CN115045783A - 一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，包括：百叶窗、加热管，过滤网垫、惯性分离组件、主框架，百叶窗、加热管，过滤网垫、惯性分离组件由外向内依次安装在主框架上。进气空气经过该装置的多级过滤，达到高效的气水、盐雾、砂尘分离效果。

Description

一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置

技术领域

本发明属于船舶设备技术领域，具体涉及一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置。

背景技术

现代船舶需具备宽海域、多条件下的适航性。在海洋环境下，船舶会经常遇到降雨和海浪，以及在海洋空气中含有相当数量的盐雾气溶胶颗粒、以及靠近海岸、有风沙的地区时空气中的砂尘等固体颗粒物对船上的设备尤其是柴油机运行的安全性、可靠性形成潜在的威胁。这些杂质不仅会对柴油机造成严重的物理、化学损害，形成冷热端腐蚀，还会降低柴油机的使用寿命。柴油机作为目前各型船舶的主要动力型式，在其工作时需要大量洁净的用于燃烧和冷却空气，随着柴油机及其设备、零件的复杂性、精密性不断提高，为了防止柴油机及其上的设备和零件受到海水或雨水淋湿或盐雾、砂尘等杂质的堵塞、腐蚀或磨损等问题，必须对进气空气进行气水分离和盐雾、砂尘等杂质过滤，提高柴油机的进气品质。此外，船舶在高纬度地区、低温地区以及低温季节或气候时，由于气温低，海水、海洋空气中的水分、雨水或降雪有可能使得柴油机进气口结冰、堵塞等情况发生，导致柴油机无法正常运行，船舶失去动力或者电力供给，因此，非常有必要对进气空气、进气口设备进行加热、防冰和除冰。

在以前的柴油机装船应用中，较少安装或仅安装简易的进气滤清装置。为使海洋环境下柴油机进气空气质量得到一定的改善，比较常见的是在进气道口安装百叶窗，虽然百叶窗能够阻挡大部分的雨水、浪花和大尺度异物进入进气道，防止发动机进水和免遭外物损伤，但其除水和浪花的效率很低，而且对小尺度的杂质颗粒和盐雾几乎没有作用；为此，有的船舶还专门设置进气室，在进气室的前端安装百叶窗，后端安装进气格栅，形成分散的二级结构，以进一步滤除较小杂质颗粒，这种方法比单纯的百叶窗式过滤结构效果更好，但仍不能有效去除进气空气中的盐分。以上简易的进气分离结构能够滤除一部分雨水、浪花以及较大尺寸的其他杂质，满足了部分柴油机的要求，但随着船用柴油机性能的不断提高，对进气进气空气质量的要求亦越来越高，原有的方法已不能满足现代船舶高性能柴油机的需要。此外，绝大部分的进气滤清装置不具备加热功能，这就导致在低温等情况下柴油机进气口结冰、堵塞等问题发生，导致柴油机无法正常运行。以往在进气口结冰情况发生时，往往需要有人员进行人工除冰，此时柴油机无法运行，人工除冰操作比较困难，且有安全隐患，还有可能在除冰过程中损坏设备，而且无法从根本上解决结冰问题。因此，设计专门的具备加热、除冰功能的高性能船用进气滤清装置非常必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，包括：百叶窗、加热管、过滤网垫、惯性分离组件、主框架，百叶窗、加热管，过滤网垫、惯性分离组件由外向内依次安装在主框架上。

优选的，所述百叶窗的叶片采用流线型结构。

优选的，所述加热管由多级U型管道串联在一起形成的多次折弯结构。

优选的，所述加热管的迎风面上均匀的开设有蒸汽喷射口。

优选的，所述惯性分离组件是具有多个沟槽的多次折弯结构。

优选的，百叶窗的叶片由金属或非金属材料制作而成。

优选的，百叶窗由若干叶片组成，叶片垂向布置。

优选的，过滤网垫由网垫级框架、丝网等组成，网垫级框架采用金属或非金属材料制作而成，迎风面和背风面采用蜂窝装结构。

优选的，所述惯性分离组件要由多个垂直方向布置的平行惯性分离级叶片组成，所述惯性分离级叶片上的沟槽的开口方向正对进气空气的气流方向，相邻的叶片间形成气流流通的多次方向转折的流道。

优选的，所述叶片的厚度为1～2mm。

本发明技术方案具有以下优点：

1.采用四级的结构使得功能更多，针对现代船舶不用海域及条件下的航行需求，“三级高效过滤+一级蒸汽加热”四级结构使得进气滤清装置不仅具备进气空气高效滤清功能，而且在高纬度地区、低温地区以及低温季节或气候时，船舶动力系统尤其是柴油机进气具备了蒸汽加热、防冰除冰功能，保障了现代船舶宽海域、多条件下航行时动力系统的安全稳定运行。

2.三级过滤结构使得分离效率更高，针对现代高性能柴油机对高空气品质的进气的需求，设计了三级分离过滤结构，分离过滤效果远远优于百叶窗和简单的两级过滤结构，有效保证了海洋环境下船用柴油机的进气空气的进气品质，保障了柴油机及其设备和零件的安全可靠和使用寿命。

3.根据各级结构的不同特点、不同分离原理分离不同类型的杂质，本发明采用百叶窗、网垫级及惯性分离级组合的三级过滤结构，形成粗过滤、精过滤及终过滤的三梯度过滤能力，以实现进气滤清装置低阻力损失和高效过滤性能。百叶窗作为第一级，通过流体动力学和气溶胶运动学设计，能有效地除去雨水及浪花以及大尺寸的颗粒物或异物，流线型设计使得其气动阻力更小；网垫级作为过滤功能的第二级，采用多层丝网结构，使穿过百叶窗的细小液滴、盐雾和固体颗粒被捕集，实现进气滤清装置高效过滤性能，并凝聚后排至进气滤清装置下部的疏水槽中；惯性分离级作为过滤功能的第三级，利用惯性分离原理，利用惯性分离原理，采用具有多个沟槽的多次折弯结构，通过多个沟槽和多次折转被惯性分离级叶片捕集经网垫级凝聚后被气流带出的极少部分的小液滴，被捕集的小液滴依靠重力沿惯性分离级叶片上的沟槽落到疏水槽中。

4.四级结构模块化、结构紧凑、方便拆卸，易维护，具有更好的适用性，以往的分散的二级结构，进气室额外大量占用了船上宝贵的空间，而且百叶窗大多直接焊接在舱壁上，不能或难以拆卸，造成船员维护、维修困难，甚至需要配置专门的维护舱室，占用空间。本发明四级结构模块化、结构紧凑，各关键部件均可以方便拆卸，维护、维修更方便快捷，具有更好的可维护性和装船适用性。

5.良好的推广应用潜力，本发明特别适用于各型船舶柴油机的进气系统，同时可以应用于舱室、其他系统或设备的进气系统，具有良好的推广应用潜力。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的安装结构示意图；

图3为本发明中惯性分离组件的结构示意图；

图4为B—B的剖视图。

其中，1-百叶窗，2-加热管，3-过滤网垫，4-惯性分离组件，5-主框架。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明提供了一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，如图1-4所示，包括：百叶窗1、加热管2、过滤网垫3、惯性分离组件4、主框架5，百叶窗1、加热管2，过滤网垫3、惯性分离组件4由外向内依次安装在主框架5上。所述百叶窗1的叶片采用流线型结构，百叶窗1的叶片由金属或非金属材料制作而成，百叶窗1由若干叶片组成，叶片垂向布置。所述加热管2由多级U型管道串联在一起形成的多次折弯结构。所述加热管2的迎风面上均匀的开设有蒸汽喷射口。所述惯性分离组件4是具有多个沟槽的多次折弯结构。

上述技术方案的工作原理及有益技术效果：在船上安装使用时，进气滤清装置安装在柴油机进气道入口处，通过第百叶窗1对进气空气雨水、浪花和大尺度固体颗粒或异物等进行有效地去除，并且保护进气滤清装置内部结构免受外物损伤；通过加热管2的蒸汽喷射口喷射高温蒸汽，对进气空气、百叶窗1进行加热，防止结冰现象出现或者在已经结冰的情况下进行除冰；过滤网垫3进行精细化过滤，采用多层丝网结构分离透过百叶窗的细小液滴、盐雾和固体颗粒；惯性分离组件4利用惯性分离原理进行终极过滤，采用具有多个沟槽的多次折弯结构分离通过网垫级凝聚后被气体带出的极少的小液滴。经过三级过滤结构过滤的分离物汇集至进气滤清装置下部的疏水槽后，通过排泄口排出。进气空气经过该装置的多级过滤，达到高效的气水、盐雾、砂尘分离效果。百叶窗、加热管、过滤网垫和惯性分离组件的结构参数通过专门的结构设计、仿真计算或试验选取，不仅具备加热、防冰和除冰功能，而且在过滤功能方面可以达到高效的过滤效率和较低气动阻力性能，满足现在船舶宽海域、多条件下的航行以及高性能柴油机正常工作对进气滤清装置进气空气质量要求和气动性能要求。

百叶窗1主要由多个垂向布置的平行叶片组成，百叶窗叶片的结构为平滑过渡的流线型叶片。叶片前段和后段较为平直，前段、后段与中间隆起段平滑过渡，使得叶片具备较低的气动阻力。当雨水、浪花及大尺度固体颗粒物或异物等飞溅而来或者随气流而来时，被叶片隆起段阻挡拦截，雨水、浪花及大尺度固体颗粒物或异物等会在重力的作用下沿叶片表面滑落，被阻挡在外。百叶窗1的叶片数量、叶片尺寸大小和叶片安装角度的选择，通过阻力分配的要求以及流体动力学计算得到。在设计百叶窗以及后面的三级时，注意到进气阻力要求和过滤效果是一对矛盾体，要根据阻力损失和过滤性能指标的要求进行综合平衡，选择各项参数。百叶窗组件由百叶窗叶片、百叶窗框架、等组成。

加热管2由多级U型管道串联在一起形成的多次折弯结构，管道的迎风面上均匀的开设有蒸汽喷射口。蒸汽加热级的管道粗细、尺寸大小、U型管的数量和蒸汽喷射口的数量和大小可根据实际要求设计和计算得到并选择。根据蒸汽加热级是否需要拆卸，蒸汽加热级可以设计为通过螺栓结构与进气滤清装置框架连接的可拆卸结构，也可以通过焊接型式与进气滤清装置框架形成一体化结构。在进气滤清装置框架左右外侧有与蒸汽加热级连接的蒸汽进出管道，进出管道通过法兰与外界蒸汽管道连接。

过滤网垫3由网垫级框架、丝网等组成，网垫级框架采用金属(如304、316不锈钢、铝合金、钛合金)或非金属材料制作而成，迎风面和背风面采用蜂窝装结构；网垫级内部由多层金属或非金属丝网铺设而成，形成的多层丝网结构使穿过百叶窗的细小液滴、盐雾和固体颗粒被捕集，含有杂质的液滴经过多层丝网结构捕集并凝聚后依靠重力作用被排至进气滤清装置下部的疏水槽中。

惯性分离组件4要由多个垂直方向布置的平行叶片组成，惯性分离级叶片的结构为具有多个沟槽的多次折弯结构。惯性分离级叶片上的沟槽的开口方向正对进气空气的气流方向，相邻的叶片间形成气流流通的多次方向转折的流道，携带细小液滴、盐雾或固体颗粒的多相流通过流道时，沿着多次折转的流道被迫多次改变方向，细小液滴、盐雾或固体颗粒在惯性作用下撞击叶一部分被叶片壁面捕捉形成液膜，并沿着壁面横向流动，最终被叶片上的沟槽阻挡、捕捉，另一部分直接被沟槽捕集，这些被捕集的细小液滴、盐雾或固体颗粒在重力的作用下沿着沟槽落到疏水槽中被排泄出去。惯性分离级叶片一般做成2～3折，折转的增加会带来更多的气动阻力损失，由于大部分杂质已经在经过第一级百叶窗时滤除，针对进气空气的过滤要求基本上2～3折已经能够满足要求。惯性分离组件4惯性分离级叶片、惯性分离级箱体、隔套、拉杆、合页、锁紧装置等组成。惯性分离级叶片为带沟槽的具有多个沟槽的多次折弯结构，叶片厚度1～2mm，各叶片垂直与气流方向、平行排列布置，叶片上的沟槽开口正对气流方向，以便于捕集盐雾、液滴或固体颗粒。各叶片通过拉杆固定在一起，由隔套分隔均匀分布。

本发明提出的进气滤清装置结构模块化、结构紧凑，各关键部件均可以拆卸，方便维护、清洗。“百叶窗—蒸汽加热级—网垫级—惯性分离级”四级结构既相互配合又相对独立。为了便于在船舱内对进气滤清装置拆卸、清洁等工作的开展，进气滤清装置采用后开启的门式结构，如图所示，本进气滤清装置可以方便地实施多级结构的装配和拆卸。第四级惯性分离级以门式结构方式便于开启或关闭，维护时，可通过拧开锁紧装置打开惯性分离级，然后从主框架内直接卸下网垫级、蒸汽加热级和百叶窗，惯性分离级本身可以向上提的方式从主框架上卸下。通过以上程序实施对进气滤清装置关键部件的拆卸并进行仔细清洗，维护极其方便。

如上所述，本发明巧妙地利用“三级高效过滤+一级蒸汽加热”原理和全新的模块化、可拆卸结构设计有机结合的技术，使得进气滤清装置不仅具备进气空气高效滤清功能，有效保证了海洋环境下船用柴油机的进气空气的进气品质，保障了柴油机及其设备和零件的安全可靠和使用寿命。而且具备蒸汽加热、防冰除冰功能，满足船舶柴油机在高纬度地区、低温地区以及低温季节或气候时安全可靠运行，保障了现代船舶宽海域、多条件下适航性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，包括：百叶窗(1)、加热管(2)、过滤网垫(3)、惯性分离组件(4)、主框架(5)，百叶窗(1)、加热管(2)，过滤网垫(3)、惯性分离组件(4)由外向内依次安装在主框架(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，所述百叶窗(1)的叶片采用流线型结构。

3.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，所述加热管(2)由多级U型管道串联在一起形成的多次折弯结构。

4.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，所述加热管(2)的迎风面上均匀的开设有蒸汽喷射口。

5.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，所述惯性分离组件(4)是具有多个沟槽的多次折弯结构。

6.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，百叶窗(1)的叶片由金属或非金属材料制作而成。

7.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，百叶窗(1)由若干叶片组成，叶片垂向布置。

8.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，过滤网垫(3)由网垫级框架、丝网等组成，网垫级框架采用金属或非金属材料制作而成，迎风面和背风面采用蜂窝装结构。

9.根据权利要求1所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，所述惯性分离组件(4)要由多个垂直方向布置的平行惯性分离级叶片组成，所述惯性分离级叶片上的沟槽的开口方向正对进气空气的气流方向，相邻的叶片间形成气流流通的多次方向转折的流道。

10.根据权利要求9所述的一种带蒸汽加热功能的船用进气滤清装置，其特征在于，所述叶片的厚度为1～2mm。

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