一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷扩排装置的制作方法

1.本发明涉及但不限于矢量冲刷的防冲刷结构技术领域，尤指一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置。


背景技术：

2.高温燃气从发动机尾部喷入排气扩压器，当发动机做矢量状态的时候，排气扩压器局部某点会局部承受高于其他区域几百摄氏度的温差，这样在排气扩压器材料内部就容易发生内部的温差应力，从而导致材料发生脆裂。
3.针对上述，为了防止上述排气扩压器的材料发生脆裂而带来的危险问题，需要在排气扩压器的入口端增加一种装置，用以承受这种矢量运动的高温气体。


技术实现要素：

4.本发明的目的：为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，以防止矢量冲刷的高温燃气对排气扩压器的结构损失，以及解决由于排气扩压器材料内部的温差应力所导致的脆裂问题。
5.本发明的技术方案：本发明实施例提供一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，包括：
6.多套水夹套防冲刷组件，且所述多套水夹套防冲刷组件周向环绕连接，形成圆桶状防冲刷排扩结构；
7.其中，每套所述水夹套防冲刷组件包括：进口集合管1、换热部件3、固定支座4a、滑动支座4b、集合管二次分配管箱5、连接管6和出口集合管7；所述连接管6和集合管二次分配管箱5均设置为预设弧度的圆弧形状，所述多个水夹套防冲刷组件的一端通过各连接管6依次首尾相接形成联通的圆形管路，另一端通过各集合管二次分配管箱5次首尾相接形成环形腔体；
8.每套所述水夹套防冲刷组件内，进口集合管1设置在连接管6一端，出口集合管7设置在连接管6或集合管二次分配管箱5一端，连接管6与集合管二次分配管箱5之间通过换热部件3相联通，形成由进口集合管1经过换热部件3到达集合管二次分配管箱5的介质流路；
9.所述换热部件3中包括平行间隔设置的多根换热管道，且换热管道与集合管二次分配管箱5连接的一端伸入管箱内部；所述换热部件3接近连接管6的一侧固定安装有固定支座4a，接近集合管二次分配管箱5的一侧安装有滑动支座4b，用于在换热部件3产生轴向伸缩时，通过其与换热部件3内各换热管道的滑动连接形式产生轴向上的相对位移；
10.所述高温气体水夹套防冲刷排扩装置，用于通过换热部件3内各换热管道的横向间隙吸收由高温燃气产生的周向热膨胀量，还用于通过滑动支座4b吸收由高温燃气产生的轴向热膨胀量。
11.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，
12.所述进口集合管1和出口集合管7均设置在连接管6上，在每套水夹套防冲刷组件
内形成由连接管6进入、经换热部件3到达集合管二次分配管箱5，并由集合管二次分配管箱5经换热部件3返回连接管6的双程介质流路；或者，
13.所述进口集合管1设置在连接管6上，出口集合管7设置在集合管二次分配管箱5上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由连接管6进入、经换热部件3到达集合管二次分配管箱5后直接流出的单程介质流路。
14.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，每套所述水夹套防冲刷组件还包括：平行设置的2根双程集合管2；
15.所述2根双程集合管2沿轴向设置于换热部件3上，其一端于集合管二次分配管箱5联通，另一端位于连接管6一侧；
16.所述进口集合管1具体设置在双程集合管2上，出口集合管7设置在连接管6上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由双程集合管2进入，经集合管二次分配管箱5后返回到换热部件3内，并由连接管6流出的双程介质流路；或者，
17.所述进口集合管1具体设置在连接管6上，出口集合管7设置在双程集合管2上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由双程连接管6进入，经换热部件3到达集合管二次分配管箱5后，经双程集合管2返回流出的双程介质流路。
18.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，所述换热部件3中的多根换热管道划分为位于不同区域的多组，所述换热部件3内的多组换热管道形成环绕流动的多程介质流道。
19.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，
20.所述换热部件3的每根换热管道设置为单层管状结构，每根换热管道中仅形成单一方向的介质流道。
21.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，
22.所述换热部件3的每根换热管道设置为嵌套式双层管状结构，用于通过内层管路和外层管路形成双向的介质流道。
23.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，还包括：热交换机构；
24.热交换机构包括从高温气体水夹套防冲刷排扩装置8的出口集合管7到进口集合管1之间的闭环管路上依次设置的电动调节阀11、过滤器12、循环水泵15和管壳式换热器或冷却塔16，用于通过电动调节阀11调节进入相应每套水夹套防冲刷组件的介质流量，通过管壳式换热器或冷却塔16对高温气体水夹套防冲刷排扩装置8中排出的介质进行热交换，以将冷却后的介质再次输送至高温气体水夹套防冲刷排扩装置8的每套所述水夹套防冲刷组件中；
25.所述出口集合管7的出口位置和进口集合管1的入口位置分别设置有温度传感器9和压力传感器10；循环水泵15的入口端和出口端分别通过一段软连接管14转接到闭环管路上，且循环水泵15的前端和后端分别设置有压力表13，用于监控循环水泵15进口端和出口端的介质流压力。
26.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，
27.所述高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，周向连接的多套水夹套防冲刷组件，用于在维护时进行部分更换。
28.可选地，如上所述的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，
29.所述高温气体水夹套防冲刷排扩装置内的介质为水或其他载冷剂，根据高温气体水夹套防冲刷排扩装置的换热能效所确定设计温度，以选取符合设计要求沸点的载冷剂。
30.本发明的有益效果：本发明实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，由多套水夹套防冲刷组件周向环绕组成，便于部分更换；另外，可通过换热部件3内各换热管道的横向间隙吸收由高温燃气产生的周向热膨胀量，还可通过滑动支座4b吸收由高温燃气产生的轴向热膨胀量。采用本发明实施例提供的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，可完全释放高温节点的温度膨胀变形，将水夹套防冲刷排扩装置与排气扩压器整体分离开，由水夹套防冲刷排扩装置承受高温冲击，由其自身结构设计变形来承受温度的热应力，避免排气扩压器本体承受高温变形；从而有效避免排气扩压器本体内外温差过大的情况，使得材料内部发生脆裂，保障了排气扩压器的安全性，并且可以根据现场的情况选择活动防冲刷排扩装置和固定防冲刷排扩装置。
附图说明
31.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
32.图1为本发明实施例提供的一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置的整体结构示意图；
33.图2为图1所示实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中一套水夹套防冲刷组件的结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中一种热交换机构的结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
36.上述背景技术中已经说明，发动机尾部的高温燃气喷入排气扩压器内，排气扩压器包括平直段和扩张段，扩张段与平直段之间具有一定扩张角度，由于该扩张角度的存在，从发动机喷出的高温气体在扩张段形成矢量冲刷，例如高温燃气与扩张段形成20度左右的夹角，从而使得矢量冲刷的高温燃气喷直接打到扩张段的壁面上，从而损伤扩张段结构。
37.针对上述矢量冲刷对排气扩压器中扩张段的结构损失，本发明实施例提供一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，具体目的为：
38.第一，提供出水夹套防冲刷排扩装置的具体结构，可以使水夹套防冲刷排扩装置内部在高温作用下自由向外膨胀，并不会传递到排气扩压器上；并且，所提供的水夹套防冲刷排扩装置可完全阻挡高温燃气的直接冲刷，使得排气扩压器的设计温度降可以低到200℃以下；
39.第二，所提供的水夹套防冲刷排扩装置的结构形式，可以满足使用寿命时间可持续十年以上，甚至更长时间。
40.第三，水夹套防冲刷排扩装置采用分体组合式结构，具体为多个分组形成的，可对其中部分组件进行更换。
41.本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
42.图1为本发明实施例提供的一种用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置的整体结构示意图，图2为图1所示实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中一套水夹套防冲刷组件的结构示意图。本发明实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置8可以包括：多套水夹套防冲刷组件，且多套水夹套防冲刷组件周向环绕连接，形成圆桶状防冲刷排扩结构。
43.如图1所示用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中，多套水夹套防冲刷组件，且多套水夹套防冲刷组件周向环绕连接，形成圆桶状防冲刷排扩结构，该水夹套防冲刷组件。
44.参照图1和图2所示的水夹套防冲刷排扩装置和其中每套水夹套防冲刷组件的结构，其中，每套水夹套防冲刷组件包括：进口集合管1、换热部件3、固定支座4a、滑动支座4b、集合管二次分配管箱5、连接管6和出口集合管7。参照图2所示，连接管6和集合管二次分配管箱5均设置为预设弧度的圆弧形状，多个水夹套防冲刷组件的一端通过各连接管6依次首尾相接形成联通的圆形管路，另一端通过各集合管二次分配管箱5次首尾相接形成环形腔体。
45.本发明实施例的每套水夹套防冲刷组件内，进口集合管1设置在连接管6一端，出口集合管7设置在连接管6或集合管二次分配管箱5一端，连接管6与集合管二次分配管箱5之间通过换热部件3相联通，形成由进口集合管1经过换热部件3到达集合管二次分配管箱5的介质流路。
46.本发明实施例的换热部件3中包括平行间隔设置的多根换热管道，且换热管道与集合管二次分配管箱5连接的一端伸入管箱内部；换热部件3接近连接管6的一侧固定安装有固定支座4a，接近集合管二次分配管箱5的一侧安装有滑动支座4b，用于在换热部件3产生轴向伸缩时，通过其与换热部件3内各换热管道的滑动连接形式产生轴向上的相对位移。
47.本发明实施例的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，用于通过换热部件3内各换热管道的横向间隙吸收由高温燃气产生的周向热膨胀量，还用于通过滑动支座4b吸收由高温燃气产生的轴向热膨胀量。
48.在本发明实施例的一种可能实现方式中，进口集合管1和出口集合管7均设置在连接管6上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由连接管6进入、经换热部件3到达集合管二次分配管箱5，并由集合管二次分配管箱5经换热部件3返回连接管6的双程介质流路。
49.在本发明实施例的一种可能实现方式中，进口集合管1设置在连接管6上，出口集合管7设置在集合管二次分配管箱5上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由连接管6进入、经换热部件3到达集合管二次分配管箱5后直接流出的单程介质流路。
50.在本发明实施例的一种可能实现方式中，如图2所示水夹套防冲刷组件的具体结构，该水夹套防冲刷组件还包括：平行设置的2根双程集合管2。
51.该实现方式中的2根双程集合管2沿轴向设置于换热部件3上，其一端于集合管二次分配管箱5联通，另一端位于连接管6一侧。
52.可选地，进口集合管1具体设置在双程集合管2上，出口集合管7设置在连接管6上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由双程集合管2进入，经集合管二次分配管箱5后返回到换热部件3内，并由连接管6流出的双程介质流路；或者，
53.可选地，进口集合管1具体设置在连接管6上，出口集合管7设置在双程集合管2上，在每套水夹套防冲刷组件内形成由双程连接管6进入，经换热部件3到达集合管二次分配管箱5后，经双程集合管2返回流出的双程介质流路。
54.在本发明实施例的一种可能实现方式中，换热部件3中的多根换热管道划分为位于不同区域的多组，换热部件3内的多组换热管道形成环绕流动的多程介质流道。
55.举例来说，换热部件3中包括200根换热管道，其中，连续排列的40根作为一组，依次划分为平行的5组，介质从位于一侧的一组40根换热管道进入到集合管二次分配管箱5后，返回到相邻的一组中并返回到连接管一端，在环绕到下一组相邻的管路中，从而形成龙摆尾式环绕流动的多程介质流道。
56.本发明实施例在具体实现中，换热部件3内部的换热管道的结构可以采用不同形式；
57.示例1：换热部件3的每根换热管道设置为单层管状结构，每根换热管道中仅形成单一方向的介质流道。
58.示例2：换热部件3的每根换热管道设置为嵌套式双层管状结构，用于通过内层管路和外层管路形成双向的介质流道。该嵌套式双层管状结构的异型管的流道窄，使得流过该异型管的介质流速高，可以更快带走热量。
59.如图3所示，为本发明实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置中一种热交换机构的结构示意图。本发明实施例提供的水夹套防冲刷排扩装置还包括：配套使用的热交换机构。
60.图3所示热交换机构，包括从高温气体水夹套防冲刷排扩装置8的出口集合管7到进口集合管1之间的闭环管路上依次设置的电动调节阀11、过滤器12、循环水泵15和管壳式换热器或冷却塔16，用于通过电动调节阀11调节进入相应每套水夹套防冲刷组件的介质流量，通过管壳式换热器或冷却塔16对高温气体水夹套防冲刷排扩装置8中排出的介质进行热交换，以将冷却后的介质再次输送至高温气体水夹套防冲刷排扩装置8的每套水夹套防冲刷组件中。
61.另外，出口集合管7的出口位置和进口集合管1的入口位置分别设置有温度传感器9和压力传感器10；循环水泵15的入口端和出口端分别通过一段软连接管14转接到闭环管路上，且循环水泵15的前端和后端分别设置有压力表13，用于监控循环水泵15进口端和出口端的介质流压力。
62.需要说明的是，本发明实施例中的高温气体水夹套防冲刷排扩装置采用n套水夹套防冲刷组件的组合式结构，周向连接的多套水夹套防冲刷组件，可以在维护时进行部分更换。
63.进一步的，本发明实施例中的高温气体水夹套防冲刷排扩装置内的介质为水或其他载冷剂，根据高温气体水夹套防冲刷排扩装置的换热能效所确定设计温度，以选取符合设计要求沸点的载冷剂。
64.举例来说，1，水在正常压力下的沸点在110摄氏度左右，水在高压，例如3～5mpa
下，沸点可以到达180以上，即高压水在水夹套防冲刷排扩装置中不会形成气泡，始终保持液态水；因此，本发明实施例可通过基于装置的换热能效计算出符合产品设计要求的介质沸点，再选取合适的介质作为载冷剂。若矢量燃气的温度高，则可使用沸点高的介质。
65.本发明实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，
66.由多套水夹套防冲刷组件周向环绕组成，便于部分更换；另外，可通过换热部件3内各换热管道的横向间隙吸收由高温燃气产生的周向热膨胀量，还可通过滑动支座4b吸收由高温燃气产生的轴向热膨胀量。采用本发明实施例提供的高温气体水夹套防冲刷排扩装置，可完全释放高温节点的温度膨胀变形，将水夹套防冲刷排扩装置与排气扩压器整体分离开，由水夹套防冲刷排扩装置承受高温冲击，由其自身结构设计变形来承受温度的热应力，避免排气扩压器本体承受高温变形；从而有效避免排气扩压器本体内外温差过大的情况，使得材料内部发生脆裂，保障了排气扩压器的安全性，并且可以根据现场的情况选择活动防冲刷排扩装置和固定防冲刷排扩装置。
67.以下通过一个具体实施例对本发明实施例提供的用于排气扩压器的高温气体水夹套防冲刷排扩装置的具体实施方式进行详细说明。
68.参见图1到图3所示，该具体实施例提供的高温气体水夹套防冲刷排扩装置安装于排气扩压器平直段的入口处。发动机尾部喷口的气体高达2100k(等效为：2100-270℃)，如果这种带有矢量(即带夹角)的高温燃气直接冲刷到排气扩压器上，会导致排气扩压器整体发生变形，最终使得排气扩压器失效，因此为了防止这种事故的发生，发动机在做矢量状态的时候，通常会在放冲刷排扩的内部加上保护装置，即该具体实施例中提供的水夹套防冲刷排扩装置。
69.1)为了满足对水夹套防冲刷排扩装置的高温防护寿命的长久型，该技术方案具体为在高端尾气排放部位采用以水作为媒介进行保护。
70.2)对于水夹套防冲刷排扩装置，是将整体水夹套防冲刷排扩装置划分成n套水夹套防冲刷组件，每套是整体结构的360
°
/n，如图1所示，该分组组合式结构可以方便更换。图中1水夹套防冲刷排扩装置由8个组件组成。
71.3)对于其中一套水夹套防冲刷组件，如图2所示，都是由进口集合管1，出口集合管7，固定支座4a，滑动支座4b，换热部件3，双程集合管2和集合管二次分配管箱5和连接管6组成。
72.4)换热部件3可以是圆形管也可以是异型管，且换热部件3用来承受矢量冲刷的高温气体，其中对于周向由于温度引起的热膨胀变形，主要是由换热部件3的横向间隙来吸收变形，对于轴向产生的热膨胀量滑动支座4来吸收轴向的变形量。
73.例如，换热部件3中相邻的管壁与管壁之间有2mm的间距，是为了周向的膨胀量，活动支座4b以承受轴向的膨胀量。
74.另外，对于换热部件3组成的流道可以是单流道，也可以是≥2的流道数。
75.5)如图1所示，该具体实施例中的水夹套防冲刷排扩装置整体分成了8套组件，为了方便安装，同时在整个的传热流道上，可以是单程流道或者是双程流道的换热结构，其中异型管是两个流道，流道分为管内为一流程，管外为一流程，流体从一侧进入防冲刷排扩装置，进入异型管的内部，然后从异型管的外部流出，形成两个流道。对于圆管是单流道结构，流体从一侧进入防冲刷排扩内，经过传热元件直接流出。
76.6)水夹套防冲刷排扩装置配置有一套热交换机构，这套热交换机构主要是对水夹套防冲刷排扩装置内部的循环水进行降温冷却的作用，以保证提供给水夹套防冲刷排扩装置的水温度是低的。
77.如图3所示，介质经过管壳式换热器16降温后进入水夹套防冲刷排扩装置，介质经过加温后再进入管壳式换热器16进行换热，在水夹套防冲刷排扩装置的进出口分别设置了压力传感器9和温度传感器10对，对进出口的介质的温度和压力进行检测。
78.7)水夹套防冲刷排扩装置内部的主要流体是水，还可以是其他类型的载冷剂，压力范围可以选取在0.3mpa-0.8mpa(都是低压)之间，利用水的过冷沸腾高温传热状态，最大能力的带走高温流体的热量，保护排气扩压器。
79.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。