CN108316995B - 船用发动机的余热回收系统及其蒸汽加热式油底壳 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用发动机的余热回收系统，包括：发动机；蒸发器，发动机排出的高温废气能够进入蒸发器以产生高温水蒸气；和蒸汽马达，其与发动机相连接，蒸汽马达包括：蒸汽马达曲轴，其通过耦合装置与发动机曲轴相连接；蒸汽加热式油底壳，其包括：热交换器，其位于蒸汽加热式油底壳的内部，并固定于蒸汽加热式油底壳的底部；和两根或更多根钢管，钢管的一端与热交换器固定连接，另一端通向蒸汽加热式油底壳的外侧，钢管用于输送一部分高温水蒸气进入热交换器；以及蒸汽马达气缸，另一部分高温水蒸气通向蒸汽马达气缸，蒸汽马达转动功能够输送给发动机。本发明的余热回收系统结构简单，能够对蒸汽马达机油提前预热。
Description
技术领域
本发明属于船用发动机技术领域，涉及一种船用发动机的余热回收系统及其蒸汽加热式油底壳。
背景技术
燃气发动机燃料燃烧所发出的能量只有一部分被有效地利用，而很大一部分能够则通过发动机的冷却水散热和高温尾气排热而损失掉了。由于能源消耗的加剧，为了提高能源利用率，发动机余热的利用是必然的趋势。
现有技术中的船用发动机的余热回收系统结构复杂，余热利用率低。而且现有的利用蒸发器将高温废气转化成水蒸气来驱动蒸汽马达的余热回收系统中，蒸汽马达中的机油不能提前预热，因此，在工作过程中，从活塞边缘窜出的水蒸气会凝结成水进入蒸汽马达的油底壳机油中，降低机油的润滑效果。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用发动机的余热回收系统，从而克服蒸汽马达机油润滑效果差、不能提前预热机油、余热利用率低的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种船用发动机的余热回收系统，包括：发动机；蒸发器，其与发动机相连接，以使得发动机排出的高温废气能够进入蒸发器以产生高温水蒸气；和蒸汽马达，其与发动机相连接，蒸汽马达包括：蒸汽马达曲轴，其通过耦合装置与发动机曲轴相连接；蒸汽加热式油底壳，其包括：热交换器，其位于蒸汽加热式油底壳的内部，并固定于蒸汽加热式油底壳的底部；和两根或更多根钢管，钢管的一端与热交换器固定连接，另一端通向蒸汽加热式油底壳的外侧，钢管用于输送一部分高温水蒸气进入热交换器，以加热蒸汽马达中的机油，蒸汽加热式油底壳外侧的钢管的末端固定连接有接头，用于连接蒸汽管路；以及蒸汽马达气缸，另一部分高温水蒸气通向蒸汽马达气缸，通过压缩活塞驱动蒸汽马达转动，从而将蒸汽马达转动功输送给发动机。
在一优选的实施方式中，热交换器的结构为片状结构，热交换器的内部通入一部分高温水蒸气，热交换器的外侧与机油接触，热交换器的布置方式为片状结构垂直于蒸汽加热式油底壳的底部布置。
在一优选的实施方式中，热交换器的材料为铝或钢。
在一优选的实施方式中，蒸汽马达的功率小于发动机的功率。
在一优选的实施方式中，耦合装置为电磁离合器，另一部分高温水蒸气被输送到蒸汽马达气缸的气腔内，通过热膨胀推动活塞上下运动，活塞通过连杆驱动蒸汽马达曲轴旋转运动，进而通过电磁离合器将功率输送给发动机曲轴。
在一优选的实施方式中，在蒸汽马达开始工作前，一部分高温水蒸气能够通过蒸汽马达的气缸盖和机体的通道进行预热，同时能够通过热交换器对蒸汽马达中的机油进行预热。
在一优选的实施方式中，余热回收系统还包括：冷凝器、控制器、工质箱、蒸汽滤清器、杂质滤清器以及多个电控阀。
本发明还提供了一种蒸汽加热式油底壳，包括：热交换器，其位于蒸汽加热式油底壳的内部，并固定于蒸汽加热式油底壳的底部；和两根或更多根钢管，钢管的一端与热交换器固定连接，另一端通向蒸汽加热式油底壳的外侧，钢管用于输送一部分高温水蒸气进入热交换器，以加热蒸汽加热式油底壳中的机油，蒸汽加热式油底壳外侧的钢管的末端焊接有接头，用于连接蒸汽管路。
在一优选的实施方式中，热交换器的结构为片状结构，热交换器的内部通入高温水蒸气，热交换器的外侧与机油接触，热交换器的布置方式为片状结构垂直于蒸汽加热式油底壳的底部布置。
在一优选的实施方式中，热交换器的材料为铝或钢。
与现有技术相比，根据本发明的船用发动机的余热回收系统具有如下有益效果：
(1)有效利用发动机高温废气来产生高温水蒸气，再利用高温水蒸气加热蒸汽马达机油，实现了发动机余热回收利用，且余热回收利用率高；(2)具有蒸汽加热式油底壳，能够对蒸汽马达机油提前预热，使机油润滑效果更好，提高了蒸汽马达效率，并防止蒸汽马达工作过程中，从活塞边缘窜出的高温水蒸气凝结成水进入所述蒸汽加热式油底壳的机油中，并且预热的机油润滑效果更好；(3)蒸汽加热式油底壳的热交换器通过采用片状结构，结构简单易实现，热交换效率高。
附图说明
图1是根据本发明的船用发动机的余热回收系统的结构控制示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的蒸汽加热式油底壳的剖视主视图。
图3是根据本发明的一个实施例的蒸汽加热式油底壳的剖视附视图。
主要附图标记说明：
1-发动机，2-蒸发器，3-蒸汽马达，4-冷凝器，5-控制器，6-工质箱，7-电磁离合器，8-蒸汽滤清器，9-蒸汽加热式油底壳，10-热交换器，11-钢管，12-接头。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明优选实施方式的船用发动机的余热回收系统，包括：发动机1、蒸发器2，蒸汽马达3、冷凝器4、控制器5、工质箱6、蒸汽滤清器8、杂质滤清器13以及多个电控阀14。
其中，蒸发器2与发动机1相连接，以使得发动机1排出的高温废气能够进入蒸发器2以产生高温水蒸气。蒸汽马达3与发动机1相连接，蒸汽马达3包括：蒸汽马达曲轴、蒸汽加热式油底壳9和蒸汽马达气缸。蒸汽马达曲轴通过耦合装置与发动机曲轴相连接。
如图2-3所示，蒸汽加热式油底壳9包括：热交换器10和钢管11。其中，热交换器10位于蒸汽加热式油底壳9的内部，并固定于蒸汽加热式油底壳9的底部。钢管11被设置为两根或更多根，钢管11的一端与热交换器10固定连接，另一端通向蒸汽加热式油底壳9的外侧，钢管用于输送蒸发器2产生的高温水蒸气的一部分进入热交换器10，以加热蒸汽马达3中的机油，蒸汽加热式油底壳9外侧的钢管的末端固定连接有接头12，用于连接其他蒸汽管路。蒸发器2产生的高温水蒸气的另一部经过蒸汽滤清器8通向蒸汽马达气缸，通过压缩活塞驱动蒸汽马达3转动，从而将蒸汽马达转动功输送给发动机1。
上述方案中，热交换器10的结构为片状结构，热交换器10的内部通入一部分高温水蒸气，热交换器10的外侧与机油接触，表面积大，热交换器10的材料为铝或钢，热交换器10的布置方式为片状结构垂直于蒸汽加热式油底壳9的底部布置，从而有效地提高了热交换效率。
蒸汽马达3的功率小于发动机1的功率，优选地，蒸汽马达3的功率约为发动机1的功率的10％。耦合装置为电磁离合器7，另一部分高温水蒸气被输送到蒸汽马达气缸的气腔内，通过热膨胀推动活塞上下运动，活塞通过连杆驱动蒸汽马达曲轴旋转运动，进而通过电磁离合器7将功率输送给发动机曲轴。蒸汽马达的气腔的蒸汽温度达260℃，膨胀后蒸汽温度为100℃，从排气通道排出，蒸汽马达的活塞、蒸汽马达内腔活塞环、连杆、曲轴运动、配气机构均需要润滑油润滑。余热回收系统的结构控制如图1所示，其中T1为冷凝器出口工质温度，P1为冷凝器内部工质压力，T2为蒸发器出口蒸汽温度，P2为蒸发器出口蒸汽压力，H1为冷凝器内工质液面高度，H2为工质箱内工质液面高度，Texh为蒸发器入口排气温度，A为做功蒸汽通道，B为预热蒸汽通道，图1中实线为传感器出入信号，虚线为控制器5输出的控制信号。
在蒸汽马达3开始工作前，一部分高温水蒸气能够通过蒸汽马达的气缸盖和机体的通道(类似于柴油机的水套)进行预热，同时能够通过热交换器对蒸汽马达3中的机油进行预热，以防止工作过程中高温水蒸气凝结成水进入蒸汽加热式油底壳9的机油中。蒸发器2产生的高温水蒸气的另一部经过蒸汽滤清器8通向蒸汽马达气缸，通过压缩活塞驱动蒸汽马达3转动，从而将蒸汽马达3转动功输送给发动机1。
如图2-3所示，本发明优选实施方式的蒸汽加热式油底壳，包括：热交换器10和钢管11。其中，热交换器10位于蒸汽加热式油底壳的内部，并固定于蒸汽加热式油底壳9的底部，并采用焊接密封。钢管11可以设置为两根或更多根，钢管11的一端与热交换器10固定连接，可以采用焊接的方式固定连接，另一端通向蒸汽加热式油底壳9的外侧，钢管11用于输送高温水蒸气进入热交换器，以加热蒸汽加热式油底壳9中的机油，蒸汽加热式油底壳9外侧的钢管11的末端固定连接有接头12，钢管11的末端可以焊接有螺纹接头，用于连接蒸汽管路。热交换器10的结构为片状结构，热交换器10的内部通入一部分高温水蒸气，热交换器10的外侧与机油接触，表面积大，热交换器10的材料为铝或钢，热交换器10的布置方式为片状结构垂直于蒸汽加热式油底壳9的底部布置，有效地提高了热交换效率。
本发明的蒸汽加热式油底壳能够对蒸汽马达机油提前预热，使机油润滑效果更好，提高了蒸汽马达效率，并防止蒸汽马达开始工作后，活塞窜气接触到机油冷凝成水而进入油底壳机油中，保持了机油良好的润滑性能。同时，蒸汽加热式油底壳的热交换器通过采用片状结构，结构简单易实现，热交换效率高。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种船用发动机的余热回收系统，其特征在于，该余热回收系统包括：
发动机；
蒸发器，其与所述发动机相连接，以使得所述发动机排出的高温废气能够进入所述蒸发器以产生高温水蒸气；和
蒸汽马达，其与所述发动机相连接，所述蒸汽马达包括：
蒸汽马达曲轴，其通过耦合装置与发动机曲轴相连接；
蒸汽加热式油底壳，其包括：
热交换器，其位于所述蒸汽加热式油底壳的内部，并固定于所述蒸汽加热式油底壳的底部；和
两根或更多根钢管，所述钢管的一端与所述热交换器固定连接，另一端通向所述蒸汽加热式油底壳的外侧，所述钢管用于输送一部分所述高温水蒸气进入所述热交换器，以加热所述蒸汽马达中的机油，所述蒸汽加热式油底壳外侧的所述钢管的末端固定连接有接头，用于连接蒸汽管路；以及
蒸汽马达气缸，另一部分所述高温水蒸气能够经过蒸汽滤清器通向所述蒸汽马达气缸，通过压缩活塞驱动所述蒸汽马达转动，从而将所述蒸汽马达转动功输送给所述发动机；
其中，所述热交换器的结构为片状结构，所述热交换器的内部通入一部分所述高温水蒸气，所述热交换器的外侧与机油接触，所述热交换器的布置方式为所述片状结构垂直于所述蒸汽加热式油底壳的底部布置；
其中，所述耦合装置为电磁离合器，另一部分所述高温水蒸气被输送到所述蒸汽马达气缸的气腔内，通过热膨胀推动所述活塞上下运动，活塞通过连杆驱动所述蒸汽马达曲轴旋转运动，进而通过所述电磁离合器将功率输送给所述发动机曲轴；
其中，所述蒸汽马达的功率小于所述发动机的功率；
其中，在所述蒸汽马达开始工作前，一部分所述高温水蒸气能够通过所述蒸汽马达的气缸盖和机体的通道进行预热，同时能够通过所述热交换器对所述蒸汽马达中的机油进行预热；
其中，所述余热回收系统还包括：冷凝器、控制器、工质箱、杂质滤清器以及多个电控阀。
2.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，所述热交换器的材料为铝或钢。
3.一种蒸汽加热式油底壳，其特征在于，该蒸汽加热式油底壳包括：
热交换器，其位于所述蒸汽加热式油底壳的内部，并固定于所述蒸汽加热式油底壳的底部；和
两根或更多根钢管，所述钢管的一端与所述热交换器固定连接，另一端通向所述蒸汽加热式油底壳的外侧，所述钢管用于输送一部分高温水蒸气进入所述热交换器，以加热所述蒸汽加热式油底壳中的机油，所述蒸汽加热式油底壳外侧的所述钢管的末端固定连接有接头，用于连接蒸汽管路；
其中，所述热交换器的结构为片状结构，所述热交换器的内部通入所述高温水蒸气，所述热交换器的外侧与机油接触，所述热交换器的布置方式为所述片状结构垂直于所述蒸汽加热式油底壳的底部布置；
其中，蒸汽马达的功率小于发动机的功率；
其中，在所述蒸汽马达开始工作前，一部分所述高温水蒸气能够通过所述蒸汽马达的气缸盖和机体的通道进行预热，同时能够通过所述热交换器对所述蒸汽马达中的机油进行预热；
其中，余热回收系统还包括：冷凝器、控制器、工质箱、蒸汽滤清器、杂质滤清器以及多个电控阀；
其中，另一部所述高温水蒸气能够经过蒸汽滤清器通向蒸汽马达气缸，通过压缩活塞驱动蒸汽马达转动，从而将蒸汽马达转动功输送给发动机。
4.根据权利要求3所述的蒸汽加热式油底壳，其特征在于，所述热交换器的材料为铝或钢。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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