本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種半圓法蘭結(jié)構(gòu)及船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵。

背景技術(shù)：

柴油機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，柴油機(jī)的主要特點(diǎn)是輸出扭矩大，常用于驅(qū)動(dòng)大型運(yùn)輸工具?，F(xiàn)如今，為了滿足節(jié)能減排的需求，很多內(nèi)燃機(jī)開發(fā)了EGR廢氣增壓技術(shù)，但是絕大部分僅限于汽油機(jī)或其他小排量的柴油機(jī)，例如汽車或摩托車領(lǐng)域，而對(duì)于船舶柴油機(jī)燃用重油，流經(jīng)機(jī)廢氣增壓泵的介質(zhì)為柴油機(jī)的再循環(huán)廢氣，含有顆粒物、硫化物、水顆粒等，同時(shí)船舶柴油機(jī)EGR廢氣流量大這就會(huì)導(dǎo)致部分廢氣進(jìn)入到電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的軸承間隙，廢氣中的顆粒以及硫化物對(duì)電機(jī)造成損壞，降低了使用壽命。

雖然在MAN Diesel&Turbo公司研制的ETB系列電動(dòng)泵，高速變頻電機(jī)使用油路強(qiáng)制潤(rùn)滑，采用外部密封空氣對(duì)懸浮軸承密封，防止再循環(huán)廢氣進(jìn)入電機(jī)殼體及電機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)入壓氣機(jī)殼體，但是需要額外的壓縮空氣供給管路和氣源，并對(duì)壓力進(jìn)行控制；同時(shí)，EGR泵殼體上必須設(shè)計(jì)密封孔道和密封接口，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

其中，EGR：排氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation)，內(nèi)燃機(jī)在燃燒后將排出氣體的一部分分離出、并導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)使其再度燃燒的技術(shù)(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(dān)部分負(fù)荷時(shí)可提高燃料消耗率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，本發(fā)明目的在于提供一種半圓法蘭結(jié)構(gòu)及船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半圓法蘭結(jié)構(gòu)，該半圓法蘭結(jié)構(gòu)包括弧形環(huán)體和蓋板；蓋板通過所述弧形環(huán)體的兩端與所述弧形環(huán)體的頂部固定連接，蓋板與所述弧形環(huán)體圍成一腔體，腔體具體為扇形腔體，扇形腔體底部開有泄壓孔；蓋板中部為弧形凸起，弧形凸起下方放置轉(zhuǎn)子，由于轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動(dòng)的，轉(zhuǎn)子周圍的各種氣體及顆粒均繞著轉(zhuǎn)子做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)入到扇形腔體時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)會(huì)被腔體結(jié)構(gòu)限制無法繼續(xù)進(jìn)行，所以在離心力的作用下，氣體及顆粒會(huì)逐漸沉積在半圓法蘭底部并從泄壓孔泄出。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵，該船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵包括高速變頻電機(jī)和離心式壓氣機(jī)，高速變頻電機(jī)底部設(shè)置有支架，為使廢氣增壓泵外形結(jié)構(gòu)緊湊，較好的方法是采用高速變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪的方式，所以高速變頻電機(jī)與離心式壓氣機(jī)同軸連接，高速變頻電機(jī)和離心式壓氣機(jī)連接處之間設(shè)置有一種半圓法蘭結(jié)構(gòu)，半圓法蘭將高速變頻電機(jī)和離心式壓氣機(jī)通過高強(qiáng)度連接螺栓夾緊連接。在半圓法蘭結(jié)構(gòu)的影響下，再循環(huán)廢氣產(chǎn)生離心旋轉(zhuǎn)，顆粒和液滴匯集在下面。通孔與離心式壓氣機(jī)的氣流通道連通。

離心式壓氣機(jī)包括殼體，殼體內(nèi)部設(shè)置有葉輪，葉輪與殼體間設(shè)計(jì)有碳環(huán)密封，以此將大部分EGR氣體密封在壓氣機(jī)殼體內(nèi)。

其中，碳環(huán)密封多屬于浮環(huán)密封氣體節(jié)流式非接觸密封。密封原理是靠密封氣體在浮環(huán)與軸套之間形成氣膜，產(chǎn)生節(jié)流降壓，阻止高壓側(cè)氣體流向低壓側(cè)，由于離心式壓氣的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，高速變頻電機(jī)的主軸氣壓小，這樣可以有效地防止廢氣進(jìn)入到高速變頻電機(jī)的軸承間隙中，從而降低了顆粒以及硫化物對(duì)電機(jī)造成損壞。然而，當(dāng)離心式壓氣機(jī)內(nèi)沒有氣體阻抗或氣體阻抗時(shí)，存在一定的泄漏量。

所以為了進(jìn)一步增強(qiáng)離心式壓氣機(jī)對(duì)高頻變速電機(jī)主軸的密封性，在葉輪與所述殼體間還設(shè)計(jì)有迷宮密封，迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)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(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。

高速變頻電機(jī)與所述離心式壓氣機(jī)通過直聯(lián)方式連接，其中，其具體為離心式壓氣機(jī)的葉輪的伸出軸與高速變頻電機(jī)主軸通過端面齒自動(dòng)對(duì)中，通過拉緊螺栓和旋轉(zhuǎn)螺母進(jìn)行連接。

端面齒外圈安裝有襯套，襯套可以有效地對(duì)端面齒進(jìn)行保護(hù)。高速變頻電機(jī)的主軸在實(shí)際工作中會(huì)頻繁的啟動(dòng)或長(zhǎng)期運(yùn)行，為了增強(qiáng)主軸的耐久性，在高速變頻電機(jī)的主軸的前后端各設(shè)置有角接觸軸承，軸承采用油脂潤(rùn)滑。

高速變頻電機(jī)電連接有用于控制高速變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制單元。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明示例的半圓法蘭結(jié)構(gòu)，設(shè)置有泄壓孔，及時(shí)將泄漏到電機(jī)部件的顆粒和液滴排出，密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，不易發(fā)生密封失效，有效解決了從壓氣機(jī)殼體泄漏的EGR廢氣中顆粒等對(duì)電機(jī)傳動(dòng)軸造成的不良影響，降低發(fā)生電機(jī)軸劃傷、卡滯等故障的機(jī)率、保護(hù)了電機(jī)的可靠運(yùn)行；

2.本發(fā)明示例的船舶柴油機(jī)廢棄增壓泵，采用了迷宮密封和碳環(huán)密封的組合，預(yù)防離心式壓氣機(jī)吸入的廢氣雜質(zhì)引起高速變頻電機(jī)主軸和軸承的磨損；

3.本發(fā)明整體密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，便于維護(hù)。

4.采用迷宮密封以及碳環(huán)密封兩者相結(jié)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(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本申請(qǐng)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明示例的船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的左視圖；

圖3為本發(fā)明示例的船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明示例的半圓法蘭結(jié)構(gòu)；

圖5為本發(fā)明示例的弧形環(huán)體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明示例的控制單元的控制連接框圖。

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

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明，而非對(duì)該發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與發(fā)明相關(guān)的部分。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請(qǐng)。

實(shí)施例1

如圖4和圖5所示，一種半圓法蘭8結(jié)構(gòu)，該半圓法蘭8結(jié)構(gòu)包括弧形環(huán)體17和蓋板19；蓋板19通過所述弧形環(huán)體17的兩端與弧形環(huán)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(huán)體17圍成一扇形腔體16，扇形腔體16底部開有泄壓孔9；所述蓋板19中部為弧形凸起18，弧形凸起18下方放置轉(zhuǎn)子5，由于轉(zhuǎn)子5是轉(zhuǎn)動(dòng)的，轉(zhuǎn)子5周圍的各種氣體及顆粒均繞著轉(zhuǎn)子5做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)入到扇形腔體16時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)會(huì)被腔體結(jié)構(gòu)限制無法繼續(xù)進(jìn)行，所以在離心力的作用下，氣體及顆粒會(huì)逐漸沉積在半圓法蘭8底部并從泄壓孔9泄出。

實(shí)施例2

如圖1-圖5所示，一種船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵，該船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵包括高速變頻電機(jī)1和離心式壓氣機(jī)3，高速變頻電機(jī)1底部設(shè)置有支架2，高速變頻電機(jī)1與離心式壓氣機(jī)3同軸連接，高速變頻電機(jī)1和離心式壓氣機(jī)3連接處之間設(shè)置有實(shí)施例1所述的半圓法蘭8結(jié)構(gòu)，其具體的連接方式是：半圓法蘭8結(jié)構(gòu)通過弧形環(huán)體17上的連接孔20與離心式壓氣機(jī)3通過螺栓方式連接，然后電機(jī)主軸5穿過弧形凸起18的下方。

通孔與離心式壓氣機(jī)3的氣流通道連通。離心式壓氣機(jī)3包括殼體，殼體內(nèi)部設(shè)置有葉輪11，葉輪11與殼體間設(shè)計(jì)有碳環(huán)密封14，以此將大部分廢氣密封在壓氣機(jī)殼體內(nèi)。所述葉輪11與所述殼體間還設(shè)計(jì)有迷宮密封15，廢氣先經(jīng)過碳環(huán)密封14，再經(jīng)過迷宮密封15，碳環(huán)密封14采用的耐磨材料是M2540；迷宮密封15采用常用的迷宮密封15即凹槽結(jié)構(gòu)，氣流經(jīng)過凹槽后壓力會(huì)降低，具有簡(jiǎn)單密封作用，迷宮密封15采用的耐磨材料是LD5。高速變頻電機(jī)1與所述離心式壓氣機(jī)3通過直聯(lián)方式連接，其中，半圓法蘭8將高速變頻電機(jī)1和離心式壓氣機(jī)3的通過高強(qiáng)度連接螺栓7夾緊連接，離心式壓氣機(jī)3的葉輪11的伸出軸與高速變頻電機(jī)1主軸通過端面齒12自動(dòng)對(duì)中，通過拉緊螺栓10和旋轉(zhuǎn)螺母13進(jìn)行連接。端面齒12外圈安裝有襯套6。高速變頻電機(jī)1的主軸的前后端各設(shè)置有角接觸軸承4。高速變頻電機(jī)1電連接有用于控制高速變頻電機(jī)1轉(zhuǎn)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(jī)3內(nèi)的流動(dòng)情況；船舶柴油機(jī)氣缸所排出的廢氣進(jìn)入到離心式壓氣機(jī)3，在高速變頻電機(jī)1驅(qū)動(dòng)下，按照工作負(fù)荷點(diǎn)流量以及壓比的要求開始對(duì)廢氣進(jìn)行增壓，增壓后的廢氣重新進(jìn)入到船舶柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)參與燃燒；在此過程中會(huì)有少量的廢氣進(jìn)入到離心式壓氣機(jī)3殼體和葉輪11部件間隙內(nèi)，在碳環(huán)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(jī)3殼體內(nèi)；剩余泄漏的廢氣沿著電機(jī)主軸5做圓周運(yùn)動(dòng)并繼續(xù)進(jìn)入半圓法蘭8的扇形腔體16中，在離心力的作用下進(jìn)行進(jìn)一步的分離和沉積到半圓法蘭8結(jié)構(gòu)的底部，在廢氣中分離出的顆粒和液滴最終經(jīng)泄壓孔9排出。

如圖6所示，控制單元主要包括：三相永磁同步電機(jī)與變頻器構(gòu)成調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)(即為圖1中的高速變頻電機(jī))。該船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵(簡(jiǎn)稱EGR泵，圖1中的離心式壓氣機(jī))通過三相永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)通過EGR泵進(jìn)氣口和排氣口的壓力傳感器和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量控制。

永磁直流電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)由永磁提供，所以轉(zhuǎn)子不需要?jiǎng)?lì)磁電流，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的平均效率高于普通三相異步調(diào)頻電機(jī)，并且主磁場(chǎng)恒定，定子電流幾乎全部為有功電流，啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；同時(shí)具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，快速響應(yīng)高等優(yōu)點(diǎn)。

該船舶柴油機(jī)廢氣增壓泵在船用柴油機(jī)低、中、高負(fù)荷時(shí)，工作運(yùn)行點(diǎn)的流量、壓比等參數(shù)是變化的，高速變頻器可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整，同時(shí)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量控制。同時(shí)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟停、軟起，避免啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)使用壽命。

以上描述僅為本申請(qǐng)的較佳實(shí)施例以及對(duì)所運(yùn)用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時(shí)也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進(jìn)行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請(qǐng)中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進(jìn)行互相替換而形成的技術(shù)方案。