CN112576354A - 一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，包括发动机排气连接管，发动机排气连接管连接冷却器一端，冷却器另一端通过连接管连接旋气箱进风口，旋气箱出风口安装阻火器，阻火器第二连接管连接旋气射流器，发动机排气连接管中设有冷却管。本发明使用成本低：无水体损耗及污染，不降低发动机功率。本发明质量小，显著降低车辆自重，提高车辆有效载荷。

Description

一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置

技术领域

本发明涉及矿用防爆柴油机的技术领域，它可以极大限度的降低矿用防爆柴油机的排气温度，同时杜绝水体损耗及环境污染。

背景技术

矿用防爆柴油机是一种在地面柴油机基础上增加或者改造原机进排气系统从而能够在爆炸性气体环境中安全使用的柴油机，具有功率大、安全系数高、可连续作业等特点。其尾气排气温度需要严格约定在国家行业标准内，否则容易产生煤矿井下瓦斯爆炸的严重生产事故。传统的矿用防爆柴油机采用的是水洗式降温处理的方式，即将高温尾气引入水箱内，通过水来降温。这种方式优点是结构简单，制造容易，缺点是排气阻力大，发动机功率损失明显，而且对水的损耗及污染显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，能解决排气阻力大，发动机功率损失明显，而且对水的损耗及污染显著的问题，且使用成本低：无水体损耗及污染。

按照本发明提供的技术方案：一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，包括发动机排气连接管，所述发动机排气连接管连接冷却器一端，所述冷却器另一端通过连接管连接旋气箱进风口，所述旋气箱出风口安装阻火器，所述阻火器第二连接管连接旋气射流器。

作为本发明的进一步改进，所述发动机排气连接管中设有冷却管。

作为本发明的进一步改进，所述冷却器包括外壳体，所述外壳体两端安装连接法兰，所述外壳体与所述连接法兰之间构成冷却腔，所述冷却腔中充满冷却介质，所述外壳体上安装出水管、进水管，所述冷却腔中设置数个冷却管，所述冷却管输入端露出所述冷却腔左侧，所述冷却管输出端露出冷却腔右侧。

作为本发明的进一步改进，所述旋气箱包括箱体，所述箱体内部为旋气冷却腔，所述旋气冷却腔中设有第一风管和第二风管，所述第一风管上端为进风口，所述第二风管上端为出风口，所述第一风管下端与所述第二风管下端通过内部通气管连通，所述第一风管中设置正旋器，所述第二风管中设置反旋器。

作为本发明的进一步改进，所述进风口和所述出风口为锥度结构。

作为本发明的进一步改进，所述正旋器、反旋器为螺杆状，且两者螺纹方向相反。

作为本发明的进一步改进，所述出风口中安装叶片轮。

作为本发明的进一步改进，所述旋气射流器包括射流腔，所述射流腔上端开有射流腔入口，所述射流腔左端设有缩口腔，右端设有吸气腔，所述吸气腔上端设有压缩气体接入口，所述射流腔入口下方设有挡体，所述缩口腔左端设有排气腔，所述排气腔内壁安装温度传感器，所述排气腔左侧设有排气导向罩，所述温度传感器通过电缆线依次连接处理器及电磁阀，所述电磁阀输入端连接压缩空气接入管，所述电磁阀输出端通过压缩空气输出管连通所述压缩气体接入口。

作为本发明的进一步改进，所述挡体呈锥体结构，锥体小面朝向所述缩口腔，所述挡体左端部位于所述缩口腔中，所述射流腔与所述缩口腔内壁构成环形通道7-53。

作为本发明的进一步改进，所述排气导向罩采用百叶窗结构。

本申请的积极进步效果在于：

1、本发明使用成本低：无水体损耗及污染。

2、本发明不降低发动机功率。

3、本发明质量小，显著降低车辆自重，提高车辆有效载荷。

4、本发明因为进入阻火器的气体为干燥气体，因此阻火器不容易结晶，清理周期长。

5、本发明阻火器采用多盘式结构，清理方便，可局部替换，降低使用成本。

6、本发明制造成本低：水洗式各组件均为不锈钢制品，本发明除多管阵列水冷式冷却器和盘式阻火器为不锈钢件外其余均为铁质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明冷却器的结构示意图。

图3为本发明旋气箱的结构示意图。

图4为本发明阻火器的结构示意图。

图5为本发明旋气射流器的正视图。

图6为本发明旋气射流器的俯视图。

图7为图5中A区域的放大示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1-6中，包括发动机排气连接管1、冷却器2、冷却管2-1、水口2-2、外壳体2-3、连接法兰2-4、连接管3、旋气箱4、水口4-1、箱体4-2、正旋器4-3、内部通气管4-4、反旋器4-5、叶片轮4-6、阻火器5、第二连接管6、旋气射流器7、排气导向罩7-1、温度传感器7-2、排气腔7-3、缩口腔7-4、射流腔7-5、压缩气体接入口7-6、吸气腔7-7、电缆线7-8、电源接入口7-9、电磁阀7-10、断气阀7-11、压缩空气接入管7-12、压缩空气输出管7-13等。

如图1所示，本发明是一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，包括发动机排气连接管1，发动机排气连接管1一端连接发动机排气口，一端连接冷却器2一端，冷却器2另一端通过连接管3连接旋气箱4进风口，旋气箱4出风口安装阻火器5，阻火器5通过第二连接管6连接旋气射流器7。

发动机排气连接管1中设有冷却管，用来为高位尾气降温。

冷却器2整体由不锈钢制成，结构参见图2，由冷却管2-1、水口2-2、外壳体2-3、连接法兰2-4组成。

冷却器2包括外壳体2-3，外壳体2-3两端安装连接法兰2-4，外壳体2-3与连接法兰2-4之间构成冷却腔，冷却腔中充满冷却介质，外壳体2-3上安装出水管2-2、进水管2-5，出水管2-2、进水管2-5与冷却腔连通，冷却腔中设置数个冷却管2-1 。出水管2-2和进水管2-5用于水路连接。

冷却管2-1输入端露出冷却腔左侧，冷却管2-1输出端露出冷却腔右侧。

左侧连接法兰2-4与发动机排气连接管1连接，右侧连接法兰2-4与连接管3连接。

冷却管2-1为螺旋冷却管。

冷却器2主要作用是对发动机尾气进行第一次降温，通过冷却器后，尾气温度控制在280℃以内。

连接管3一端连接多管阵列水冷式冷却器，一端连接旋气箱，连接管3为水套式连接管，中间设有冷却管，用来为高位尾气降温。

旋气箱4整体采用碳钢板制成，具体结构参见图3，由水口4-1、箱体4-2、正旋器4-3、内部通气管4-4、反旋器4-5、叶片轮4-6组成。其主要作用是对发动机尾气进行第二次降温及缓和气流冲击，使得通过旋气箱的尾气温度控制在150℃以内，同时削弱气流冲击，使得气流均匀连续。

旋气箱4包括箱体4-2，箱体4-2内部为旋气冷却腔，旋气冷却腔中设有第一风管和第二风管，第一风管上端为进风口4-7，第二风管上端为出风口4-8，第一风管下端与第二风管下端通过内部通气管4-4连通，第一风管中固定设置正旋器4-3，第二风管中固定设置反旋器4-5。

箱体4-2两侧安装水口4-1，水口4-1连通旋气冷却腔，水口4-1用于与水路连接。

进风口4-7和出风口4-8为锥度结构，能使气流产生紊流，均匀气流内外部的温度。

正旋器4-3、反旋器4-5为螺杆状。且两者螺纹方向相反，这样就可以使气流内外部充分旋转从而提高与冷却水的热交换效果。

叶片轮4-6转动安装在出风口4-8，用于缓和气流冲击。尾气中的气流冲击主要由两部分产生，一部分是发动机转速变化带来的冲击，另一部分是尾气在旋气箱内正反旋转带来的冲击。

阻火器5整体由不锈钢制成，结构参见图4，由阻火器连接法兰5-1、阻火器外壳5-2、单片式阻火盘5-3组成。

阻火器外壳5-2中层叠交错设置单片式阻火盘5-3，阻火器外壳5-2两侧安装阻火器连接法兰5-1。

阻火器5将气流中的火星阻灭。

第二连接管6主体是软性波纹管管，用于阻火器5与旋气射流器7之间的链接。

旋气射流器7主体由碳钢板制成，结构参见图5-6，由排气导向罩7-1、温度传感器7-2、排气腔7-3、缩口腔7-4、射流腔7-5、压缩气体接入口7-6、吸气腔7-7、电缆线7-8、电源接入口7-9、电磁阀7-10、断气阀7-11、压缩空气接入管7-12、压缩空气输出管7-13组成。

旋气射流器7包括射流腔7-5，射流腔7-5上端开有射流腔入口7-51，射流腔7-5左端设有缩口腔7-4，右端设有吸气腔7-7，吸气腔7-7上端设有压缩气体接入口7-6，射流腔入口7-51下方设有挡体7-52，缩口腔7-4左端设有排气腔7-3，排气腔7-3内壁安装温度传感器7-2，排气腔7-3左侧设有排气导向罩7-1。

温度传感器7-2通过电缆线7-8依次连接处理器及电磁阀7-10，电磁阀7-10输入端连接压缩空气接入管7-12，电磁阀7-10输出端通过压缩空气输出管7-13连通压缩气体接入口7-6。

如图7所示，挡体7-52呈锥体结构，锥体小面朝向缩口腔7-4，挡体7-52左端部位于缩口腔7-4中，射流腔7-5左端部与缩口腔7-4内壁构成环形通道7-53，当尾气（如图5所示中单箭头）从射流腔入口7-51进入射流腔7-5时首先撞击挡体7-52，随椎体面前进，改变气体流向的同时气体产生旋转作用，从而对气体进行压缩。尾气通过挡体7-52后由射流腔7-5前端的环形通道7-53射出，高速流动的气体向前喷射，后端产生负压，吸入并混合吸气腔7-7内的空气。空气从吸气腔7-7开口端进入（如图5所示中三箭头），被射流腔7-5后端负压吸引后在中心位置与尾气混合，对尾气进行由内而外的第一次冷却。

排气导向罩7-1采用百叶窗结构，可多角度调节，用于定向排气。

温度传感器7-2实时采集排气温度，将采集的数据通过电缆线7-8传递至处理器。

排气腔7-3用于整流气体。排气腔7-3与缩口腔7-4之间设有二次降温环口7-14。

缩口腔7-4用于吸气补偿：当经过第一次冷却的尾气高速通过缩口腔7-4时对外部大气产生吸力，外大气通过缩口腔7-4与排气腔7-3之间的二次降温环口7-14进入排气腔7-3（如图5所示中双箭头），对尾气进行由外而内的第二次冷却。

压缩气体接入口7-6用于引入压缩气体。

吸气腔7-7一端连接射流腔7-5，一端对大气开放。上端设有压缩气体接入口7-6。

电缆线7-8采用信号屏蔽本安电缆线。

电源接入口7-9用于连接电源，电源电压为5V。

处理器为PLC，PLC读取温度传感器7-2电信号后判定排气温度是否符合设定值。

PLC读取温度传感器7-2电信号后判定排气温度是否符合设定值，超过设定值电磁阀7-10动作，打开压缩空气；压缩空气从压缩气体接入口7-6进入射流腔7-5（如图5所示中四箭头），与从吸气腔7-7开口端进入的空气一起，对尾气进行由内而外的、冷却能力更强的第一次冷却。

低于或等于设定值电磁阀无动作。

压缩空气接入管7-12及压缩空气输出管7-13为单层夹布胶管，采用扩口式螺纹连接方式接入各外部组件。

压缩空气气源为原车自带，只有极端情况才会使用，因此不会增加发动机额外的动能负担。

本发明的工作过程如下：

高温尾气先通过多管阵列水冷式冷却器进行首次降温，使得这部分气体温度控制在280℃以内，然后由旋气箱进行二次降温，同时在旋气箱内气体进行均散处理，这部分问题温度控制在150℃以内，再通过阻火器进行阻火处理，再通过旋气射流器与外大气混合进行二次降温，最后排入大气，通过三次降温的气温度不超过70℃的安标许可值。最终排气温度由温度传感器实时监控，一旦出现超标则通过压缩气体释放吸热的方式进行强制降温。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述装置包括发动机排气连接管（1），所述发动机排气连接管（1）连接冷却器（2）一端，所述冷却器（2）另一端通过连接管（3）连接旋气箱（4）进风口，所述旋气箱（4）出风口安装阻火器（5），所述阻火器（5）第二连接管（6）连接旋气射流器（7）。

2.如权利要求1所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述发动机排气连接管（1）中设有冷却管。

3.如权利要求1所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述冷却器（2）包括外壳体（2-3），所述外壳体（2-3）两端安装连接法兰（2-4），所述外壳体（2-3）与所述连接法兰（2-4）之间构成冷却腔，所述冷却腔中充满冷却介质，所述外壳体（2-3）上安装出水管（2-2）、进水管（2-5），所述冷却腔中设置数个冷却管（2-1），所述冷却管（2-1）输入端露出所述冷却腔左侧，所述冷却管（2-1）输出端露出冷却腔右侧。

4.如权利要求1所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述旋气箱（4）包括箱体（4-2），所述箱体（4-2）内部为旋气冷却腔，所述旋气冷却腔中设有第一风管和第二风管，所述第一风管上端为进风口（4-7），所述第二风管上端为出风口（4-8），所述第一风管下端与所述第二风管下端通过内部通气管（4-4）连通，所述第一风管中设置正旋器（4-3），所述第二风管中设置反旋器（4-5）。

5.如权利要求4所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述进风口（4-7）和所述出风口（4-8）为锥度结构。

6.如权利要求4所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述正旋器（4-3）、反旋器（4-5）为螺杆状，且两者螺纹方向相反。

7.如权利要求4所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述出风口（4-8）中安装叶片轮（4-6）。

8.如权利要求1所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述旋气射流器（7）包括射流腔（7-5），所述射流腔（7-5）上端开有射流腔入口（7-51），所述射流腔（7-5）左端设有缩口腔（7-4），右端设有吸气腔（7-7），所述吸气腔（7-7）上端设有压缩气体接入口（7-6），所述射流腔入口（7-51）下方设有挡体（7-52），所述缩口腔（7-4）左端设有排气腔（7-3），所述排气腔（7-3）内壁安装温度传感器（7-2），所述排气腔（7-3）左侧设有排气导向罩（7-1），所述温度传感器（7-2）通过电缆线（7-8）依次连接处理器及电磁阀（7-10），所述电磁阀（7-10）输入端连接压缩空气接入管（7-12），所述电磁阀（7-10）输出端通过压缩空气输出管（7-13）连通所述压缩气体接入口（7-6）。

9.如权利要求8所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述挡体（7-52）呈锥体结构，锥体小面朝向所述缩口腔（7-4），所述挡体（7-52）左端部位于所述缩口腔（7-4）中，所述射流腔（7-5）左端部与所述缩口腔（7-4）内壁构成环形通道（7-53）。

10.如权利要求8所述的矿用防爆柴油机用旋气射流式排气装置，其特征在于：所述排气导向罩（7-1）采用百叶窗结构。

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