CN117404158A - 一种舰船柴油机排气系统及其排气降温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种舰船柴油机排气系统及其排气降温方法，舰船柴油机排气系统包括排气结构和供水结构，排气结构包括由先至后依次连接的波纹膨胀软管一、排气弯管、排气后处理装置、消声器、排气管、波纹膨胀软管二和出口管，波纹膨胀软管一的进气端与柴油机排气出口连接，出口管插装固接在舱壁上；供水结构包括供水管道一和供水管道二，供水管道一的进水端与海水罐的出水管连接，供水管道一的出水端与排气后处理装置的进水管连接，供水管道二的进水端与排气后处理装置的进水管连接，供水管道二的出水端与消声器的喷水喷头的进水端连接。本发明具有降低了排气温度、降低了排气系统阻力和气流噪声、减轻了排气系统的体积和重量，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种舰船柴油机排气系统及其排气降温方法，尤其涉及一种变工况自适应降温且抑制噪声的舰船柴油机排气系统及其排气降温方法，属于船舶技术领域。
背景技术
舰船柴油机排气系统的噪声和排放对环境和人类健康的影响非常严重。常规的船舶柴油机消除排气系统噪声的主要方式是在排气系统上加装阻抗复合式消声器来消除排气系统的低频和高频噪声，但此种排气系统有以下弊端：
1、常规的排气系统无法降低排气系统的高温，排气系统的高温不但影响船舶的舒适性，也严重影响舰船的红外暴露问题，同时给排气管周边设备带来安全隐患。
2、为减少排气管的高温所带来的不利影响，需在排气管外部包覆隔热材料，不但增加了排气管所占空间，而且增加了系统重量。
3、阻抗复合式消声器是将扩张室、共振腔和吸声材料组合在一起构成的消声器，此种消声器需要在消声器内部布置吸声材料，因而增加了消声器的体积和重量，结构复杂。
4、排气系统通过喷水降温降低排气温度的方式因海水在吸声材料囤积问题导致消声器重量增加和消声器腐蚀问题。所以在阻抗复合式消声器前和消声器内部无法采用喷水方式降低排气温度。
5、排气系统的排气量、排气温度及排气噪声随着舰船柴油机的工况转速增加而增加，当前排气系统通过喷水降温降低排气温度的方式需根据舰船柴油机工况另外设置一套控制系统调节喷水量，以达到适合及经济的降温、降噪作用，从而导致系统复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何降低排气系统的高温的同时，简化其结构，避免消声器重量增加和消声器腐蚀的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，包括排气结构和供水结构，排气结构包括由先至后依次连接的波纹膨胀软管一、排气弯管、排气后处理装置、消声器、排气管、波纹膨胀软管二和出口管，波纹膨胀软管一的进气端与柴油机排气出口连接，出口管插装固接在舱壁上；供水结构包括供水管道一和供水管道二，供水管道一的进水端与海水罐的出水管连接，供水管道一的出水端与排气后处理装置的进水管连接，供水管道一上由先至后依次连接有海水泵和压力计，供水管道二的进水端与排气后处理装置的进水管连接，供水管道二的出水端与消声器的喷水喷头的进水端连接，供水管道二上连接有减压止回阀。
优选地，所述的排气弯管的出口端呈倒锥形，且排气弯管的出口端向下倾斜设置。
优选地，所述的排气弯管出口端的轴线与水平面之间的夹角为20°～40°。
优选地，所述的供水管道一上连接有过滤器，过滤器设于海水泵的前侧。
优选地，所述的供水管道一上连接有检修阀，检修阀设于过滤器与海水泵之间。
优选地，所述的消声器的入口管的外侧壁上插装有排气管表面温度测量装置；消声器采用内部带有喷水喷头的金属结构抗性消声器；消声器的出口管底部低于消声器的筒体底部。
优选地，所述的排气管由进口端至出口端向下倾斜设置；出口管由进口端至出口端向下倾斜设置；出口管出口端穿出舱壁，出口管的外侧管壁通过法兰与舱壁固接。
优选地，所述的波纹膨胀软管二的两侧法兰采用活套法兰；海水泵采用机带挠性叶轮容积泵。
优选地，所述的波纹膨胀软管一和排气弯管外包覆隔热材料层。
一种舰船柴油机排气系统的排气降温方法，其特征在于，包括以下步骤：
柴油机高温烟气沿波纹膨胀软管一、排气弯管流至排气后处理装置，经喷水冷却后，经消声器、排气管、波纹膨胀软管二和出口管排出舱外；
海水泵从海水罐内抽取海水，通过供水管道一进入排气后处理装置，经排气后处理装置喷入烟气管路进行喷水降温，海水泵喷水量跟随舰船柴油机的工况转速变化而变化；舰船柴油机高速工况时，海水泵出口流量和出口压力加大，减压止回阀打开，供水管道一中多余的冷却水通过供水管道二喷入消声器内，进行二次降温。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、具备变工况自适应调节能力的舰船柴油机降温且抑制噪声的排气系统喷水量跟随舰船柴油机的工况转速变化而变化，消声器及后续管路的温度能够实时维持在60℃左右，降低了排气温度。
2、高温烟气排气后处理装置降温冷却后，气流速度大幅降低，从而降低了排气系统阻力和气流噪声，达到了适合及经济的降温、降噪、降低阻力的作用。
3、消声器排气后处理装置后的消声器采用内部带喷水喷头且不含吸声材料、构造简单的金属结构抗性消声器，消声器及后续管路不用外包覆隔热材料就能满足机舱环境要求，减轻了排气系统的体积和重量，结构简单。
4、排气系统中排气弯管采用向下部折弯20～40°并扩口设计。向下部折弯设计能充分保证避免排气后处理装置中多余的海水倒流回柴油机。扩口设计能有效减少高温烟气排气阻力。
5、供水结构中过滤器选用耐海水腐蚀和阻力损失小的青铜Y型过滤器。过滤器安装在检修阀前，既便于供水结构中各零部件的维护和维修，也避免异物导致检修阀卡死。
6、供水结构中海水泵采用机带挠性叶轮容积泵，机带挠性叶轮容积泵能跟随柴油机工况启动与停止，出口流量与柴油机工况转速成正比，喷水量能实时跟随排气系统的排气量、排气温度，能实时保证降低排气系统温度和噪声。
7、供水结构中排气后处理装置进水管另外一路通过减压止回阀连接至消声器内喷水喷头，这种设置在舰船柴油机低速工况下，机带海水泵优先将海水供给排气后处理装置，保证排气后处理装置后端的消声器及管路温度，舰船柴油机高速工况时，机带海水泵出口流量和出口压力加大，减压止回阀打开，多余的冷却水喷入消声器内进行二次降温，以获得适合及经济的降温效果。
附图说明
图1为一种舰船柴油机排气系统的整体结构示意图；
图2为图1的俯视图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种舰船柴油机排气系统，能变工况自适应降温且抑制噪声，如图1至图2所示，其包括排气结构1和供水结构2；
排气结构1包括由先至后依次连接的波纹膨胀软管一1-1、排气弯管1-2、排气后处理装置1-3、消声器1-5、排气管1-6、波纹膨胀软管二1-7和出口管1-8，波纹膨胀软管一1-1的进气端与柴油机排气出口连接，出口管1-8插装固接在舱壁上；
供水结构2包括供水管道一2-6和供水管道二2-7，供水管道一2-6的进水端与海水罐的出水管连接，供水管道一2-6的出水端与排气后处理装置1-3的进水管连接，供水管道一2-6上由先至后依次连接有海水泵2-3和压力计2-4，供水管道二2-7的进水端与排气后处理装置1-3的进水管连接，供水管道二2-7的出水端与消声器1-5的喷水喷头的进水端连接，供水管道二2-7上连接有减压止回阀2-5。
本实施例中，波纹膨胀软管一1-1的进气端与柴油机排气出口连接，波纹膨胀软管一1-1的出口端与排气弯管1-2的入口端连接，排气弯管1-2的出口端与排气后处理装置1-3的入口管连接，排气后处理装置1-3的出口管与消声器1-5的入口管连接，消声器1-5的出口管与排气管1-6的入口端连接，排气管1-6的出口端与波纹膨胀软管二1-7的进气端连接，波纹膨胀软管二1-7的出口端与出口管1-8的入口端连接。
排气弯管1-2采用耐高温的022Cr17Ni12Mo2材料，波纹膨胀软管一1-1和排气弯管1-2外包覆隔热材料层。
排气后处理装置1-3的具体结构可参照申请号为202021969272.X中的结构。排气后处理装置1-3采用气腔和水腔一体化组合结构，整体采用耐腐蚀的TA2材料，在排气内筒外周设有水腔外筒，在水腔外筒和排气内筒间布置有分配器，可拆卸喷嘴组件安装在分配器中，进水管位于排气后处理装置下部水腔外筒壁上，采用三通结构，一路进水口连接供水结构2出水管，一路通至排气后处理装置水腔，另外一路连接至消声器内喷水喷头。
排气后处理装置1-3、消声器1-5、排气管1-6、波纹膨胀软管二1-7及出口管1-8外部不用包覆隔热材料层。
波纹膨胀软管二1-7的膨胀节部分内部采用耐腐蚀的TA1或TA2材料，外部采用耐腐蚀并且强度高的022Cr17Ni12Mo2薄板双层复合材料一体化成型制作，为便于安装，波纹膨胀软管二1-7的两侧法兰采用活套法兰。
具备变工况自适应调节能力的舰船柴油机降温且抑制噪声的排气系统喷水量跟随舰船柴油机的工况转速变化而变化，排气结构1的温度能够实时维持在60℃左右，达到了降低排气温度的效果。
供水结构2中海水泵2-3采用机带挠性叶轮容积泵，机带挠性叶轮容积泵能跟随柴油机工况启动与停止，出口流量与柴油机工况转速成正比，喷水量能实时跟随排气系统的排气量、排气温度，能实时保证降低排气系统温度和噪声。
供水结构2中排气后处理装置1-3进水管另外一路通过减压止回阀2-5连接至消声器1-5内喷水喷头，这种设置在舰船柴油机低速工况下，机带海水泵2-3优先将海水供给排气后处理装置1-3，保证排气后处理装置1-3后端的消声器1-5及管路温度，舰船柴油机高速工况时，机带海水泵2-3出口流量和出口压力加大，减压止回阀2-5打开，多余的冷却水喷入消声器1-5内进行二次降温，以获得适合及经济的降温效果。
本发明还提供了一种变工况自适应降温且抑制噪声的舰船柴油机排气系统的排气降温方法，其包括如下步骤：
柴油机高温烟气沿波纹膨胀软管一1-1、排气弯管1-2流至排气后处理装置1-3经喷水冷却后，经消声器1-5、排气管1-6、波纹膨胀软管二1-7和出口管1-8排出舱外，排气管表面温度测量装置1-4设置在消声器1-5入口管外壁面上。
海水泵2-3经过滤器2-1、检修阀2-2从海水罐内抽取海水，通过供水管道一2-6进入排气后处理装置1-3，经排气后处理装置1-3喷入烟气管路进行喷水降温，海水泵2-3喷水量跟随舰船柴油机的工况转速变化而变化。舰船柴油机高速工况时，海水泵2-3出口流量和出口压力加大，减压止回阀2-5打开，供水管道一2-6中多余的冷却水通过供水管道二2-7喷入消声器1-5内进行二次降温。
实施例2
本实施例中，消声器1-5的入口管的外侧壁上插装有排气管表面温度测量装置1-4。
其他与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，供水管道一2-6上连接有过滤器2-1，过滤器2-1设置在海水泵2-3的前侧(即海水泵2-3进水方向的前方)。
过滤器2-1选用耐海水腐蚀和阻力损失小的青铜Y型过滤器。过滤器2-1安装在检修阀2-2前，既便于供水结构2中各零部件的维护和维修，也避免异物导致检修阀卡死。
其他与实施例2相同。
实施例4
本实施例中，供水管道一2-6上连接有检修阀2-2，检修阀2-2设置在过滤器2-1与海水泵2-3之间。
供水结构2中海水泵2-3进口前依次设置检修阀2-2和过滤器2-1。海水泵2-3出口通过软管连接至排气后处理装置1-3进水口，海水泵2-3出口至排气后处理装置1-3进水口间设置压力计2-4。排气后处理装置1-3进水管另外一路通过减压止回阀2-5连接至消声器1-5内喷水喷头。
其他与实施例3相同。
实施例5
本实施例中，排气弯管1-2的出口端呈倒锥形，且排气弯管1-2的出口端向下倾斜(即向下部折弯)设置。
排气结构1中排气弯管1-2采用向下部折弯20～40°，并扩口设计。向下部折弯设计能充分保证避免排气后处理装置中多余的海水倒流回柴油机。扩口设计能有效减少高温烟气排气阻力。
其他与实施例1相同。
实施例6
本实施例中，排气弯管1-2出口端的轴线与水平面之间的夹角为20°～40°。
优选方案为：排气弯管1-2出口端的轴线与水平面之间的夹角为30°
其他与实施例5相同。
实施例7
本实施例中，消声器1-5采用内部带有喷水喷头的金属结构抗性消声器。消声器1-5整体采用耐腐蚀的TA2材料，消声器1-5采用内部带喷水喷头且不含吸声材料、构造简单的金属结构抗性消声器。
其他与实施例1相同。
实施例8
本实施例中，消声器1-5的出口管底部低于消声器1-5的筒体底部。为防止消声器1-5内部积水，消声器1-5出口管底部不能高于消声器1-5筒体底部，排气管表面温度测量装置1-4布置在消声器1-5入口管外壁面上。
其他与实施例7相同。
实施例9
本实施例中，排气管1-6由进口端至出口端向下倾斜设置。排气管1-6采用耐腐蚀的TA2材料。为保证海水顺利流出，排气管1-6出口须低于排气管进口。优选地，排气管1-6由出口端至进口端向下倾斜2°。
其他与实施例1相同。
实施例10
本实施例中，出口管1-8由进口端至出口端向下倾斜设置，出口管1-8的外侧管壁通过法兰与舱壁固接。出口管1-8采用耐腐蚀的TA2材料，出口管1-8出口采用斜向下形式。出口管1-8穿出舱壁，并通过法兰安装在舱壁上的法兰上。
其他与实施例1相同。
Claims (10)
1.一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，包括排气结构(1)和供水结构(2)，排气结构(1)包括由先至后依次连接的波纹膨胀软管一(1-1)、排气弯管(1-2)、排气后处理装置(1-3)、消声器(1-5)、排气管(1-6)、波纹膨胀软管二(1-7)和出口管(1-8)，波纹膨胀软管一(1-1)的进气端与柴油机排气出口连接，出口管(1-8)插装固接在舱壁上；供水结构(2)包括供水管道一(2-6)和供水管道二(2-7)，供水管道一(2-6)的进水端与海水罐的出水管连接，供水管道一(2-6)的出水端与排气后处理装置(1-3)的进水管连接，供水管道一(2-6)上由先至后依次连接有海水泵(2-3)和压力计(2-4)，供水管道二(2-7)的进水端与排气后处理装置(1-3)的进水管连接，供水管道二(2-7)的出水端与消声器(1-5)的喷水喷头的进水端连接，供水管道二(2-7)上连接有减压止回阀(2-5)。
2.如权利要求1所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的排气弯管(1-2)的出口端呈倒锥形，且排气弯管(1-2)的出口端向下倾斜设置。
3.如权利要求2所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的排气弯管(1-2)出口端的轴线与水平面之间的夹角为20°～40°。
4.如权利要求1所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的供水管道一(2-6)上连接有过滤器(2-1)，过滤器(2-1)设于海水泵(2-3)的前侧。
5.如权利要求4所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的供水管道一(2-6)上连接有检修阀(2-2)，检修阀(2-2)设于过滤器(2-1)与海水泵(2-3)之间。
6.如权利要求1所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的消声器(1-5)的入口管的外侧壁上插装有排气管表面温度测量装置(1-4)；消声器(1-5)采用内部带有喷水喷头的金属结构抗性消声器；消声器(1-5)的出口管底部低于消声器(1-5)的筒体底部。
7.如权利要求1所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的排气管(1-6)由进口端至出口端向下倾斜设置；出口管(1-8)由进口端至出口端向下倾斜设置；出口管(1-8)出口端穿出舱壁，出口管(1-8)的外侧管壁通过法兰与舱壁固接。
8.如权利要求1所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的波纹膨胀软管二(1-7)的两侧法兰采用活套法兰；海水泵(2-3)采用机带挠性叶轮容积泵。
9.如权利要求1所述的一种舰船柴油机排气系统，其特征在于，所述的波纹膨胀软管一(1-1)和排气弯管(1-2)外包覆隔热材料层。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的舰船柴油机排气系统的排气降温方法，其特征在于，包括以下步骤：
柴油机高温烟气沿波纹膨胀软管一(1-1)、排气弯管(1-2)流至排气后处理装置(1-3)，经喷水冷却后，经消声器(1-5)、排气管(1-6)、波纹膨胀软管二(1-7)和出口管(1-8)排出舱外；
海水泵(2-3)从海水罐内抽取海水，通过供水管道一(2-6)进入排气后处理装置(1-3)，经排气后处理装置(1-3)喷入烟气管路进行喷水降温，海水泵(2-3)喷水量跟随舰船柴油机的工况转速变化而变化；舰船柴油机高速工况时，海水泵(2-3)出口流量和出口压力加大，减压止回阀(2-5)打开，供水管道一(2-6)中多余的冷却水通过供水管道二(2-7)喷入消声器(1-5)内，进行二次降温。
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| CN202311458604.6A CN117404158A (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种舰船柴油机排气系统及其排气降温方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN117404158A true CN117404158A (zh) | 2024-01-16 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311458604.6A Pending CN117404158A (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种舰船柴油机排气系统及其排气降温方法 |
Country Status (1)
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-
2023
- 2023-11-03 CN CN202311458604.6A patent/CN117404158A/zh active Pending
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