CN101550890B - 一种船舶柴油机余热利用液压传动方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种船舶柴油机余热利用液压传动方法和装置，涉及液压传动技术领域，特别适用于船舶柴油机产生的废气余热的利用。基于液压传动的原理，利用船舶柴油机废气余热，经旁通阀引出，推动涡轮转动，液压泵将涡轮机械能转变为液压油的压力能，经功率分配回路，分别辅助驱动发电机、舵机。该装置包括液压系统驱动回路、系统补油回路和系统压力过载安全保护回路。以适应船舶的各种运动工况。该方法和装置可有效利用船舶航行中的柴油机废气余热，提高柴油机的工作效率，达到节能目的。

Description

一种船舶柴油机余热利用液压传动方法和装置
技术领域
本发明涉及液压传动技术领域，特别适用于船舶柴油机产生的废气余热的利用。
背景技术
随着国家“节能减排”实现可持续发展战略目标的提出，特别是降低以石油为主的化石能源消耗被人们广泛的重视。就燃油大户船舶而言，船舶柴油机废气能量约占燃油总热量18％左右，其可利用部分也达12％左右，约为柴油机有效功率的1/4。如何提高能源的利用率，减少船舶柴油机废气的排放，保护人类赖以生存的环境仍是发展的重点。目前船舶柴油机废气余热的利用主要是废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率，同时利用废气锅炉产生0.5MPa左右的饱和水蒸汽来满足船员的日常生活用水及油舱的加热保温等。这使得废气余热的利用不仅不充分，而且不合理。在船舶朝着大型化、高速化发展，船舶柴油机的额定功率大幅度提高的今天，更加有效的利用船舶柴油机输出的废气余热，无论从经济上或环保方面都具有重大价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的有效利用船舶柴油机产生的废气余热的方法。即航行中船舶柴油机排出的高温废气通过废气涡轮增压器后，将多余的热气经旁通阀引出带动另一个涡轮旋转，通过液压传动系统，其括由油箱，液压泵，换向阀，溢流阀，电磁阀以及相应管路组成的液压供给装置，实现能量再利用，提高柴油机的工作效率的方法。
采用涡轮为动力源，通过双向变量泵将涡轮输出的机械能转变为液压油的压力能，经功率分配回路，即经过液压油路再分配后传递给马达，马达将压力能再次转换成机械能，辅助驱动发电机、舵机、船舶侧推装置等。可通过对双向变量泵的控制来调节液压泵的转速与转向，以适应船舶各种运动工况。根据上述液压系统的原理设计船舶柴油机废气余热利用的液压传动系统装置，该装置包括增加旁通阀管路与系统驱动回路，系统驱动回路并联一个系统补油回路和一个系统压力过载安全保护回路。
系统驱动回路将船舶柴油机输出的多余废气带动涡轮转动输出的机械能转换为液压能驱动液压马达转动；系统补油回路向液压系统低压端补充液压油；系统压力过载安全保护回路限制系统的最高压力，保证系统安全。
系统驱动回路由涡轮1带动双向变量泵3，双向变量泵3输出的液压油经管路驱动双向定量泵-马达17，双向定量泵-马达的出口与双向变量泵3的入口相连，构成闭式回路。通过闭式回路跨接的三位四通电磁阀18对双向定量泵-马达17进行控制，实现对双向定量泵-马达的转速以及转向的调节。
系统补油回路中补油泵4由涡轮1驱动，直接从油箱22吸油，补油泵4出口与单向阀A5和单向阀B6入口相连，单向阀I 5和单向阀II6出口分别与系统驱动回路高低压侧相连，通过系统回路低压端向系统回路补油，同时补油泵4的出口处安装溢流阀I 10用于限制系统补油回路压力，滤器11的作用是过滤系统中液压油的杂质，保证液压油的品质。
系统压力过载安全保护回路，其中单向阀III7和单向阀IV8与系统驱动回路高低压两端直接相连，方向相反。系统驱动回路高压端压力油通该侧单向阀经减压阀9减压后如果压力仍然过高超过溢流阀I 10的设定值，则通过溢流阀I
10溢流回油箱27，限制了系统驱动回路高压侧端的压力。三位三通液动换向阀12入口与系统驱动回路高低压两端相连，两控制端口与系统驱动回路高低压两端相连，三位三通液动换向阀12出口与溢流阀II 13入口相连，溢流阀II 13出口经过滤器11直接回油箱23，限制了系统驱动回路低压端的压力。起到过载保护作用，防止因负载突然增大或系统设备卡阻现象等意外情况发生对系统回路产生破坏。
有益效果
本发明就燃油大户船舶而言，有效利用船舶航行中柴油机输出的多余废气余热为其他机械设备提供动力，实现了提高柴油机的工作效率节约能源的目的；本发明在不改变涡轮的转速的情况下可实现对输出马达的换向和调速；通过溢流阀可保障液压动力系统负载突然增加或机械设备卡阻时的系统压力增加的安全过载保护问题，提高了系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明船舶柴油机余热利用液压传动装置原理图
图中：1、涡轮2、离合器3、双向变量泵4、补油泵5、单向阀I6、单向阀II  7、单向阀III 8、单向阀IV 9、减压阀10、溢流阀I11、滤器12、三位三通液动换向阀13、溢流阀II 14、压力表15、发电机16、柴油机推进装置17、双向定量泵-马达18、三位四通电磁阀19、离合器20、船舶舵机系统21、三位四通电磁阀22、油箱23、油箱
具体实施方式
如图1所示，船舶航行工况下柴油机的废气涡轮增压系统中废气经旁通阀引出至本系统中的涡轮1，带动涡轮1转动，将废气所含的热能转换为系统机械能。打开离合器2，涡轮1将带动双向变量泵3转动，根据系统需要，双向变量泵3可向液压系统双向分别输出压力油，提供能量。如果系统工作过程中，系统压力稳定小于系统设定的最高限制压力，系统过载安全保护回路将关闭，系统正常工作。双向变量泵3将通过涡轮1转换来的能量变为系统压力能输出，可分别输出给双向定量泵-马达17以及其他液压系统。
双向变量泵3输入给双向定量泵-马达17的液压油，通过三位四通电磁阀18控制液压油的开闭和方向，带动双向定量泵-马达17可沿双向转动。通过离合器19可与船舶柴油机推进装置16一起带动发电机15转动。为船舶提供电能。压力表14连接在三位四通电磁阀18上。
双向变量泵3输入给船舶舵机系统20其他液压系统的液压油，分别通过三位四通电磁阀21控制液压油的开闭和方向，为相关系统提供能量。通过本系统实现了有效的利用柴油机多余废气中所含能量，为船舶航行工况下的其他液压系统设备提供动力源，达到节省能源的效果。
补油泵4可从油箱22吸油为系统补充缺失的液压油，可通过单向阀I 5或单向阀II6向系统低压端补油，保证系统正常工作。
如果系统执行机构高压端压力过高，超过系统设定的安全压力值，高压油可通过单向阀III7或单向阀III8到减压阀9的进口端，经减压阀9减压后如果仍大于溢流阀I 10设定的最高压力，那么溢流阀I 10打开，系统高压油通过溢流阀I 10和滤器11溢流回油箱23，降低系统压力保证系统安全。如果系统低压端的压力过高，超过系统安全设定，压力油将打开三位三通液动换向阀12，经过溢流阀II 13和滤器11溢流回油箱23，降低低压端的系统压力，保证系统安全。

Claims (3)

1.一种船舶柴油机余热利用液压传动的装置，它包括由油箱、液压泵、换向阀、溢流阀、电磁阀以及相应管路组成的液压供给装置，其特征在于所述液压供给装置包括一个系统驱动回路，涡轮(1)带动双向变量泵(3)，双向变量泵(3)输出的液压油经管路驱动双向定量泵-马达(17)，双向定量泵-马达(17)的出口与双向变量泵(3)的入口相连，构成系统驱动回路，系统驱动回路跨接一个三位四通电磁阀(18)，并联一个系统补油回路和一个系统压力过载安全保护回路。
2.根据权利要求1所述的船舶柴油机余热利用液压传动的装置，，其特征在于，所述的系统补油回路是：补油泵(4)由涡轮(1)驱动，直接从油箱(22)吸油，补油泵(4)出口与单向阀I(5)和单向阀II(6)入口相连，单向阀I(5)和单向阀II(6)出口分别与系统驱动回路高、低压侧相连，补油泵(4)的出口处安装溢流阀(10)。
3.根据权利要求1所述的船舶柴油机余热利用液压传动的装置，其特征在于，所述的系统压力过载安全保护回路是：单向阀III(7)和单向阀IV(8)与系统驱动回路高、低压侧直接相连，方向相反，所述系统驱动回路高压侧的压力油通该侧单向阀III(7)经减压阀(9)减压后，如果压力仍然过高，超过溢流阀(10)的设定值，则通过溢流阀I(10)回油箱(23)，三位三通液动换向阀(12)入口与系统驱动回路高、低压侧相连，三位三通液动换向阀(12)的两控制端口与系统驱动回路高、低压侧相连，三位三通液动换向阀(12)出口与溢流阀II(13)入口相连，溢流阀II(13)出口经过滤器(11)直接回油箱(23)。
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