斜穿壳体外壁的吹气通孔，并在吹气通孔的相邻处设置了排气通孔，经过气动减压阀输出的高压气流通过吹气通孔吹动转体的叶片绕转体轴线旋转，并从排气通孔排出壳体。本发明一方面改善了气阀下部阀盘密封锥面与阀座的接触状态，使得两者贴合严密，提高了气密性，确保柴油机的输出动力保持不变；另一方面清除了气阀上部阀杆和导管之间的积碳，确保气阀能顺畅运行，并使阀盘受热均匀不易损坏，从而提高了大功率中低速柴油机工作的可靠性，延长了大功率中低速柴油机的使用寿命。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明安装在柴油机气阀上的结构示意图；

图4是图3 的Ⅰ部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图3所示，本实施例包括壳体1、转体2、支撑弹簧3、推力轴承4、盖板5、高压输气管6和气动减压阀7，壳体内孔11为阶梯通孔，转体2嵌入阶梯通孔11的上部台阶孔111中，并与上部台阶孔111间隙配合，两者的配合精度等级为H8/f7。上部台阶孔111和中部台阶孔112交界处的环形面为转体2下移的限位台肩114。转体2下侧依次通过弹簧座31和支撑弹簧3支撑在推力轴承4上，推力轴承4支撑在阶梯通孔的底部台阶孔113中，壳体1下端端面向下延伸出防止气阀弹簧10扭曲的气阀弹簧上芯柱12。

转体中心设有上大下小的锥形孔21，气阀20上部的阀杆201顶端通过锥形卡子30支撑在转体中心的锥形孔21中，壳体1下侧通过气阀弹簧10支撑在气缸盖40上。气阀弹簧10除了承受气阀20的重力外，还承受凸轮轴50旋转至最大升程H时通过挺杆60、摇臂组70和阀桥组80、球头座90施加给气阀20的作用力。因此，支撑弹簧3装在壳体1内的预紧力F1略小于或等于气阀弹簧10的预紧力F1'，两者保持动态平衡。在气阀弹簧10预紧力F1的作用下，气阀20底部的阀盘202与气缸盖40内的阀座401紧密贴合，使得柴油机的输出动力保持不变。支撑弹簧3和气阀弹簧10均采用65CrSiA牌号弹簧钢制成。盖板5位于转体2上侧，通过4个紧固螺钉51固定在壳体1顶端上。如图4所示，当凸轮轴50转动到升程为0时，转体2上升到最高位置，此时转体2与盖板5的间隙A≤2mm，气阀20顶面与其上侧的球头座90底面的间隙B≤0.8mm，使得气阀20和转体2能高速旋转，减小球头座90底面与气阀20顶面之间，以及盖板5和转体2之间的摩擦阻力。

转体2轴向中部均布多片成射线状分布的径向叶片22。气动减压阀7固定在气缸盖40上，高压气管6一端与气动减压阀7输出端的管接头71相连，另一端通过管接头71与壳体1上端斜穿壳体外壁13的吹气通孔14相连，气动减压阀7的输出气压≤1Mpa。

吹气通孔14的轴向高度位置与凸轮轴50转动到升程H为0时转体2下部的位置对应。壳体外壁13上端设有与吹气通孔14相邻且处于相同轴向高度的排气通孔15，排气通孔15的中心线通向壳体1轴心线。排气通孔15的形状为扇形，扇形的两侧边穿过壳体1轴线。吹气通孔14直径d1的范围为Φ2～Φ4mm，排气通孔15的体积远大于吹气通孔14的体积，便于迅速排气。

如图2所示，径向叶片22的其横截面近似三角形，所述近似三角形的一边为直边221，另一边为内凹的圆弧边222，吹气通孔14对着圆弧边222。由于圆弧边222的面积大于直边221的面积，可以增大径向叶片22受到的风压，更利于转体2和气阀20 的转动。直边221的延伸线穿过转体2的轴心线，径向叶片22与壳体1的上部台阶孔111间隙配合，径向叶片23的直边221和圆弧边22的表面粗糙度，以及阶梯通孔的上部台阶孔111的表面粗糙度均为Ra0.3～0.4um。

如图3所示，本发明开始工作时，凸轮轴50的升程为0，气阀20处于关闭状态，转体2位于上部台阶孔111的上侧，吹气通孔14被转体2下部的圆柱体完全挡住。随着凸轮轴50的转动，凸轮轴50的升程增大，挺杆60随之上移，推动摇臂组70顺时针转动，使得阀桥组80下移，此时球头座90与气阀20顶部贴合并带动气阀20沿轴线向下运动，由于壳体1内的支撑弹簧3再向下压缩时的工作负荷小于气阀弹簧10再下压的工作负荷，所以气阀20通过锥形卡子30带动转体2沿壳体1的轴线下移，壳体1静止不动。当转体2的径向叶片22下移到吹气通孔14的位置时，从气动减压阀7输出的气压≤1Mpa的高压气流通过吹气通孔14持续不断地喷向径向叶片22，使得转体2绕其轴线顺时针旋转，高压空气从排气通孔15喷出。当转体2下移至到限位台肩114时，受到摩擦力和限位台肩114的反作用力的作用，转体2停止转动和下移，此时挺杆60处于凸轮轴50升程的最高点，气阀20底部的阀盘202完全脱离阀座401，气阀20完全开启。凸轮轴50继续转动，凸轮轴50的升程H变小，挺杆60下移，气阀弹簧10的复位弹性力推动壳体1克服支撑弹簧3的弹性力上移，转体2同步上移并受到吹气通孔14吹出的高压气流的作用而顺时针转动，直至挺杆60底部的滚轮601处于凸轮轴50升程的最低点时，气阀20底部的阀盘202与气缸盖40内的阀座401紧密贴合，转体2及气阀20停止转动，气阀20完全关闭，完成一个工作循环。同时气阀20的旋转速度可以通过气动减压阀7进行调节。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种大功率中低速柴油机气阀气动旋转装置，包括壳体、转体、支撑弹簧和推力轴承，壳体内孔为阶梯通孔，转体嵌入阶梯通孔的上部台阶孔中，并与上部台阶孔间隙配合，上部台阶孔和中部台阶孔交界处的环形面为转体下移的限位台肩；转体下侧依次通过弹簧座和支撑弹簧支撑在推力轴承上，所述推力轴承支撑在阶梯通孔的底部台阶孔中；转体中心设有上大下小的锥形孔，气阀上部的阀杆顶端通过锥形卡子支撑在转体中心的锥形孔中，壳体下侧通过气阀弹簧支撑在气缸盖上；其特征在于，还包括盖板、高压输气管和气动减压阀，所述盖板位于转体上侧，固定在壳体顶端上，转体轴向中部均布多片成射线状分布的径向叶片；气动减压阀固定在气缸盖上，高压气管一端与气动减压阀输出端的管接头相连，高压气管另一端通过管接头与壳体上端斜穿壳体外壁的吹气通孔相连；所述吹气通孔的轴向高度位置与凸轮轴转动到升程为0时转体下部的位置对应；壳体外壁上端设有与吹气通孔相邻且处于相同轴向高度的排气通孔，所述排气通孔的中心线通向壳体轴心线；所述排气通孔的形状为扇形，所述扇形的两侧边穿过壳体轴线；所述径向叶片的横截面近似三角形，所述近似三角形的一边为直边，另一边为内凹的圆弧边；所述直边的延伸线穿过转体的轴心线，吹气通孔对着圆弧边；径向叶片与壳体的上部台阶孔间隙配合；所述径向叶片的直边和圆弧边的表面粗糙度，以及阶梯通孔的上部台阶孔的表面粗糙度均为Ra0.3～0.4um；所述吹气通孔直径d1的范围为2～4mm；当凸轮轴转动到升程为0时，转体上升到最高位置，此时转体与盖板的间隙A≤2mm，气阀顶面与其上侧的球头座底面的间隙B≤0.8mm。

2.如权利要求1所述的大功率中低速柴油机气阀气动旋转装置，其特征在于：气动减压阀的输出气压小于等于1Mpa。