本发明涉及一种用于防爆柴油机的防爆水冷增压器。
背景技术：
由于煤矿井下巷道通风条件有限，且含有瓦斯气体，所以只有经过防爆设计改造后的防爆柴油机才能在井下使用。防爆水冷增压器作为防爆柴油机的核心部件，其性能优劣直接影响到防爆柴油机的动力性、经济性及有害物排放。
中国专利文献CN203809104U（申请号为201320873299.2）提出一种水冷式防爆可变增压装置，包括压气机、中间体和涡轮机，它是利用防爆柴油机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入防爆柴油机的气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，增压压力会更大。
现有技术的防爆水冷增压器存在以下两点不足：一是增压压力不可调节，导致防爆水冷增压器的增压压力在满足防爆柴油机低速工况进气量要求时，高速工况增压压力过高，进气量偏多，使柴油机排温过高，有害物NOx排放大大增加，严重污染煤矿井下作业环境。防爆水冷增压器的增压压力在满足防爆柴油机高速工况进气量要求时，低速工况增压压力不足，进气量偏少，使得增压器的效率较低。二是由于涡壳进气法兰上不仅具有涡壳进气口，而且具有涡壳进水口，当防爆柴油机的水冷排气歧管与防爆水冷增压器连接处的垫片在高温废气作用下损坏时，涡壳进水口的水会进入涡壳进气口，导致最后水进入防爆柴油机的气缸内而损坏防爆柴油机，即可靠性差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种增压压力可调、可靠性较好的用于防爆柴油机的防爆水冷增压器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：本发明的防爆水冷增压器包括涡轮机、中间体和压气机；涡轮机、中间体和压气机依次固定连接；所述涡轮机具有涡壳和涡轮，所述涡轮转动连接在涡壳中；所述压气机具有压气机壳；所述涡壳包括进气法兰、涡壳体和出气法兰；所述涡壳体上设有废气流道和冷却水道；所述涡轮设置在废气流道中；所述进气法兰具有进气口；所述出气法兰具有出气口；所述进气口和出气口均与废气流道连通；其结构特点是：
还包括废气旁通机构；所述废气旁通机构包括硅胶管、隔膜阀、摇臂和废气旁通阀；所述涡壳体上还设有放气阀孔和旁通阀安装孔；所述的旁通阀安装孔的一个端口朝向外界，另一个端口与出气法兰的出气口相连通；放气阀孔的一个端口开设在进气口的内壁上或者是废气流道的接近进气口的位置处，另一个端口作为放气口则位于旁通阀安装孔的中间部位处；所述压气机壳上设有出气小管且出气小管与压气机壳的内腔连通；所述隔膜阀包括壳体、隔膜阀进气管、膜片、内活塞、活塞弹簧和推杆；膜片、内活塞和活塞弹簧均设置在壳体中；隔膜阀由其壳体直接或间接固定连接在涡壳上；所述膜片为弹性元件且包括法兰部和筒体部；所述法兰部固定连接在壳体上；所述隔膜阀的进气管设置在壳体上且与壳体的内腔连通；所述推杆与壳体滑动连接，且推杆的下端与摇臂的一端转动连接；所述内活塞与推杆的上端固定连接且内活塞抵靠在膜片的筒体部的上端部位上；所述活塞弹簧的下端抵靠在壳体上，上端抵靠在内活塞上；所述硅胶管一端连接在出气小管上且硅胶管的内腔通过出气小管而与压气机壳31的内腔连通，硅胶管另一端连接在隔膜阀的进气管上，且硅胶管的内腔通过隔膜阀的进气管而与壳体的内腔连通；所述废气旁通阀包括转轴、转臂、阀门和密封套管；所述密封套管安装在涡壳体的旁通阀安装孔内；所述转轴转动连接在密封套管上且转轴的外端头与摇臂的另一端固定连接；所述转臂固定连接在转轴的内端头上；所述阀门固定连接在转臂上；阀门设置在涡壳体的放气阀孔的放气口处。
所述的防爆水冷增压器的涡壳体上具有进水口和出水口；所述进水口和出水口均与冷却水道连通。
所述的防爆水冷增压器的冷却水道延伸至涡壳的进气法兰处，且与进气法兰的外端面不相通。
所述的防爆水冷增压器的冷却水道的直径为10-12mm。
所述的防爆水冷增压器的密封套管设置在涡壳体的旁通阀安装孔内的靠近外界的一段处，该处的四周均设有冷却水道。
所述的防爆水冷增压器的涡壳体上还设有涡壳排汽口、工艺孔和安装孔；安装孔用于安装废气旁通阀的转臂和阀门。
所述的防爆水冷增压器还包括隔膜阀支架；所述隔膜阀支架通过螺栓固定连接在涡壳体上；所述壳体固定连接在隔膜阀支架上。
所述的防爆水冷增压器的推杆的下端头通过销轴与摇臂的一端转动连接。
所述的防爆水冷增压器的涡壳进水口、涡壳出水口、涡壳排汽口和工艺孔的端口均设置有内螺纹。
本发明取得的有益效果是：（1）由于压气机壳的出气小管与隔膜阀的进气管通过硅胶管相连，当压气机增压压力较低时，膜片在活塞弹簧的作用下上移，并带动推杆及摇臂将废气旁通阀的阀门关闭，使所有废气驱动涡轮以实现进气增压。当增压压力较高时，增压压力克服活塞弹簧的弹力，推动膜片下移，并带动推杆及摇臂将废气旁通阀的阀门打开，使部分废气不经过涡轮而直接经过放气阀孔后而由涡壳的出气口排出，从而达到控制增压压力及增压器转速的目的，实现增压压力可调。（2）由于本发明的涡壳体上具有进水口和出水口，因而涡壳进气法兰上不需要设置涡壳进水口。当防爆柴油机的水冷排气歧管与防爆水冷增压器连接处的垫片在高温废气作用下损坏时，涡壳进水口的水不会进入涡壳进气口，也不会进入防爆柴油机的气缸内而损坏防爆柴油机，即可靠性好。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，也是图2的俯视示意图。
图2是图1的仰视示意图。
图3是图2的左视示意图。
图4是图2的后视示意图。
图5是图1的A-A剖示意图。
图6是图4的B-B局部剖示意图。
图7是图3的C-C局部剖示意图。
图8是图3的D-D剖示意图。
图9是图2的E向视图。
图10是本发明的立体示意图。
图11是图10中的涡轮机的立体示意图。
图12是图10中的中间体的立体示意图。
图13是图10中的压气机的立体示意图。
上述附图中的附图标记如下：
涡轮机1，涡壳10，进气法兰11，进气口11-1，涡壳体12，放气阀孔12-1，废气流道12-2，冷却水道12-3，旁通阀安装孔12-4，进水口12-5，出水口12-6，排汽口12-7，工艺孔12-8，安装孔12-9，出气法兰13，出气口13-1，连接端口14，涡轮15，中间体2，后部连接端口21，前部连接端口22，压气机3，压气机壳31，进气口31-1、排气口31-2，连接端口31-3，出气小管32，叶轮33，废气旁通机构40，硅胶管4，隔膜阀5，壳体51，内腔51-1，进气管52，膜片53，法兰部53-1，筒体部53-2，内活塞54，活塞弹簧55，推杆56，摇臂6，销轴61，废气旁通阀7，转轴71，转臂72，阀门73，密封套管74，隔膜阀支架8，螺栓81。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
（实施例1）
见图1、图5和图10，本实施例的防爆水冷增压器包括涡轮机1、中间体2、压气机3和废气旁通机构40。涡轮机1、中间体2和压气机3按照从前至后的次序依次固定连接。废气旁通机构40连接在压气机3与涡轮机1之间。废气旁通机构40包括硅胶管4、隔膜阀5、摇臂6、废气旁通阀7和隔膜阀支架8。中间体2为钢制一体件，设有前后相通的内腔以及设有前部连接端口22和后部连接端口21。
见图10和图5，所述涡轮机1具有涡壳10和涡轮15，涡壳10和涡轮15均为钢制一体件。涡轮15转动连接在涡壳10中。涡壳10设有废气入口、废气出口和连接端口14。涡壳10由其连接端口14固定连接在中间体2的前部连接端口22上。
见图13，所述压气机3（也称为压缩机）具有均为钢制一体件的压气机壳31和叶轮33。压气机壳31设有进气口31-1、排气口31-2和连接端口31-3，压气机壳31还设有出气小管32。出气小管32与压气机壳31的内腔相连通。压气机壳31由其连接端口31-3与中间体2的后部连接端口21固定连接。叶轮33与涡轮15通过相应的转轴同轴连接，并且所述的转轴穿过中间体2的内腔。
见图4至图8，所述涡壳10还包括进气法兰11、涡壳体12和出气法兰13。所述的进气法兰11设有进气口11-1，该进气口11-1就是涡壳10的废气入口。所述的出气法兰13设有出气口13-1，该出气口13-1就是涡壳10的废气出口。
见图5至图8，所述涡壳体12上设有放气阀孔12-1、废气流道12-2、冷却水道12-3、旁通阀安装孔12-4、进水口12-5、出水口12-6、排汽口12-7、有关的工艺孔12-8和安装孔12-9。其中进水口12-5、冷却水道12-3和出水口12-6依次连通，排汽口12-7和工艺孔12-8也设置在冷却水道12-3上。进气法兰11的进气口11-1、涡壳体12的废气流道12-2和出气法兰13的出气口13-1依次连通。涡壳体12的旁通阀安装孔12-4的一个端口朝向外界，另一个端口与出气法兰13的出气口13-1相连通。放气阀孔12-1的一个端口开设在进气口11-1的内壁上或者是废气流道12-2的接近进气口11-1的位置处，另一个端口作为放气口则位于旁通阀安装孔12-4的中间部位处（见图6）。所述涡轮15设置在废气流道12-2中。安装孔12-9用于安装废气旁通阀7的转臂72和阀门73。
见图2和图7，所述隔膜阀5包括壳体51和推杆56，还包括设置在壳体51中的膜片53、内活塞54和活塞弹簧55。所述壳体51为钢制一体件，且壳体51包括进气管52，该进气管52连接在壳体51的主体上，且与壳体51的内腔51-1相通。隔膜阀5由其壳体51固定连接在隔膜阀支架8上，隔膜阀支架8固定连接在涡壳10上。
见图7，所述膜片53为弹性元件，是一体件，是材质为硅橡胶的膜片，且膜片53包括法兰部53-1和筒体部53-2。筒体部53-2的上端封口，筒体部53-2的下端与法兰部53-1相连。所述膜片53由其法兰部53-1固定连接在壳体51上。推杆56是由内外杆件固定连接在一起所形成的构件。所述推杆56的外杆件由其上端套在内杆件的下端头上，且通过2个销钉使得两者固定连接。外杆件由其下端头通过销轴61与摇臂6的一端转动连接。所述的推杆56的内杆件与壳体51滑动连接，且其上端头与内活塞54固定连接。内活塞54由下向上抵靠在膜片53的筒体部53-2的上端部位上。所述活塞弹簧55为压缩弹簧，其下端抵靠在壳体51上，其上端抵靠在内活塞54上。
见图1，所述硅胶管4的一端连接在出气小管32上且硅胶管4的内腔通过出气小管32而与压气机壳31的内腔连通，硅胶管4另一端连接在隔膜阀5的进气管52上，且硅胶管4的内腔通过隔膜阀5的进气管52而与壳体51的内腔51-1连通。
见图6、图7和图8，所述废气旁通阀7包括转轴71、转臂72、阀门73和密封套管74。转臂72、阀门73和密封套管74均为钢制一体件，且设置在旁通阀安装孔12-4中，转轴71的大部分设置在旁通阀安装孔12-4中，其外端头伸出涡壳体12。
见图6及图8，所述密封套管74紧配合设置在涡壳体12的旁通阀安装孔12-4内，且位于旁通阀安装孔12-4的靠近外界的一段内。所述废气旁通阀7的转轴71与密封套管74转动连接，且位于密封套管74中。转轴71的外端头与摇臂6的另一端固定连接。所述转臂72为圆环形的套体，并设有沿径向的插接孔；阀门73设有圆形的阀门主体连接在阀门主体中央的插接头，并且阀门73由其插接头紧配合插接固定在转臂72的插接孔上，从而使得阀门73固定连接在转臂72上。装配时，将连接有阀门73的转臂72从涡壳体12的安装孔12-9放入涡壳体12中，并且在安装时设置有辅助夹具，使得转臂72的靠近出气法兰13的出气口13-1的一端在轴向上被限位。转轴71由涡壳体12的旁通阀安装孔12-4的开口处伸入密封套管74，且转轴71的内端头向内伸出密封套管74并且紧配合插入转臂72的内腔中，从而使得转臂72固定套接在转轴71的内端头上。然后拆除辅助夹具即可。此时，转动转轴71则可以使得阀门73的阀门主体设置在涡壳体12的放气阀孔12-1的放气口处。使用时，随着转轴71的转动，转臂72跟随一起转动，并带动阀门73的阀门主体处于打开或封闭涡壳体12的放气阀孔12-1的状态。
当阀门73打开连接在涡壳体12的放气阀孔12-1的放气口时，使部分废气不经过涡轮15而从放气阀孔12-1直接由出气口13-1排出，当阀门73封闭连接在涡壳体12的放气阀孔12-1的放气口时，则使所有废气驱动涡轮15以使得进气增压较高。
见图5，所述冷却水道12-3延伸至涡壳1的进气法兰11处，且与进气法兰11的外端面不相通，这样可使冷却效果更好。所述冷却水道12-3的直径为10-12mm。所述旁通阀安装孔12-4的设置密封套管74的部位的四周均设有冷却水道12-3。所述涡壳体12上所设有的排汽口12-7设置相应的排汽装置，所述工艺孔12-8在使用时用螺纹堵头堵住。所述进水口12-5、出水口12-6、排汽口12-7和工艺孔12-8的端口均设置有内螺纹。
见图1，所述隔膜阀支架8通过螺栓81固定连接在涡壳体12上；所述壳体51固定连接在隔膜阀支架8上。见图1、图2和图6至图8，本实施例的增压器调节增压压力的工作原理如下：当防爆柴油机启动后，柴油机气缸排出的废气由涡壳10的进气口11-1进入涡轮机1中而推动涡轮15转动，与其同轴的压气机3的叶轮33则随同一起转动。随着叶轮33的转动，则由其进气口31-1吸入新鲜空气后并经过排气口31-2送入柴油机的气缸中。
常态下，隔膜阀5的壳体51的内腔51-1的气体的压力为常压，在活塞弹簧55的作用下，使得废气旁通阀7的阀门73处于封闭涡壳体12的放气阀孔12-1的放气口的状态。当柴油机气缸排出的废气量较少时，涡轮15的转速较低，压气机3的增压压力也较低，则所述的阀门73保持封闭放气口的状态不变。
随着柴油机气缸转速的加快，气缸排出的废气量也随之增多，涡轮15和叶轮33转速增加，压气机3的压力也随之增大，由压气机壳31出气口端上的出气小管32经硅胶管4再经隔膜阀进气管52进入壳体51的内腔51-1的气体压力则较高，隔膜阀5的内活塞54在气体压力的作用下克服活塞弹簧55的作用力下移，内活塞54带动推杆56下移，由推杆56带动摇臂6的使废气旁通阀7的转轴71的正向旋转。转轴71带动转臂72正向旋转，转臂72则带动阀门73打让开涡壳体12的放气阀孔12-1的放气口，即使得废气旁通阀7打开。此时，部分废气不经过涡轮15而从放气阀孔12-1直接由出气口13-1排出，从而达到控制增压压力的目的，以实现增压压力的减少。若气缸排出的废气量进一步增加，则使得废气旁通阀7打开得更多，直至趋向全部打开。随着废气旁通阀7打开程度的加大，越来越多的废气直接排放，从而限制了涡轮15和叶轮33的转速的加快。
在废气旁通阀7开启程度较大的状态下，若柴油机气缸的转速降低，则由压气机壳31的出气小管32经硅胶管4再经隔膜阀进气管52进入壳体51的内腔51-1的气体的压力也随之降低，隔膜阀5的内活塞54则在活塞弹簧55的作用下上移，内活塞54带动推杆56上移，则由推杆56带动摇臂6使废气旁通阀7的转轴71的反向旋转。转轴71的反向旋转则带动转臂72反向旋转，而由转臂72带动阀门73增加对涡壳体12的放气阀孔12-1的放气口的封闭程度，也即可使得最终将废气旁通阀7关闭。这样，由柴油机气缸排出的废气全部用于驱动涡轮15，从而实现增压压力的加大。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各式各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。