一種半圓法蘭結構及船舶柴油機廢氣增壓泵的製作方法

2023-05-16 08:44:06 2

本發明涉及內燃機領域，具體涉及一種半圓法蘭結構及船舶柴油機廢氣增壓泵。

背景技術：

柴油機是內燃機的一種，柴油機的主要特點是輸出扭矩大，常用於驅動大型運輸工具。現如今，為了滿足節能減排的需求，很多內燃機開發了EGR廢氣增壓技術，但是絕大部分僅限於汽油機或其他小排量的柴油機，例如汽車或摩託車領域，而對於船舶柴油機燃用重油，流經機廢氣增壓泵的介質為柴油機的再循環廢氣，含有顆粒物、硫化物、水顆粒等，同時船舶柴油機EGR廢氣流量大這就會導致部分廢氣進入到電機高速旋轉的軸承間隙，廢氣中的顆粒以及硫化物對電機造成損壞，降低了使用壽命。

雖然在MAN Diesel&Turbo公司研製的ETB系列電動泵，高速變頻電機使用油路強制潤滑，採用外部密封空氣對懸浮軸承密封，防止再循環廢氣進入電機殼體及電機潤滑油進入壓氣機殼體，但是需要額外的壓縮空氣供給管路和氣源，並對壓力進行控制；同時，EGR泵殼體上必須設計密封孔道和密封接口，結構相對複雜。

其中，EGR：排氣再循環(Exhaust Gas Recirculation)，內燃機在燃燒後將排出氣體的一部分分離出、並導入進氣側使其再度燃燒的技術(手法或方法)。主要目的為降低排出氣體中的氮氧化物(NOx)與分擔部分負荷時可提高燃料消耗率。

技術實現要素：

鑑於現有技術中的上述缺陷或不足，本發明目的在於提供一種半圓法蘭結構及船舶柴油機廢氣增壓泵。

根據本發明的一個方面，提供了一種半圓法蘭結構，該半圓法蘭結構包括弧形環體和蓋板；蓋板通過所述弧形環體的兩端與所述弧形環體的頂部固定連接，蓋板與所述弧形環體圍成一腔體，腔體具體為扇形腔體，扇形腔體底部開有洩壓孔；蓋板中部為弧形凸起，弧形凸起下方放置轉子，由於轉子是轉動的，轉子周圍的各種氣體及顆粒均繞著轉子做圓周運動，當進入到扇形腔體時，圓周運動會被腔體結構限制無法繼續進行，所以在離心力的作用下，氣體及顆粒會逐漸沉積在半圓法蘭底部並從洩壓孔洩出。

根據本發明的另一個方面，提供了一種船舶柴油機廢氣增壓泵，該船舶柴油機廢氣增壓泵包括高速變頻電機和離心式壓氣機，高速變頻電機底部設置有支架，為使廢氣增壓泵外形結構緊湊，較好的方法是採用高速變頻電機驅動葉輪的方式，所以高速變頻電機與離心式壓氣機同軸連接，高速變頻電機和離心式壓氣機連接處之間設置有一種半圓法蘭結構，半圓法蘭將高速變頻電機和離心式壓氣機通過高強度連接螺栓夾緊連接。在半圓法蘭結構的影響下，再循環廢氣產生離心旋轉，顆粒和液滴匯集在下面。通孔與離心式壓氣機的氣流通道連通。

離心式壓氣機包括殼體，殼體內部設置有葉輪，葉輪與殼體間設計有碳環密封，以此將大部分EGR氣體密封在壓氣機殼體內。

其中，碳環密封多屬於浮環密封氣體節流式非接觸密封。密封原理是靠密封氣體在浮環與軸套之間形成氣膜，產生節流降壓，阻止高壓側氣體流向低壓側，由於離心式壓氣的葉片轉動時，高速變頻電機的主軸氣壓小，這樣可以有效地防止廢氣進入到高速變頻電機的軸承間隙中，從而降低了顆粒以及硫化物對電機造成損壞。然而，當離心式壓氣機內沒有氣體阻抗或氣體阻抗時，存在一定的洩漏量。

所以為了進一步增強離心式壓氣機對高頻變速電機主軸的密封性，在葉輪與所述殼體間還設計有迷宮密封，迷宮密封是在轉軸周圍設若干個依次排列的環行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應而達到阻漏的目的。

高速變頻電機與所述離心式壓氣機通過直聯方式連接，其中，其具體為離心式壓氣機的葉輪的伸出軸與高速變頻電機主軸通過端面齒自動對中，通過拉緊螺栓和旋轉螺母進行連接。

端面齒外圈安裝有襯套，襯套可以有效地對端面齒進行保護。高速變頻電機的主軸在實際工作中會頻繁的啟動或長期運行，為了增強主軸的耐久性，在高速變頻電機的主軸的前後端各設置有角接觸軸承，軸承採用油脂潤滑。

高速變頻電機電連接有用於控制高速變頻電機轉速的控制單元。

本發明的有益效果是：

1.本發明示例的半圓法蘭結構，設置有洩壓孔，及時將洩漏到電機部件的顆粒和液滴排出，密封結構簡單可靠，不易發生密封失效，有效解決了從壓氣機殼體洩漏的EGR廢氣中顆粒等對電機傳動軸造成的不良影響，降低發生電機軸劃傷、卡滯等故障的機率、保護了電機的可靠運行；

2.本發明示例的船舶柴油機廢棄增壓泵，採用了迷宮密封和碳環密封的組合，預防離心式壓氣機吸入的廢氣雜質引起高速變頻電機主軸和軸承的磨損；

3.本發明整體密封結構簡單，成本低，便於維護。

4.採用迷宮密封以及碳環密封兩者相結合的密封方法，密封效果好，成本低。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明示例的船舶柴油機廢氣增壓泵結構示意圖；

圖2為圖1的左視圖；

圖3為本發明示例的船舶柴油機廢氣增壓泵內部結構示意圖；

圖4為本發明示例的半圓法蘭結構；

圖5為本發明示例的弧形環體結構示意圖；

圖6為本發明示例的控制單元的控制連接框圖。

圖中：1.高速變頻電機，2.支架，3.離心式壓氣機，4.角接觸軸承，5.電機主軸/轉子，6.襯套，7.高強度連接螺栓，8.半圓法蘭，9.洩壓孔，10.拉緊螺栓，11.葉輪，12.端面齒，13.旋轉螺母，14.碳環密封，15.迷宮密封，16.扇形腔體，17.弧形環體，18.弧形凸起，19.蓋板，20.連接孔。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋相關發明，而非對該發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與發明相關的部分。

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本申請。

實施例1

如圖4和圖5所示，一種半圓法蘭8結構，該半圓法蘭8結構包括弧形環體17和蓋板19；蓋板19通過所述弧形環體17的兩端與弧形環體17的頂部固定連接，其固定連接方式為螺栓配合連接，蓋板19與所述弧形環體17圍成一扇形腔體16，扇形腔體16底部開有洩壓孔9；所述蓋板19中部為弧形凸起18，弧形凸起18下方放置轉子5，由於轉子5是轉動的，轉子5周圍的各種氣體及顆粒均繞著轉子5做圓周運動，當進入到扇形腔體16時，圓周運動會被腔體結構限制無法繼續進行，所以在離心力的作用下，氣體及顆粒會逐漸沉積在半圓法蘭8底部並從洩壓孔9洩出。

實施例2

如圖1-圖5所示，一種船舶柴油機廢氣增壓泵，該船舶柴油機廢氣增壓泵包括高速變頻電機1和離心式壓氣機3，高速變頻電機1底部設置有支架2，高速變頻電機1與離心式壓氣機3同軸連接，高速變頻電機1和離心式壓氣機3連接處之間設置有實施例1所述的半圓法蘭8結構，其具體的連接方式是：半圓法蘭8結構通過弧形環體17上的連接孔20與離心式壓氣機3通過螺栓方式連接，然後電機主軸5穿過弧形凸起18的下方。

通孔與離心式壓氣機3的氣流通道連通。離心式壓氣機3包括殼體，殼體內部設置有葉輪11，葉輪11與殼體間設計有碳環密封14，以此將大部分廢氣密封在壓氣機殼體內。所述葉輪11與所述殼體間還設計有迷宮密封15，廢氣先經過碳環密封14，再經過迷宮密封15，碳環密封14採用的耐磨材料是M2540；迷宮密封15採用常用的迷宮密封15即凹槽結構，氣流經過凹槽後壓力會降低，具有簡單密封作用，迷宮密封15採用的耐磨材料是LD5。高速變頻電機1與所述離心式壓氣機3通過直聯方式連接，其中，半圓法蘭8將高速變頻電機1和離心式壓氣機3的通過高強度連接螺栓7夾緊連接，離心式壓氣機3的葉輪11的伸出軸與高速變頻電機1主軸通過端面齒12自動對中，通過拉緊螺栓10和旋轉螺母13進行連接。端面齒12外圈安裝有襯套6。高速變頻電機1的主軸的前後端各設置有角接觸軸承4。高速變頻電機1電連接有用於控制高速變頻電機1轉速的控制單元。

如圖3所示，圖3中黑色箭頭表示廢氣在離心式壓氣機3內的流動情況；船舶柴油機氣缸所排出的廢氣進入到離心式壓氣機3，在高速變頻電機1驅動下，按照工作負荷點流量以及壓比的要求開始對廢氣進行增壓，增壓後的廢氣重新進入到船舶柴油機進氣系統參與燃燒；在此過程中會有少量的廢氣進入到離心式壓氣機3殼體和葉輪11部件間隙內，在碳環密封14和迷宮密封15作用下，其中的大部分顆粒和液滴阻攔在離心式壓氣機3殼體內；剩餘洩漏的廢氣沿著電機主軸5做圓周運動並繼續進入半圓法蘭8的扇形腔體16中，在離心力的作用下進行進一步的分離和沉積到半圓法蘭8結構的底部，在廢氣中分離出的顆粒和液滴最終經洩壓孔9排出。

如圖6所示，控制單元主要包括：三相永磁同步電機與變頻器構成調速傳動系統(即為圖1中的高速變頻電機)。該船舶柴油機廢氣增壓泵(簡稱EGR泵，圖1中的離心式壓氣機)通過三相永磁同步電機的轉速進行調整，同時通過EGR泵進氣口和排氣口的壓力傳感器和溫度傳感器實現閉環矢量控制。

永磁直流電機的勵磁磁場由永磁提供，所以轉子不需要勵磁電流，在整個調速範圍內的平均效率高於普通三相異步調頻電機，並且主磁場恆定，定子電流幾乎全部為有功電流，啟動電流小、啟動轉矩大；同時具有轉動慣量小，快速響應高等優點。

該船舶柴油機廢氣增壓泵在船用柴油機低、中、高負荷時，工作運行點的流量、壓比等參數是變化的，高速變頻器可以實現電機轉速調整，同時實現閉環矢量控制。同時實現電動機的軟停、軟起，避免啟動時的電壓衝擊和啟動轉矩衝擊，減少電動機故障率，延長使用壽命。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的(但不限於)具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案。