一种防爆柴油机自冷却排气系统技术方案

本发明专利技术公开了一种防爆柴油机自冷却排气系统，所述排气系统是由无叶片式涡轮机及其排气系统与水冷却系统构成，其无叶片式涡轮机是位于防爆柴油机水夹套排气管与排气栅栏之间；其排气系统是将柴油机排出气体分为两路，并分别对称、切向切入无叶片式涡轮机壳体内，再经依次通过滤网水回收器、排气栅栏和排气尾管排出；其自冷却系统是在无叶片式涡轮机的输出轴端头连接并驱动水泵旋转，水泵出水口经两条喷水软管分别对称、切向切入无叶片式涡轮机壳体内与冷却水进行混合，后经水夹套出口管及滤网水回收器回流到储水箱。本防爆柴油机整体体积小，结构简单，动力性、排放性和经济性较高，排放气体指标符合MT990-2006的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种防爆柴油机自冷却排气系统
本专利技术涉及一种防爆柴油机的排气系统，尤其是一种应用无叶片式涡轮机回收排气热能、降低背压、减小排气系统体积的防爆柴油机自冷却排气系统。
技术介绍
防爆柴油机是一种用于爆炸性气体环境的柴油机，具有防爆性能，在爆炸性环境中工作不会点燃环境气体，且排放气体指标符合MT990-2006的要求。现有防爆柴油机排气系统是由水夹套排气歧管、水夹套排气管、冷却水洗箱以及阻火器等构成。其中冷却水洗箱在排气系统中用水做介质，其主要作用是消焰除尘，特别是降温不可或缺的重要作用。因此，特别需要较大体积的储水箱来满足柴油机的排气降温需求。由此防爆柴油机排气系统由于冷却水洗箱的存在，导致其总体积过大，排气背压增大，这使得柴油机燃料燃烧效率下降，燃油经济性降低，同时降低了柴油机的输出功率，动力性下降。因此，降低防爆柴油机总体积和排气系统阻力，会大幅度改善和提高防爆柴油机的使用性能。公开报道的现有技术，如公开号为CN202645697U的一种“矿用干式防爆柴油机排气系统”的技术专利；公开号为CN103758624A的一种“煤矿用防爆柴油机冷却循环系统”的专利技术专利；公开号为CN103603717A的一种“内外双循环水冷却系统大功率防爆柴油机”的专利技术专利；公开号为CN103233799A的一种“一种大功率防爆柴油机”的专利技术专利，以及其他公开的一些现有技术，这些公开报道的现有技术大都集中在原机系统基础上所进行的改进，如在防爆柴油机原机冷却系统的基础上，采用单独的散热器，采用水泵对排气系统进行冷却，研究排气冷却系统中的废气净化箱结构，并对废气净化箱内的排气管半径进行优化设计等原机结构进行改进，还未有对防爆柴油机的排气系统做出进一步改进的现有技术。现有无叶片式涡轮机以“流体边界层效应”作为工作原理，靠近圆盘壁面的流体速度很低，流体速度方向平行于壁面，避免了粒子与转子的直接冲击。实验表明：经过合理设计的无叶片式涡轮机效率高达75%以上。将无叶片式涡轮机引入防爆柴油机的排气系统中，特别是用于自冷却排气系统中，排气进入自冷却系统，驱动无叶片式涡轮机工作，无叶片式涡轮机输出轴驱动柱塞泵，作为喷水的动力来源向无叶片式涡轮机内喷水，以此实现热能自回收利用，进一步降低排气背压，减少排气系统体积，尾气最终经过滤网和排气栅栏排入环境，有望改善排放性、动力性和经济性等多方面的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防爆柴油机自冷却排气系统，以解决防爆柴油机系统总体积过大，动力性、排放性和经济性不足的问题。本专利技术上述目的及问题是通过以下技术方案实现的。一种防爆柴油机自冷却排气系统，包括无叶片式涡轮机及其排气系统与水冷却系统，其特征在于：所述无叶片式涡轮机是位于防爆柴油机的水夹套排气管与排气栅栏之间连通于一体；所述排气系统是防爆柴油机的排气管经水夹套排气管由两路水夹套排气软管分设为两路，两路水夹套排气软管端头分别设置有排气入口插头，并将两个排气入口插头分别对称、切向切入于无叶片式涡轮机的壳体外圆周面并向内延伸，将高温气体排入无叶片式涡轮机的壳体内进行冷却降尘，再经无叶片式涡轮机出口设置的水夹套出口管依次通过滤网水回收器、排气栅栏、排气尾管及其排气温度传感器排出；所述水冷却系统是包括水夹套冷却系统和自冷却系统，其水夹套冷却系统是防爆柴油机的冷却水进出口通过管道连通有水夹套排气管、无叶片式涡轮机冷却水套和无叶片式涡轮机水夹套出口管进行循环冷却；其自冷却系统是在无叶片式涡轮机输出轴端头连通并驱动水泵旋转，水泵进口由泵水管连通有储水箱；水泵出口处连通有两条喷水软管及其端头安设的水喷嘴插头，并将两个水喷嘴插头分别对称、切向切入于无叶片式涡轮机的壳体外圆周面上，切向喷入无叶片式涡轮机内，防爆柴油机排出的高温气体与冷却水进行混合，后将气水混合物通过无叶片式涡轮机出口设置的水夹套出口管由滤网水回收器冷凝，再由回流管回流至储水箱。进一步地，上述技术方案的附加技术特征如下。所述无叶片式涡轮机的转子转速是≥10000rpm，并与防爆柴油机的转速成正比关系。所述水夹套排气软管是由至少两路水夹套排气软管分别对称、切向切入设置构成。所述水冷却系统的喷水软管是由至少两路相应的喷水软管分别对称、切向切入设置构成。所述无叶片式涡轮机、水夹套排气管、水夹套排气软管、无叶片式涡轮机水夹套出口管、排气栅栏和排气尾管工作的外表面温度是≤150℃。所述排气尾管排出的环境温度≤70℃。所述排气栅栏、滤网水回收器与储水箱是水平设置的所述防爆柴油机自冷却排气装置的排气方法是启动防爆柴油机时，监测排气温度传感器的排气温度，若低于上限值，防爆柴油机正常工作，无叶片式涡轮机内部转子在排气剪切力作用下进行排气，水蒸气和液态水经无叶片式涡轮机进入回流管内，液态水及其水蒸气在金属丝滤网的作用下回流至储水箱；若接近上限值，ECU控制水泵加大供水量进行冷却；若超出上限值，ECU控制防爆柴油机停止工作。实施上述本专利技术所提供的一种防爆柴油机自冷却排气装置，以自冷却排气装置替代水洗箱，利用排气所携带的热能驱动无叶片式涡轮机旋转，无叶片式涡轮机驱动柱塞泵旋转提供冷却水，对防爆柴油机排出的高温气体进行降温净化处理，其排放气体指标符合MT990-2006的要求。与现有爆柴油机相比，本专利技术省去了庞大的水洗箱结构，减小了体积，因此也降低了排气背压，净化了尾气，回收了热能并利用；同时也使防爆柴油机的动力性、经济性和排放性得到了大大地改善，进一步提高了防爆柴油机的技术含量，拓宽了防爆柴油机的应用市场。附图说明图1是本防爆柴油机与自冷却防爆排气系统一体化结构示意图。图2是本自冷却防爆排气系统结构示意图。图3是本自冷却防爆排气系统中无叶片式涡轮机的结构示意图。图4是图3无叶片式涡轮机沿A-A线的剖视结构示意图。图5是图2自冷却防爆排气系统中滤网水回收器的内部结构示意图。图6是图5滤网水回收器沿B-B线的剖视结构示意图。图中：1：防爆柴油机；2：自冷却排气装置；3：水夹套排气管；4：水夹套排气软管；5：排气入口插头；6：无叶片式涡轮机；7：无叶片式涡轮机水夹套出口管；8：水喷嘴插头；9：喷水软管；10：泵水管；11：水泵；12：储水箱；13：回流管；14：滤网水回收器；15：排气栅栏；16：排气尾管；17：无叶片式涡轮机出口；18：排气入口；19：喷水入口；20：金属丝滤网；21：滤网水回收器入口；22：滤网水回收器排气口；23：滤网水回收器排水口；24：排气温度传感器；25：水位传感器；26：ECU；27：水套进水管；28：水套出水管；29：水套进水接口；30：水套出水接口；31：无叶片式涡轮机冷却水套；32：无叶片式涡轮机输出轴。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的详细说明，以使本专业的中等技术人员能够实现为准。如附图1、附图2、附图3、附图4、附图5和附图6所述，实施本专利技术上述所提供的一种防爆柴油机自冷却排气系统，包括无叶片式涡轮机及其排气系统和水冷却系统，其中，水夹套排气管3安装在发动机排气管3与排气栅栏15之间并连通固定于一体，水夹套排气管3上连通有两条水夹层排气软管4，两条水夹层排气软管4的一端连通到水夹层排气管3上，另一端连通并分别设置有排气入口插头5，并分别安装在无叶片式涡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防爆柴油机自冷却排气系统，包括无叶片式涡轮机及其排气系统与水冷却系统，其特征在于：所述无叶片式涡轮机[6]是位于防爆柴油机的水夹套排气管[3]与排气栅栏[15]之间连通于一体；所述排气系统是防爆柴油机[1]的排气管经水夹套排气管[3]由两路水夹套排气软管[4]分设为两路，两路水夹套排气软管[4]端头分别设置有排气入口插头[5]，并将两个排气入口插头[5]分别对称、切向切入于无叶片式涡轮机[6]的壳体外圆周面并向内延伸，将高温气体排入无叶片式涡轮机[6]的壳体内进行冷却降尘，再经无叶片式涡轮机出口[17]设置的水夹套出口管[7]依次通过滤网水回收器[14]、排气栅栏[15]、排气尾管[16]及其排气温度传感器[24]排出；所述水冷却系统是包括水夹套冷却系统和自冷却系统，其水夹套冷却系统是防爆柴油机[1]的冷却水进出口通过管道连通有水夹套排气管[3]、无叶片式涡轮机冷却水套[31]和无叶片式涡轮机水夹套出口管[7]进行循环冷却；其自冷却系统是在无叶片式涡轮机输出轴[32]的端头连接并驱动水泵[11]工作，水泵[11]的进口由泵水管[10]连通有储水箱[12]；水泵[11]的出口处连通有两条喷水软管[9]及其端头安设的水喷嘴插头[8]，并将两个水喷嘴插头[8]分别对称、切向切入于无叶片式涡轮机[6]的壳体外圆周面上，并切向喷入无叶片式涡轮机[6]内，防爆柴油机[1]排出的高温气体与冷却水进行混合，后将气水混合物通过无叶片式涡轮机出口[17]设置的无叶片式涡轮机水夹套出口管[7]由滤网水回收器[14]冷凝，再由回流管[13]回流至储水箱[12]。...

【技术特征摘要】
1.一种防爆柴油机自冷却排气系统，包括无叶片式涡轮机及其排气系统与水冷却系统，其特征在于：所述无叶片式涡轮机[6]是位于防爆柴油机的水夹套排气管[3]与排气栅栏[15]之间连通于一体；所述排气系统是防爆柴油机[1]的排气管经水夹套排气管[3]由两路水夹套排气软管[4]分设为两路，两路水夹套排气软管[4]端头分别设置有排气入口插头[5]，并将两个排气入口插头[5]分别对称、切向切入于无叶片式涡轮机[6]的壳体外圆周面并向内延伸，将高温气体排入无叶片式涡轮机[6]的壳体内进行冷却降尘，再经无叶片式涡轮机出口[17]设置的水夹套出口管[7]依次通过滤网水回收器[14]、排气栅栏[15]、排气尾管[16]及其排气温度传感器[24]排出；所述水冷却系统是包括水夹套冷却系统和自冷却系统，其水夹套冷却系统是防爆柴油机[1]的冷却水进出口通过管道连通有水夹套排气管[3]、无叶片式涡轮机冷却水套[31]和无叶片式涡轮机水夹套出口管[7]进行循环冷却；其自冷却系统是在无叶片式涡轮机输出轴[32]的端头连接并驱动水泵[11]工作，水泵[11]的进口由泵水管[10]连通有储水箱[12]；水泵[11]的出口处连通有两条喷水软管[9]及其端头安设的水喷嘴插头[8]，并将两个水喷嘴插头[8]分别对称、切向切入于无叶片式涡轮机[6]的壳体外圆周面上，并切向喷入无叶片式涡轮机[6]内，防爆柴油机[1]排出的高温气体与冷却水进行混合，后将气水混合物通过无叶片式涡轮机出口[17]设置的无叶片式涡轮机水夹套出口管[7]由滤网水回收器[14]冷凝，再由回流管[13]回流至储水箱[12]。2.如权利要求1所述的防爆柴油机自冷却排气系统，其特征在于：所述无叶片式涡轮机[6]的转子转速是≥10000rpm，并与防爆柴油机[1]的转速成正比关系。3.如权利要求1所述的防爆柴油机自冷却排气系统，其特征在于：所述排气系...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建军，白宏峰，王铁，王东飞，王伟林，韩卫，
申请(专利权)人：山西潞安矿业集团有限责任公司，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14