CN106762789A - 一种半圆法兰结构及船舶柴油机废气增压泵 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半圆法兰结构及船舶柴油机废气增压泵，属于内燃机领域，该船舶柴油机废气增压泵包括高速变频电机和离心式压气机，高速变频电机底部设置有支架，所述高速变频电机与所述离心式压气机同轴连接，所述高速变频电机和离心式压气机连接处之间设置有半圆法兰结构，所述通孔与所述离心式压气机的气流通道连通。本发明密封结构简单，密封效果好且成本低，可靠性强。

Description

一种半圆法兰结构及船舶柴油机废气增压泵

技术领域

本发明涉及内燃机领域，具体涉及一种半圆法兰结构及船舶柴油机废气增压泵。

背景技术

柴油机是内燃机的一种，柴油机的主要特点是输出扭矩大，常用于驱动大型运输工具。现如今，为了满足节能减排的需求，很多内燃机开发了EGR废气增压技术，但是绝大部分仅限于汽油机或其他小排量的柴油机，例如汽车或摩托车领域，而对于船舶柴油机燃用重油，流经机废气增压泵的介质为柴油机的再循环废气，含有颗粒物、硫化物、水颗粒等，同时船舶柴油机EGR废气流量大这就会导致部分废气进入到电机高速旋转的轴承间隙，废气中的颗粒以及硫化物对电机造成损坏，降低了使用寿命。

虽然在MAN Diesel&Turbo公司研制的ETB系列电动泵，高速变频电机使用油路强制润滑，采用外部密封空气对悬浮轴承密封，防止再循环废气进入电机壳体及电机润滑油进入压气机壳体，但是需要额外的压缩空气供给管路和气源，并对压力进行控制；同时，EGR泵壳体上必须设计密封孔道和密封接口，结构相对复杂。

其中，EGR：排气再循环(Exhaust Gas Recirculation)，内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术(手法或方法)。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NOx)与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明目的在于提供一种半圆法兰结构及船舶柴油机废气增压泵。

根据本发明的一个方面，提供了一种半圆法兰结构，该半圆法兰结构包括弧形环体和盖板；盖板通过所述弧形环体的两端与所述弧形环体的顶部固定连接，盖板与所述弧形环体围成一腔体，腔体具体为扇形腔体，扇形腔体底部开有泄压孔；盖板中部为弧形凸起，弧形凸起下方放置转子，由于转子是转动的，转子周围的各种气体及颗粒均绕着转子做圆周运动，当进入到扇形腔体时，圆周运动会被腔体结构限制无法继续进行，所以在离心力的作用下，气体及颗粒会逐渐沉积在半圆法兰底部并从泄压孔泄出。

根据本发明的另一个方面，提供了一种船舶柴油机废气增压泵，该船舶柴油机废气增压泵包括高速变频电机和离心式压气机，高速变频电机底部设置有支架，为使废气增压泵外形结构紧凑，较好的方法是采用高速变频电机驱动叶轮的方式，所以高速变频电机与离心式压气机同轴连接，高速变频电机和离心式压气机连接处之间设置有一种半圆法兰结构，半圆法兰将高速变频电机和离心式压气机通过高强度连接螺栓夹紧连接。在半圆法兰结构的影响下，再循环废气产生离心旋转，颗粒和液滴汇集在下面。通孔与离心式压气机的气流通道连通。

离心式压气机包括壳体，壳体内部设置有叶轮，叶轮与壳体间设计有碳环密封，以此将大部分EGR气体密封在压气机壳体内。

其中，碳环密封多属于浮环密封气体节流式非接触密封。密封原理是靠密封气体在浮环与轴套之间形成气膜，产生节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧，由于离心式压气的叶片转动时，高速变频电机的主轴气压小，这样可以有效地防止废气进入到高速变频电机的轴承间隙中，从而降低了颗粒以及硫化物对电机造成损坏。然而，当离心式压气机内没有气体阻抗或气体阻抗时，存在一定的泄漏量。

所以为了进一步增强离心式压气机对高频变速电机主轴的密封性，在叶轮与所述壳体间还设计有迷宫密封，迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。

高速变频电机与所述离心式压气机通过直联方式连接，其中，其具体为离心式压气机的叶轮的伸出轴与高速变频电机主轴通过端面齿自动对中，通过拉紧螺栓和旋转螺母进行连接。

端面齿外圈安装有衬套，衬套可以有效地对端面齿进行保护。高速变频电机的主轴在实际工作中会频繁的启动或长期运行，为了增强主轴的耐久性，在高速变频电机的主轴的前后端各设置有角接触轴承，轴承采用油脂润滑。

高速变频电机电连接有用于控制高速变频电机转速的控制单元。

本发明的有益效果是：

1.本发明示例的半圆法兰结构，设置有泄压孔，及时将泄漏到电机部件的颗粒和液滴排出，密封结构简单可靠，不易发生密封失效，有效解决了从压气机壳体泄漏的EGR废气中颗粒等对电机传动轴造成的不良影响，降低发生电机轴划伤、卡滞等故障的机率、保护了电机的可靠运行；

2.本发明示例的船舶柴油机废弃增压泵，采用了迷宫密封和碳环密封的组合，预防离心式压气机吸入的废气杂质引起高速变频电机主轴和轴承的磨损；

3.本发明整体密封结构简单，成本低，便于维护。

4.采用迷宫密封以及碳环密封两者相结合的密封方法，密封效果好，成本低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明示例的船舶柴油机废气增压泵结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明示例的船舶柴油机废气增压泵内部结构示意图；

图4为本发明示例的半圆法兰结构；

图5为本发明示例的弧形环体结构示意图；

图6为本发明示例的控制单元的控制连接框图。

图中：1.高速变频电机，2.支架，3.离心式压气机，4.角接触轴承，5.电机主轴/转子，6.衬套，7.高强度连接螺栓，8.半圆法兰，9.泄压孔，10.拉紧螺栓，11.叶轮，12.端面齿，13.旋转螺母，14.碳环密封，15.迷宫密封，16.扇形腔体，17.弧形环体，18.弧形凸起，19.盖板，20.连接孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图4和图5所示，一种半圆法兰8结构，该半圆法兰8结构包括弧形环体17和盖板19；盖板19通过所述弧形环体17的两端与弧形环体17的顶部固定连接，其固定连接方式为螺栓配合连接，盖板19与所述弧形环体17围成一扇形腔体16，扇形腔体16底部开有泄压孔9；所述盖板19中部为弧形凸起18，弧形凸起18下方放置转子5，由于转子5是转动的，转子5周围的各种气体及颗粒均绕着转子5做圆周运动，当进入到扇形腔体16时，圆周运动会被腔体结构限制无法继续进行，所以在离心力的作用下，气体及颗粒会逐渐沉积在半圆法兰8底部并从泄压孔9泄出。

实施例2

如图1-图5所示，一种船舶柴油机废气增压泵，该船舶柴油机废气增压泵包括高速变频电机1和离心式压气机3，高速变频电机1底部设置有支架2，高速变频电机1与离心式压气机3同轴连接，高速变频电机1和离心式压气机3连接处之间设置有实施例1所述的半圆法兰8结构，其具体的连接方式是：半圆法兰8结构通过弧形环体17上的连接孔20与离心式压气机3通过螺栓方式连接，然后电机主轴5穿过弧形凸起18的下方。

通孔与离心式压气机3的气流通道连通。离心式压气机3包括壳体，壳体内部设置有叶轮11，叶轮11与壳体间设计有碳环密封14，以此将大部分废气密封在压气机壳体内。所述叶轮11与所述壳体间还设计有迷宫密封15，废气先经过碳环密封14，再经过迷宫密封15，碳环密封14采用的耐磨材料是M2540；迷宫密封15采用常用的迷宫密封15即凹槽结构，气流经过凹槽后压力会降低，具有简单密封作用，迷宫密封15采用的耐磨材料是LD5。高速变频电机1与所述离心式压气机3通过直联方式连接，其中，半圆法兰8将高速变频电机1和离心式压气机3的通过高强度连接螺栓7夹紧连接，离心式压气机3的叶轮11的伸出轴与高速变频电机1主轴通过端面齿12自动对中，通过拉紧螺栓10和旋转螺母13进行连接。端面齿12外圈安装有衬套6。高速变频电机1的主轴的前后端各设置有角接触轴承4。高速变频电机1电连接有用于控制高速变频电机1转速的控制单元。

如图3所示，图3中黑色箭头表示废气在离心式压气机3内的流动情况；船舶柴油机气缸所排出的废气进入到离心式压气机3，在高速变频电机1驱动下，按照工作负荷点流量以及压比的要求开始对废气进行增压，增压后的废气重新进入到船舶柴油机进气***参与燃烧；在此过程中会有少量的废气进入到离心式压气机3壳体和叶轮11部件间隙内，在碳环密封14和迷宫密封15作用下，其中的大部分颗粒和液滴阻拦在离心式压气机3壳体内；剩余泄漏的废气沿着电机主轴5做圆周运动并继续进入半圆法兰8的扇形腔体16中，在离心力的作用下进行进一步的分离和沉积到半圆法兰8结构的底部，在废气中分离出的颗粒和液滴最终经泄压孔9排出。

如图6所示，控制单元主要包括：三相永磁同步电机与变频器构成调速传动***(即为图1中的高速变频电机)。该船舶柴油机废气增压泵(简称EGR泵，图1中的离心式压气机)通过三相永磁同步电机的转速进行调整，同时通过EGR泵进气口和排气口的压力传感器和温度传感器实现闭环矢量控制。

永磁直流电机的励磁磁场由永磁提供，所以转子不需要励磁电流，在整个调速范围内的平均效率高于普通三相异步调频电机，并且主磁场恒定，定子电流几乎全部为有功电流，启动电流小、启动转矩大；同时具有转动惯量小，快速响应高等优点。

该船舶柴油机废气增压泵在船用柴油机低、中、高负荷时，工作运行点的流量、压比等参数是变化的，高速变频器可以实现电机转速调整，同时实现闭环矢量控制。同时实现电动机的软停、软起，避免启动时的电压冲击和启动转矩冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种半圆法兰结构，其特征是，该半圆法兰结构包括弧形环体和盖板；所述盖板通过所述弧形环体的两端与所述弧形环体的顶部固定连接，所述盖板与所述弧形环体围成一腔体，所述腔体底部开有泄压孔；所述盖板中部为弧形凸起。

2.根据权利要求1所述的半圆法兰结构，其特征是，所述的弧形环体为半圆弧形结构，所述的盖板为中部有弧形凸起的矩形板体结构。

3.一种船舶柴油机废气增压泵，其特征是，该船舶柴油机废气增压泵包括高速变频电机和离心式压气机，所述高速变频电机与所述离心式压气机同轴连接，所述高速变频电机和离心式压气机连接处设置有权利要求1-2任意一项所述的半圆法兰结构，所述通孔与所述离心式压气机的气流通道连通。

4.根据权利要求3所述的船舶柴油机废气增压泵，其特征是，所述离心式压气机包括壳体，壳体内部设置有叶轮，所述叶轮与所述壳体间设置有碳环密封。

5.根据权利要求4所述的船舶柴油机废气增压泵，其特征是，所述叶轮与所述壳体间还设置有迷宫密封。

6.根据权利要求5所述的船舶柴油机废气增压泵，其特征是，所述高速变频电机与所述离心式压气机通过直联方式连接，其中，所述离心式压气机的叶轮的伸出轴与高速变频电机主轴通过端面齿自动对中，通过拉紧螺栓和旋转螺母进行连接。

7.根据权利要求6所述的船舶柴油机废气增压泵，其特征是，所述端面齿外圈安装有衬套。

8.根据权利要求7所述的船舶柴油机废气增压泵，其特征是，所述高速变频电机的主轴的前后端各设置有角接触轴承。

9.根据权利要求8所述的船舶柴油机废气增压泵，其特征是，所述高速变频电机电连接有用于控制高速变频电机转速的控制单元。