CN106542074A - 船舶自流冷却系统流量调整装置、自流冷却系统及船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶自流冷却系统流量调整装置、自流冷却系统及船，其用于安装在船舶自流冷却系统的进水管中并调节进水管的流量，涉及流体控制技术领域。该流量调整装置包括：第一支柱，其上装有阀板，阀板可在进水管的水流作用下转动；第二支柱，其位于第一支柱旁，且第二支柱上设有与阀板相连的弹性件，弹性件提供使阀板与水流作用相平衡的转矩；至少一限位组件，限位组件设于第一支柱靠近进水管管口的一侧，且阀板可抵靠于限位组件。本发明还提供一种船舶自流冷却系统及带有冷却系统的船。本发明能根据不同管路系统的需求，在全流量范围内实现所需要的冷却水流量的精细匹配，确保冷凝器以及船舶动力系统的正常运行。

Description

船舶自流冷却系统流量调整装置、自流冷却系统及船

本发明涉及流体控制技术领域，具体是涉及一种船舶自流冷却系统流量调整装置、自流冷却系统及船。

背景技术

船舶自流冷却系统利用船舶航行中迎面水流产生的动压来冷却冷凝器及各类冷却用户的系统，从而使船舶在一定航速范围内，无需启动水泵即能为冷凝器及各类冷却用户提供足够的冷却海水。与传统冷却水系统相比，船舶自流冷却系统降低了船舶冷却水泵产生的辐射噪声，增强了整体效率，提高了船舶安全性和经济性。但是，现有的船舶自流冷却系统的供水流量与船舶冷凝器及冷却用户所需要的冷却水流量并不完全匹配，参见图1所示，供水流量随着航速的增加而增加，航速较低或很高时，相应的供水流量较小或大，供水流量能够与所需要的冷却水流量匹配，但是，在中等航速范围内，船舶自流冷却系统的供水流量往往大于冷凝器所需要的冷却水流量，而过多的供水流量会改变冷凝器的真空度，对船舶动力系统的运行产生不利影响，因此，自流冷却系统需要能够根据不同的航速对供水流量进行相应的调节。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种船舶自流冷却系统流量调整装置，本发明的另一目的在于提供一种船舶自流冷却系统及带有冷却系统的船，本船舶自流冷却系统流量调整装置可根据不同管路系统的需求，在全流量范围内实现所需要的冷却水流量的精细匹配，确保冷凝器以及船舶动力系统的正常运行。

本发明提供一种船舶自流冷却系统流量调整装置，其用于安装在船舶自流冷却系统的进水管中并调节进水管的流量，其包括：

第一支柱，其上装有阀板，所述阀板可在进水管的水流作用下转动；

第二支柱，其位于所述第一支柱旁，且所述第二支柱上设有与所述阀板相连的弹性件，所述弹性件提供使所述阀板与水流作用相平衡的转矩；

至少一限位组件，所述限位组件设于所述第一支柱靠近进水管管口的一侧，且所述阀板可抵靠于所述限位组件。

在上述技术方案的基础上，所述第一支柱、第二支柱和限位组件均设置于进水管的内壁上，所述第一支柱远离进水管的内壁的一端设有销轴，所述阀板上设有通孔，所述销轴穿设于所述通孔中。

在上述技术方案的基础上，所述流量调整装置包括两所述限位组件，所述第一支柱和第二支柱设于两所述限位组件之间。

在上述技术方案的基础上，每一个所述限位组件均包括多个限位块，所述限位块均为流线型。

在上述技术方案的基础上，所述限位块表面上设有减震片。

在上述技术方案的基础上，所述减震片为橡胶材料。

在上述技术方案的基础上，所述弹性件为弹簧。

在上述技术方案的基础上，所述阀板的位置与流量U的关系为：

其中，α为所述阀板与进水管轴向之间的夹角，0＜α₀≤α≤α₁，α₀和α₁分别为所述阀板在两所述限位组件位置时与进水管轴向之间的夹角，k为弹簧弹性系数，A为比例系数，a＝r/R，b＝L/R，c＝L₀/R，R为所述阀板的自由活动端到所述通孔的长度，r为所述阀板与弹簧的连接端到所述通孔的长度，L为弹簧未变形时的初始长度，L₀为所述第一支柱和第二支柱之间的距离。

本发明还提供一种船舶自流冷却系统，其包括进水管，所述进水管内安装有以上任一所述的流量调整装置。

本发明还提供一种带有冷却系统的船，其具有以上所述的船舶自流冷却系统。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明中的船舶自流冷却系统流量调整装置可根据不同管路系统的需求，在全流量范围内实现所需要的冷却水流量的精细匹配，确保冷凝器以及船舶动力系统的正常运行。

(2)本发明中的船舶自流冷却系统流量调整装置可直接安装于进水管中，结构紧凑，不但避免在自流冷却系统中增加额外管路，适应于安装空间受限的场合，而且显著降低了制造和维护成本。

(3)本发明中的船舶自流冷却系统流量调整装置无需额外动能，并且设于限位块表面的减震片为橡胶材料，有效地降低了阀板对管路的冲击振动和产生的噪音。

附图说明

图1是现有的船舶自流冷却系统的供水流量与船舶冷凝器及冷却用户所需要的冷却水流量的关系示意图；

图2是本发明实施例船舶自流冷却系统流量调整装置的结构示意图；

图3是本发明实施例船舶自流冷却系统流量调整装置的A-A方向的结构示意图；

图4是本发明实施例船舶自流冷却系统流量调整装置在中等航速下，阀板打开状态时的结构示意图；

图5是本发明实施例船舶自流冷却系统流量调整装置在高航速下，阀板紧靠进水管出口的限位组件状态时的结构示意图；

图6是本发明实施例中阻力系数ξ与流量U的关系图。

图中：1-第一支柱，11-销轴，2-阀板，21-通孔，3-第二支柱，4-弹性件，5-限位组件，6-减震片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图2至图5所示，本发明实施例提供一种船舶自流冷却系统流量调整装置，其用于安装在船舶自流冷却系统的进水管中并调节进水管的流量，其包括第一支柱1、阀板2、第二支柱3、弹性件4和至少一限位组件5，均安装于进水管的内壁上。

第一支柱1上装有阀板2，阀板2可在进水管的水流作用下转动。

第二支柱3位于第一支柱1旁，且第二支柱3上设有与阀板2相连的弹性件4，弹性件4提供使阀板2与水流作用相平衡的转矩。

至少一限位组件5设于第一支柱1靠近进水管管口的一侧，且阀板2可抵靠于限位组件5。

具体的，第一支柱1、第二支柱3和限位组件5均设置于进水管的内壁上，第一支柱1远离进水管的内壁的一端设有销轴11，阀板2上设有通孔21，销轴11穿设于通孔21中。

第一支柱1和第二支柱3均为流线型，因此，对水流的流阻很低。通孔21可以为多个，多个通孔21到阀板2的自由活动端的长度均不同。

本发明的另一实施例为流量调整装置包括两限位组件5，第一支柱1和第二支柱3设于两限位组件5之间。

阀板2为流线型，其在抵靠于限位组件5时，对水流的流阻很低。

参见图3所示，每一个限位组件5均包括多个限位块，限位块均为流线型。

限位块表面上设有减震片6。减震片6为橡胶材料。

本发明中的船舶自流冷却系统流量调整装置无需额外动能，并且设于限位块表面的减震片6为橡胶材料，有效地降低了阀板2对管路的冲击振动和产生的噪音。

弹性件4为弹簧。弹簧的数量可以为多个。

本发明中的船舶自流冷却系统流量调整装置可直接安装于进水管中，结构紧凑，不但避免在自流冷却系统中增加额外管路，适应于安装空间受限的场合，而且显著降低了制造和维护成本。

如上所述，弹性件4提供使阀板2与水流作用相平衡的转矩，在平衡状态下，阀板2的位置与流量U的关系为：

其中，α为阀板2与进水管轴向之间的夹角，0＜α₀≤α≤α₁，α₀和α₁分别为阀板2在两限位组件5位置时与进水管轴向之间的夹角，k为弹簧弹性系数，A为比例系数，a＝r/R，b＝L/R，c＝L₀/R，R为阀板2的自由活动端到通孔21的长度，r为阀板2与弹簧的连接端到通孔3的长度，L为弹簧未变形时的初始长度，L₀为第一支柱1和第二支柱3之间的距离。

当管路流量较小时，水流流体力不足以克服弹簧拉力而转动阀板2，此时阀板2紧靠进水管进水口的限位组件5，船舶自流冷却系统流量调整装置的流阻很小。当流量较大时，阀板2受较大的水流流体力作用而紧靠进水管出水口的限位组件5，船舶自流冷却系统流量调整装置的流阻也很小。当流量处于中间值一定范围内，水流冲刷阀板2使得其离开限位组件5，位于两个限位组件5之间的位置，此时阀板2起到阻碍水流流动的作用，船舶自流冷却系统流量调整装置的流阻较大，因此，本船舶自流冷却系统流量调整装置实际上为流阻特性曲线为驼峰状的流量调节阀。

本船舶自流冷却系统流量调整装置的流阻特性是由阀板2的转动角度和流速的映射关系计算而来。为了使水流冲刷阀板2从而产生转动，需要设置初始角度α₀，即阀板2抵靠于进水管进口的限位组件5时，阀板2与进水管轴向之间的夹角。同时，为了使得在较低的流速下，阀板2不产生转动，弹簧需要处于预紧状态，弹簧的预拉伸长度为Δ。

a.水流冲刷阀板2的转动力矩为：

水流冲刷产生的力正比于阀板2在流动方向的投影面积以及流动速度的平方，该比例系数为A，则流体动力F＝AU²R sinα，力臂为R sinα。则转动力矩T_F为：T_F＝A(U²R sinα)(R sin α)＝AU²R²sin²α。

b.弹簧拉力产生的阻力矩T_R为：

阻力为F_R＝k(Δ+δ)，由于力臂为L₀rsinα/L+Δ+δ，因此，阻力矩T_R为：

当阀板2处于平衡时，总力矩为零，即T_F＝T_R，则：

本船舶自流冷却系统流量调整装置的流阻系数按突缩和突扩的阻力系数近似计算，则该阻力系数ξ表达式为：

其中，S₀＝WH，S₁＝W(H-Rsinα)W为进水管内宽度，H为进水管内高度，ξ₀为阀板2未转动时的初始阻力系数。由上式可以得出装置阻力系数和流量的计算公式。

例如，当L＝0.3m，r＝0.1m，R＝0.4m，A＝0.1，k＝0.6，H＝0.6m，W＝1.3m，ξ₀＝0.5，则本船舶自流冷却系统流量调整装置的阻力系数ξ与流量U的关系如图6所示。

因此，在实际应用中，第一支柱1、第二支柱3和限位组件5的高度，第一支柱1和第二支柱3之间的距离L₀，阀板2的自由活动端到通孔21的长度R，阀板2与弹簧的连接端到通孔3的长度r，以及弹簧的弹性系数k和长度L，均根据实际进水管的流量确定。另外，根据不同管路系统的需求，可以在进水管中安装多个本船舶自流冷却系统流量调整装置，实现所需要的流量调节功能。

本发明中的船舶自流冷却系统流量调整装置可根据不同管路系统的需求，在全流量范围内实现所需要的冷却水流量的精细匹配，确保冷凝器以及船舶动力系统的正常运行。

本发明还提供一种船舶自流冷却系统，其包括进水管，所述进水管内安装有上述任一项流量调整装置。

本发明还提供一种带有冷却系统的船，其具有上述船舶自流冷却系统。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种船舶自流冷却系统流量调整装置，其用于安装在船舶自流冷却系统的进水管中并调节进水管的流量，其特征在于，其包括：

第一支柱(1)，其上装有阀板(2)，所述阀板(2)可在进水管的水流作用下转动；

第二支柱(3)，其位于所述第一支柱(1)旁，且所述第二支柱(3)上设有与所述阀板(2)相连的弹性件(4)，所述弹性件(4)提供使所述阀板(2)与水流作用相平衡的转矩；

至少一限位组件(5)，所述限位组件(5)设于所述第一支柱(1)靠近进水管管口的一侧，且所述阀板(2)可抵靠于所述限位组件(5)。

2.如权利要求1所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：所述第一支柱(1)、第二支柱(3)和限位组件(5)均设置于进水管的内壁上，所述第一支柱(1)远离进水管的内壁的一端设有销轴(11)，所述阀板(2)上设有通孔(21)，所述销轴(11)穿设于所述通孔(21)中。

3.如权利要求2所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：所述流量调整装置包括两所述限位组件(5)，所述第一支柱(1)和第二支柱(3)设于两所述限位组件(5)之间。

4.如权利要求3所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：每一个所述限位组件(5)均包括多个限位块，所述限位块均为流线型。

5.如权利要求4所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：所述限位块表面上设有减震片(6)。

6.如权利要求5所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：所述减震片(6)为橡胶材料。

7.如权利要求3所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：所述弹性件(4)为弹簧。

8.如权利要求7所述的船舶自流冷却系统流量调整装置，其特征在于：所述阀板(2)的位置与流量U的关系为：

$U^2=\frac{kac(\sqrt{a^2+c^2-2accos\mathrm{\α}}-b)}{A\sin \mathrm{\α}\sqrt{a^2+c^2-2accos\mathrm{\α}}},$

其中，α为所述阀板(2)与进水管轴向之间的夹角，0＜α₀≤α≤α₁，α₀和α₁分别为所述阀板(2)在两所述限位组件(5)位置时与进水管轴向之间的夹角，k为弹簧弹性系数，A为比例系数，a＝r/R，b＝L/R，c＝L₀/R，R为所述阀板(2)的自由活动端到所述通孔(21)的长度，r为所述阀板(2)与弹簧的连接端到所述通孔(3)的长度，L为弹簧未变形时的初始长度，L₀为所述第一支柱(1)和第二支柱(3)之间的距离。

9.一种船舶自流冷却系统，其特征在于：其包括进水管，所述进水管内安装有权利要求1至8任一项所述的流量调整装置。

10.一种带有冷却系统的船，其特征在于：其具有如权利要求9所述的船舶自流冷却系统。