一种集成两级冷却功能的自动防倒灌疏水排气管道

本发明属于管道管件领域，具体涉及一种集成两级冷却功能的自动防倒灌疏水排气管道。

背景技术：

1、水下排气是如今水面舰船与水下潜艇的理想排气方式，不仅能一定程度上的降低排气温度，还能降低排气噪声，合理的使用水下排气，可以有效的避免被雷达和红外仪器监测到。但水下排气也面临着很多严峻的问题，其依靠排气压力与流速克服海水压力而完成水下排气，如果排气压力低于海水压力，就会发生海水从排气管倒灌入柴油机进而造成柴油机严重损坏的事故。同时，排出的高温烟气会加热管道，不论排气本身还是被加热的外露管道都会向外发射大量的热辐射信号，会使海面局部温度升高、红外热特征产生明显变化，不利于舰船的隐蔽性。因此，在排气排出艇体之前降低排气温度以减小对海面温度的影响，同时进一步预防海水倒灌回发动机，具有十分重要的现实意义。

2、为了解决水下排气海水倒灌的问题，除了传统的在排气系统中加装止回阀以外，也诞生了许多新设计。cn106194372b公布了一种防倒灌的水下排气管，其通过在中段设置凸起单元从而同时提高局部排气流速并抬高了结构高度，以保证常态下低转速、低排气量的运行工况下也不发生水倒灌现象，但这种方法只适用于平稳的外部水域环境，无法应对因海浪导致的倒灌海水骤增涌入发动机的情况。cn104514609b则控制额外的空压机排出的高压气体来控制防水阀的开闭以达成防倒灌效果，但这种方法无法实现海水涌入时的自动化防倒灌，且空压机既额外消耗了能量又占用了大量船上的有限区域。cn114277908b使用管内的压力膜感知压力的变化，在海水倒灌后通过压力膜连接的磁铁阀门组件控制高压气体或液体来驱动预装于管内的膨胀囊膨胀封堵通道，但这种装置无法排出已流过膨胀囊的水，也无法在倒灌海水减少后自动复位重新让排气流通。而在排气冷却方面，目前主要在排气系统中使用单独的喷雾冷却装置进行降温，在管道上的降温设计仍是以水套结构冷却管道为主，尚不能充分利用管道的结构发挥冷却潜力。

3、因此，针对上述问题，设计出一种占用面积小、结构简单可靠、高度集成的具备自动封堵防倒灌功能并可排出内部积水的排气管道，并集成了两级冷却功能，提高管道本身的排气降温效果。

技术实现思路

1、针对上述现有水下排气管道的不足与改进需求，本发明提供了一种高度集成的新型复合排气管道，以最小的体积在对排气进行高效冷却的同时具备自动防海水倒灌功能与自动疏水功能。

2、本发明通过以下技术方案来实现：一种集成两级冷却功能的自动防倒灌疏水排气管道，所述管道包括管道主体、自动疏水组件以及包裹在所述管道主体外部的冷却水套，所述管道主体在水平方向上依次包括进气缓冲区、防倒灌疏水整流区、冷却区和排气缓冲区，所述进气缓冲区和所述排气缓冲区分别用于外接进气输入端和排气输出端；

3、所述自动疏水组件包括与防倒灌疏水整流区内壁密封连接的固定活塞以及活动活塞，所述固定活塞以及活动活塞径向上均开有多个排气通孔，所述固定活塞以及活动活塞之间形成排气整流区域，并通过内置有弹性机构的滑杆连接；所述活动活塞靠近冷却区一端的下方设有疏水槽，所述疏水槽的长度小于所述弹性机构的最大可压缩长度；

4、所述冷却区的内壁上均匀分布有多个喷水小孔，所述喷水小孔连通所述冷却水套，借助水压使水套中的冷却水对所述输气端输入的气体进行喷雾掺混汽化冷却排气。

5、作为进一步优选的，所述进气缓冲区和所述排气缓冲区分别通过进气口法兰和出气口法兰与进气输入端和排气输出端连接，所述进气缓冲区与所述排气缓冲区均呈下行阶梯状，所述进气缓冲区的底部高于所述排气缓冲区的顶部。

6、作为进一步优选的，所述冷却水套包括水套进水口法兰和水套出水口法兰，所述水套进口法兰靠近进气缓冲区与防倒灌疏水整流区相接处，所述水套出口法兰靠近冷却区和排气缓冲区相接处。

7、作为进一步优选的，所述自动疏水组件还包括限位机构，所述限位机构包括进气缓冲区底部的第一限位挡环，所述第一限位挡环用于固定所述固定活塞；以及所述冷却区底部的第二限位挡环，所述第二限位挡环用于限制所述活动活塞朝冷却区的移动；以及在排气整流区域底部的第三限位挡环，所述第三限位挡环用于限制所述活动活塞朝向固定活塞的移动。

8、作为进一步优选的，所述固定活塞以及活动活塞还具有与所述排气通孔连通的多个连通管，所述多个连通管的出气口靠近冷却区，所述出气口弯曲向上且弯曲角度不低于15°，所述出气口的最低处不低于所述活动活塞的1/2高度。

9、作为进一步优选的，还包括用于密封所述连通管进气口的自动封堵组件，所述自动封堵组件依次包括位于活动活塞周向端面上的活动转轴、扇形挡板、连杆转轴、连杆以及固定于活动活塞与固定活塞之间管道内壁上的固定转轴，所述活动转轴、扇形挡板、连杆转轴、连杆、固定转轴之间旋转连接。

10、作为进一步优选的，所述活动活塞靠近固定活塞一端的底部上还开有一活塞间排水槽，所述活塞间排水槽的宽度小于所述疏水槽的宽度，所述第三限位挡环底部开设有与所述疏水槽的宽度相同的缺口，所述活塞间排水槽以及所述缺口用于在活动活塞被倒灌海水推动后排出活动活塞与固定活塞之间的积水。

11、作为进一步优选的，所述喷水小孔与管道主体中心轴线呈30-45角度夹角，还与管道主体周向呈20-45角度夹角，以使喷入的冷却水往排气出口方向从管道圆周切向进入管道。

12、作为进一步优选的，还包括隔膜阀以及与所述疏水槽的底部垂直连通的疏水管道，所述隔膜阀的一端与所述疏水管道的底部连通，另一端通过管路与进气口法兰连接，所述疏水管道距隔膜阀的1/3-1/2高度处有疏水排出口，所述隔膜阀中的隔膜用于当疏水管道中的水位高度抵达1/2疏水管道高度以上时封堵隔膜阀阀体进出口。

13、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

14、1.本发明通过在管道主体内使用两个密封活塞配合底部的疏水槽形成了一个自动疏水结构，当海水涌入后可自动排空管道内的积水，避免积水积蓄在管道内产生倒流入发动机的风险，而常态下则封堵疏水槽，不会造成排气的泄露，且本发明在不增加复杂结构的情况下充分利用了水套中的冷却水，进行了对流冷却与旋流掺混汽化冷却的两级混合冷却方式，在管道冷却的基础上又大幅提高了对排气的降温效果，减小了排气与管道的红外辐射，进一步保障了水下排气的安全性与可靠性。

15、2.本发明充分利用倒灌海水本身作为驱动力，通过挡板与连杆的结构设计实现了海水涌入时的自动管道封堵，结构简单但具备优秀的防海水倒灌性能；同时管道从进气侧至出气侧的阶梯状下行结构，以及贯穿活动活塞与固定活塞的排气通孔的弯曲向上结构，这些结构保证了上游相对下游的高度差，与自动封堵组合件一起构成多层防海水倒灌措施，应对了水下排气的主要难题，保障了水下排气的安全性与可靠性。

16、3.本发明通过密封活塞中的连通管以及密封活塞间的整流区域构成膨胀式消声结构，可让流经的排气减小因速度不均而产生的噪声。

17、4.本发明优选的喷水孔设置使得喷入的冷却水往排气出口方向从管道圆周切向进入管道，使雾化的液体进入旋转状态形成旋流喷雾，有利于喷雾液滴破碎并在管道截面中更均匀地扩散，提升冷却效果，并且向出口倾斜的喷水孔使喷入的水不会进入管道冷却区上游的活动活塞连通管，能够防止喷入水进入管道上游的情况。