CN102748122A - 一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置，连接于船用柴油机的气缸与增压器之间，其包括第一气动碟阀、第二气动碟阀、第一电磁阀、第二电磁阀、转速传感器和系统控制箱，所述第一气动碟阀和第二气动碟阀与所述增压器连接，所述第一电磁阀和第二电磁阀与控制空气气源连接，该第一电磁阀分别与第一气动碟阀和系统控制箱连接，该第二电磁阀分别与第二气动碟阀和系统控制箱连接，所述转速传感器安装在船用柴油机上且与系统控制箱连接。本发明具有安装简单、操作安全、控制模式多样化、维护保养方便和投入成本小等优点。

Description

一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置

技术领域

本发明涉及一种船用柴油机设备，具体涉及一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置，属于柴油机技术领域。

背景技术

2008年以来受金融危机影响，国际航运市场持续低迷，各大船东公司以及船舶营运公司为了节省船舶运行成本，提高经济效益，纷纷探索各种寻求降低成本的途径。

据相关方面统计，船舶柴油机的单位油耗大约占船舶日常运行成本的40%-50%，航运公司为了提高自身的运营利润对船舶柴油机的油耗提出了越来越高的要求。目前实现降低柴油机油耗的方法不尽相同，其中有的方案是在船舶建造前期选用输出功率低一档的柴油机，但可以预见的是，当航运市场复苏后，急迫的市场需求将会使选用此方案的航运公司力不从心；有的方案则是降低柴油机转速，选用直径更大的螺旋桨，但这使船体结构修改复杂，且将使用更多的压载水，存在一定风险；另外还有一些方案是安装外围设备，但费用较高；最新考虑的方案是在配备两台或以上增压器的船舶柴油机上，切断一台增压器，提高当前保留工作的增压器的效率，提高进气压力，使燃料燃烧更充分，从而降低柴油机的油耗。

目前在船舶柴油机上使用的为传统的切断增压器的方式，该方式为机械式操作，即通过在增压器的废气进口和增压后的新鲜空气出口处各增加一个盲板法兰：当需要将某一台增压器停机时，就采用人工操作方式将上述两处地方的连接法兰拆卸开，再将盲板法兰塞入安装好。由于柴油机运转时废气温度和增压后的新鲜空气温度均较高，即使在柴油机停机时此两处的温度也不可能立即降低，因此更换盲板法兰的工作很难在短时间内完成；由于法兰规格较大，操作空间又很狭小，因此操作的劳动强度很大也很艰苦；若需要在船舶运行时经常切断和恢复增压器，则更将会带来大量的重复作业工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有增压器运转状态控制技术带来的操作繁重、作业艰苦的不足，提供一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置，采用自动控制方式控制增压器的关闭和开启，从而达到提高劳动效率、降低安全隐患、避免艰苦繁重的人力操作的目的。

基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置，连接于船用柴油机的气缸与增压器和空冷器与增压器之间，其包括第一气动碟阀、第二气动碟阀、第一电磁阀、第二电磁阀、转速传感器和系统控制箱，所述第一气动碟阀和第二气动碟阀与所述增压器连接，所述第一电磁阀和第二电磁阀与控制空气气源连接，该第一电磁阀分别与第一气动碟阀和系统控制箱连接，该第二电磁阀分别与第二气动碟阀和系统控制箱连接，所述转速传感器安装在船用柴油机上且与系统控制箱连接。

所述增压器包括互相连接的废气涡轮和压气机，所述气缸设有通入增压后的新鲜空气的扫气集管和排出废气的排气集管，所述第一气动碟阀一端连接所述压气机，另一端通过一空气冷却器连接所述扫气集管，所述第二气动碟阀一端连接所述废气涡轮，另一端连接所述排气集管。

所述系统控制箱包括自动控制回路、手动控制回路和恶劣海况回路，所述自动控制回路连接有转速检测模块和在接通时能够切断手动控制回路和恶劣海况回路的第一继电器，该转速检测模块连接所述转速传感器、第一电磁阀和第二电磁阀，并且转速检测模块内设置有柴油机转速预定值，所述手动控制回路连接有在接通时能够切断自动控制回路和恶劣海况回路的第二继电器，所述恶劣海况回路连接有在接通时能够切断自动控制回路和手动控制回路的第三继电器，并且该第三继电器连接所述第一电磁阀和第二电磁阀。

所述第一气动碟阀和第二气动碟阀具有手动控制功能。

所述第一电磁阀和第二电磁阀为二位三通电磁阀。

所述系统控制箱采用壁挂式自动控制箱或嵌入式自动控制面板。

与传统的增压器切断技术相比较，本发明所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置具有下列优点：

1、安装和操作简单——整套装置只需要完成一次性初始安装后，就能通过自动控制方式转换增压器的运转状态，从而避免了传统方式中日后反复机械拆装的艰苦作业，省去了人力操作的繁重工作量；

2、控制模式多样化——本发明能够实现三种控制模式：自动模式、手动模式和恶劣海况模式，因此使用时能够直根据船舶柴油机实际运行中可能碰到的各种状态分别进行控制，使得控制方式的选择达到了最优化，提高了运行的灵活性和可靠性；

3、无安全隐患——本发明采用自动切断和恢复原理，装置的动作过程全部自动化，无需人力操作，保证了操作工人的安全，消除了安全隐患；

4、维护保养方便——位于增压器废气进口的蝶阀由于长期与废气接触，所以需要定期拆卸清洗以清洁杂质，本发明采用了结构简单轻巧的气动蝶阀来完成气路的关闭和开启，因此拆卸方便，易于维护；

5、投入成本较小——所述装置使用的构件均为市场常见零部件，因而整套设备的采购和安装成本低廉。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2本发明气动碟阀的结构示意图。

图3是是本发明气动碟阀的连接安装图。

图4是本发明的自动控制原理图。

图中，

1执行器，2连接块，3连接块，4阀杆，5碟阀，6压气机，7压气机，8废气涡轮，9废气涡轮，10第一气动碟阀，11第二气动碟阀，12空气冷却器，13扫气集管，14气缸，15排气集管，16压缩空气管路，17压缩空气管路，18新鲜空气气路，19新鲜空气气路，20废气总管，21增压器，22增压器，23废气管路，24废气管路，25进气管路，26进气管路，27废气管路，28第一电磁阀，29第二电磁阀，30控制空气气源，31气路，32气路，33转速传感器，34系统控制箱，35电缆，36电缆支路，37电缆支路，38电缆，39断路器，40常闭触点，41常闭触点，42第一继电器，43常闭触点，44常闭触点，45第二继电器，46常闭触点，47常闭触点，48第三继电器，49常开触点，50第四继电器，51转速检测模块，52常开触点，53第五继电器，54常开触点，55常闭触点，56常开触点，57常开触点，58限位开关，59空气冷却器；

a1)气路，a2)气路，b1)气路，b2)气路，c1)自动控制按扭，c2)手动控制按扭，c3)恶劣海况按扭，d1)绿色自动控制模式指示灯，d2)黄色手动操作模式指示灯，d3)蓝色恶劣海况模式指示灯，d4)白色电源指示灯，d5)红色气动碟阀动作指示灯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，下述实施例介绍船用柴油机配备两台废气涡轮增压器，而采用本发明控制其中一台增压器进行运转的状况，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都属于本发明专利申请的技术范围，如对增压器的数量进行扩展等。

请参阅图1，图示船用柴油机增压器运转状态的控制装置用于船用柴油机涡轮增压器运转状态的控制，其连接于船用柴油机的气缸14与增压器21之间，该船用柴油机增压器运转状态的控制装置包括第一气动碟阀10、第二气动碟阀11、第一电磁阀28、第二电磁阀29、转速传感器33和系统控制箱34，以及连接电缆和铜管。

所述第一气动碟阀10和第二气动碟阀11用于关闭和开启增压器21的废气进口和新鲜空气进口管路，它们与所述增压器21连接，该第一气动碟阀10和第二气动碟阀11均采用气动控制方式，同时还具有手动控制功能。

所述第一气动碟阀10和第二气动碟阀11的内部结构相同，可参阅图2，该气动碟阀10和11均由执行器1、连接块2、连接块3、阀杆4和碟阀5组成，其中执行器1与连接块2、连接块3和碟阀5通过螺栓紧固在一起，阀杆4安装在连接块2内，连接执行器1和碟阀5。执行器1接受气路信号并推动阀杆4动作，通过阀杆4的转动控制蝶阀5的关闭和开启。

所述第一气动碟阀10和第二气动碟阀11在船用柴油机涡轮增压器上的安装可参阅图3。图3所示船用柴油机的气缸14配备有两台增压器21和22，其中增压器21连接本发明所述的控制装置，以达到控制该增压器21关闭或开启运行状态的目的。新鲜空气经由两个增压器21和22压缩后供应柴油机。所述气缸14设有扫气集管13和废气管路27，多路废气管路27汇集后接在排气集管15上。该排气集管15用以排出废气，扫气集管13用以通入增压后的新鲜空气。

所述增压器22包括互相连接的废气涡轮9和压气机7；该废气涡轮9在进口侧通过废气管路24与排气集管15连接，在出口侧与废气总管20连接；该压气机7与新鲜空气气路19连接，并将压缩后的新鲜空气通过压缩空气管路17输送到空气冷却器59进行冷却，冷却后的空气经过进气管路26送入扫气集管13，在柴油机进行扫气工作时，压缩空气被送入气缸14参与燃烧。

所述增压器21包括互相连接的废气涡轮8和压气机6；该废气涡轮8在出口侧与废气总管20连接，该压气机6与新鲜空气气路18连接；所述第一气动碟阀10一端通过压缩空气管路16连接所述压气机6，另一端通过另一空气冷却器12和进气管路25连接所述扫气集管13，所述第二气动碟阀11一端连接所述废气涡轮8，另一端通过废气管路23连接所述排气集管15。所述增压器21由第二气动碟阀11控制废气涡轮8动作。当第二气动碟阀11关闭时，无废气供应到废气涡轮8，废气涡轮8停止工作；为了防止新鲜空气气路18中的新鲜空气泄漏进空气冷却器12中，第一气动碟阀10与第二气动碟阀11同步关闭。

再请参阅图1，所述第一电磁阀28和第二电磁阀29均为二位三通电磁阀，接收系统控制箱34送出的控制信号,并将控制空气气源30导通,用以驱动第一气动碟阀10和第二气动碟阀11动作，所述第一电磁阀28和第二电磁阀29分别通过气路b1)和气路b2)与控制空气气源30连接。所述第一电磁阀28通过气路31与第一气动碟阀10连接，同时通过电缆支路36连接来自系统控制箱34的电缆38。所述第二电磁阀29通过气路32与第二气动碟阀11连接，同时通过电缆支路37连接来自系统控制箱34的电缆38。

正常工作情况下，第一电磁阀28的气路b1)及第二电磁阀29的气路b2)不导通，第一气动碟阀10和第二气动碟阀11处于打开状态。当第一电磁阀28和第二电磁阀29得到从电缆38分配到电缆支路36和37提供的加电电信号时，气路a1)和a2)导通，控制空气气源30通过气路31和32送到第一气动碟阀10和第二气动碟阀11，并使其关闭；当第一电磁阀28和第二电磁阀29得到从电缆38分配到电缆支路36和37提供的失电电信号时，气路b1)和b2)导通，控制空气气源30无法通过气路31和32送到第一气动碟阀10和第二气动碟阀11，此时该两气动碟阀恢复打开状态。

所述转速传感器33用于检测柴油机的转速信号并向系统控制箱34反馈，该转速传感器33安装在船用柴油机上，并且通过电缆35与系统控制箱34连接。柴油机转速信号由转速传感器33经由电缆35送至系统控制箱34，用于监测柴油机的实时转速。

所述系统控制箱34用于控制增压器21的运转状态，该系统控制箱34可以采用壁挂式自动控制箱安装在船舶集控室内，或者采用嵌入式自动控制面板直接镶嵌在船舶集控台上。所述系统控制箱34通过电缆38输出电信号。

所述系统控制箱34上设置有三个按扭，分别为自动控制按扭c1)、手动控制按扭c2)和恶劣海况按扭c3)；和五个信号指示灯，分别为绿色自动控制模式指示灯d1)、黄色手动操作模式指示灯d2)、蓝色恶劣海况模式指示灯d3)、白色电源指示灯d4)和红色气动碟阀动作指示灯d5)。

当系统控制箱34通电时，白色电源指示灯d4)亮起。当按下系统控制箱34上的自动控制按扭c1)时，启动自动控制模式，系统控制箱34将自动监测从转速传感器33经由电缆35送来的柴油机转速信号，同时绿色自动控制模式指示灯d1)亮起；若系统控制箱34上读取的柴油机转速值小于预先设置的柴油机转速预定值，则系统控制箱34送出电信号经由电缆38分配给电缆支路36和37，并导通第一电磁阀28和第二电磁阀29的气路a1)和a2)，控制空气气源30将压缩空气经由气路31和32送给第一气动碟阀10和第二气动碟阀11并使之关闭，同时系统控制箱34上的红色气动碟阀动作指示灯d5)亮；若系统控制箱34读取的柴油机转速值大于预先设置的柴油机转速预定值，则系统控制箱34送出电信号经由电缆38分配给电缆支路36和37，并导通第一电磁阀28和第二电磁阀29的气路b1)和b2)，控制空气气源30将压缩空气经由气路31和32送给第一气动碟阀10和第二气动碟阀11并使之开启，同时红色气动碟阀动作指示灯d5)灭。当按下系统控制箱34上的手动控制按扭c2)时，启动手动操作模式，同时黄色手动操作模式指示灯d2)亮。当按下系统控制箱34上的恶劣海况按扭c3)时，启动恶劣海况模式，同时蓝色恶劣海况模式指示灯d3)亮。当第一气动碟阀10和第二气动碟阀11关闭时，系统控制箱34上的红色气动蝶阀动作指示灯d5)亮起；当第一气动碟阀10和第二气动碟阀11恢复打开时，系统控制箱34上的红色气动蝶阀动作指示灯d5)灭。

船舶在运行过程中，当遇到风浪时,柴油机的转速可能会出现短时间内的波动，因此若选择自动模式运行时,在系统控制箱34读取到的柴油机实际转速值到达预先设置的转速预定值后有8~10秒的延迟时间来完成最终实际的动作操作。

所述系统控制箱34的结构原理如图4所示，所述系统控制箱34包括自动控制回路、手动控制回路和恶劣海况回路。所述自动控制回路连接有转速检测模块51和第一继电器42，该第一继电器42在接通时能够同时切断手动控制回路和恶劣海况回路，该转速检测模块51连接所述转速传感器33、第一电磁阀28和第二电磁阀29，并且转速检测模块51内设置有柴油机转速预定值。所述手动控制回路连接有在接通时能够切断自动控制回路和恶劣海况回路的第二继电器45。所述恶劣海况回路连接有在接通时能够切断自动控制回路和手动控制回路的第三继电器48，并且该第三继电器48连接所述第一电磁阀28和第二电磁阀29。

所述系统控制箱34的工作原理如下：

闭合断路器39，系统控制箱34通电，白色电源指示灯d4)亮起。

当按下系统控制箱34上的自动控制按钮c1)时，第一继电器42线圈通电，其常闭触点43和46断开形成闭锁，常开触点49闭合，绿色自动控制模式指示灯d1)亮,第四继电器50线圈通电，其常开触点52闭合。转速检测模块51读取从转速传感器33送来的柴油机转速信号，当柴油机实际转速小于转速检测模块51内置的柴油机转速预定值时，转速检测模块51中常开触点闭合，第五继电器53线圈通电，其常开触点54闭合，第一电磁阀28和第二电磁阀29通电动作，控制空气气源30将压缩空气送给第一气动碟阀10和第二气动碟阀11并使其关闭，此时限位开关58闭合，红色气动蝶阀动作指示灯d5)亮，另外第五继电器53线圈通电后，送报警信号至船舶监测报警系统；当柴油机实际转速大于柴油机转速预定值时，转速检测模块51中常开触点断开，第五继电器53线圈失电，其常开触点54断开，第一电磁阀28和第二电磁阀29失电，第一气动碟阀10和第二气动碟阀11开启，红色气动蝶阀动作指示灯d5)灭，同时第五继电器53线圈失电后，取消送入船舶监测报警系统的报警信号。

当按下系统控制箱34上手动控制按钮c2)时，第二继电器45线圈通电，其常闭触点40和47断开形成闭锁，常开触点56闭合，黄色手动操作模式指示灯d2)亮，送报警信号至船舶监测报警系统；当弹起系统控制箱34上手动控制按扭c2)时，第二继电器45线圈失电，常闭触点40和47闭合，常开触点56断开，黄色手动操作模式指示灯d2)灭，取消送入船舶监测报警系统的报警信号。

当按下系统控制箱34上恶劣海况按钮c3)时，第三继电器48线圈通电，其常闭触点41、44和55断开形成闭锁，常开触点57闭合，蓝色恶劣海况模式指示灯d3)亮，送报警信号至船舶监测报警系统。当弹起系统控制箱34上恶劣海况按钮c3)时，第三继电器48线圈失电，常闭触点41、44和55闭合，常开触点57断开，蓝色恶劣海模式指示灯d3)灭，取消送入船舶监测报警系统的报警信号。

本发明所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置设有三种独立的控制模式，分别为自动模式、手动模式和恶劣海况模式。其操作步骤及具体过程如下：

1)自动模式需预先在系统控制箱34的转速检测模块51中设置柴油机转速预定值，自动模式下的柴油机转速预定值取决于柴油机的不同型号，例如柴油机转速小于50转/分和大于55转/分时动作，然后按下自动控制按钮c1)，绿色自动控制模式指示灯d1)亮起。当转速传感器33监测到柴油机实际转速低于50转/分时，转速检测模块51中常开触点动作（有10秒延迟时间），并通过第一电磁阀28和第二电磁阀29操控第一气动碟阀10和第二气动碟阀11，使之关闭，切断增压器21气流通路，实现增压器21切断。增压器21切断后红色气动蝶阀动作指示灯d5)亮起，同时将报警信号送给船舶监测报警系统；当柴油机实际转速大于55转/分时，转速检测模块51中常开触点动作（有10秒延迟时间），并通过第一电磁阀28和第二电磁阀29操控第一气动碟阀10和第二气动碟阀11，使之打开，恢复增压器21气流通路，增压器21恢复工作，同时解除送给船舶监测报警系统的报警信号。

2)当出现紧急情况或自动模式出现故障时，可按下系统控制箱34上手动控制按钮c2)，切换到手动模式，通过第一气动碟阀10和第二气动碟阀11上的机械控制手柄实现机旁手动关闭和开启，以实现增压器21切断或恢复工作。当切换到手动模式时，黄色手动操作模式指示灯d2)亮，同时将报警信号送给船舶监测报警系统；当手动操作结束切换回自动模式时，绿色自动控制模式指示灯d1)亮，同时解除送给船舶监测报警系统的报警信号。

3)当船舶运行在恶劣海况时，柴油机的转速和负荷是在不停的变化中，为了避免出现增压器21的频繁切断和恢复，用户可选择恶劣海况模式使第一气动碟阀10和第二气动碟阀11始终保持打开状态，增压器21始终工作以避免过载。当按下恶劣海况按钮c3)时，蓝色恶劣海况模式指示灯d3)亮，同时将报警信号送给船舶监测报警系统。当切换回自动模式时，绿色自动控制模式指示灯d1)亮，同时解除送给船舶监测报警系统的报警信号。

Claims (6)

1.一种船用柴油机增压器运转状态的控制装置，连接于船用柴油机的气缸与增压器之间，其特征在于：所述控制装置包括第一气动碟阀、第二气动碟阀、第一电磁阀、第二电磁阀、转速传感器和系统控制箱，所述第一气动碟阀和第二气动碟阀与所述增压器连接，所述第一电磁阀和第二电磁阀与控制空气气源连接，该第一电磁阀分别与第一气动碟阀和系统控制箱连接，该第二电磁阀分别与第二气动碟阀和系统控制箱连接，所述转速传感器安装在船用柴油机上且与系统控制箱连接。

2.如权利要求1所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置，其特征在于：所述增压器包括互相连接的废气涡轮和压气机，所述气缸设有通入增压后的新鲜空气的扫气集管和排出废气的排气集管，所述第一气动碟阀一端连接所述压气机，另一端通过一空气冷却器连接所述扫气集管，所述第二气动碟阀一端连接所述废气涡轮，另一端连接所述排气集管。

3.如权利要求1或2所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置，其特征在于：所述系统控制箱包括自动控制回路、手动控制回路和恶劣海况回路，所述自动控制回路连接有转速检测模块和在接通时能够切断手动控制回路和恶劣海况回路的第一继电器，该转速检测模块连接所述转速传感器、第一电磁阀和第二电磁阀，并且转速检测模块内设置有柴油机转速预定值，所述手动控制回路连接有在接通时能够切断自动控制回路和恶劣海况回路的第二继电器，所述恶劣海况回路连接有在接通时能够切断自动控制回路和手动控制回路的第三继电器，并且该第三继电器连接所述第一电磁阀和第二电磁阀。

4.如权利要求1或2所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置，其特征在于：所述第一气动碟阀和第二气动碟阀具有手动控制功能。

5.如权利要求1所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置，其特征在于：所述第一电磁阀和第二电磁阀为二位三通电磁阀。

6.如权利要求1所述的船用柴油机增压器运转状态的控制装置，其特征在于：所述系统控制箱采用壁挂式自动控制箱或嵌入式自动控制面板。

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