高速突击艇低红外辐射排气系统及其安装方法与流程

[0001]
本发明涉及一种高速突击艇低红外辐射排气系统及其安装方法。


背景技术：

[0002]
柴油发动机等内燃机关或锅炉等内燃机中，使用着化石燃料。随着化石燃料的燃烧，会产生含有nox、sox、油分、以及微粒子等的排气，成为环境污染源。因此，人们尝试通过改善燃料、提高燃烧效率、引入排气处理设备等来减少排气中的环境污染源。
[0003]
关于车辆、工厂或火力发电厂等存在于陆地上的设施，已经大致得到了改善。
[0004]
但是，在海上或河流上行驶的船舶中，发动机排气量远大于汽车等，并且几乎没有能够设置排气处理设备的剩余空间。并且，从经济观点出发，难以引入针对陆地的技术和设备。
[0005]
例如，作为处理排气中的nox的技术，已有氨scr(selective ca talyticreduction，选择性催化还原)法。氨scr法是一种使排气中的n ox与氨发生反应，分解为水和氮的方法，已经在陆地上得到了实际运用。但是，氨scr法必须确保大量的氨，因此难以适用于船舶。
[0006]
此外，关于sox，使用洗涤器的氢氧化镁法或石灰-石膏法等已经在陆地上得到了实际运用。而且，作为将它们用于船舶的技术，已有将海水导入洗涤器，使排气中的sox被海水所吸收，然后利用充氧装置使sox氧化为硫酸根离子并加以处理的方法。另外，在排气系统的安装上，目前没有一个较好的安装方式能够避免损伤波纹管等补偿器的方法。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高速突击艇低红外辐射排气系统，采用海水冷却排气，增加消声性能，减少排气中有害成分排放到大气中，增加船上安全。海水注入也减少了排气体积流量，因此可以减少排气系统的重量和尺寸；系统的安装方法则设计巧妙，避免在安装过程中引起的系统排气管等管路变形或安装时的损伤。
[0008]
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种高速突击艇低红外辐射排气系统，包括依次连接的第一排气管、喷射器、消音器总成、第二排气管、补偿器及出口管；喷射器由双壁管构成，双壁管其靠近消音器总成的管口高度上低于双壁管其远离消音器总成的管口，双壁管上设有喷嘴插座，喷嘴插座上安装喷嘴保持器。通过向排气中注入海水来识别由江阴北海提供的每个排气系统。采用海水冷却排气，增加消声性能，减少排气中有害成分排放到大气中，增加船上安全。海水注入也减少了排气体积流量，因此可以减少排气系统的重量和尺寸。在注入器的进口处，将海水注入到排气中，并将排气冷却到大约60℃。从喷射器中，冷却的排气、注入的海水和水蒸气的混合物被引导到下游的消声器中。喷射器也是排气管路的一部分。喷射器上注入装置的设计便于将海水注入排气流以冷却排气。注入海水位于主注入器中，并引入主消声器(二次注入)；注入的海水也降低了噪音，减少了系统的压力。海水在压力下到达喷射器单元，并通过环形双壁腔室循环，直接进入每个单喷嘴保持器
组件。消声器的喷射器部分和喷射器部件的枪托有与腔室双壁一致的穿孔。相关的喷射器喷射器总成用螺栓固定在喷射器座上，用o形环密封。注意，喷嘴必须与排气流量对准。喷雾必须与排气的流向一致。海水通过不同的喷射特性和不同流量的喷嘴进行分散。该喷嘴的设计原理是在特定的压力范围内，针对特定的海水压力，通过喷嘴喷嘴孔的特征体积流量。这种设计要求每次使用一定体积的水，以确保所有的冷却、冲洗和压降都能实现。计算了这个体积，并相应地选择了合适的喷嘴数量和类型。在消声器和喷射器部件的喷射器部分，喷雾方式和喷雾角度保证了气体暴露于较大的水表面积，实现了两种介质之间的有效传热。
[0009]
进一步的技术方案是，在第一排气管、喷射器、消音器总成、第二排气管、补偿器及出口管上至少设有两个支撑元件，支撑元件的一端固定连接在船体上，另一端连接在所述排气系统上。
[0010]
进一步的技术方案是，第一排气管通过柔性波纹管与发动机相连，第一排气管采用不锈钢aisi 316l材质，第一排气管管口出的密封件采用石墨材质。
[0011]
进一步的技术方案为，喷射器采用astm钛合金2级材料制成。
[0012]
进一步的技术方案为，消音器总成通过柔性支撑件固定在舰船结构上；所述第一排气管表面包覆设置隔热层。排气系统的海水注入设计降低了喷射器后的表面温度。在正常情况下，在系统完全运行并符合设计意图的情况下，表面温度约为60℃，这在机械空间中是可接受的设备温度。因此，排气系统只覆盖了隔热层，直到喷射器前的部件。无论喷射器是否喷向下一个部件，由于入口和出口法兰之间的双皮水套，喷射器是冷的。排气系统热段的隔热层被设计成达到相同的表面温度(约60℃)，以与排气管道的其余部分保持平衡。
[0013]
本发明还提供的技术方案为，安装高速突击艇低红外辐射排气系统的方法，包括如下步骤：
[0014]
s1：将出口管与船体上的接口法兰相连；
[0015]
s2：制作补偿器假模并将其与出口管相连；
[0016]
s3：将第二排气管连接到补偿器假模上；
[0017]
s4：将消音器总成安装到第二排气管上；
[0018]
s5：将喷射器安装到消音器总成上；
[0019]
s6：将第一排气管连接到喷射器上；
[0020]
s7：制作发动机补偿器假模及柔性支撑假模，将发动机补偿器假模与第一排气管连接；
[0021]
s8：安装海水供应组件、温度传感器；
[0022]
s9：拆去发动机补偿器假模然后将发动机补偿器提供到安装位置，将发动机补偿器的法兰面与第一排气管的法兰面匹配，发动机补偿器的另一个法兰与柴油发动机的法兰连接；
[0023]
s10：拆去补偿器假模，使用压缩工具压缩补偿器，将密封件插入补偿器与相邻部件的法兰之间，保持补偿器在预定位置；松开压缩工具并取下，将补偿器法兰向配合面移动，使用紧固件将补偿器法兰与相邻部件的法兰固定连接。柔性支撑假模同支撑元件一样，一端固定连接在船体上，另一端连接在所述排气系统(具体是第一排气管、喷射器、消音器总成、第二排气管、补偿器还是出口管，看安装位置及情况灵活选择)上。
[0024]
进一步的技术方案为，补偿器假模与补偿器相仿形。
[0025]
进一步的技术方案为，压缩工具包括一根螺纹杆，螺纹杆上滑动设置两个补偿器夹头，补偿器夹头上设有孔径大于螺纹杆上螺纹外径的圆孔，与螺纹杆适配设有两个调节螺母，两个调节螺母靠近螺纹杆两端设置，两个螺母之间设有前述两个补偿器夹头。
[0026]
消音器总成的主体部分也采用astm钛合金2级材料制成；将主消声器设计成反射式消声器，其主要功能是衰减排气流所携带的声压级。声压脉冲通过声压波的破坏性干扰而衰减。次要功能：允许孔探通过检查口进入内部；放置用于二次喷射的喷嘴固定器总成；容纳仪表元件，以便监测温度；
[0027]
第二排气管是排气管道的一部分。排气管道的所有部分的主要功能是安全引导排气从发动机到排气出口。海水注入后，是一个单独排气管。材料的选择确保耐腐蚀和耐温度循环，以满足容器的设计寿命。所选择的直径满足最大负载下的整个系统反压力规格。排气管道提供了尺寸适当的法兰，以适应将防止任何排气泄漏到船舶的密封。法兰的设计可以接受螺栓规定的扭矩值，从而形成不变形的紧密密封。
[0028]
补偿器与第二排气管之间用螺栓固定装配。根据振动分析结果，补偿器的长度主要由轴向位移和横向位移决定。在选择补偿器时要考虑热膨胀。补偿器采用astm钛2级及不锈钢aisi 316l材质制成；补偿器实现以下主要功能：它吸收热膨胀和热收缩；它能吸收有限的振动；它允许有限的动态轴向偏差时，系统是在使用；它允许有限的动态轴向偏差时，系统是在使用；
[0029]
出水管是排气管道的一部分。排气管道的所有部分的主要功能是安全引导排气从发动机到排气出口。注入海水后为排气海水混合物。材料的选择确保耐腐蚀和耐温度循环，以满足容器的设计寿命。所选择的直径满足最大负载下的整个系统反压力规格。排气管道提供了尺寸适当的法兰，以适应将防止任何排气泄漏到船舶的密封。法兰的设计可以接受螺栓规定的扭矩值，从而形成不变形的紧密密封。接口法兰的主要功能包括对船体渗透的密封，主要是保护船体的完整性，保护船体不受排气管道的伤害，以及支撑排气系统。
[0030]
为了支撑排气系统，将使用支撑元件安装在整个排气系统的专用支架上。与船体交界的支架基础应由船厂提供。为了防止热量传递到容器结构，每个支撑元件都是隔热的。
[0031]
海水供应应由专用的pto(柴油发动机pto(power-take-o ff)是一种动力输出装置，又叫做取力器)驱动的海水泵提供。海水供应系统总成包括泵,过滤器,服务阀,调节阀和通过灵活的软管连接泵的入口和海水管路系统,排放口泵和海水管路系统,和之间的管道系统和管道系统上的喷射器。海水由一个机械驱动的泵供应到注入器单元。泵是安装在发动机的左下方pto位置。在任何情况下，当发动机不运转时，都不可能向排气系统注入海水，从而保证了排气系统海水的正常供应。然而，应急供应可以配置在船舶供水系统可以提供水的地方。为了使系统具有应对振动的灵活性，在供应管道上安装了柔性软管。在海水供应系统内安装了供水阀，以便在使用或维修注入器时进行局部隔离。y形过滤器，位于海水泵入口前，以保持清洁的水通过泵。在所有情况下，有一个紧急海水供应连接到注入器，来自船舶用海水系统。然后，必须在压力表上监测海水压力，必须在供应管道上手动调节流量。
[0032]
为了监测排气系统的表面温度，温度传感器将安装在主消声器进口的专用连接处(从注入点向下)。排气温度传感器具有安全关键功能。
[0033]
因此，该装置应处于完美的技术状态，并应在任何时候进行适当的校准。如果反馈
信号是腐败或单位是在一个坏的状态，它可以导致系统故障。排气温度是系统功能的指示，必须低于规定的最大值。传感器的主要目的是提供一个反馈信号到发动机控制系统(ecs)。该信号具有报警功能。
[0034]
本发明的优点和有益效果在于：采用海水冷却排气，增加消声性能，减少排气中有害成分排放到大气中，增加船上安全。海水注入也减少了排气体积流量，因此可以减少排气系统的重量和尺寸；系统的安装方法则设计巧妙，避免在安装过程中引起的系统排气管等管路变形或安装时的损伤。排气系统的海水注入设计降低了喷射器后的表面温度。在正常情况下，在系统完全运行并符合设计意图的情况下，表面温度约为60℃，这在机械空间中是可接受的设备温度。因此，排气系统只覆盖了隔热层，直到喷射器前的部件。无论喷射器是否喷向下一个部件，由于入口和出口法兰之间的双皮水套，喷射器是冷的。排气系统热段的隔热层被设计成达到相同的表面温度(约60℃)，以与排气管道的其余部分保持平衡。采用仿形的假模先将非柔性的管件连接以便于确定整个排气系统各部件的安装位置，然后拆除假模后再将柔性的管件如波纹管形式的补偿器等连接到排气系统上，避免了柔性部件在安装时的损伤，由于硬性材质假模(如硬塑料或硬橡胶材质的仿形假模)的设置也能够在安装时保证其他部件安装位置的准确并迅速。
附图说明
[0035]
图1是本发明一种高速突击艇低红外辐射排气系统的示意图；
[0036]
图2是本发明中的压缩工具；
[0037]
图3是图2中补偿器夹头的立体示意图；
[0038]
图4是采用图2的压缩工具压缩补偿器的工作状态示意图。
[0039]
图中：1、第一排气管；2、喷射器；3、消音器总成；4、穿舱件；5、第二排气管；6、补偿器；7、出口管；8、支撑元件；9、螺纹杆；10、补偿器夹头；11、圆孔；12、螺母。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0041]
如图1至图4所示，本发明是一种高速突击艇低红外辐射排气系统，包括依次连接的第一排气管1、喷射器2、消音器总成3、第二排气管5、补偿器6及出口管7；喷射器2由双壁管构成，双壁管其靠近消音器总成3的管口高度上低于双壁管其远离消音器总成3的管口，双壁管上设有喷嘴插座，喷嘴插座上安装喷嘴保持器。消音器总成3与第二排气管5之间通过穿舱件4连接在第一排气管1、喷射器2、消音器总成3、第二排气管5、补偿器6及出口管7上至少设有两个支撑元件8，支撑元件8的一端固定连接在船体上，另一端连接在所述排气系统上。第一排气管1通过柔性波纹管与发动机相连，第一排气管1采用不锈钢aisi 316l材质，第一排气管1管口出的密封件采用石墨材质。喷射器2采用astm钛合金2级材料制成。消音器总成3通过柔性支撑件固定在舰船结构上；所述第一排气管1表面包覆设置隔热层。
[0042]
安装高速突击艇低红外辐射排气系统的方法，包括如下步骤：
[0043]
s1：将出口管7与船体上的接口法兰相连；
[0044]
s2：制作补偿器6假模并将其与出口管7相连；
[0045]
s3：将第二排气管5连接到补偿器6假模上；
[0046]
s4：将消音器总成3安装到第二排气管5上；
[0047]
s5：将喷射器2安装到消音器总成3上；
[0048]
s6：将第一排气管1连接到喷射器2上；
[0049]
s7：制作发动机补偿器6假模及柔性支撑假模，将发动机补偿器6假模与第一排气管1连接；
[0050]
s8：安装海水供应组件、温度传感器；
[0051]
s9：拆去发动机补偿器6假模然后将发动机补偿器6提供到安装位置，将发动机补偿器6的法兰面与第一排气管1的法兰面匹配，发动机补偿器6的另一个法兰与柴油发动机的法兰连接；
[0052]
s10：拆去补偿器6假模，使用压缩工具压缩补偿器6，将密封件插入补偿器6与相邻部件的法兰之间，保持补偿器6在预定位置；松开压缩工具并取下，将补偿器6法兰向配合面移动，使用紧固件将补偿器6法兰与相邻部件的法兰固定连接。补偿器6假模与补偿器6相仿形。压缩工具包括一根螺纹杆9，螺纹杆9上滑动设置两个补偿器夹头10，补偿器夹头10上设有孔径大于螺纹杆9上螺纹外径的圆孔11，与螺纹杆9适配设有两个调节螺母12，两个调节螺母12靠近螺纹杆9两端设置，两个螺母12之间设有前述两个补偿器夹头10。
[0053]
其中，柴油发动机采用江阴北海12v2000 m96l型号，其参数如下：功率1432，发动机转速2450，排气流量5.0m
3
/s，排气温度560℃，排气压力(设计)30mbar，排气压力(最大)85mbar，气缸数12，引擎补偿器出口1outlet；
[0054]
在冷却过程中，初始注入海水会引起排气能量的广泛变化。为了冷却排气，冷却水的温度不是关键因素，因为这种能量传递的主要部分是注入的海水蒸发的结果。的冷却水温度升高5c,必要的海水量只会增加大约0.9％。在这种情况下，发动机额定功率为p＝1432[k w].维持排气冷却至约1。发动机满载时，推进式柴油发动机的排气系统的温度范围为60
°-
70℃，为每分钟50升，而最大海水流量不应超过每分钟120升。海水流被准尺寸是65升/分钟的范围在喷射器完整的发动机负载。对于发动机上的任何负载情况，在任何时候，注入器上所需海水供应压力的最小值都是0.3bar或更高。注意：喷射器设计压力为2.5巴。不要超过这个值！各种系统中的排气速度由发动机制造商推荐的排气背压水平决定。用于推进柴油发动机的排气系统干段的排气速度将为48-52米/秒。至于部分下游注水,排气速度将在28-31米/秒的范围。计算排气速度的下游主注入器是有效的混合物冷却排气,注入海水和水蒸气已达到约60
–
70℃。
[0055]
在每个系统正常运行时散热，正常运行时，以下条件为:
[0056]
q热流[w]
[0057]
h热系数假设为14w/m2 k
[0058]
假设机舱空气流速为1m/s
[0059]
tm恒温空气机舱30℃
[0060]
te排气组件表面温度70℃
[0061]
a表面积16,06m2
[0062]
假设空气为h＝12√(1)+2≈14
[0063]
q＝h a(te-tm)
[0064]
q＝89936w＝9kw
[0065]
每个系统在紧急操作(海水冷却损失)时停止加热，在紧急运行时，以下条件是:
[0066]
q热流[w]
[0067]
h热系数假设14w/m2 k
[0068]
假设机舱内空气流速为1m/s
[0069]
tm恒温空气机舱30℃
[0070]
te排气组件表面温度560℃
[0071]
a表面积1606m
2
[0072]
假设空气为h＝12√(1)+2≈14
[0073]
q＝h a(te-tm)
[0074]
q＝1191652w＝1191kw；
[0075]
各相邻部件或相邻管件间法兰连接的方式如下：
[0076]
用三套紧固件临时固定法兰连接位置，确保紧固件的位置能够在法兰之间进行密封安装，然后把螺母拧紧；
[0077]
使用距离件，例如32
×
5
×
250mm的金属矩形棒，以便在法兰之间为密封安装创造必要的空间。密封厚度为2毫米；根据相关项目清单和装配图小心插入密封。确保距离件和密封件之间没有接触；使用四套紧固件确保密封的位置，然后，移开距离片；安装其余的紧固件并用手拧紧它们。
[0078]
带接口法兰的出口管到船体渗透组件的安装方式如下：
[0079]
提供带有接口法兰的出水管放置到船体渗透安装位置。将接口法兰法兰面与船体贯入法兰法兰面匹配。注:按项目清单和装配图的相关密封件必须按相同顺序安装。用三套紧固件临时固定出水管与船体，具体位置是在船体穿入的接口法兰位置。用手拧紧螺栓。检查与船体穿透的接口法兰连接的出口管是否在正确的位置。使用其余的紧固件，并用手拉紧它们。
[0080]
补偿器的安装
[0081]
在用补偿器替换补偿器假模之后，密封将在安装的后期进行安装。提供安装位置的相关假模。将哑法兰法兰面与出水管法兰法兰面匹配；注:补偿器安装时将按项目清单及装配图安装相关密封。使用相关的紧固件并用手拧紧它们。把紧固件拧紧。不要超过螺栓的承载能力。请注意，在更换补偿器假模期间将使用其余的紧固件。
[0082]
第二排气管的安装方式如下：
[0083]
提供第二排气管到安装位置。将假法兰法兰面与第二排气管法兰法兰面相匹配。注:补偿器安装时需按项目清单及装配图插入相关密封。使用相关的紧固件并用手拧紧它们。把紧固件拧紧。不要超过螺栓的承载能力。请注意，在更换补偿器假模期间将使用其余的紧固件。
[0084]
舱壁渗透组装件的安装方式如下：
[0085]
从排气管上画出法兰上的舱壁渗透密封。在液体肥皂的帮助下，按照当前图纸正确放置密封。将分隔法兰放置在密封的两侧，用三套紧固件固定位置。用手拧紧螺栓。检查舱壁渗透密封是否在正确的位置。使用其余的紧固件，并用手拉紧它们。
[0086]
主要消音器总成的安装步骤如下：
[0087]
提供主消声器到安装位置。将主消声器法兰面与第二排气管法兰面匹配。在这个部件的出口侧用三套紧固件固定主消音器的位置。确保紧固件的位置能够在法兰之间进行密封安装。密封厚度为2毫米。用手把螺母拧紧。根据项目清单和装配图插入相关印章。检查主消音器是否在正确的位置。使用其余的紧固件，并用手拉紧它们。
[0088]
柔性支撑的安装步骤如下：
[0089]
将两个柔性支架安装在排气系统的相关支架上.找到并标记在船体上铝元素的正确位置，以焊接和调整，并削减螺纹杆，如果必要。注:在柔性支撑元件安装正确后，螺纹杆应通过自旋螺母，至少转动2圈。在铝元件焊接到船体之前，要保护排气系统。正确焊接船体结构中的铝元素。用螺母拧紧柔性支架，使排气系统安装部件处于正确的位置。检查安装的组件是否处于正确的位置。用计数螺母固定安装部件的位置。
[0090]
喷射器的安装步骤如下：
[0091]
提供主喷射器到安装位置。将主喷射器法兰面与主消声器法兰面匹配。在该组件的出口侧使用三套紧固件来确保主喷射器的位置。确保紧固件的位置能够在法兰之间进行密封安装。密封厚度为2毫米。用手把螺母拧紧；检查主喷射器是否在正确位置上，使用四套紧固件来确保密封位置。使用其余的紧固件，并用手拉紧它们。
[0092]
第一排气管总成的安装步骤如下：
[0093]
拆下发动机补偿器，放置排气管号。根据相关布置图，放置在正确的位置.固定排气管的位置。在该组件的出口端使用三套紧固件。确保紧固件的位置能够在法兰之间进行密封安装。密封厚度为2毫米。用手把螺母拧紧；根据项目清单和装配图插入相关印章.使用其余的紧固件，并用手将其拧紧在第一排气管的进口处标记适当的长度。请注意，只有在主喷射器根据相关发动机出口处于正确位置时，才能执行此安装步骤。切断第一排气管根据标记。确保发动机和排气系统上的所有开口都盖好了焊接法兰到第一排气管的进口。确保发动机和排气系统上的所有开口都被适当地盖上，并保护发动机和排气系统本身免受焊接飞溅；安装发动机补偿器假模。将紧固件插入补偿器假法兰和歧管法兰以及发动机法兰之间，以确保位置并用手拧紧；安装相关的柔性支撑假模；定义柔性支撑的反托架的位置。焊接反托架到容器结构。然后将紧固件插入柔性假模与反托架之间并拧紧；请注意，在隔热层安装完成之前，应将柔性支撑假模放置在适当的位置。为了正确安装其余组件，建议这样做。保温安装时，应将柔性支撑假人替换为相应的柔性元件和垫片。
[0094]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。