大功率船用柴油机辅助紧急停车装置

技术领域

本发明涉及柴油机停车装置，尤其是一种用于大功率(3000kW以上)船用柴油机辅助停车的装置，属于内燃机技术领域。

背景技术

船用柴油机是船舶运行的动力装置，当前，船用柴油机的进排气系统采用从增压器蜗壳进气端吸入的新鲜空气进入柴油机进气管中为柴油机燃烧作功，燃烧排出的废气通过各缸排气管和增压器前排气管排入增压器的排气端中。在柴油机上设有应急停车电磁阀，在紧急情况下，可以使柴油机实现紧急停车。但对于大功率船用柴油机而言，在应急停车时需要额外冲入大量压缩空气，以使高压油泵齿条归零而停止喷油。存在着额外耗气量大、无法节能使用、紧急停车需要一定时间等问题。

为确保船用柴油机运行时的安全，在紧急情况下，可通过紧急停车装置使船用柴油机快速停车。紧急停车装置主要包括紧急停车电磁阀和安装在高压油泵后的空气管，以及作用在高压油泵齿条上的紧急停车活塞。使用紧急停车装置时，打开装置前串联的紧急停车电磁阀，压缩空气通过紧急停车电磁阀和分配管进入到高压油泵的停车活塞，将油门齿条设定到0供油量位置，从而使高压油泵停止喷油，实现船用柴油机紧急停车。

但相比于小功率柴油机，大功率船用柴油机的缸径和冲程更大，整个机体也更为庞大，这就导致了柴油机的管路相对更长更复杂，压缩空气进入高压油泵的停车活塞所需要的时间也更长，随着缸数的增加，所需花费的时间也进一步增加，这不利于大功率船用柴油机在紧急情况下实现快速紧急停车。同时，大功率船用柴油机的特性也决定了所需的耗气量更大，当船舶配置多台大功率船用柴油机而压缩空气瓶的容积一定时，单台大功率船用柴油机进行紧急停车时更大的耗气量可能会影响到其他大功率船用柴油机的正常运行，导致船舶航行存在着较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，安装方便，易于布置和操作的大功率船用柴油机辅助紧急停车装置。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种大功率船用柴油机辅助紧急停车装置，包括止回阀和四通球阀，所述四通球阀的四周侧面分别具有逆时针排列第一连接A端口、第二连接B端口、第三连接C端口和第四连接D端口；机架内数个气缸的排气管分别与排气总管相连，排气总管一端与四通球阀的第一连接A端口相连，排气总管另一端封闭；机架内数个气缸的进气管分别与进气总管相连，进气总管一端与四通球阀的第四连接D端口相连，进气总管另一端封闭；排气涡轮管道一端穿过增压器蜗壳一侧与排气涡轮一侧相邻，排气涡轮管道另一端与四通球阀的第二连接B端口相连；压气机管道一端穿过增压器蜗壳一侧与压气机一侧相邻，压气机管道另一端通过止回阀与四通球阀的第三连接C端口相连；自然吸气管道一端穿过增压器蜗壳另一侧与压气机另一侧相邻，补气管道通过电磁二通阀后再穿过增压器蜗壳另一侧与压气机另一侧相邻。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述四通球阀的阀体为正方体，所述正方体的中心为球形空腔，正方体外周四个侧面中心分别向外延伸出管状且具有接口法兰的第一连接A端口、第二连接B端口、第三连接C端口和第四连接D端口，阀板嵌在球形空腔中，阀板外周面为球面，球面曲率与球形空腔曲率相同。

进一步的，所述阀体的第一连接A端口和第三连接C端口同轴，第二连接B端口和第四连接D端口同轴，且第一连接A端口和第三连接C端口的共同轴线AC与第二连接B端口和第四连接D端口的共同轴线BD互相垂直，共同轴线AC和共同轴线BD处于同一平面。

进一步的，阀板径向设有贯通的径向孔，所述径向孔的轴线穿过球形空腔中心；径向孔直径d分别与第一连接A端口、第二连接B端口、第三连接C端口和第四连接D端口各自对应的通孔直径匹配：阀板上侧中心向上延伸的连接端头伸出阀体顶面后与操作手柄一端固定连接。阀板厚度B与径向孔直径d之比：B/d＝1.18～1.22。操作手柄轴线与径向孔轴线的夹角α＝45°。

进一步的，所述阀体和阀板均采用耐热不锈钢材质，其中阀体材质牌号为X1NiCrMoCuN 25-20-7，耐热温度为500℃；阀体材质牌号为16Mo3，耐热温度为650℃。

本发明在船用柴油机的涡轮增压器与气缸的进气通道、排气通道之间增设了止回阀和特殊结构的四通球阀，船用柴油机正常运行时，阀板的径向孔两端被阀体的球形空腔堵死，第一连接A端口和第二连接B端口相通，第三连接C端口和第四连接D端口相通，船用柴油机的进气和排气各自正常流通。当船用柴油机紧急停车时，四通球阀的操作手柄转动45°，使得阀板的径向孔两端分别与第一连接A端口和第三连接C端口相通，来自增压器压气机端的自然吸气和补气的压缩空气依次通过阀体的第三连接C端口、阀板的径向孔和阀体的第一连接A端口流至进气总管中，进而依次进入各气缸中，此时气缸内燃烧结束，活塞从下行转向上行，气缸开始排气，由于第二连接B端口和第四连接D端口的连接通道被阀板切断，从而有效抑制排气过程，起到辅助紧急停车的作用，本发明安装方便，易于布置和操作使得紧急停车能更快速高效地进行，能耗显著降低，同时有效确保船舶及柴油机的正常运行。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，此时船用柴油机处于正常工作状态；

图2是本发明的结构示意图，此时船用柴油机处于紧急停车状态；

图3是船用柴油机处于正常工作状态的四通球阀主视图；

图4是图3的E-E剖视图；

图5是船用柴油机处于紧急停车状态的四通球阀主视图；

图6是图5的F-F剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和的实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本实施例用于3000kW的6缸船用柴油机，包括止回阀1和四通球阀2，其中止回阀1有效防止了排气管路中的排气反串至增压器8的压气机73端，确保船用柴油机运行安全。四通球阀2的四周侧面分别具有逆时针排列第一连接A端口21、第二连接B端口22、第三连接C端口23和第四连接D端口24。机架4内6个气缸41如图1和图2所示，从右至左按①～⑥排列。每个气缸41的排气管31分别与排气总管3相连，排气总管3左端与四通球阀2的第一连接A端口21相连，排气总管3右端封闭。机架4内6个气缸41的进气管51分别与进气总管5相连，进气总管5左端与四通球阀的第四连接D端口24相连，进气总管5右端封闭。排气涡轮管道61左端穿过增压器蜗壳71右侧与排气涡轮72右侧相邻，排气涡轮管道61右端与四通球阀2的第二连接B端口22相连。压气机管道62左端穿过增压器蜗壳71右侧与压气机73右侧相邻，压气机管道62右端通过止回阀1与四通球阀2的第三连接C端口23相连。自然吸气管道81右端穿过增压器蜗壳71左侧与压气机73左侧相邻，补气管道82通过电磁二通阀83后再穿过增压器蜗壳71左侧与压气机73左侧相邻。当船用柴油机需增大功率时，电磁二通阀83得电打开，补气管道82补充输入0.4Mpa气压的压缩空气进入气缸41。

如图3～图6所示，四通球阀2的阀体25为正方体，正方体的中心为球形空腔251，正方体外周四个侧面中心分别向外延伸出管状且具有接口法兰的第一连接A端口21、第二连接B端口22、第三连接C端口23和第四连接D端口24，阀板26嵌在球形空腔251中，阀板26外周面为球面，球面曲率与球形空腔曲率相同。阀体25的第一连接A端口21和第三连接C端口23同轴，第二连接B端口22和第四连接D端口同轴24，且第一连接A端口21和第三连接C端口23的共同轴线AC与第二连接B端口22和第四连接D端口24的共同轴线BD互相垂直，共同轴线AC和共同轴线BD处于同一平面。

如图1、图2、图4和图6所示，阀板径向设有贯穿的径向孔261，径向孔261轴线穿过球形空腔251中心。径向孔直径d分别与第一连接A端口21、第二连接B端口22、第三连接C端口23和第四连接D端口24各自对应的通孔直径匹配。阀板26上侧中心向上延伸的连接端头262伸出阀体25顶面后与操作手柄27左端固定连接。阀板厚度B与径向孔直径d之比：B/d＝1.18～1.22。

图3中操作手柄27的轴线平行于共同轴线AC，此时阀板26处于图1所示的关闭状态，阀板26的径向孔261处于被堵死在球形空腔251内，船用柴油机处于正常工作状态。阀体25顶面四角分别设置了45°的标志线252，便于在船用柴油机紧急停车时将操作手柄27逆时针转动45°，从而使第一连接A端口21和第三连接C端口23通过径向孔261而导通。

如图1所示，操作手柄27的轴线与径向孔261的轴线夹角α＝45°。阀体25和阀板26均采用耐热不锈钢材质，其中阀体25材质牌号为X1NiCrMoCuN25-20-7，耐热温度为500℃；阀板材质牌号为16Mo3，耐热温度为650℃。确保四通球阀2在通过400℃高温废气的恶劣工况下能正常工作，提高本发明的可靠性。

当船用柴油机紧急停车时，在按下船用柴油机操作面板上紧急停车按钮的同时，将四通球阀2的操作手柄27逆时针转动45°，使第一连接A端口21和第三连接C端口23导通，第二连接B端口22和第四连接D端口24的连接通道被切断，船用柴油机紧急停车。

此时船用柴油机补气管道82通过电磁二通阀83给增压器8进行额外补气，加上自然吸气管道81的自然吸气，压气机73端充满新鲜空气，空气流如图2中箭头所指方向通过止回阀1后进入四通球阀2的第三连接C端口23，经过阀板26的径向孔261后从四通球阀1的第一连接A端口21通过排气总管3、各气缸41的排气管31进入各自对应的气缸41内，此时气缸41内燃烧结束，活塞从下行转向上行开始排气，排气压力0.105～0.11Mpa略高于大气压，而通过补气后的0.4Mpa进气压力大于大气压，从而有效抑制排气过程，起到辅助紧急停车的作用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。