CN205206951U - 一种增压内燃机压气机叶片冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的在于提供一种增压内燃机压气机叶片冷却装置，中冷器出口后的进气管上引出总冷却气管，总冷却气管上设置电磁阀，总冷却气管在电磁阀后方分成第一-第三分冷却管，第一分冷却管包括相连通的直管和环管，第二分冷却管和第三分冷却管的结构与第一分冷却管的结构相同，第一-第三分冷却管的直管并列布置，第一-第三分冷却管的环管按照从内到外的方式设置在压气机机匣外部，第一-第三分冷却管的环管上沿周向均设置有冷却孔管，冷却孔管伸入至压气机机匣内部并与压气机机匣壁相固定。本实用新型把一小部分中冷后的气体重新引入压气机中，降低在压气机叶片叶尖处及扩压器叶片前缘处等位置的温度，提高压气机叶片的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种内燃机，具体地说是内燃机增压装置。
背景技术
离心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。
目前，关于涡轮增压器冷却方面的研究已有不少，如申请号“201220235507.1”的“带废气旁通阀的涡轮增压器水冷涡轮箱”专利，通过涡轮箱外围设置水冷通道来降低整个增压器的温度，实现涡轮增压器的冷却；申请号为“201210587889.9”的“发动机涡轮增压器与水泵集成装置”专利，通过涡轮机叶轮带动同轴的水泵运转，对转动轴、压气机以及涡轮机进行冷却。再如申请号为“201010289943”的“水冷压气机涡壳”专利，在压气机涡壳上设置冷却通道和散热板，通过发动机循环水来实现对随压缩新鲜空气的冷却。所述专利通过不同的结构改进，均能实现对涡轮增压器的冷却，尤其是降低涡轮机端或轴承的热负荷，冷却进气，但是对压气机叶轮以及扩压器的冷却还较少。目前针对压气机叶轮及扩压器的冷却的报道仅为在申专利号为201410653182.2，其采用了液体作为冷却介质，通过对轮盘冷却进而冷却叶片。
发明内容
本实用新型的目的在于提供采用柴油机中冷器后的低温空气作为冷却介质，在压气机机匣出开孔喷入到压气机内部，对叶轮叶片和扩压器叶片直接冷却的一种增压内燃机压气机叶片冷却装置。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型一种增压内燃机压气机叶片冷却装置，包括内燃机、涡轮、压气机、排气管、进气管、中冷器，涡轮与压气机同轴，涡轮安装在排气管上，压气机安装在进气管上，中冷器安装在压气机出口后的进气管上，其特征是：中冷器出口后的进气管上引出总冷却气管，总冷却气管上设置电磁阀，总冷却气管在电磁阀后方分成第一-第三分冷却管，第一分冷却管包括相连通的直管和环管，第二分冷却管和第三分冷却管的结构与第一分冷却管的结构相同，第一-第三分冷却管的直管并列布置，第一-第三分冷却管的环管按照从内到外的方式设置在压气机机匣外部，第一-第三分冷却管的直管均连接总冷却气管，第一-第三分冷却管的环管上沿周向均设置有冷却孔管，冷却孔管伸入至压气机机匣内部并与压气机机匣壁相固定。
本实用新型还可以包括：
1、第一分冷却管上安装第一调压阀和第一压力传感器，第二分冷却管上安装第二调压阀和第二压力传感器，第三分冷却管上安装第三调压阀和第三压力传感器。
本实用新型的优势在于：本实用新型利用柴油机进气管与压气机机匣处的压力差，把一小部分中冷后的低温气体重新引入压气机中，降低在压气机叶片叶尖处及扩压器叶片前缘处等位置的温度，提高压气机叶片的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型压气机处侧视图；
图3为本实用新型压气机处俯视图。
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1～3，增压柴油机1上装有增压器，排气管2与涡轮4相连，进气管3与压气机5相连，在进气管3上装有中冷器7。在中冷器7出口后的进气管3上引出一根总冷却气管10连接回压气机5上，通过总冷却气管10向压气机提供冷却气流。在总冷却气管10上装有电磁阀8，在电磁阀8后总冷却气管10分成三根分管，分别为分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903，三根气管上分别装有调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803以及压力传感器Ⅰ601、压力传感器Ⅱ602、压力传感器Ⅲ603。
本装置的结构特征为在原有的增压柴油机上添加了以下结构：总冷却气管10、电磁阀8、分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902、分冷却管Ⅲ903、调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803、压力传感器Ⅰ601、压力传感器Ⅱ602、压力传感器Ⅲ603、冷却孔Ⅰ911、冷却孔Ⅱ912和冷却孔Ⅲ913。
分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903分别通过冷却孔Ⅰ911、冷却孔Ⅱ912和冷却孔Ⅲ913连接到压气机机匣11处。冷却孔Ⅰ911安装在叶轮叶片13出口前，冷却孔Ⅱ912安装在叶轮叶片13出口处，冷却孔Ⅲ913安装在扩压器叶片12前缘。本实用新型中设计装有三根气管，其安装位置为冷却孔Ⅰ911安装在距叶轮旋转轴95％R(叶轮直径)的机匣上，冷却孔Ⅱ912安装在距叶轮旋转轴100％R的机匣上，冷却孔Ⅲ913安装在距叶轮旋转轴103％R的机匣上。工程技术人员可以根据实际情况对冷却管数量和安装位置进行调整。
三根气管上的冷却孔与机匣11的安装角度，与需要进行叶片冷却的增压器工况相关。技术人员可以根据实际情况确定安装角度。本实用新型中的安装角度的确定方法为：(1)首先确定进行叶片冷却的压气机工况(即压气机的转速、压比)；(2)确定冷却孔出口处，进行叶片冷却的压气机工况下最高效率点时对应的气流角α；(3)此时，冷却孔的安装角度为气流角α。本实用新型中压气机压比大于3时为冷却工况，气流角都为68°。
电磁阀8为任意可以控制开关阀的电磁阀，电磁阀8控制叶片冷却过程的开始与结束。调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802和调压阀803为电磁调节阀，通过输入信号调节阀后的气体压力，并且在冷却过程结束后调压阀可以完全关闭，防止三个分冷却管间由于压力差产生气体流动。
本实用新型可以用于任意的增压内燃机包括增压柴油机和增压汽油机，同时该装置亦可以应用于车用内燃机以及船用内燃机。
本装置的安装方式为：增压内燃机1上有排气管2和进气管3，排气管2上装有涡轮4，进气管3上装有压气机5；在压气机5出口处的进气管3上装有中冷器7，在中冷器7出口后的进气管3上引出一根总冷却气管10连接回压气机5机匣11上，通过总冷却气管10向压气机提供冷却气流。在总冷却气管10上装有电磁阀8，在电磁阀8后总冷却气管10分成三根分管，分别为分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903，三根气管上分别装有调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803以及压力传感器Ⅰ601、压力传感器Ⅱ602、压力传感器Ⅲ603，三个分冷却气管通过冷却孔Ⅰ911、冷却孔Ⅱ912和冷却孔Ⅲ913连接到压气机5机匣处11。
本装置根据压气机的压比和转速两个参数确定冷却工况，其中压比为主参数，转速为辅助参数，即通过对比两个参数判断压气机是否需要进行冷却。上述的冷却工况可以根据实际机型确定，本实用新型中当增压压比大于3时即为冷却工况。
在进入冷却工况后，冷却管Ⅰ901、冷却管Ⅱ902和冷却管Ⅲ903中的冷却气体压力设定值应根据冷却气体喷入机匣的位置不同而不同，一般而言距离压气机旋转轴远的喷管压力应较高，相反则应较低，具体值应根据实际情况确定。本实用新型中，冷却管Ⅰ901、冷却管Ⅱ902和冷却管Ⅲ903中的压力设定值分别为压气机出口压力值的75％，90％和100％。
装置中的调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803与压力传感器Ⅰ601、压力传感器Ⅱ602、压力传感器Ⅲ603是分别对应联合工作的，根据对应传感器检测到的压力值调节调压阀，使冷去管中的气体压力达到设定值。例如，冷去管Ⅰ901中的气体压力通过调压阀Ⅰ801和压力传感器Ⅰ601的联合工作达到该转速下的设定值。
具体的实施方式为在柴油机工作时，对增压器的压比和转速进行时时检测，当检测到增压器运行到冷却工况时电磁阀8、调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802和调压阀803开启，中冷器后的气体通过总冷却气管10回流到压气机6机匣11处，冷却气流通过三个冷却孔喷入压气机中，进行叶片冷却。此时通过调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803的调节使得分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903中的气体压力达到设定值。当监测到增压器运行到非冷却工况，关闭电磁阀8、调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802和调压阀803，叶片冷却结束。
本实用新型一种增压内燃机压气机叶片冷却装置包括：增压柴油机1上装有涡轮增压器，排气管2与涡轮4相连，进气管3与压气机5相连，在进气管3上应装有中冷器7。在中冷器7出口后的进气管3上引出一根总冷却气管10连接回压气机5上，通过总冷却气管10向压气机提供冷却气流。在总冷却气管10上装有电磁阀8，在电磁阀8后总冷却气管10分成三根分管，分别为分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903，三根气管上分别装有调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803以及压力传感器Ⅰ601、压力传感器Ⅱ602、压力传感器Ⅲ603。
分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903分别通过冷冷却孔Ⅰ911、冷却孔Ⅱ912和冷却孔Ⅲ913连接到压气机机匣11处。冷却孔Ⅰ911安装在叶轮叶片13出口前，冷却孔Ⅱ912安装在叶轮叶片13出口处，冷却孔Ⅲ913安装在扩压器叶片12前缘。
冷却孔与机匣11的安装角度确定方法为：(1)首先确定进行叶片冷却的压气机工况；(2)确定冷却孔出口处，进行叶片冷却的压气机工况下最高效率点时对应的气流角α；(3)此时，冷却孔的安装角度为气流角α。本实用新型中压气机压比大于3时为冷却工况，气流角α为68°。
电磁阀8为任意可以控制开关阀的电磁阀，电磁阀8控制叶片冷却过程的开始与结束。调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802和调压阀803为电磁调节阀，通过输入压力传感器Ⅰ601、压力传感器Ⅱ602、压力传感器Ⅲ603的压力信号和压力设定值调节阀后的气体压力，并且在冷却过程结束后调压阀可以完全关闭，防止三个分冷却管间由于压力差产生气体流动。
冷却管Ⅰ901、冷却管Ⅱ902和冷却管Ⅲ903中的压力设定值分别为压气机出口压力值的75％，90％和100％。
柴油机工作时，对增压器的压比和转速进行时时检测，当检测到增压器运行到冷却工况(压比大于3)时电磁阀8、调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802和调压阀803开启，中冷器后的气体通过总冷却气管10回流到压气机6机匣11处，冷却气流通过三个喷孔喷入压气机中，进行叶片冷却。此时通过调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802、调压阀803的调节使得分冷却管Ⅰ901、分冷却管Ⅱ902和分冷却管Ⅲ903中的气体压力达到设定值。当监测到增压器运行到非冷却工况，关闭电磁阀8、调压阀Ⅰ801、调压阀Ⅱ802和调压阀803，叶片冷却结束。
Claims (2)
1.一种增压内燃机压气机叶片冷却装置，包括内燃机、涡轮、压气机、排气管、进气管、中冷器，涡轮与压气机同轴，涡轮安装在排气管上，压气机安装在进气管上，中冷器安装在压气机出口后的进气管上，其特征是：中冷器出口后的进气管上引出总冷却气管，总冷却气管上设置电磁阀，总冷却气管在电磁阀后方分成第一-第三分冷却管，第一分冷却管包括相连通的直管和环管，第二分冷却管和第三分冷却管的结构与第一分冷却管的结构相同，第一-第三分冷却管的直管并列布置，第一-第三分冷却管的环管按照从内到外的方式设置在压气机机匣外部，第一-第三分冷却管的直管均连接总冷却气管，第一-第三分冷却管的环管上沿周向均设置有冷却孔管，冷却孔管伸入至压气机机匣内部并与压气机机匣壁相固定。
2.根据权利要求1所述的一种增压内燃机压气机叶片冷却装置，其特征是：第一分冷却管上安装第一调压阀和第一压力传感器，第二分冷却管上安装第二调压阀和第二压力传感器，第三分冷却管上安装第三调压阀和第三压力传感器。
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| CN114405715A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种燃气轮机空心叶片喷涂用装夹工装 |
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| CN114405715A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种燃气轮机空心叶片喷涂用装夹工装 |
| CN114405715B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-08-18 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种燃气轮机空心叶片喷涂用装夹工装 |
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