CN205206947U - 一种船用相继增压柴油机装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的在于提供一种船用相继增压柴油机装置,包括补气装置和冷却装置;补气装置包括空气压缩机、气源气瓶,空气压缩机连接气源气瓶,气源气瓶后方设置补气阀Ⅰ,补气阀Ⅰ后方的管道分成A路气管和B路气管,A路气管上分别安装喷管Ⅰ和喷管Ⅱ,喷管Ⅰ设置在A列进气管里,喷管Ⅱ设置在B列进气管里,B路气管上分别安装机匣喷管A和机匣喷管B,机匣喷管A安装在基本压气机上,机匣喷管B安装在受控压气机上;冷却装置包括混合器,混合器里设置喷淋器,中冷器后方引出冷却气管,混合器安装在冷却气管上,混合器后方的冷却气管与B路气管相通。本实用新型改善了柴油机加载、加速过程中的经济性和排放性。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种柴油机,具体地说是船用柴油机的增压系统。
背景技术
采用涡轮增压技术可以提高内燃机的升功率、降低燃油消耗率,因此大多数内燃机都已经采用的增压技术。但是采用涡轮增压技术,内燃机在加速或加载过程中,由于增压器的转动惯性,增压器转速升高较慢,压气机出口空气压力低,使得内燃机的进气量不能满足燃烧,因此在加速过程中燃油消耗率升高,排气中有害物质量增加,使得内燃机的经济性和排放性都急剧恶化。同时增压器压气机中的叶轮是旋转部件,在工作时会承受多种载荷。尤其是在高压比工况下,叶轮叶片的温度会超过200℃,使得铝制的压气机叶片极易发生变形,对与扩压器叶片也会由于工质温度过高而导致叶片变形。叶片发生变形后,会严重恶化压气机的性能,缩小压气机的稳定运行范围,使压气机易于出现失速和喘振等问题。
对于船用柴油机一般采用相继增压系统,由于其进排气系统容积大,增压器尺寸大,使得柴油机在加速或加载过程中,会加剧由于进气量不足导致的经济性和排放性恶化。同时船用压气机的尺寸大,叶轮叶片线速度高,压比高,压气机内部的气体温度高,使得压气机的叶轮叶片和扩压器叶片更易于发生变形。
发明内容
本实用新型的目的在于提供可以改善柴油机加载、加速过程中的经济性和排放性的一种船用相继增压柴油机装置。
本实用新型的目的是这样实现的:
本实用新型一种船用相继增压柴油机装置,包括柴油机、基本压气机、基本涡轮、受控压气机、受控涡轮,柴油机的A列进气管上安装基本压气机,柴油机的A列排气管上安装基本涡轮,基本压气机和基本涡轮同轴,柴油机的B列进气管上安装受控压气机,柴油机的B列排气管上安装受控涡轮,受控压气机和受控涡轮同轴,A列进气管和B列进气管上安装中冷器,B列进气管里设置空气阀,B列排气管里设置燃气阀,其特征是:还包括补气装置和冷却装置;所述补气装置包括空气压缩机、气源气瓶,空气压缩机连接气源气瓶,气源气瓶后方设置补气阀Ⅰ,补气阀Ⅰ后方的管道分成A路气管和B路气管,A路气管上分别安装喷管Ⅰ和喷管Ⅱ,喷管Ⅰ设置在A列进气管里,喷管Ⅱ设置在B列进气管里,B路气管上分别安装机匣喷管A和机匣喷管B,机匣喷管A安装在基本压气机上,机匣喷管B安装在受控压气机上;所述冷却装置包括混合器,混合器里设置喷淋器,中冷器后方引出冷却气管,混合器安装在冷却气管上,混合器后方的冷却气管与B路气管相通。
本实用新型还可以包括:
1、所述喷管Ⅰ和喷管Ⅱ在A列进气管和B列进气管中的位置位于中冷器之后。
2、B路气管上安装补气阀Ⅱ,补气阀Ⅱ位于补气阀Ⅰ和机匣喷管B之间,机匣喷管B前端设置机匣控制阀,冷却气管上设置冷却阀,冷却阀位于中冷器和混合器之间。
本实用新型的优势在于:本实用新型采用一套装置既可以在相继增压柴油机加速、加载时,通过进气管上的喷管以及压气机机匣上的喷管向柴油机内喷入气体,改善柴油机加载、加速过程中的经济性和排放性;又可以在压气机高压比工况下,向压气机内部引入带有小液滴的低温湿气体,对叶轮叶片和扩压器叶片进行冷却。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述:
结合图1,柴油机1包括A、B两列进气管和A、B两列排气管;A列进气管2上装有基本压气机13,B列进气管3上装有受控压气机12,A列排气管4上装有基本涡轮14,B列排气管5上装有受控涡轮11,A列进气管2和B列进气管3上装有中冷器15;基本压气机13和基本涡轮14组成基本增压器,受控压气机12和受控涡轮11组成受控增压器;在B列进气管3上装有空气阀22,在B列排气管5上装有燃气阀23;当燃气阀23和空气阀22全部打开时,受控增压器开始工作,称此时相继增压柴油机处于2TC状态,当燃气阀23和空气阀22全部关闭时,受控增压器停止工作,称此时相继增压柴油机处于1TC状态。
船用相继增压柴油机涡轮增压器辅助装置的特征结构包括两部分:补气装置和冷却装置。
补气装置为:空气压缩机6左侧通过气管连接气源气瓶9,气源气瓶9右侧连着补气阀Ⅰ10。补气阀Ⅰ10后气管分为两路,A路气管101分别连接着喷管Ⅰ24和喷管Ⅱ25,喷管Ⅰ24和喷管Ⅱ25分别安装在中冷器15后的A列进气管2和B列进气管3上;B路气管102上装有补气阀Ⅱ21。补气阀Ⅱ21后分别连接着机匣喷管A19和机匣喷管B20,在机匣喷管B20上游装有机匣控制阀26。
冷却装置为:在中冷器后15的A列进气管2上引出一条冷却气管103,冷却气管103按顺序装有冷却阀16、混合器18,冷却管103末端连接着机匣喷管A19和机匣喷管B20。其中在混合器18上装有喷淋器17。
空气压缩机6为任意空气压缩机;补气阀Ⅰ10、补气阀Ⅱ21、机匣控制阀26和冷却阀16为电磁阀,根据信号控制阀门的开关。
喷管Ⅰ24和喷管Ⅱ25为任意喷管,安装在中冷器15后的A列进气管2和B列进气管3上,喷管与进气管的安装角度可以根据实际情况确定,本实用新型中的安装角度为30°。
机匣喷管A19和机匣喷管B20安装在压气机机匣上,其安装位置和安装角度可以根据实际情况确定。
喷淋器17安装在混合器18上,喷淋器17喷淋的液体为液态水,喷出的液滴平均直径要求10微米以下,液态水的温度为常温水,一般为25℃。
气源气瓶9与空气压缩机6联合工作,保持气源气瓶9内的气体压力保持在设定值。该设定值可以根据实际情况确定,本实用新型中气瓶中压力保持在柴油机工作的最高进气压力值加0.3MPa。
机匣控制阀26的开启和关闭与燃气阀同步,即当燃气阀开启时机匣控制阀26开启,燃气阀关闭时机匣控制阀26关闭。
补气阀Ⅱ21的开启和关闭与补气阀Ⅰ10同步,即当补气阀Ⅰ10开启时补气阀Ⅱ21开启,即当补气阀Ⅰ10关闭时补气阀Ⅱ21关闭。
相继增压柴油机从1TC到2TC时,燃气阀23和空气阀22开启时,当监测到燃气阀23从关闭到开启的过程,补气阀Ⅱ21和补气阀Ⅰ10强制开启一段时间,具体开启时间根据实际情况确定,本实用新型中开启时间段确定为5s。
相继增压柴油机在运行时,对其的转速和转矩进行监测,当监测到转速增大或者转矩增大时,即确定为柴油机进入加速或加载过程。
当确定柴油机进入加速或加载过程中,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21同时开启,气流从气源气瓶中分两路流入到进气管和压气机中。当监测到补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21开启时,则不论压气机处于何种状态,冷却阀16强制关闭。当确定柴油机的加速或加载过程停止,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21同时关闭,补气过程结束,冷却阀16强制关闭状态取消。
相继增压柴油机在运行时,对其基本压气机13的压比进行监测,当监测到压比大于设定值时,即进入压气机冷却工况,此时冷却阀16打开,由于A列进气管2中的气体压力高于压气机机匣处的气体压力,使得气体流向压气机,压气机叶片的冷却过程开始。压比设定值根据实际情况选取,本实用新型中选取压比3为设定值。
混合器18上装有喷淋器17,喷淋器17与冷却阀16同步开关,即冷却阀16开启时喷淋器17开始向混合器18喷入液滴,喷入的液滴与流经冷却气管103的低温气体在混合器18混合形成湿空气,然后流入压气机中对叶轮叶片和扩压器叶片进行冷却。冷却阀16关闭时喷淋器17停止向混合器18喷入液滴。喷淋器17喷入液体的质量流量根据实际情况确定,本实用新型中的喷入液体量为冷却气管103中气体流量的10%。
本装置的具体操作方法为:在柴油机运行时分别对柴油机的转速、转矩和基本压气机的压比进行监控。当柴油机在加速或加载过程中时,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21同时开启,补气过程开始,此时冷却阀16强制关闭;监测到柴油机加速或加载过程结束,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21同时关闭,补气过程结束,冷却阀16取消强制关闭状态。在相继增压柴油机从1TC向2TC切换过程中,由于燃气阀23出现从关闭到开启的状态,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21强制开启,补气过程开始,此时冷却阀16强制关闭,5s后取消补气阀Ⅰ10、补气阀Ⅱ21和冷却阀16的强制状态。当柴油机没有进行补气过程,补气阀Ⅰ10关闭,此时监控到基本压气机14的压比大于设定值,冷却阀16开启,喷淋器17开始喷淋过程,气流与喷淋的液滴在混合器18中混合后进入压气机(基本压气机13或者基本压气机13和受控压气机12)中对压气机叶轮叶片和扩压器叶片进行冷却。
喷淋器17安装在冷却装置中的混合器18上,喷淋器17喷淋的液体为液态水,喷入的液滴与流经冷却气管103的低温气体在混合器18形成湿空气,进入压气机中对叶轮叶片和扩压器叶片进行冷却。
本装置的具体操作方法为:在柴油机运行时分别对柴油机的转速、转矩和基本压气机的压比进行监控。当柴油机在加速或加载过程中时,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21同时开启,补气过程开始,此时冷却阀16强制关闭;监测到柴油机加速或加载过程结束,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21同时关闭,补气过程结束,冷却阀16取消强制关闭状态。在相继增压柴油机从1TC向2TC切换过程中,由于燃气阀23出现从关闭到开启的状态,补气阀Ⅰ10和补气阀Ⅱ21强制开启,补气过程开始,此时冷却阀16强制关闭,5s后取消补气阀Ⅰ10、补气阀Ⅱ21和冷却阀16的强制状态。当柴油机没有进行补气过程,补气阀Ⅰ10关闭,此时监控到基本压气机14的压比大于设定值,冷却阀16开启,喷淋器17开始喷淋过程,气流与喷淋的液滴在混合器18中混合后进入压气机(基本压气机13或者基本压气机13和受控压气机12)中对压气机叶轮叶片和扩压器叶片进行冷却。
Claims (3)
1.一种船用相继增压柴油机装置,包括柴油机、基本压气机、基本涡轮、受控压气机、受控涡轮,柴油机的A列进气管上安装基本压气机,柴油机的A列排气管上安装基本涡轮,基本压气机和基本涡轮同轴,柴油机的B列进气管上安装受控压气机,柴油机的B列排气管上安装受控涡轮,受控压气机和受控涡轮同轴,A列进气管和B列进气管上安装中冷器,B列进气管里设置空气阀,B列排气管里设置燃气阀,其特征是:还包括补气装置和冷却装置;所述补气装置包括空气压缩机、气源气瓶,空气压缩机连接气源气瓶,气源气瓶后方设置补气阀Ⅰ,补气阀Ⅰ后方的管道分成A路气管和B路气管,A路气管上分别安装喷管Ⅰ和喷管Ⅱ,喷管Ⅰ设置在A列进气管里,喷管Ⅱ设置在B列进气管里,B路气管上分别安装机匣喷管A和机匣喷管B,机匣喷管A安装在基本压气机上,机匣喷管B安装在受控压气机上;所述冷却装置包括混合器,混合器里设置喷淋器,中冷器后方引出冷却气管,混合器安装在冷却气管上,混合器后方的冷却气管与B路气管相通。
2.根据权利要求1所述的一种船用相继增压柴油机装置,其特征是:所述喷管Ⅰ和喷管Ⅱ在A列进气管和B列进气管中的位置位于中冷器之后。
3.根据权利要求1或2所述的一种船用相继增压柴油机装置,其特征是:B路气管上安装补气阀Ⅱ,补气阀Ⅱ位于补气阀Ⅰ和机匣喷管B之间,机匣喷管B前端设置机匣控制阀,冷却气管上设置冷却阀,冷却阀位于中冷器和混合器之间。
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CN105221244A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-01-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种船用相继增压柴油机装置及其控制方法 |
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