CN113638790B - 一种高温排气系统喷雾冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机排气管路防腐与排气冷却技术领域，提供一种高温排气系统喷雾冷却装置，包括喷嘴、双缸喷雾罐、控制箱，所述双缸喷雾罐内设有工作腔A、工作腔B，工作腔A、工作腔B均装有液位传感器和压力传感器，每个工作腔都有四个管路接口，分别连接冷却水供应管路、喷雾管路、压缩空气供应管路和放气管路，上述各管路上均设有相应的电磁阀，电磁阀均与控制箱连接，所述冷却水供应管路经海水滤器与柴油机海水系统相接，所述压缩空气供应管路与中压空气系统相接，所述喷雾管路与喷嘴相接，所述喷嘴设于装置主体内。本发明装置通过高压喷雾冷却高温排气和排气管路系统，减缓排气系统管路腐蚀，通过压缩空气吹除喷嘴内积水，阻隔喷嘴腐蚀途径。

Description

一种高温排气系统喷雾冷却装置
技术领域
本发明属于发动机排气管路防腐与排气冷却技术领域，具体涉及一种高温排气系统喷雾冷却装置。
背景技术
在海上潮湿、盐雾、干湿交替等环境和船用发动机高温排气的共同影响下，排气管路的腐蚀明显比其他部位严重，若不采取措施，排气管极易出现生锈孔洞，破坏排气管气密性，影响其使用。在影响腐蚀速率的因素中，温度是最重要的因素。船用发动机（柴油机或燃气轮机）的排气温度通常很高，降低排气温度是抑制排气管和相关附件腐蚀速率，延长排气管路使用寿命的重要手段。为此，需采用专门的冷却措施。
现有的一种方法是基于强制对流换热原理，在排气管外增加冷却水套。该法显著增加了排气管直径且需要配置大流量水泵。另一种方法是基于喷淋冷却原理，在发动机排气管内喷入少量冷却水。喷淋水液滴直径较大（液滴平均直径大于100μm），与排气接触面积小，且接触时间短，不利于快速冷却排气。且为防止过量的水倒流进入发动机，一般调整喷水量使排气管中刚好无积水产生，实践证明此时降温能力有限，需要多级串联使用或与冷却水套联合使用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高温排气系统喷雾冷却装置，该装置通过高压喷雾冷却高温排气和排气管路系统，减缓和防止排气系统管路腐蚀，通过压缩空气吹除喷嘴内积水，阻隔喷嘴腐蚀途径，特别适用于船用发动机排气系统防腐与排气冷却。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提供一种高温排气系统喷雾冷却装置，包括装置主体、喷嘴、双缸喷雾罐、海水滤器、控制箱、冷却水供应管路、压缩空气供应管路、喷雾管路、放气管路，所述双缸喷雾罐内设有工作腔A、工作腔B，工作腔A、工作腔B均装有液位传感器和压力传感器，每个工作腔都有四个管路接口，分别连接冷却水供应管路、喷雾管路、压缩空气供应管路和放气管路，上述各管路上均设有相应的电磁阀，电磁阀均与控制箱连接，所述冷却水供应管路经海水滤器与柴油机海水系统相接，所述压缩空气供应管路与中压空气系统相接，所述喷雾管路与喷嘴相接，所述喷嘴设于装置主体内，该装置由监控系统控制各管路阀门的启闭，实现补水、喷雾和吹除等功能。
在上述技术方案中，所述喷嘴与喷雾管路通过螺纹连接，且只有一个位于喷嘴轴线上的喷孔，安装时喷嘴轴线与装置主体轴线共线。
在上述技术方案中，所述装置主体与排气系统管路通过法兰连接，装置主体外部设有冷却水套，装置主体下方设有排水系统，收集积存水。
本发明装置基于喷雾冷却原理，利用中压空气作为压力源，向排气管内喷入充足的冷却水，利用喷雾蒸发的相变吸热，大幅降低排气温度。
由于喷射压力高，喷雾可以与排气充分混合，并使冷却水雾化成极微小的液滴（液滴平均粒径达到10μm量级）。水雾与排气接触面积大，有利于加快冷却速度；且水雾的液滴质量足够小，排气的湍流拖拽力超过重力的影响，使微小液滴跟随排气一起运动，水雾与排气有充足的接触时间。在空间上充分混合、时间上充分接触的情况下，冷却水液滴迅速汽化。在常见的液体中，水的气化潜热值最大（2257kJ/kg@1bar 100℃），水的相变吸热比温升吸热（水的比热为4200J/kg•K）效率更高，因此高压喷雾可以大幅降低排气的温度。
由于排气温度可以迅速降低，整个排气管的高温段长度可大幅缩短，排气管和其管路附件的腐蚀速率将得到有效减缓。由于冷却水以雾状进入排气管，多余的水分会随排气流出，不会进入发动机，喷淋冷却装置可以布置在排气管路更靠近柴油机的位置，减少高温段长度。
当发动机停止工作后，利用压缩空气将喷雾管路和喷嘴中积存的冷却水吹除并进行干燥处理，避免喷嘴腐蚀。
本发明装置相比现有技术，具有以下优点：
1.水量足够时，可以显著降低排气温度，水滴可随排气流动，允许喷入过量冷却水；
2. 排气体积流量降低，排气阻力减小，可取代冷却水套或隔热层，为缩小排气管直径提供有利条件；
3. 降低排气管温度，减缓排气管腐蚀速度，延长排气管使用寿命；
4.吹除喷雾管路和喷嘴内积水并进行干燥处理，减缓其腐蚀速度，延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明高温排气系统喷雾冷却装置的示意图。
图中：1-装置主体，2-喷嘴，3-双缸喷雾罐，4-海水滤器，5-A缸喷雾管路电磁阀，6-B缸喷雾管路电磁阀，7-A缸冷却水供应管路电磁阀，8- B缸冷却水供应管路电磁阀，9- A缸压缩空气供应管路电磁阀，10- B缸压缩空气供应管路电磁阀，11- A缸放气管路电磁阀，12- B缸放气管路电磁阀，13-喷雾管路疏水电磁阀，14 -控制箱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应站位本领域技术人员的角度做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1所示，本实施例提供一种高温排气系统喷雾冷却装置，安装在发动机排气内舌阀之前的排气管上，包括装置主体1、喷嘴2、双缸喷雾罐3、海水滤器4、控制箱14、冷却水供应管路、压缩空气供应管路、喷雾管路、放气管路、相关电磁阀等。所述双缸喷雾罐内设有工作腔A、工作腔B，工作腔A、工作腔B均装有液位传感器和压力传感器，每个工作腔都有四个管路接口，分别连接冷却水供应管路、喷雾管路、压缩空气供应管路和放气管路，上述各管路上均设有相应的电磁阀，电磁阀均与控制箱连接。所述冷却水供应管路经海水滤器与柴油机海水系统相接，可以根据实际情况选择淡水或海水。所述压缩空气供应管路与船用中压空气系统相接。所述喷雾管路与喷嘴相接，所述喷嘴设于装置主体内，喷雾管路将喷雾罐内的冷却水引至排气管内部，从喷嘴喷入排气管。该装置由控制箱14控制各管路电磁阀门的启闭，实现补水、喷雾和吹除等功能。
在上述实施例中，所述喷嘴2与喷雾管路通过螺纹连接，且只有一个位于喷嘴轴线上的喷孔，安装时喷嘴轴线与装置主体1轴线共线。喷嘴采用大孔径单孔喷嘴，以降低喷嘴堵塞的风险。
在上述实施例中，所述装置主体1与排气系统管路通过法兰连接，装置主体1外部设有冷却水套，装置主体1下方设有排水系统，收集积存水。
本实施例装置工作原理如下：
当发动机启动后，开启装置，由控制箱内的监控系统检查和调整各电磁阀的状态，关闭B缸所有阀门，关闭A缸喷雾管路电磁阀5和A缸压缩空气供应管路电磁阀9，打开A缸冷却水供应管路电磁阀7和A缸放气管路电磁阀11，向A缸内补充冷却水。
当A缸内冷却水达到一定液位时，关闭A缸冷却水供应管路电磁阀7和A缸放气管路电磁阀11，打开A缸喷雾管路电磁阀5和A缸压缩空气供应管路电磁阀9，使A缸内的冷却水在压缩空气的压力下喷入排气管。此时以A缸补水时一样的原理向B缸补充冷却水至B缸内液位达到设定高度，关闭B缸所有阀门。
当A缸内冷却水液位低时，打开B缸喷雾管路电磁阀6和B缸压缩空气供应管路电磁阀10，同时关闭A缸喷雾管路电磁阀5和A缸压缩空气供应管路电磁阀9，由B缸提供高压喷雾。然后打开A缸放气管路电磁阀11，使A缸内压缩空气自动排出，当A缸内压力降低至常压后，再打开A缸冷却水供应管路电磁阀7，向A缸内补水至液位达到设定高度。通过A缸和B缸的轮流补水和喷雾，可以保证整个装置不间断的工作。
当发动机停止工作后，关闭喷雾罐的供气阀，打开喷雾管路上的喷雾管路疏水电磁阀13排水，将喷雾罐内剩余冷却水排出，然后关闭喷雾管路疏水电磁阀13，利用罐体内的压缩空气将喷雾管路和喷嘴2中积存的水分吹除。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明实施方式不限于上述所示，可根据权利要求的技术特征进行一定的组合，以上所示仅为本发明较佳的具体实施方式，并不能用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员容易理解，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等效替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高温排气系统喷雾冷却装置，其特征在于：包括装置主体、喷嘴、双缸喷雾罐、海水滤器、控制箱、冷却水供应管路、压缩空气供应管路、喷雾管路、放气管路，所述双缸喷雾罐内设有工作腔A、工作腔B，工作腔A、工作腔B均装有液位传感器和压力传感器，每个工作腔都有四个管路接口，分别连接冷却水供应管路、喷雾管路、压缩空气供应管路和放气管路，上述各管路上均设有相应的电磁阀，电磁阀均与控制箱连接，所述冷却水供应管路经海水滤器与柴油机海水系统相接，所述压缩空气供应管路与中压空气系统相接，所述喷雾管路与喷嘴相接，所述喷嘴设于装置主体内，该装置由控制箱控制各管路电磁阀的启闭，实现补水、喷雾和吹除功能，该装置利用中压空气作为压力源，向装置主体内喷入冷却水，利用喷雾蒸发的相变吸热，当发动机停止工作后，利用压缩空气将喷雾管路和喷嘴中积存的冷却水吹除并进行干燥处理。
2.根据权利要求1所述的高温排气系统喷雾冷却装置，其特征在于：所述喷嘴与喷雾管路通过螺纹连接，且只有一个位于喷嘴轴线上的喷孔，安装时喷嘴轴线与装置主体轴线共线。
3.根据权利要求1所述的高温排气系统喷雾冷却装置，其特征在于：所述装置主体与排气系统管路通过法兰连接，装置主体外部设有冷却水套，装置主体下方设有排水系统。
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