CN103670822B - 适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统和控制方法,包括两台柴油机组、两个油箱，还包括至少两个燃油加热装置及控制器，所述燃油加热装置分别通过进水管和出水管连通于两台所述柴油机组的冷却水管路中，所述燃油加热装置分别通过进油管和出油管与两个所述油箱连通，在每个进水管、出水管、进油管和出油管上设置有用于连通或断开管路的控制阀，所述燃油加热装置与所述柴油机组间可任意组合工作，在所述燃油加热装置内具有用于油和冷却水进行热交换的热交换装置和油泵。本发明可以不间断地对空调发电车燃油箱内的燃油进行加热，保证柴油发电机持续、稳定工作，解决了冬季60℃极端低温环境下燃油箱内燃油因温度过低而无法正常流动的问题，并充分节约了能源。<!--1-->

Description

适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种铁路空调发电车，特别涉及一种适合客车高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统和控制方法。

背景技术

目前，对于一些在高寒地区使用的客车，其中空调发电车都是使用柴油机组提供动力，国际联运客车途径西伯利亚，客车需要在冬季-60℃极端低温环境下运行，而发电车柴油机选用的是非电喷柴油机，所以在国际联运发电车柴油发电机组及辅助系统的设计过程中，存在冬季极端低温环境下柴油发电机组工作时如何保证发电车能够正常、经济地工作问题。

目前铁路发电车有通过燃油电加热器的加热方式对燃油进行加热，但在高寒地区运行的发电车燃油加热需要的热量较大，现有的电加热器的加热能力是远远不够的，而且若该燃油加热装置发生故障后燃油系统因温度过低而无法正常工作，可靠性差。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种可以不间断的供给空调发电车柴油机燃油，保证柴油发电机持续、稳定工作的适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统和控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，包括两台柴油机组、两个油箱，还包括至少两个燃油加热装置及控制器，所述燃油加热装置分别通过进水管和出水管连通于两台所述柴油机组的冷却水管路中，所述燃油加热装置分别通过进油管和出油管与两个所述油箱连通，在每个进水管、出水管、进油管和出油管上设置有用于连通或断开管路的控制阀，所述燃油加热装置与所述柴油机组间可任意组合工作，在所述燃油加热装置内具有用于油和冷却水进行热交换的热交换装置和油泵；

每个所述燃油加热装置连接一个总进水管，所述总进水管通过两个支路分别与两台所述柴油机组的冷却水管路连接，在所述总进水管上设置有总进水阀，所述总进水阀并联一个水泵，所述水泵连接一个水泵控制阀。

进一步，在每个所述油箱上设置有电加热装置。

进一步，在每个所述油箱的外层包裹一层保温层。

进一步，每个所述燃油加热装置和/或所述油箱配有独立的燃油温度传感器和控制器。

进一步，每个所述燃油加热装置连接一个总进油管和一个总出油管，所述总进油管和总出油管分别通过一个三通控制阀与连通两个所述油箱的各油支路连接。

本发明的另一个技术方案是：

一种采用上述适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统的控制方法，具体包括：

检测油箱内的油温，当油箱内的油温降至第一设定温度时，控制器开启至少其中一个燃油加热装置内的油泵，将油箱内的冷油吸入燃油加热装置，在燃油加热装置内进行油和冷却水之间的热交换，升温后的油回流至油箱，冷却水降温后回流至柴油机组的冷却水系统中；

当油箱内的温度升至第二设定温度时，控制器关闭所述燃油加热装置内的油泵，停止换热工作。

进一步，当其中一套燃油加热装置故障时，启动油箱的电加热装置，采取1组燃油加热装置辅助电加热的应急加热模式。

进一步，当长时间工作后，柴油温度仍然不上升或者燃油加热装置的出水温度低于设定温度时，启动与所述燃油加热装置连接的水泵，以进行强制热水循环。

进一步，当室外温度在-40℃-5℃时，只开启其中一个燃油加热装置，两个燃油加热装置定期轮换开启使用。

综上内容，本发明所述的一种适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统和控制方法,与现有技术相比具有如下优点：

(1)应用在需要在冬季-60℃极端低温环境下运行的国际联运客车上。通过设置2组燃油加热装置，并在燃油箱上设置电加热装置和保温层，使发电车在冬季60℃极端低温环境下，利用柴油机的高温冷却水对燃油箱内的燃油进行加热，确保柴油的温度满足柴油机的工作要求。该燃油加热系统解决了冬季60℃极端低温环境下燃油箱内燃油因温度过低而无法正常流动的问题，并充分节约了能源。

(2)两套燃油加热装置与两台柴油机组、两个油箱之间可以通过切换油路、水路中的控制阀实现燃油加热装置与柴油机组间的任意自由组合工作，充分保证发电车的工作可靠性和经济性，同时也有利于节约能源。

(3)当其中一套燃油加热装置故障时，可起动燃油箱电加热装置，采取1组燃油加热装置+燃油箱电加热的应急加热模式，使燃油仍然能够正常供给至柴油机，本燃油加热系统充分保证了发电车的工作可靠性和经济性。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图。

如图1所示，一号柴油机组1，冷却水出水管11，进水管12，支路12a、12b，进水控制阀13、14，冷却水进水管15；

二号柴油机组2，冷却水出水管21，进水管22，支路22a、22b，进水控制阀23、24，冷却水进水管25；

一位侧下油箱3，出油管31，油支路31a、31b，三通控制阀32、33，进油管34；

二位侧下油箱4，出油管41，油支路41a、41b，三通控制阀42、43，进油管44；

燃油加热装置一5，总进水管51，总进水阀52，水泵53，水泵控制阀54，总出水管55，出水控制阀56、57，总出油管58；

燃油加热装置二6，总进水管61，总进水阀62，水泵63，水泵控制阀64，总出水管65，出水控制阀66、67，总出油管68；

通气管7，通气控制阀71、72；

连通管8，电加热装置9，保温层10。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明所述的一种适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，包括一号柴油机组1、二号柴油机组2、一位侧下油箱3、二位侧下油箱4、燃油加热装置一5、燃油加热装置二6及控制器(图中未示出)组成。

燃油加热装置一5和燃油加热装置二6分别通过进水管和出水管同时连通于一号柴油机组1、二号柴油机组2的冷却水管路中。

具体地，一号柴油机组1的冷却水出水管11中接出一与燃油加热装置一5和燃油加热装置二6连通的进水管12，进水管12分成两个支路12a和12b，支路12a与燃油加热装置一5连通，支路12b与燃油加热装置二6连通，在支路12a上串接一个控制管路开断的进水控制阀13，在支路7b上串接一个控制管路开断的进水控制阀14。

二号柴油机组2的冷却水出水管21中接出一与燃油加热装置一5和燃油加热装置二6连通的进水管22，进水管22分成两个支路22a和22b，支路22a与燃油加热装置一5连通，支路22b与燃油加热装置二6连通，在支路22a上串接一个控制管路开断的进水控制阀23，在支路22b上串接一个控制管路开断的进水控制阀24。

一号柴油机组1的支路12a与二号柴油机组2的支路22a汇总成燃油加热装置一5的总进水管51，在总进水管51上串接一总进水阀52，与总进水阀52并联一个水泵53，水泵53再串接一个水泵控制阀54。

一号柴油机组1的支路12b与二号柴油机组2的支路22b汇总成燃油加热装置二6的总进水管61，在总进水管61上串接一总进水阀62，与总进水阀62并联一个水泵63，水泵63再串接一个水泵控制阀64。

柴油机组工作时，其循环泵产生的输送压力使热的冷却水在整个水路中循环工作，此时不需要开启水泵53和63，总进水阀52和62打开，水泵控制阀54和64断开，水路也采用上进下出的方式，以利于水循环，同时，油路采用下进上出的方式，有利于油和冷却水进行热交换。为防备在室外温度太低时，热交换速度满足不了低温时的要求，再启动水泵53和63，以做强制热水循环，此时水泵控制阀54和64打开，而总进水阀52和62断开。

燃油加热装置一5的总出水管55分出两个支路，两个支路分别与一号柴油机组1的冷却水进水管15和二号柴油机组2的冷却水进水管25连通，在两个支路上分别串接出水控制阀56和57。

燃油加热装置二6的总出水管65分出两个支路，两个支路分别与一号柴油机组1的冷却水进水管15和二号柴油机组2的冷却水进水管25连通，在两个支路上分别串接出水控制阀66和67。

燃油加热装置一5和燃油加热装置二6分别通过进油管和出油管同时与一位侧下油箱3、二位侧下油箱4连通。

具体地，一位侧下油箱3接出一出油管31，出油管31分成两个油支路31a和31b，分别与燃油加热装置一5和燃油加热装置二6连通。二位侧下油箱4接出一出油管41，出油管41分成两个油支路41a和41b，分别与燃油加热装置一5和燃油加热装置二6连通。

一位侧下油箱3的油支路31a与二位侧下油箱4的油支路41a通过三通控制阀32与燃油加热装置一5的总进油管(图中未标示)连通，总进油管连接于设置在燃油加热装置一5内的油泵(图中未标示)。

一位侧下油箱3的油支路31b与二位侧下油箱4的油支路41b通过三通控制阀42与燃油加热装置二6的总进油管(图中未标示)连通，总进油管连接于设置在燃油加热装置二6内的油泵(图中未标示)。

燃油加热装置一5的总出油管58通过三通控制阀33分出两个油支路，两个油支路分别与一位侧下油箱3的进油管34和二位侧下油箱4的进油管44连接。

燃油加热装置二6的总出油管68通过三通控制阀43分出两个油支路，两个油支路分别与一位侧下油箱3的进油管34和二位侧下油箱4的进油管44连接。

在四个油支路均与一通气管7连通，在与通气管7连通的管路上设置有通气控制阀71和72，通气管7用于排除油路中积存的油气。

一位侧下油箱3和二位侧下油箱4之间通过连通管8连通。在一位侧下油箱3与二位侧下油箱4上再各设置有一电加热装置9，电加热装置9设置在油箱底部的夹层内，电加热装置9采用电伴热，主要用于当环境温度过低时，或当其中一个燃油加热装置损坏时，电加热装置9辅助为油箱内的柴油加热。本系统在油箱的四周再包裹一层保温层10，以保证柴油的温度，达到节能的目的。

在燃油加热装置一5和燃油加热装置二6内具有用于油和冷却水进行热交换的热交换装置，以冷却水为热源，利用冷却水的热量为一位侧下油箱3和二位侧下油箱4内的柴油加热。

在该系统中，为确保正常工作，预防意外情况发生，该系统对燃油加热装置一5和燃油加热装置二6各配备同样型号油泵两台，可以互相交替工作和维修替换。

本系统设有多个温度传感器，一位侧下油箱3与二位侧下油箱4各设置两个，其温度显示在控制器的油温仪表上。在燃油加热装置一5和燃油加热装置二6的冷水管路的总出水管55和65上也设置有温度传感器，其温度显示在控制器的水温仪表上。本系统能够在温度较低的环境下，如室外温度在－60℃时，使一位侧下油箱3和二位侧下油箱4柴油温度保持在10℃～15℃范围内。

下面详细描述该系统的控制方法：

当室外环境温度低于-50℃时，启动该系统，同时开启燃油加热装置一5和燃油加热装置二6，对一位侧下油箱3与二位侧下油箱4内的燃油进行加温，以确保柴油的温度能够满足柴油机组的工作要求。

1、一位侧下油箱3与二位侧下油箱4内的温度传感器检测箱内柴油温度，控制器采集温度传感器的信息，当油箱内的柴油温度降至第一设定温度(10℃)时，温度传感器发出信号，控制器接收到信号后，开启燃油加热装置一5和燃油加热装置二6内的油泵，热交换装置开始进行柴油和冷却水之间的热交换。

油路：在油泵的作用下，一位侧下油箱3内的柴油由出油管31流出，分别经过两个油支路31a和31b，及三通控制阀32和42，进入燃油加热装置一5和燃油加热装置二6。二位侧下油箱4内的柴油由出油管41流出，分别经过两个油支路41a和41b，及三通控制阀32和42，进入燃油加热装置一5和燃油加热装置二6。

柴油在燃油加热装置一5和燃油加热装置二6内与高温的冷却水进行热交换，热交换后的温度较高的柴油分别从燃油加热装置一5和燃油加热装置二6的总出油管58和68流出，再分别通过各油支路回流至燃油加热装置一5和燃油加热装置二6。

水路：一号柴油机组1的冷却水从冷却水出水管11进入进水管12和进水管22，再分别通过支路12a、22a进入燃油加热装置一5的总进水管51，通过支路12b、22b进入燃油加热装置二6的总进水管61，此时，总进水阀52和62打开，水泵控制阀54和64断开，水泵53和63关闭，整个水路循环依靠柴油机组中冷却水循环泵产生的输送压力使热的冷却水在整个水路中循环工作。

柴油机组启动后，柴油机组冷却水温度会达到80℃以上，但因为室外温度太低，长时间工作后，柴油温度仍然不上升或者燃油加热装置的出水温度低于设定温度20℃时，热交换速度已满足不了低温时的要求，此时，启动水泵53和63，水泵控制阀54和64打开，总进水阀52和62断开，以进行强制热水循环。当柴油温度上升或出水温度高于40℃后关闭水泵53和63。

冷却水在燃油加热装置一5和燃油加热装置二6内进行热交换，交换后的低温冷却水分别从总出水管55和65流出，再分别通过各支路流回一号柴油机组1的冷却水进水管15和二号柴油机组2的冷却水进水管25，完成水路循环。

2、当一位侧下油箱3与二位侧下油箱4内的温度升至第二设定温度(15℃)时，温度传感器发出信号，控制器接收到信号后，关闭燃油加热装置一5和燃油加热装置二6内的油泵，停止换热工作。

在室外温度在-40℃-5℃时，一个燃油加热装置就可以提供足够的热量，因此，只需要开启其中一个燃油加热装置即可，这时，对应接通该燃油加热装置连接的水路和油路，断开另一个燃油加热装置的水路和油路。两个燃油加热装置每天或定期更换使用，以使两个燃油加热装置均匀磨损。

为了保证两个油箱内的柴油温度均匀，本系统中可以根据一位侧下油箱3与二位侧下油箱4的温度差异调整出油及进油的油管，一般可以选择从温度较高的油箱中出油，经过燃油加热装置加热后回流至另一个温度较低的油箱内。一位侧下油箱3与二位侧下油箱4之间的连通管8也有利于均衡两个油箱的温度。

为防止自动控制系统发生故障时影响使用，本系统还设有手动控制系统，以保证在自动控制系统发生故障时本装置能够正常工作,油泵和水泵均可以手动强制启动。

遇温度传感器故障、油箱4温度低于10℃而油泵仍不自动启动时，应将油泵控制开关调整至手动位，强制启动油泵工作，当油箱4内的油温达20℃时，手动停止油泵工作。

燃油加热装置一5和燃油加热装置二6是以柴油发电机冷却水为热源，通过油泵、水泵、热交换器及自动控制系统，与发电车下油箱的柴油进行热交换。使用该系统后，在冬季低温时(-60℃)，发电车仍可以使用0#柴油，大大降低了燃油费用，具有可观的经济价值。

当燃油加热装置一5和燃油加热装置二6中的一个发生故障时，起动油箱的电加热装置9，采取1组燃油加热装置+燃油箱电加热的应急加热模式，使燃油仍然能够正常供给至柴油机，本燃油加热系统充分保证了发电车的工作可靠性和经济性。

另外，当环境温度过低时，也可以开启相应油箱的电加热装置9，辅助为油箱内的柴油加热，使燃油能够正常供给至柴油机。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，包括两台柴油机组、两个油箱，其特征在于：还包括至少两个燃油加热装置及控制器，所述燃油加热装置分别通过进水管和出水管连通于两台所述柴油机组的冷却水管路中，所述燃油加热装置分别通过进油管和出油管与两个所述油箱连通，在每个进水管、出水管、进油管和出油管上设置有用于连通或断开管路的控制阀，所述燃油加热装置与所述柴油机组间可任意组合工作，在所述燃油加热装置内具有用于油和冷却水进行热交换的热交换装置和油泵；

每个所述燃油加热装置连接一个总进水管，所述总进水管通过两个支路分别与两台所述柴油机组的冷却水管路连接，在所述总进水管上设置有总进水阀，所述总进水阀并联一个水泵，所述水泵连接一个水泵控制阀。

2.根据权利要求1所述的适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，其特征在于：在每个所述油箱上设置有电加热装置。

3.根据权利要求1所述的适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，其特征在于：在每个所述油箱的外层包裹一层保温层。

4.根据权利要求1所述的适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，其特征在于：每个所述燃油加热装置和/或所述油箱配有独立的燃油温度传感器和控制器。

5.根据权利要求1所述的适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统，其特征在于：每个所述燃油加热装置连接一个总进油管和一个总出油管，所述总进油管和总出油管分别通过一个三通控制阀与连通两个所述油箱的各油支路连接。

6.一种采用如权利要求1-5任一项所述的适合高寒环境的铁路空调发电车燃油加热系统的控制方法，其特征在于，具体包括：

检测油箱内的油温，当油箱内的油温降至第一设定温度时，控制器开启至少其中一个燃油加热装置内的油泵，将油箱内的冷油吸入燃油加热装置，在燃油加热装置内进行油和冷却水之间的热交换，升温后的油回流至油箱，冷却水降温后回流至柴油机组的冷却水系统中；

当油箱内的温度升至第二设定温度时，控制器关闭所述燃油加热装置内的油泵，停止换热工作。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当其中一套燃油加热装置故障时，启动油箱的电加热装置，采取1组燃油加热装置辅助电加热的应急加热模式。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当长时间工作后，柴油温度仍然不上升或者燃油加热装置的出水温度低于设定温度时，启动与所述燃油加热装置连接的水泵，以进行强制热水循环。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当室外温度在-40℃-5℃时，只开启其中一个燃油加热装置，两个燃油加热装置定期轮换开启使用。