用于单缸柴油机的平衡型排气支管组件
技术领域
本实用新型涉及柴油机排气系统技术领域，具体地，涉及一种用于单缸柴油机的平衡型排气支管组件。
背景技术
大功率船用柴油机在开发过程中，为节约开发成本，一般应用单缸机模拟整机设计技术，开展整机的单个动力单元的预研设计，为直接进入整机研制奠定基础。单缸机台架试验可以最大限度地模拟整机工作条件，进行性能优化和核心零部件及单缸机可靠性验证。其中单缸机台架排气系统模拟整机单缸增压系统中的排气温度、压力和流速等参数，是模拟整机单缸性能及可靠性验证的关键部件，因此排气管系的可靠性直接影响单缸机性能及可靠性验证等试验计划。
现有的单缸机排气管路台架布置通常是在排气管路中轴向直管段布置单式波纹管结构来补偿常规的排气支管的横向和轴向热负荷位移和振动位移。
其中排气支管的横向支管段与管系轴向直管段垂直，支管段产生的热位移被称作横向位移，管系中轴向直管段产生的热位移称作轴向位移，则整个排气管系的横向位移和轴向位移必须得到补偿，否则会对排气管路的固定支撑部分产生巨大的热应力。对于单缸机而言，排气支管段长度是主要的横向热位移来源，单式波纹管因结构限制，无法全部补偿支管段产生的横向位移及单缸机振动的需求，在实际工作中容易造成单式波纹管过度弯曲塑性变形，且波间距严重不均匀甚至贴合，波易发生早期疲劳断裂，不能确保试验台架可靠稳定的试验；更严重的是单式波纹管会将管系排气产生的气体推力转换成外力，通过单式波纹管两端的法兰直接作用于管系两端的固定支撑，成为固定支撑的疲劳破坏载荷主要来源。因此固定支撑成为整个系统最薄弱的部位，一旦固定支撑疲劳破坏，排气支管的支管段法兰处立即在波纹管产生的气体推力作用下瞬间断裂。
鉴于传统单缸机的排气系统易发生上述的疲劳破坏故障，严重影响单缸机性能、零部件考核及可靠性验证计划的实施，同时循机检查高温零部件的疲劳失效，严重威胁了试验人员的人身安全。需要提供一种排气管组件，从源头上克服单式波纹管因塑性变形产生的早期疲劳破裂和排气支管入口法兰处断裂故障的可能性。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于单缸柴油机的平衡型排气支管组件。
一种用于单缸柴油机的平衡型排气支管组件，包括排气歧管、主波纹管、输出管、副波纹管和盲盖，所述排气歧管包括管体、第一输出端、第二输出端和进口法兰端；所述管体包括连通的支管和主管，所述支管的一端为进口法兰端，另一端与主管连通，所述主管、第一输出端、第二输出端同轴设置；
所述第一输出端与所述主波纹管的第一端固接，所述主波纹管的第二端与输出管的入口端固接；
所述第二输出端与所述副波纹管的一端固接，所述副波纹管的另一端与盲盖固接。
进一步地，所述第一输出端和第二输出端均为直径大于所述主管直径的中空圆台，所述主管的一端延伸至主波纹管作为第一导流筒，所述主管的另一端延伸至副波纹管作为第二导流筒。
进一步地，所述第一导流筒延伸至主波纹管与输出管的连接处，所述第二导流筒延伸至副波纹管与盲盖的连接处。
进一步地，靠近所述输出管入口端的位置设有向外径向延伸的第一固定板，所述盲盖分为一体成型的连接端和盲板，所述连接端与副波纹管固接；所述盲板与第一固定板之间通过上下平行设置的四根拉杆固定。
进一步地，所述盲板与所述第一固定板之间通过拉杆采用紧固件固定，所述紧固件包括紧固螺母和限位螺母，所述拉杆的两端分别穿过盲板与第一固定板之后通过限位螺母和紧固螺母固定，所述紧固螺母与盲板之间，所述紧固螺母与第一固定板之间均设有球形垫片。
进一步地，当排气支管组件在排气管系中就位后，所述限位螺母退后一定距离锁死。
进一步地，所述支管为弯管，内弯侧设有加强板，所述加强板延伸至所述支管和主管的连接处。
进一步地，所述主波纹管的长度大于所述副波纹管的长度。
进一步地，所述输出管的出口端通过缩径后与输出端法兰连接。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：本实用新型的平衡型排气支管组件，在保证模拟多缸柴油机单个气缸的排气性能的前提下，可以足够补偿整个排气管系因振动和热负荷产生的横向和轴向位移；又可将排气管系的交变气体推力转变成排气管系的内力，消除交变的排气推力对排气管系固定支撑的作用，消除了可能在排气支管段入口法兰与气缸盖连接处排气推力产生的翻转力矩，从而在源头上克服了单式波纹管因塑性变形产生的早期疲劳破裂和排气支管入口法兰处断裂故障的可能性，将排气系统传统结构的单式波纹管与排气支管设计成平衡型排气支管结构形式，从根本上解决排气系统的排气支管入口法兰端和固定支撑等处的疲劳破坏故障，完全解决现有布置方法中的以上两种弊端，并大大简化管系的支撑结构。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型排气歧管的结构示意图；
图3为本实用新型输出管的结构示意图；
图4为本实用新型盲盖的结构示意图；
图5为本实用新型的剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
本实用新型应用于多缸柴油机开发尤其是V型多缸柴油机开发过程中，需要单缸机台架试验验证的领域，本实用新型方案主要用于该单缸柴油机台架排气管路的布置。
如图1至图5所示，一种用于单缸柴油机的平衡型排气支管组件，包括排气歧管1、主波纹管2、输出管3、副波纹管4和盲盖5，优选的，主波纹管2的长度大于副波纹管4的长度。
排气歧管1包括管体11、第一输出端12、第二输出端13和进口法兰端14；管体11包括连通的支管111和主管112，支管111的一端为进口法兰端14，另一端与主管112连通，主管112、第一输出端12、第二输出端13同轴设置；支管111为弯管，内弯侧设有加强板115，加强板115延伸至支管111和主管112的连接处；
第一输出端12与主波纹管2的第一端21固接，主波纹管2的第二端22与输出管3的入口端固接；
第二输出端13与副波纹管4的一端固接，副波纹管4的另一端与盲盖5固接。
第一输出端12和第二输出端13均为直径大于主管112直径的中空圆台，主管112的一端延伸至主波纹管2作为第一导流筒113，第一导流筒113延伸至主波纹管2与输出管3的连接处，主管112的另一端延伸至副波纹管4作为第二导流筒114，第二导流筒114延伸至副波纹管4与盲盖5的连接处。
其中，排气歧管1满足柴油机排气设计所需的各种流道参数，途径排气歧管段的废气热负荷所产生的横向和轴向热位移分别由主波纹管2和副波纹管4按照设计补偿量共同压缩和弯曲来补偿。实际工作中，不会因补偿量不足而造成波纹管过度弯曲塑性变形、波间距严重不均匀甚至贴合及波的早期疲劳断裂。
输出管3的出口端通过缩径后与输出端法兰9连接，靠近输出管3入口端的位置设有向外径向延伸的第一固定板31，盲盖5分为一体成型的连接端51和盲板52，连接端51与副波纹管4固接；盲板52与第一固定板31之间通过上下平行设置的四根拉杆8采用紧固件固定，紧固件包括紧固螺母6和限位螺母7，拉杆8的两端分别穿过盲板52与第一固定板31之后通过限位螺母7和紧固螺母6固定，紧固螺母6与盲板52之间，紧固螺母6与第一固定板31之间均设有球形垫片。
拉杆8将输出端3与盲盖5按设计定长用紧固螺母6与球形垫片组合固定，由于输出端3与盲盖5按设计长度固定，主波纹管2、副波纹管4所产生的气体推力被转换成内力，不再对输出端法兰9产生巨大的气体推力，进而消除支管111进口法兰端14固定处相应负荷产生的翻转力矩，系统的力源仅剩下波纹管的横向和轴向反弹力这一疲劳载荷对支管111进口法兰端14固定支座处产生很小的力矩。排气支管组件形式同时满足卸载排气管系轴向X和横向Y热膨胀位移并将单式波纹管会传递的交变排气推力转换成内力，在源头上消除排气支管的进口法兰端14和管路支撑处的大多数机械负荷的影响，大幅提高排气支管进口法兰端和管路支撑的疲劳寿命，为简化了管系支撑结构提供保障，消除上述排气系统的疲劳破坏故障。
为保障平衡型排气支管结构按设计补偿量工作，当排气支管组件在排气管系中就位后，限位螺母7退后一定距离锁死。
采用本实用新型的平衡型排气支管组件，某型大功率柴油机可靠单缸机排气系统已完成3000小时无故障验证，目前正在随单缸机连续可靠性试验计划继续验证，已实现不再进行每8小时循机检查，大大减少了试验人员的工作量和试验中的安全隐患。而且不但可以应用于直列多缸柴油机的单缸机样机，同样适用于多缸V型柴油机斜置的单缸机样机，具有很高的实用价值。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
