CN104131938A - 电-蒸汽两用缸套水加热设备及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电-蒸汽两用缸套水加热设备及其控制电路，所述电-蒸汽两用缸套水加热设备通过隔板将加热筒分隔为两个独立的空腔，分别用于电加热和蒸汽加热，以减少加热设备筒体占用的空间，同时电加热与蒸汽加热通过支管的设计，共用一套外部管路系统，简化了管路设置，并形成两套独立的加热系统。同时通过控制电路的设计，使电加热过程与自动加热过程转换方便，并且具有自动监控、安全性能高的优点。

Description

电-蒸汽两用缸套水加热设备及其控制电路

技术领域

本发明涉及机械及自动化控制领域，具体为一种电-蒸汽两用缸套水加热设备及其控制电路。

背景技术

缸套水加热器是在主机起动前将柴油机缸套水预热到需要温度的加热设备，一般在船舶、舰艇上配置使用。船舶、舰艇上一般均配有锅炉，大多情况下，都是用蒸汽加热的方式，缸套水加热器采用锅炉蒸汽对缸套水进行加热（换热）。但如果只为了使用缸套水加热器而开锅炉，就很浪费能源。为此，有的船上也采用电加热，而同时配置两种加热设备，管路布置和电路控制就比较复杂，较占用空间，成本高，且不便于管理，增加了安全隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的技术目的是提供一种同时具有蒸汽加热和电加热功能、节省空间、节约能源且安全可靠的缸套水加热设备及其控制电路。

为了实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：

一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，包括经变压器转换后的二次电源输出电路，其特征在于：

设有低于设定蒸汽压力即导通的压力控制器和蒸汽-电加热转换电路；所述压力控制器的开关触点与中间继电器KA4的线圈串接在所述电源输出电路上，时间继电器KT的线圈并联在中间继电器KA4的线圈的两端；

所述蒸汽-电加热转换电路设有转换开关SW2：

所述转换开关SW2的蒸汽加热位置开关触头一端连接在所述电源输出电路上，一端与时间继电器KT的常闭触点连接；电磁阀V1和电磁阀V2并联后一端与所述时间继电器KT的常闭触点连接，另一端与电源输出电路连接，所述电磁阀V1为蒸汽进口管电磁阀，电磁阀V2为蒸汽加热筒缸套水进水口的电磁阀；

所述转换开关SW2的电加热位置开关触头与电磁阀V3串接在所述电源输出电路上，所述电磁阀V3为电加热筒缸套水进水口的电磁阀；

时间继电器KT的常开触点与中间继电器KA4的一组常开触点串联后，一端连接在所述时间继电器KT的常闭触点与转换开关SW2之间，另一端连接在转换开关SW2与电磁阀V3之间。

进一步的技术方案还包括：

本发明控制电路设有控制电加热的自动-手动控制转换电路，所述自动-手动控制转换电路包括转换开关SW1、自动温度控制电路和手动控制电路，所述转换开关SW1串接在电源输出电路中，其自动控制位置、手动控制位置的开关触头分别与自动温度控制电路、手动控制电路对应连接；

所述自动温度控制电路包括串联的温度控制器ST1和温度控制器ST2，接触器KM1的一组常开触头并联在温度控制器ST1的两端；所述手动控制电路设有控制电加热器启动和/或停止的按钮开关；所述自动温度控制电路、手动控制电路分别与接触器KM1的线圈连接，所述接触器KM1的线圈的另一端与电源输出电路连接，所述接触器KM1的一组常开触头串接在电加热管的供电电路中；

上述电路中，温度控制器ST1低于设定温度t1内部开关闭合，温度控制器ST2高于设定温度t2内部开关断开，t1 <t2。

所述手动控制电路包括按下断开的加热停止按钮SB1、按下闭合的加热启动按钮SB2，所述加热停止按钮SB1一端连与转换开关SW1手动控制位置开关触头连接，一端与加热启动按钮SB2连接，而所述加热启动按钮SB2的另一端则连接在接触器KM1的线圈与温度控制开关ST2之间，接触器KM1的一组常开触头并联在所述加热启动按钮SB2的两端。

所述控制电路包括设置在电加热筒内的液位控制器，所述液位控制器至少设有以下两组开关触点中的一种：

1）水位高于设定液位即闭合的液位开关触点，该液位开关触点与自动-手动控制转换电路串接在所述电源输出电路中；

2）水位低于设定液位即闭合的液位开关触点，指示灯H5、蜂鸣器B5和中间继电器KA3的线圈并联后，再与该液位开关触点串接在电源输出电路中。

本发明控制电路设有用于电加热管过载保护的热继电器RJ1，所述热继电器RJ1的线圈串接在电加热管的供电电路中，热继电器RJ1的一组常闭触点与接触器KM1的线圈、自动-手动控制转换电路相串联；指示灯H4、蜂鸣器B4与中间继电器KA2的线圈并联后，与热继电器RJ1的一组常开触点串联在所述电源输出电路中。

本发明控制电路设有高温警报电路，所述高温警报电路设有高于设定温度t3即导通的温度控制器ST3，t1<t2<t3,所述温度控制器ST3和中间继电器KA1的线圈串接在所述电源输出电路中；所述中间继电器KA1的一组常闭触点与接触器KM1的线圈、自动-手动控制转换电路相串联。

本发明控制电路设有指示蒸汽加热管路内蒸汽压力的低压报警指示灯H6，所述指示灯H6均并联在中间继电器KA4的线圈的两端。

本发明设有远程报警电路，上述电路中，各中间继电器均设有一组串接在远程报警电路中的开关触点，包括中间继电器KA1、KA2、KA3、KA4，当过载、高温或温度故障等情况发生时，传送信号至后台监控系统。

一种电-蒸汽两用缸套水加热设备，包括筒体、输送缸套水和蒸汽的管路系统、蒸汽加热管组、电加热管以及电路控制系统，其特征在于：

所述电路控制系统的控制电路设计如上所述；

所述筒体的内腔中部设有隔板，将筒体分隔为蒸汽加热筒部分和电加热筒部分，所述蒸汽加热筒、电加热筒各自设有缸套水进水口和缸套水出水口，所述进水口或出水口分别通过一支管连接到外部缸套水进水管路或缸套水出水管路上，所述进水口、出水口处均设有相应的阀件；

所述蒸汽加热筒的外端设有端盖，端盖与主体筒体之间设有一管板，端盖、管板与主体筒体固定连接，蒸汽加热管组固定在该管板上，所述端盖上设有与所述蒸汽加热管组内相通的蒸汽进口管和蒸汽凝水出口管，所述蒸汽进口管上设有阀件，包括电磁阀等。

所述电加热筒的外端设有防护电加热管端部的扣罩，扣罩与主体筒体之间设有一管板，扣罩、管板与主体筒体固定连接，所述电加热管固定连接在该管板上。

所述蒸汽加热筒、电加热筒的底部分别设有放泄口，顶部均设有安全阀，筒体上安装有压力、温度显示仪表。

进一步的，所述蒸汽进口管上设置的阀体包括一温度调节阀，所述温度调节阀包括主阀、驱动主阀的智能执行器以及与所述智能执行器连接的设置在蒸汽加热筒缸套水出水管路上的温度传感器。

本发明的有益效果：

1）本发明加热设备同时具备电加热和蒸汽加热的功能，与单独使用锅炉加热相比，节约能源；与分别设置电加热设备和蒸汽加热设备相比，占用空间小，成本低且管路设计简单；

2）电加热模式和蒸汽加热模式转换方便；

3）具有自动监控与警报功能，安全系数高，且便于管理。

附图说明

图1为本发明缸套水加热设备的结构示意图；

图2为本发明控制电路的电气原理示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的技术方案及技术效果，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的阐述。

如图1所示的电-蒸汽两用缸套水加热设备，包括电控箱7与筒体4。

所述筒体4包括主体筒体和设置在主体筒体两端的端盖或扣罩，主体筒体中部焊接有隔板，将筒体内腔分隔为独立的两个腔室，分别用作电加热和蒸汽加热。

蒸汽加热筒部分、电加热筒部分各自设有缸套水进水口和缸套水出水口，所述进水口处分别设有电磁阀15，所述出水口处分别设有截止止回阀11。所述进水口、出水口分别通过一分支管路与外部的缸套水进水、缸套水出水管路系统连接，共用一套外部缸套水输送系统，且缸套水进水口、出书口处分别设有温度计12。

蒸汽加热筒的端盖1与主体筒体之间设有管板2，端盖1通过法兰与管板2、主体筒体固定连接，U形的蒸汽加热管组盘桓在蒸汽加热筒体内，管端胀接在管板2上。所述端盖1上焊接有蒸汽进口管和蒸汽凝水出口管（即冷却后的蒸汽与蒸汽形成的冷凝水的出口），所述蒸汽进口管上设有电磁阀15和温度调节阀16，所述电磁阀15、温度调节阀16分别与电控箱连接。所述温度调节阀16包括主阀、驱动主阀的智能执行器以及与所述智能执行器连接的设置在缸套水出水处的温度传感器，根据温度传感器探测到的出水温度，智能执行器自动调节主阀的开启度，控制蒸汽加热管组内的蒸汽量，从而达到调节出水温度的效果。所述蒸汽进口管、蒸汽凝水出口管分别设有温度计12。同时，所述蒸汽加热进口管路还设有监测蒸汽加热管道压力的压力控制器。

电加热筒的扣罩6与主体筒体之间设有管板5，扣罩 6、主体筒体与管板5通过法兰固定连接，电加热筒内，数根电加热管9和液位控制器8连接在管板5上。所述电加热筒通过温度控制器10自动控制电加热过程的通断。

所述蒸汽加热筒、电加热筒的底部分别设有放泄口，顶部均设有安全阀13，筒体上安装有压力表14。加热设备维修或停用前，应拧开放泄螺塞17，排泄筒体的存水。

本发明电路控制系统的设计如下：

电加热管501连接在440V或380V的供电电路中，所述供电电路上设有串联的电源开关Q1、接触器KM1的一组常开触头120和热继电器RJ1的线圈201。从电源开关Q1和常开触头120之间引出一路线路通过变压器转换，作二次电源输出电路，以下各电路模块均连接在该电源输出电路上。 

本发明控制电路，包括：

（一）指示灯与警报系统电路

电源指示灯H1，串接在所述电源输出电路上，Q1闭合后，电源指示灯H1即有指示；

电加热指示灯H2，与接触器KM1的一组常开触头102串接在所述电源输出电路上；

高温报警指示灯H3,与中间继电器KA1的一组常开触点103串接在所述电源输出电路上；

过载报警电路中，过载报警指示灯H4、蜂鸣器B4与中间继电器KA2的线圈202并联后，与热继电器RJ1的一组常开触点104串联在所述电源输出电路中；

低液位报警指示电路中，低液位报警指示灯H5、蜂鸣器B5和中间继电器KA3的线圈203并联后，与浮球控制器低于设定液位即闭合的低液位开关触点301串接在所述电源输出电路中；

高温报警电路中，高于设定温度75℃（t3）即导通的温度控制器ST3 303和中间继电器KA1的线圈209串接在电源输出电路中；

低压报警电路中，所述低压报警指示灯H6、中间继电器KA4的线圈204与时间继电器KT的线圈205并联后，与压力控制器的开关触点302串接在所述电源输出电路中。

(二) 蒸汽-电加热转换电路

所述蒸汽-电加热转换电路设有转换开关SW2 401。

所述转换开关SW2的蒸汽加热位置开关触头一端连接在所述电源输出电路上，一端与时间继电器KT的常闭触点107连接；电磁阀V1和电磁阀V2并联后一端与所述时间继电器KT的常闭触点107连接，另一端与电源输出电路连接，所述电磁阀V1为蒸汽进口管电磁阀，电磁阀V2为蒸汽加热筒缸套水进水口的电磁阀；

所述转换开关SW2的电加热位置开关触头与电磁阀V3串接在所述电源输出电路上，所述电磁阀V3为电加热筒缸套水进水口的电磁阀；

时间继电器KT的常开触点105与中间继电器KA4的一组常开触点106串联后，一端连接在时间继电器KT的常闭触点107与转换开关SW2之间的电路上，另一端连接在转换开关SW2与电磁阀V3之间。

（三）自动-手动控制转换电路

所述自动-手动控制转换电路包括转换开关SW1 402，所述转换开关SW1 402串接在电源输出电路中，其自动控制位置的开关触头与温度控制器ST1 304和温度控制器ST2 305、接触器KM1的线圈110、热继电器RJ1的一组常闭触点121、中间继电器KA1的一组常闭开关触点111串联，常闭开关触点111的另一端连接到电源输出电路上。转换开关SW1手动控制位置的开关触点依次与加热停止按钮SB1 403、加热开始开关按钮SB2 404串联，加热开始开关按钮SB2的另一端连接到温度控制开关ST2 305与接触器KM1的线圈110之间。接触器KM1的一组常开触头109并联在按钮SB2的两端。

上述电路中，设温度控制器ST1 304在水温低于55℃（t1）后导通，温度控制器ST2 305在水温高于65℃（t2）的情况下断开。

(四)浮球液位控制器FS

所述液位控制器优选采用浮球液位控制器，其开关触点306串接在高温报警电路与自动-手动控制转换电路之间的电源输出电路上。

当电加热筒内水位达到上切换值时，开关触点306闭合导通，自动-手动控制转换电路得电。当水位低于其下切换值时，开关触点301闭合，发出低液位警示。 

（五）远程报警电路

所述远程报警电路与后台监控系统连接，所述中间继电器KA1、KA2、KA3、KA4均设有一组串接在远程报警电路中的常闭开关触点。

工作过程：

当选择使用蒸汽加热的方式加热缸套水时，先将转换开关SW2转至“蒸汽”位置，将电源开关Q1闭合，电源指示灯H1即开始工作有指示。此时电磁阀V1和V2得电闭合，蒸汽和缸套水别进入蒸汽加热管组和蒸汽加热筒内，开始加热。

如蒸汽的压力低于预设的设定值，压力控制器的开关触点302闭合，报警指示灯H6得电发出光报警信号,同时中间继电器KA4和时间继电器KT的线圈得电，中间继电器KA4的常开触点106在衔铁作用下闭合，而时间继电器KT的常开触点105和常闭触点107分别延时闭合和断开，电磁阀V1和V2断开，蒸汽加热筒端停止进汽和进水。同时电磁阀V3得电闭合，电加热筒部分注入缸套水，当水位高于浮球液位控制器FS设定值后，开关触点306闭合，电加热开始通电工作，即由蒸汽加热状态转换为电加热状态。（时间继电器KT设置的延迟时间约15-30分钟左右，主要考虑到蒸汽过低可能是瞬间或者是短时间状况，稍后压力会自动提升，这样避免频繁切换）。

当选择使用电加热时，先将转换开关SW2转至“电加热”位置，将电源开关Q1闭合，电源指示灯H1开始工作，有指示。电磁阀V3得电闭合，电加热筒注入缸套水，当水位高于设定液位后，开关触点306闭合，若转换开关SW1处“自动”位置时，接触器KM1线圈得电，接触器KM1的常开触头108、常开触头102与常开触头120均闭合，电加热管501运行，指示灯H2亮，开始处于电加热状态。电加热过程根据温度控制器自动控制电加热器的启停，假设温度控制器ST1开关触点闭合的设定温度为低于55℃，则水温加热到55℃~60℃左右时，温度控制器ST1断开，但由于接触器KM1线圈通电后常开触点108闭合，则加热电路仍然保持连通；当水温达到65℃时温度控制器ST2断开，电加热停止工作，而当水温降到低于55℃时温度控制器ST1、ST2均为闭合状态，电加热模式则又开始工作。如若温度控制器ST2发生故障，水温继续升高，当水温达到75℃时，温度控制器ST3的开关触点闭合，中间继电器KA1线圈209得电,常开触点103闭合,高温报警指示灯H3亮，KA1的常闭触点111断开，KM1线圈110失电，则电加热停止工作。若转换开关SW1处于“手动”位置时，按下加热启动按钮SB2，即可开始加热。一般，手动功能是作为开始初调试时使用。

若出现电加热管过载或故障时，热继电器RJ1的常开触点104闭合，报警指示灯H4亮，蜂鸣器B4响，RJ1的常闭触点121断开，电加热工作停止。若出现液位低于电加热管的情况时，则开关触点301的触点闭合，低液位报警灯H5亮，蜂鸣器B5响。

根据船舶实际运行情况，为了节约能源，蒸汽少或没有蒸汽时自动转换成电加热，而电加热如出现问题就停止加热，并报警，不再转换成蒸汽加热了。

综上，图2电气原理图设计为转换开关SW2处于蒸汽加热时（缸套水首先使用蒸汽作为加热介质），当蒸汽的压力过低或没有蒸汽时，则自动转换至电加热状态，处于电加热状态时，保证设备持续运转，当水位过低或加热器过载或故障时，对外输出远程报警信号，有指示灯和蜂鸣器作为提示，并且及时停止加热，保证设备安全，直至相关人员对设备处理。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，包括经变压器转换后的二次电源输出电路，其特征在于：

设有低于设定的蒸汽压力即导通的压力控制器和蒸汽-电加热转换电路；所述压力控制器的开关触点（302）与中间继电器KA4的线圈（204）串接在所述电源输出电路上，时间继电器KT的线圈（205）并联在中间继电器KA4的线圈（204）的两端；

所述蒸汽-电加热转换电路设有转换开关SW2（401）：

所述转换开关SW2（401）的蒸汽加热位置开关触头一端连接在所述电源输出电路上，一端与时间继电器KT的常闭触点（107）连接；电磁阀V1和电磁阀V2并联后一端与所述时间继电器KT的常闭触点（107）连接，另一端与电源输出电路连接，所述电磁阀V1为蒸汽进口管电磁阀，电磁阀V2为蒸汽加热筒缸套水进水口的电磁阀；

所述转换开关SW2（401）的电加热位置开关触头与电磁阀V3串接在所述电源输出电路上，所述电磁阀V3为电加热筒缸套水进水口的电磁阀；

时间继电器KT的常开触点（105）与中间继电器KA4的一组常开触点（106）串联后，一端连接在所述时间继电器KT的常闭触点（107）与转换开关SW2（401）之间，另一端连接在转换开关SW2（401）与电磁阀V3之间。

2.根据权利要求1所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

设有控制电加热的自动-手动控制转换电路，所述自动-手动控制转换电路包括转换开关SW1（402）、自动温度控制电路和手动控制电路，所述转换开关SW1（402）串接在电源输出电路中，其自动控制位置、手动控制位置的开关触头分别与自动温度控制电路、手动控制电路对应连接；

所述自动温度控制电路包括串联的温度控制器ST1（304）和温度控制器ST2（305），接触器KM1的一组常开触点（108）并联在温度控制器ST1（304）的两端；所述手动控制电路设有控制电加热器启动和/或停止的按钮开关；所述自动温度控制电路、手动控制电路分别与接触器KM1的线圈（110）连接，所述接触器KM1的线圈（110）的另一端与电源输出电路连接，所述接触器KM1的一组常开触头（120）串接在电加热管（501）的供电电路中；

上述电路中，温度控制器ST1（304）低于设定温度t1内部开关闭合，温度控制器ST2（305）高于设定温度t2内部开关断开，t1 <t2。

3.根据权利要求2所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

所述手动控制电路包括按下断开的加热停止按钮SB1(403)、按下闭合的加热启动按钮SB2（404），所述加热停止按钮SB1(403)一端连与转换开关SW1手动控制位置开关触头连接，一端与加热启动按钮SB2（404）连接，而所述加热启动按钮SB2（404）的另一端则连接在接触器KM1的线圈（110）与温度控制开关ST2（305）之间，接触器KM1的一组常开触头（109）并联在所述加热启动按钮SB2（404）的两端。

4.根据权利要求2所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

包括设置在电加热筒内的液位控制器，所述液位控制器至少设有以下两组开关触点中的任一种：

1）水位高于设定液位即闭合的液位开关触点（306），该液位开关触点（306）与自动-手动控制转换电路串接在所述电源输出电路中；

2）水位低于设定液位即闭合的液位开关触点（301），指示灯H5、蜂鸣器B5和中间继电器KA3的线圈（203）并联后，与该液位开关触点（301）串接在电源输出电路中。

5.根据权利要求2所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

设有用于电加热管(501)过载保护的热继电器RJ1，所述热继电器RJ1的线圈串接（201）在电加热管（501）的供电电路中，热继电器RJ1的一组常闭触点（121）与接触器KM1的线圈（110）、自动-手动控制转换电路相串联；

指示灯H4、蜂鸣器B4与中间继电器KA2的线圈（202）并联后，与热继电器RJ1的一组常开触点（104）串联在所述电源输出电路中。

6.根据权利要求2所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

设有高温警报电路，所述高温警报电路设有高于设定温度t3即导通的温度控制器ST3（303），t1<t2<t3,所述温度控制器ST3（303）和中间继电器KA1的线圈（209）串接在所述电源输出电路中；所述中间继电器KA1的一组常闭触点（111）与接触器KM1的线圈（110）、自动-手动控制转换电路相串联。

7.根据权利要求1所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

设有指示蒸汽加热管路内蒸汽压力的低压报警指示灯H6，所述指示灯H6并联在中间继电器KA4的线圈（204）的两端。

8.根据权利要求1-7中任一权项所述的一种电-蒸汽两用缸套水加热设备的控制电路，其特征在于：

设有远程报警电路，各中间继电器均设有一组串接在远程报警电路中的开关触点。

9.一种电-蒸汽两用缸套水加热设备，包括筒体、输送缸套水和蒸汽的管路系统、蒸汽加热管组、电加热管以及电路控制系统，其特征在于：

所述电路控制系统设有如权利要求1-7中任一权项所述的控制电路；

所述筒体的内腔中部设有隔板，将筒体分隔为蒸汽加热筒部分和电加热筒部分，所述蒸汽加热筒、电加热筒各自设有缸套水进水口和缸套水出水口，所述进水口或出水口分别通过一支管连接到外部缸套水进水管路或缸套水出水管路上，所述进水口、出水口处均设有相应的阀件；

所述蒸汽加热筒外端设有端盖，端盖与主体筒体之间设有一管板，端盖、管板与主体筒体固定连接，蒸汽加热管组固定在该管板上，所述端盖上设有与所述蒸汽加热管组相通的蒸汽进口管和蒸汽凝水出口管，所述蒸汽进口管上设有阀件；

所述电加热筒的外端设有防护电加热管端部的扣罩，扣罩与主体筒体之间设有一管板，扣罩、管板与主体筒体固定连接，所述电加热管固定连接在该管板上；

所述蒸汽加热筒、电加热筒的底部分别设有放泄口，顶部均设有安全阀，筒体上安装有压力、温度显示仪表。

10.根据权利要求9所述的电-蒸汽两用缸套水加热设备，其特征在于：

所述蒸汽进口管上设置的阀体包括一温度调节阀，所述温度调节阀包括主阀、驱动主阀的智能执行器以及与所述智能执行器连接的设置在蒸汽加热筒缸套水出水管路上的温度传感器。