CN205154270U - 用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的冷却结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的冷却结构，所述涡轮增压发动机的第一和第二涡轮增压器提供动力给涡轮增压发动机。所述冷却结构包括隔热屏和流体冷却排气出口弯管，隔热屏容纳第一和第二涡轮增压器的至少一部分部件，流体冷却排气出口弯管容纳在隔热屏中并具有冷却室，冷却室含有冷却剂以降低隔热屏的温度。所述冷却结构还包括废气门，废气门接入到流体冷却排气出口弯管的废气门外壳的表面上，废气门转移来自于第一和第二涡轮增压器的一部分排气。本实用新型通过将流体冷却排气出口弯管设置在外壳内，可降低外壳内的温度，进而使涡轮增压器和外壳内的部件也保持在合适温度下。

Description

用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的冷却结构

技术领域

本实用新型涉及去除来自于燃气轮机的热量，更具体地说，涉及通过使用护套流体冷却部件去除排气防护件中的热量。

背景技术

在天气寒冷的地区，尤其在冬天，住所需要热量以保持居住者温暖。天然气通常可用作产生热量的经济型资源。天然气管线可以位于乡村偏远地区，要求动力源将气体管线中的气体从A点移动到B点。发动机（例如涡轮增压燃气发动机）可用作所需的动力源来移动气体。涡轮增压燃气发动机在高温下进行操作，可使用天然气作为它们的燃料源。

为了在使用期间保护各种部件，外壳可以被用来存储一些或者全部的涡轮增压燃气发动机部件。然而，在涡轮增压燃气发动机操作期间，该外壳会让箱体内侧达到不期望的高温。

一些涡轮增压燃气发动机可包含两个涡轮增压器。来自于发动机的废气可按规定路线被传送到涡轮增压器中，然后被引导到排气弯管中。由于弯部更多地暴露于热废气中，因此排气弯管的各部分可处于不同的温度下。因此，希望具有一种冷却排气弯管的系统和方法，以降低由于排气弯管的各部分处于不同温度下而导致的热应力。

美国第4,497,285号专利公开了一种内燃机的冷却结构，该内燃机包括用于容纳发动机曲轴的曲轴箱、限定罩和曲轴箱之间的冷却腔的罩和同曲轴箱成一体的变速箱。该冷却结构包括能与冷却腔和变速箱腔连通的连通通道，以通过连通通道将空气从外部提供到传动腔，以抑制传动单元过热。然而，使用空气作为冷却剂可能不足以冷却在高温下操作的涡轮增压燃气发动机。

因此，需要改进的装置和方法，以通过使用护套流体冷却部件有效地去除外壳中的热量。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种冷却结构，用于对包封涡轮增压发动机的外壳进行冷却，防止外壳内出现不适宜的温度。

在本实用新型的一个方面，提出了一种用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的冷却结构，所述涡轮增压发动机包括第一和第二涡轮增压器，所述第一和第二涡轮增压器配置成提供动力给涡轮增压发动机；在所述冷却结构中包括隔热屏、流体冷却排气出口弯管和废气门；所述隔热屏容纳第一和第二涡轮增压器的至少一部分部件；所述流体冷却排气出口弯管容纳在所述隔热屏中并具有冷却室，所述冷却室中含有冷却剂以降低隔热屏的温度；所述废气门接入到所述流体冷却排气出口弯管的废气门外壳的表面上，所述废气门转移来自于第一和第二涡轮增压器周围的部分废气。

优选的，所述冷却剂优选水或乙二醇。

进一步的，所述流体冷却排气出口弯管还包括主体和分隔肋条，所述主体具有外壁和内壁，所述内壁至少部分地限定内室；所述分隔肋条具有连接到所述内壁上的基座部分，所述分隔肋条具有自由端，将所述内室分成第一部分和第二部分。

又进一步的，所述分隔肋条包括延伸部分，所述延伸部分延伸到冷却室中以冷却所述分隔肋条。

其中，所述分隔肋条设置在所述内室中，通过设定所述分隔肋条的尺寸，以在第一排气入口和第二排气入口之间形成屏障。

优选的，所述废气门外壳与所述主体优选一体形成。

进一步的，所述隔热屏包括内壁和外壁，所述内壁和外壁形成封闭空间，其中，冷却流体在所述封闭空间内流动，以冷却所述隔热屏。

优选的，所述冷却室包括入口和出口，以允许冷却剂流经所述冷却室。

在本实用新型的另一方面，提出了一种用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的方法，包括以下步骤：将从涡轮增压发动机的第一和第二涡轮增压器产生的热量接收在外壳的隔热屏中，该涡轮增压器配置成提供动力给涡轮增压发动机；使第一冷却剂在流体冷却排气出口弯管的冷却室中循环，该冷却室容纳在隔热屏中；通过流体冷却排气出口弯管降低所产生的热量的温度。

在本实用新型的又一方面，还提出了一种用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的冷却结构，所述涡轮发动机包括第一和第二涡轮增压器，所述第一和第二涡轮增压器配置成通过排气提供动力给涡轮增压发动机；所述冷却结构包括隔热屏、流体冷却排气出口弯管、废气门和排气出口；所述隔热屏容纳第一和第二涡轮增压器的至少一部分部件；所述流体冷却排气出口弯管容纳在隔热屏中并具有冷却室，所述冷却室中含有冷却剂，以降低隔热屏的温度；所述废气门联接到流体冷却排气出口弯管的废气门外壳上，所述废气门转移来自于第一和第二涡轮增压器的部分废气；所述排气出口将排气引导到废气门中。

本实用新型通过将流体冷却排气出口弯管设置在外壳内，可降低外壳内的温度，进而使涡轮增压器和外壳内的部件也保持在合适温度下。

附图说明

图1示出了具有位于本实用新型的一个实施例的外壳内的涡轮增压发动机的气体管线系统；

图2示出了位于图1所示外壳内的涡轮增压发动机的透视图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的排气出口弯管的透视图；

图4是图3所示排气出口弯管在一个方向上的透视横断面图；

图5是图3所示排气出口弯管的顶视图；

图6是图3所示排气出口弯管在另一个方向上的透视横断面图；

图7是图6所示排气出口弯管的局部透视横断面图。

具体实施方式

本实用新型涉及一种装置和方法，其便于将天然气从A点传输到B点。尽管在此讨论了使用天然气作为燃料的涡轮增压发动机，但是，该设备和方法可以与包括化石燃料汽油内燃机等的任何类型发动机一起使用，以防止外壳内出现不适宜的温度。进一步地，尽管描述了两个发动机，但是，该设备和方法可与数量更多或更少的发动机一起使用。

图1示出了具有气体管线102的气体管线系统100，气体管线系统100具有根据本实用新型的某方面的涡轮增压发动机，涡轮增压发动机位于外壳200内。气体管线102提供管道以将天然气从A点传输到B点。涡轮增压发动机可以利用来自于气体管线102的天然气进行操作并将天然气从A点传输到B点。

图2根据本实用新型的某方面示出了图1中的位于外壳200内的涡轮增压器204的一些部分的透视图。外壳200可位于基座208上。可通过使用隔热屏202来形成外壳200，该隔热屏202配置和设计成将热量保持在外壳200内。因此，隔热屏202可以聚集如此大的热量，使得其可以灼伤检修外壳200的机械工或者被聚集的热量干扰涡轮增压器204的操作。隔热屏202可以利用由内壁210和外壁206构成的厚金属板构造，根据本实用新型的一个实施例，内壁210和外壁206形成密封，这样，流体可以在其之间循环。通过允许流体在内壁210和外壁206之间循环，从而可冷却隔热屏202。

在其他实施例中，隔热屏202可以由包括锡、铝或复合金属材料等材料制成。隔热屏202可构造和布置成容纳涡轮增压器204的部分或者全部部件。在图1和图2中，示出涡轮增压器204主要位于隔热屏202的两端上。涡轮增压器204的部件可以定位在隔热屏202的内部或外部。可选地，根据本实用新型的一个实施例，隔热屏202可以包围或容纳涡轮增压器204的全部部件。图1和图2还示出了压缩机212位于隔热屏202的外部并具有压缩机空气出口213。涡轮增压器204的空气清洁器214和排气管线216也附接到压缩机212上。

此外，图2中也示出了废气门218，该废气门218位于具有盖301的流体冷却排气出口弯管300上方，盖301被安装用于运输外壳200。盖301通过螺栓303被附接到排气出口弯管300上。通常，当排气出口弯管300处于使用状态时，拆卸掉盖301并且将管道（未示出）附接到排气出口弯管300上。管道将废气排放到适当存储场所，在某些情况下，该存储场所可以是周围环境。

废气门218的功能是使涡轮增压器204的涡轮部分周围的一些排气流绕开。排气可以通过排气出口220进入废气门218。废气可有助于防止涡轮增压器204超速。如上所述，在使用过程中，涡轮增压器204可在隔热屏202内产生大量热量。通过将被流体冷却的排气出口弯管300设置在隔热屏202内，排气出口弯管300可降低隔热屏202内的环境温度。控制隔热屏202内的环境温度可以避免外壳200内的温度达到不希望的水平。

图3示出了根据本实用新型的排气出口弯管300。排气出口弯管300包括主体302。偶尔，主体302可以被称为罐或盆302。主体302通常由铸铁制成，但在某些情况下，主体302可由诸如铸铝、钢或任何其他金属或非金属材料制成。主体302可以包括凸台304。凸台304可以具有用于安装NOx、氧气、温度、压力或任何其他类型传感器（未示出）的传感器孔306。其他孔308也可开设在凸台304上，以有助于将传感器固定在合适位置上。本领域内的普通技术人员将理解到，凸台304及其相关联的传感器和孔306和308是可选的。

主体302限定内室310。分隔肋条312位于内室310中。分隔肋条312可与主体302一起铸造，与主体302成一体。在其他情况下，分隔肋条312可以通过紧固件、焊接或其他可将分隔肋条312附接到主体302上的任何方式固定到主体302上。分隔肋条312将内室310分隔成第一部分314和第二部分316。分隔肋条312可以包括自由端313，该自由端313与分隔肋条312的被附接到主体302上的部分相对。

分隔肋条312可在具有扇形部分318的一端处终止，该扇形部分318靠近被附接到主体302的内壁320上或与主体302的内壁320成一体的阶梯部分319。在一些方面，阶梯部分319和扇形部分318提供内壁320和分隔肋条312之间的过渡。扇形部分318可以包括从分隔肋条312的自由端313向下弯曲至阶梯部分319的弯曲表面。

第一排气入口321通过主体302和内壁320流体连通到内室310的第一部分314。第二排气入口323通过主体302和内壁320提供从主体302外部到内室310的第二部分316的流体连通。在一些方面，将分隔肋条312设定尺寸并定位以提供屏障，阻止从第一排气入口321进入内室310的废气流经内室310从第二排气入口323流出，反之亦然。通过这种方式，分隔肋条312在废气流经入口321、323后中断废气流，并迫使此废气填充内室310。

主或顶部连接面322（为方便起见，本文称为第一连接面）位于主体302的顶部部分上。连接面322通常是平坦的，包含孔326的阵列324。在一些方面，孔326是螺纹孔，提供将管道（未示出）、盖301或其他结构附接到主体302上的方式。例如，如果希望将管道附接到主体302上，那么，具有法兰的管道可被装配到连接面322上，紧固件可贯穿管道（未示出）上的法兰并通过螺纹或攻丝孔326附接到主体302上。

在某些方面，废气门外壳328定位在主体302上。在某些方面，废气门外壳328可与主体302一起铸造，与主体302成一体。在本实用新型的其他方面，废气门外壳328可通过紧固件或用于将废气门外壳328附接到主体302上的任何其他构件被附接到主体302上。第二连接面330定位在废气门外壳328上，废气门外壳328被附接到主体302上或与主体302成一体。在某些方面，第二连接面330可靠近第一连接面322定位。第二连接面330也可包含几个连接孔332。在某些方面，这些连接孔332也可被攻螺纹以接收和固定诸如螺栓等紧固件。废气门218可通过装配到连接孔332中的螺栓219（参见图2）被连接到废气门外壳328上。可使用其他孔333连接其他部件，例如，如图2所示的废气门防护件335。

在某些方面，尤其在主体302是由诸如铸铁的铸造材料制成的情况下，各种冻结塞孔336可定位在主体302上的不同位置上。冻结塞孔336是制造和铸造过程的人工制品，与本权利要求书中所描述的特定方面并不特别相关。

图4是排气出口弯管300的的透视横断面图。图4中也示出了上面参照图3所述的方面和特征。例如，图4示出了具有带有传感器孔306的凸台304的主体302。在横断面图中可看到内室310以及分隔肋条312。可看到分隔肋条312的自由端313。内室310被分成第一部分314和第二部分316。也可看到扇形部分318和阶梯部分319。

热废气可通过排气入口321和323以及废气门入口344（图4中仅示出入口321和344）进入内室310，并且来自入口321和323的进入气体接触分隔肋条312。废气直接向上移动，通过到被附接到连接面322上的管道（未示出）离开主体302。一些废气将通过废气门入口344进入废气门外壳328。这些气体也将通过直接向上移动通过被附接到连接面322上的管道（未示出）离开主体302。孔331为废气门218中的提升阀（未示出）提供入口通道以选择性地进入废气门外壳328并密封阀座345。

正如本领域的普通技术人员在阅读本实用新型之后将理解到的那样，主体302由于与废气接触而变热。由此，冷却室346可被合并到主体302内。冷却室346可以定位在主体302的内壁320和外壁348之间。在某些方面，诸如水、乙二醇或任何其他合适冷却液等的冷却剂可能存在于冷却室346中。在某些方面，内壁320可将内室310与冷却室346分离。在其他位置，内壁320仅将内室310与主体302的外部分离。

冷却室346可具有冷却剂入口342和冷却剂出口334以让冷却液流经冷却室346，从而冷却主体302。如上所述，冻结塞孔336是制造过程的人工制品，是可选择的部件。通常，当弯管300处于使用状态时，冻结塞孔336填充有塞子或其他材料以防止冷却液从冷却室346流出。

在某些方面，分隔肋条312可包括延伸部分350，延伸部分350伸入冷却室346中以有助于冷却分隔肋条312。延伸部分350允许更多冷却表面，用于冷却剂在其上起作用。

由于加热和冷却期间各种材料的独特性，分隔肋条312的某些方面可被设计为有助于将由于膨胀和收缩所致的热应力最小化。例如，图5示出了排气出口弯管300的顶部。示出了第一连接面322和连接孔326的阵列324。分隔肋条312位于第一连接面322下方，在具有圆角340的每端处被附接到内壁320上。在某些方面，分隔肋条312与主体302一起被铸造。在这类情况下，圆角340在分隔肋条312和主体302的内壁320之间提供过渡。根据某些方面，分隔肋条312的每端具有扇形部分318，并且阶梯部分319位于肋条312的自由端313和内壁320之间。圆角340可在阶梯部分319和内壁320之间提供传递作用。

图3至图5示出了连接孔326的阵列324。如图所示，螺纹连接孔326并不是通孔，而在弯管300的主体302内终止。如图所示，阵列324可包括大体上等距离间隔成圆形模式的孔326。在某些方面，阵列324可包括12个螺纹孔326。在其他方面，其他数量的螺纹孔326可包括在阵列324中。孔326的阵列324位于连接面322上，该连接面322定位在弯管300的内壁320和外壁348之间。在本实用新型的一些方面，第一连接面322可以是基本上平坦的环形表面。在某些方面，连接孔326的阵列324可被布置、定位和设定尺寸以与定位在管道（未示出）上的附接孔（未示出）相对应，所述附接孔配置成附接到连接面322上。第二连接面330也可包含与连接孔326相似的连接孔332，两者的相似之处在于，连接孔332可以不是通孔，而是在排气出口弯管300的主体302内终止。

传统上，为了将主体302连接到管道上，使用具有连接孔的法兰，而不使用具有在主体302内终止的孔326的法兰。使用具有孔的法兰的原因在于，与热废气相关联的热量可导致诸如紧固件、垫圈、孔等部件变得非常热，以致部件会在主体302内卡住，从而难以更换排气管道（未示出）或将主体302从管道上拆卸掉。然而，在本实用新型的一些方面，可通过下列方式来解决热量导致紧固件卡住的问题：冷却室346在连接面322附近延伸，如图6所示。冷却室346中的冷却剂可以减少连接面322和位于螺纹孔326内的任何紧固件或螺栓303的热量，从而防止紧固件303卡在位置上。因此，冷却室346的最接近连接面322延伸的区域允许孔326与主体302一起终止，这样就不需要法兰了。

图6是排气出口弯管300的透视横断面图，示出了具有扇形部分318和阶梯部分319的分隔肋条312。从图6可以看出，冷却室346由主体302的外壁348和主体302的内壁320限定，阶梯部分319在接触分隔肋条312的扇形部分318的位置处朝内壁320的后方延伸。扇形部分318可包括在自由端313和阶梯部分319之间提供过渡的弯曲表面，这可以防止分隔肋条312的自由端313直接接触到内壁320上用于将内室310与冷却室346分离的部分。

在一些方面，内壁320的一些部分由于冷却室346中的冷却剂而使其比分隔肋条312的自由端313要冷得多，因此期望防止分隔肋条312的自由端313直接接触内壁320上用于在冷却室346和内室310之间提供屏障的部分。通过这种分离，可以避免分隔肋条312的自由端313产生过度的热应力。

图7中示出了扇形部分318的某实例的其他细节。分隔肋条312定位在主体302的内室310中。分隔肋条312的扇形部分318可包括在分隔肋条312的自由端313和阶梯部分319之间提供过渡的弯曲表面。也可以看到定位在主体302的外壁348和内壁320之间的冷却室346。

工业实用性

正如本领域的普通技术人员在阅读本实用新型之后可理解到的那样，将用于涡轮增压器的流体冷却排气出口弯管设置在外壳内将有助于降低外壳内的温度。可使用涡轮增压发动机将气体管线中的天然气从A点移动到B点。涡轮增压器的部件可被容纳在外壳内，使用期间由涡轮增压器产生的热量聚集在外壳内，从而引起与温度相关的问题。此外，用于给涡轮增压器提供燃料的天然气或其他气体（化石燃料）也可被泄露在外壳中从而聚集在外壳中。因此，需要降低外壳内的温度以避免与气体相关的问题。

通过将流体冷却排气出口弯管设置在外壳内，流体冷却排气出口弯管可降低外壳内的温度，原因在于，该弯曲的部件的一些部分接触外壳的部件和涡轮增压器。另外，当废气在流体冷却排气出口弯管内循环时，废气可提高排气出口弯管的主体的温度。让冷却流体或其他冷却液在主体内循环将有助于排气弯管保持在合适温度下，从而使涡轮增压器和外壳内的部件也保持在合适温度下。

从详细的说明书部分中可明显看出本实用新型的许多特征和优点，因此，所附的权利要求书旨在覆盖本实用新型的所有这些特征和优点，这些特征和优点落入本实用新型的真实实质和范围内。另外，由于许多改进和变型对于本领域技术人员来说是容易想到的，因此，将本发明局限于所图示和描述的精确结构和操作是不可取的，所有合适的改进和等同形式应落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳（200）的冷却结构，所述涡轮增压发动机包括第一和第二涡轮增压器（204），所述第一和第二涡轮增压器（204）配置成提供动力给涡轮增压发动机；

所述冷却结构包括：

隔热屏（202），其容纳所述第一和第二涡轮增压器（204）的至少一部分部件；

流体冷却排气出口弯管（300），其容纳在所述隔热屏（202）中并具有冷却室（346），所述冷却室（346）中含有冷却剂，以降低隔热屏（202）的温度；以及

废气门（218），其接入到所述流体冷却排气出口弯管（300）的废气门外壳（328）的表面上，所述废气门（218）转移在所述第一和第二涡轮增压器（204）周围接收到的部分废气。

2.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述冷却剂是水或乙二醇。

3.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述流体冷却排气出口弯管（300）还包括：

主体（302），其具有外壁（348）和内壁（320），所述内壁（320）至少部分地限定内室（310）；和

分隔肋条（312），其具有连接到所述内壁（320）上的基座部分，所述分隔肋条（312）具有自由端（313），将所述内室（310）分成第一部分（314）和第二部分（316）。

4.根据权利要求3所述的冷却结构，其特征在于，所述分隔肋条（312）包括延伸部分（350），所述延伸部分（350）延伸到冷却室（346）中以冷却所述分隔肋条（312）。

5.根据权利要求3所述的冷却结构，其特征在于，所述分隔肋条（312）设置在所述内室（310）内，通过设定所述分隔肋条（312）的尺寸，以在第一排气入口（321）和第二排气入口（323）之间形成屏障。

6.根据权利要求3所述的冷却结构，其特征在于，所述废气门外壳（328）与所述主体（302）一体形成。

7.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述隔热屏（202）包括内壁（210）和外壁（206），所述内壁（210）和外壁（206）形成封闭空间，其中，冷却流体在所述封闭空间内流动，以冷却所述隔热屏（202）。

8.根据权利要求1所述的冷却结构，其特征在于，所述冷却室（346）包括入口（342）和出口（334）以允许冷却剂流经所述冷却室（346）。

9.一种用于冷却包封涡轮增压发动机的外壳的冷却结构，所述涡轮增压发动机包括第一和第二涡轮增压器，所述第一和第二涡轮增压器配置成通过排气提供动力给所述涡轮增压发动机；

所述冷却结构包括：

隔热屏，其容纳所述第一和第二涡轮增压器的至少一部分部件；

流体冷却排气出口弯管，其容纳在所述隔热屏中并具有冷却室，在所述冷却室中具有冷却剂，以降低所述隔热屏的温度；

废气门，其接入到所述流体冷却排气出口弯管的废气门外壳上，所述废气门转移来自于所述第一和第二涡轮增压器的一部分排气；和

排气出口，其将所述排气引导至所述废气门中。

10.根据权利要求9所述的冷却结构，其特征在于，所述流体冷却排气出口弯管还包括：

主体，其具有外壁和内壁，所述内壁至少部分地限定内室；和

分隔肋条，其具有连接到所述内壁上的基座部分，所述分隔肋条具有自由端，并将所述内室分成第一部分和第二部分。