CN101832861B

CN101832861B - 柴油机潜用环境条件模拟装置

Info

Publication number: CN101832861B
Application number: CN2010101413075A
Authority: CN
Inventors: 艾钢; 郭丰泽; 赵同宾; 曾宪友; 邱爱华; 刘佳彬; 童强
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: Shanghai shine Heavy Industry Co., Ltd.
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: CN101832861A

Abstract

本发明涉及一种柴油机潜用环境条件模拟装置，其特点是，包括环境模拟房、排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件；环境模拟房为密封仓；排气背压调节部件连接在烟气排气管路上；进气温度调节部件连接在烟气排气管路的输出端；进气压力调节部件连接在进气温度调节部件的输出端；冷却水温度调节部件通过冷却水入口管路和出口管路与柴油机冷却水进口、出口连接；排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件受控制器控制输出模拟值。可完全实现柴油机潜用环境条件，包括环境气温、环境气压、海水温度和排气背压的模拟；为潜用柴油机的研制和性能研究试验提供一个基础平台。

Description

柴油机潜用环境条件模拟装置

技术领域

本发明涉及一种模拟装置，尤其涉及一种柴油机潜用环境条件模拟装置。

背景技术

柴油机是舰船中应用最广泛的一种动力机械。因其系统工作可靠、布置灵活、运行机动的特点，中小型特别是军用舰船均采取多柴油发电机组供电、并网运行方式；柴电主动力装置是现代潜艇的主要动力形式。

潜用环境是指潜艇处于通气管工作状态时柴油机所处机舱环境。潜用环境参数包括环境气温、环境气压、冷却水温度、排气背压。上述参数的变动对柴油机性能影响很大，因此，创建一标准潜用环境来标定输出功率、测试柴油机性能是十分必要的。

针对潜用柴油机的潜用环境条件性能研究，国内外柴油机厂商和研究机构也做了大量的工况模拟试验。目前已有的针对潜用环境的柴油机试验系统，可进行柴油机排气背压调节、进气压力调节(通过调节直连在柴油机进气口上的进气管的蝶阀)等试验，一定程度上实现了潜用环境的模拟。但均存在以下问题：

1.无法模拟潜用气温条件，个别厂商会采用电加热的型式加热进气空气，但此方式耗能巨大；对于柴油机长时间负荷试验性能研究，十分不经济。

2.无法模拟潜用冷却水(海水)温度条件。

3.无法完整实现潜用环境条件模拟，只能实现环境气温、环境气压、冷却水温度、排气背压中部分潜用环境条件的模拟，无法同时在同一系统中实现。

综上所述，目前针对潜用柴油机研制(或改造)的试验系统无法完整再现或模拟潜用柴油机实际工作环境，无法进行柴油机潜用环境的性能试验研究(一般采用系数折算形式)，从而不能使柴油机的研制效果最优，不利于潜用柴油机研制关键技术的研究和掌握。

发明内容

本发明是为了解决现有技术存在的上述问题，而提供的一种柴油机潜用环境条件模拟装置，通过该柴油机潜用环境条件模拟装置可建立一套能完整模拟柴油机潜用环境条件的装置/系统。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：柴油机潜用环境条件模拟装置，其特点是，包括环境模拟房、排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件；所述的环境模拟房为密封仓，在环境模拟房的壁上设有包括烟气出口、空气进口以及冷却水进出口；在环境模拟房内设有包括供试验用的柴油机和耗功装置；所述的烟气出口与模拟房外部的烟气排气管路连接；所述的空气进口与模拟房外部的空气进气管路连接；所述的排气背压调节部件连接在烟气排气管路上；所述的进气温度调节部件连接在烟气排气管路的输出端；所述的进气压力调节部件连接在进气温度调节部件的输出端；所述的冷却水温度调节部件通过冷却水入口管路和出口管路分别与柴油机冷却水进口、出口连接；所述的排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件受控制器控制输出模拟值。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的控制器包括设置在烟气排气管路上的第一温度传感器、设置在环境模拟房内的第二温度传感器、以及设置在冷却水入口管路上的第三温度传感器，还包括设置在烟气排气管路上的第一压力传感器、设置在环境模拟房内的第二压力传感器，以及还包括一与上述各温度传感器和各压力传感器的输出端电连接的程序控制电路；所述的程序控制电路的输出端分别控制排气背压调节部件输出的排气温度、进气温度调节部件输出的进气温度、冷却水温度调节部件输入的冷却水温度，以及分别控制排气背压调节部件输出的排气背压、进气压力调节部件的压力。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的排气背压调节部件由一调节阀构成，设置在烟气排气管路上。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的进气温度调节部件包括设置在主管道内的烟气换热器、以及一旁通进气调节器件；所述的烟气换热器的烟气入口与烟气排气管路的出口贯通连接，该烟气换热器的空气入口输入空气；所述的旁通进气调节器件与主管道贯通连接。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的旁通进气调节器件包括两个进气口和一个出气口，其中一个进气口通过管道与烟气换热器的出口贯连，另一个进气口输入外部空气；所述的两个进气口的口部设有口部空气流动面积调节机构，通过控制器控制所述口部空气流动面积调节机构在两个进气口的开度。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的进气温度调节部件还包括一电加热器，设置在所述旁通进气调节器件的下方，所述的电加热器的出口通过管道与进气压力调节部件连接。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的电加热器的功率值由控制器控制。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的进气压力调节部件由进气压力调节阀构成，通过管道与所述进气温度调节部件的空气管出口连接；该进气压力调节部件通过空气进气管路连接到模拟房的空气进口。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的冷却水温度调节部件包括一冷却水输入三通管路和一海水调温三通阀；所述的三通管路连接在柴油机的冷却水入口管路上；所述的海水调温三通阀连接在柴油机冷却水出口管路上；该海水调温三通阀并通过回水管路与冷却水入口管路上的三通管路连接，形成回路；所述的冷却水出柴油机后分成两部分，一部分通过三通管路返回冷却水进口，一部分排出。

上述柴油机潜用环境条件模拟装置，其中，所述的环境模拟房具有承受10kPa压差的能力，内部可形成标准潜用环境条件的环境气压。

本发明由于采用了以上的技术方案，可完全实现柴油机潜用环境条件，包括环境气温、环境气压、海水温度和排气背压的模拟；为潜用柴油机的研制和性能研究试验提供一个基础平台。

附图说明

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。

图1是本发明柴油机潜用环境模拟装置的整体模拟试验系统的示意图。

图2是本发明柴油机潜用环境模拟装置的冷却水模拟系统示意图。

图3是本发明柴油机潜用环境模拟装置的控制器的电方框图。

具体实施方式

请参阅图1。本发明柴油机潜用环境条件模拟装置，包括环境模拟房1、排气背压调节部件2、进气温度调节部件3、进气压力调节部件4、冷却水温度调节部件5，所述的排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件受控制器6控制输出模拟值。

所述的环境模拟房为密封仓，模拟房底部与地基密封贴合，具有承受10kPa压差的能力，内部可形成标准潜用环境条件的环境气压例如绝对值96kPa。本实施例供试验用的柴油机100以及耗功装置例如发电机或测功器、冷却水温度调节部件5以及与柴油机和冷却水温度调节部件等连接的相关管路均设置在环境模拟房内。外部油气水电供应管路及柴油机烟气排气管路均通过模拟房两侧的和顶部的接口与环境模拟房内的相关管路连接(未图示)，确保模拟房内形成一密封空间。

在环境模拟房的壁上还包括设有烟气出口11、空气进口12以及冷却水进出口13；所述柴油机通过管道分别与烟气出口、空气进口、冷却水温度调节部件连接，冷却水温度调节部件入口、出口分别与环境模拟房的冷却水进口、出口连接；所述的烟气出口与模拟房外部的烟气排气管路201连接。所述的空气进口与模拟房外部的空气进气管路202连接。所述的排气背压调节部件2由一调节阀构成，设置在烟气排气管路201上。所述的进气温度调节部件3连接在烟气排气管路201的输出端。所述的进气压力调节部件4由进气压力调节阀构成，通过管道与所述进气温度调节部件的空气管出口连接；该进气压力调节部件通过空气进气管路202连接到模拟房的空气进口。

本实施例中，所述的进气温度调节部件3包括设置在主管道内的烟气换热器31、以及一旁通进气调节器件32；所述的烟气换热器31的烟气入口与烟气排气管路202的出口贯通连接，该烟气换热器31的空气入口(即进气1)输入空气；所述的旁通进气调节器件32与主管道贯通连接。本实施例中，所述的旁通进气调节器件32包括两个进气口321、322和一个出气口323，其中一个进气口321通过管道与烟气换热器31的出口连接，另一个进气口322输入外部空气(即进气2)。所述的两个进气口的口部设有口部空气流动面积调节机构，本实施例的口部空气流动面积调节机构例如设为滑动盖，通过控制器控制所述口部空气流动面积调节机构在两个进气口的开度。为了精确控制进气温度或作为烟气换热器的辅助备用，本发明还包括一电加热器33，设置在所述旁通进气调节器件的下方。所述的电加热器的出口通过管道与进气压力调节部件连接。该电加热器33的功率值也由控制器控制。柴油机吸入的进气空气流经进气温度调节装置的烟气换热器、旁通进气和电加热器和进气压力调节阀进入模拟房。所述的进气温度以环境模拟房内环境气温达到标准潜用环境条件要求为准。

请参阅图2，本发明柴油机潜用环境条件模拟装置中，所述的冷却水温度调节部件5包括一冷却水输入三通管路51和一海水调温三通阀52，本实施例该冷却水温度调节部件5设置在环境模拟房内，其中，所述的三通管路51连接在柴油机的冷却水入口管路204上；所述的海水调温三通阀52连接在柴油机冷却水出口管路205上，该海水调温三通阀52并通过回水管路206与冷却水入口管路204上的三通管路51连接，形成回路。所述的冷却水入口管路204和冷却水出口管路205分别与柴油机冷却水进口、出口连接。工作时，所述的冷却水出柴油机后分成两路，一路直接排出，一路旁通至三通管路，与进口冷却水(海水)混合后进入柴油机。

请参阅图3，本发明柴油机潜用环境条件模拟装置中，所述的控制器6包括设置在烟气排气管路上的第一温度传感器61、设置在环境模拟房内的第二温度传感器62、以及设置在冷却水温度调节部件的冷却水入口管路上的第三温度传感器63，还包括设置在烟气排气管路上的第一压力传感器64和设置在环境模拟房内的第二压力传感器65，在冷却水温度调节部件5的冷却水出水管路上也可还包括一第四温度传感器66。以及还包括一与上述各温度传感器和各压力传感器的输出端电连接的程序控制电路67；所述的程序控制电路的输出端分别与排气背压调节部件2、进气温度调节部件3、进气压力调节部件4、冷却水温度调节部件5的输入端电连接，分别控制排气背压调节阀输出的排气温度和排气背压、控制进气温度调节部件输出的进气温度、控制冷却水温度调节部件输入、输出的冷却水温度，以及控制进气压力调节阀的压力。

所述的控制电路可由单片机构成，也可由可编程序控制器构成。本实施例中，控制电路根据第一温度传感器和第一压力传感器的输出信号分别控制排气背压调节阀的开度。柴油机排出的烟气出模拟房后，依次流经排气背压调节阀和进气温度调节装置的烟气换热器；根据烟气排气管路上的第一压力传感器

(或安装于柴油机机体上的涡轮后排气压力传感器)控制排气背压调节阀的开度值，使柴油机排气背压和温度达到期望值。

控制电路根据模拟房内的第二压力传感器输出的信号控制进气压力调节阀的开度值，使模拟房内环境气压达到期望值。并根据模拟房内的第二温度传感器输出的信号控制进气温度调节装置的旁通进气器件的开度和电加热器的功率值，使模拟房内环境气温达到期望值。

控制电路还根据进柴油机前的冷却水入口管路上的第三温度传感器输出的信号控制冷却水入口的温度，被通过出柴油机后的冷却水出口管路上设置的第四温度传感器和第四压力传感器输出的信号控制海水调温三通阀的旁通、排出冷却水比例，使进入柴油机的海水温度达到期望值。

本装置可与柴油机试验室辅助系统(油气水电供应)结合，与试验装置(柴油机及耗功设备)一起形成一个柴油机潜用环境的试验系统。具有以下的特点：

1.排气背压模拟

柴油机排气(烟气)出环境模拟房后经排气背压调节阀进入进气温度调节部件；通过调节排气背压调节阀开度，可设定柴油机排气背压值；此外，通过外部程序控制排气背压调节阀开度大小变化规律(一定周期、幅值的正弦波曲线)，可进行排气背压波动的模拟。

2.进气温度模拟

烟气在进气温度调节部件中通过换热来加热柴油机进气。此外，进气温度调节部件下部设置电加热器，可对进气温度小幅度微调。进气温度的控制实际以环境模拟房内气温(环境气温)达到标准潜用环境条件要求为准。

3.进气压力模拟

出进气温度调节部件后，进气空气经进气压力调节阀由运行中柴油机吸入环境模拟房；通过调节进气压力调节阀开度，可设定环境模拟房内气压值。

4.冷却水温度模拟

冷却水(海水)流经柴油机，吸收热量后温度升高；在柴油机出口海水管路设置海水调温三通阀，海水出柴油机后分成两部分，一部分通过三通管路返回进口，一部分排出；返回与排出的比例由调温阀根据进柴油机前海水温度信号自动调节。

Claims

1.柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，包括环境模拟房、排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件；

所述的环境模拟房为密封仓，内部形成标准潜用环境条件的环境气压，具有承受10kPa压差的能力；在环境模拟房的壁上包括烟气出口、空气进口以及冷却水进出口；在环境模拟房内包括供试验用的柴油机和耗功装置；所述的烟气出口与模拟房外部的烟气排气管路连接；所述的空气进口与模拟房外部的空气进气管路连接；

所述的排气背压调节部件连接在烟气排气管路上；

所述的进气温度调节部件连接在烟气排气管路的输出端；

所述的进气压力调节部件连接在进气温度调节部件的输出端；

所述的冷却水温度调节部件通过冷却水入口管路和出口管路分别与柴油机冷却水进口、出口连接；

所述的排气背压调节部件、进气温度调节部件、进气压力调节部件、冷却水温度调节部件受控制器控制输出模拟值；所述的控制器包括设置在烟气排气管路上的第一温度传感器、设置在环境模拟房内的第二温度传感器、以及设置在冷却水入口管路上的第三温度传感器，还包括设置在烟气排气管路上的第一压力传感器、设置在环境模拟房内的第二压力传感器，以及还包括一与上述各温度传感器和各压力传感器的输出端电连接的程序控制电路；所述的程序控制电路的输出端分别控制排气背压调节部件输出的排气温度、进气温度调节部件输出的进气温度、冷却水温度调节部件输入的冷却水温度，以及分别控制排气背压调节部件输出的排气背压、进气压力调节部件的压力。

2.根据权利要求1所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的排气背压调节部件由一调节阀构成，设置在烟气排气管路上。

3.根据权利要求1所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的进气温度调节部件包括设置在主管道内的烟气换热器、以及一旁通进气调节器件；所述的烟气换热器的烟气入口与烟气排气管路的出口贯通连接，该烟气换热器的空气入口输入空气；所述的旁通进气调节器件与主管道贯通连接。

4.根据权利要求3所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的旁通进气调节器件包括两个进气口和一个出气口，其中一个进气口通过管道与烟气换热器的出口贯连，另一个进气口输入外部空气；所述的两个进气口的口部设有口部空气流动面积调节机构，通过控制器控制所述口部空气流动面积调节机构在两个进气口的开度。

5.根据权利要求3所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的进气温度调节部件还包括一电加热器，设置在所述旁通进气调节器件的下方，所述的电加热器的出口通过管道与进气压力调节部件连接。

6.根据权利要求5所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的电加热器的功率值由控制器控制。

7.根据权利要求1所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的进气压力调节部件由进气压力调节阀构成，通过管道与所述进气温度调节部件的空气管出口连接；该进气压力调节部件通过空气进气管路连接到模拟房的空气进口。

8.根据权利要求1所述的柴油机潜用环境条件模拟装置，其特征在于，所述的冷却水温度调节部件包括一冷却水输入三通管路和一海水调温三通阀；所述的三通管路连接在柴油机的冷却水入口管路上；所述的海水调温三通阀连接在柴油机冷却水出口管路上；并且，该海水调温三通阀通过回水管路与冷却水入口管路上的三通管路连接，形成回路；所述的冷却水出柴油机后分成两部分，一部分冷却水输入三通管路返回冷却水进口，一部分排出。