CN110332036A - 一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，包括柴油机、涡轮、压气机、扫气箱、冷却水水箱、外循环装置，外循环装置包括冷却水换热器，柴油机的排气管连接涡轮，涡轮与压气机同轴，压气机出口连接中冷器，中冷器连接扫气箱，扫气箱通过扫气管连接柴油机，柴油机的冷却水腔通过冷却水管路连接冷却水水箱，冷却水水箱连接三通阀，三通阀连接冷却水换热器和高温冷却水管路，冷却水换热器连接低温冷却水管路，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后通过冷却水泵连接柴油机的冷却水腔。本发明能有效改善增压柴油机在设计工况点以外工作性能，提高柴油机能量利用率，且结构相对简单，成本低，控制易实现。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机冷却系统，具体地说是船舶柴油机冷却系统。
背景技术
柴油机工作期间，高温燃气与机体接触，使机体零件温度升高，若温度过高时，柴油机工作过程恶化，零件磨损加剧，柴油机的动力性、经济性、可靠性以及寿命都会下降；若过度冷却，会使内燃机散热损失及摩擦损失增加，零件磨损加剧，排放恶化。冷却系统的功用是及时并适量的把在高温条件下工作的机件所吸收的热量散发到环境中去，保持柴油机在最适宜的温度下工作。目前涡轮增压柴油机在高负荷工作时，由于要排气量增加，排出废气的能量也增加，会导致增压器转速增加，为保证涡轮增压器不会超速，会通过废气旁通的方法控制进入废气涡轮的废气流量，而旁通的的废气由于没有经过涡轮增压器做功，损失掉了一部分能量。
船用柴油机一般都是采用水泵做强制循环冷却的，根据冷却水循环线路不同，可分为开式和闭式冷却系统。闭式循环工质可采用软水或其他工质，极大地减少了对柴油机机体冷却水腔和冷却管路的腐蚀，增强了柴油机的可靠性，可有效减少冷却系统故障发生的次数。闭式循环冷却系统比较开式冷却系统，内循环水的温度较高，在保证受热零部件工作温度可靠的情况下，热应力大大降低，淡水进出柴油发动机的温度差异减少，减少了冷却水带走的热量，柴油机的经济性也随之提高。
发明内容
本发明的目的在于提供提高冷却系统冷却效果、以提高柴油机整体能量利用率的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：包括柴油机、涡轮、压气机、扫气箱、冷却水水箱、外循环装置，所述外循环装置包括冷却水换热器，柴油机的排气管连接涡轮，涡轮与压气机同轴，压气机出口连接中冷器，中冷器连接扫气箱，扫气箱通过扫气管连接柴油机，柴油机的冷却水腔通过冷却水管路连接冷却水水箱，冷却水水箱连接三通阀，三通阀的第一出口连接冷却水换热器，三通阀的第二出口连接高温冷却水管路，冷却水换热器连接低温冷却水管路，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后通过冷却水泵连接柴油机的冷却水腔。
本发明还可以包括：
1、中冷器与扫气箱之间安装单向阀，中冷器还与鼓风机相连，鼓风机通过电磁阀连接扫气箱。
2、外循环方式采用风冷方式时，所述外循环装置还包括外循环系统、外循环涡轮、外循环增强回路泵叶或扇叶，柴油机的排气管通过旁通的形式连接外循环涡轮，外循环涡轮连接外循环增强回路泵叶或扇叶，外循环增强回路泵叶或扇叶的出口连接外循环增强回路管路，外循环增强回路管路经冷却水换热器后连接外循环系统风冷进口，外循环系统风冷出口连接外循环增强回路泵叶或扇叶。
3、外循环方式采用水冷方式时，所述外循环装置还包括外循环系统、外循环管路，外循环系统的水冷出口连接外循环管路，外循环管路经冷却水换热器后连接外循环系统水冷进口。
4、还包括温度反馈控制单元，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后的管路上设置温度传感器，温度反馈控制单元分别连接温度传感器、冷却水泵、三通阀。
本发明的优势在于：
1.高负荷时利用旁通的废气驱动涡轮并带动外循环增强回路泵叶或扇叶，以加强对内循环冷却水的冷却。
2.低负荷时采用鼓风机提高进气压力，并通过高温冷却水与低温冷却水混合来保证柴油机进口冷却水的温度。
3.外循环可视柴油机工作环境来确定，船用柴油机外循环可采用海水做工质冷却内循环冷却水，陆地用柴油机外循环可采用风冷方式。
4.本发明能有效改善增压柴油机在设计工况点以外工作性能，提高柴油机能量利用率，且结构相对简单，成本低，控制易实现。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，包括柴油机4、涡轮I1、压气机25、排气管2、中冷器24、鼓风机23、扫气箱20、进气管19、冷却水水箱6、外循环系统7、涡轮Ⅱ8、外循环增强回路泵叶或扇叶9、外循环增强回路管路10、外循环管路11、冷却水换热器12、低温冷却水管路13、电控三通阀14、高温冷却水管路15、温度传感器16、温度反馈控制单元17、冷却水泵18；柴油机4工作时排出的废气进入排气管2，废气从排气管2流出后进入废气涡轮I1，驱动涡轮I1做功，废气流出涡轮I1后进入排气后处理系统；涡轮I1与压气机25通过一根轴连接，涡轮I1与压气机25的转速保持相同，涡轮I1带动压气机25压缩空气，新鲜空气压缩后温度和压力上升，流经中冷器24进行降温；从中冷器24分出两支路，一支是带有单向阀21的进气管路，一支是带有鼓风机23和电磁阀22的进气管路，柴油机4在启动或低于40％负荷时，由于排出的排气能量不足，这时打开电磁阀22和鼓风机23，鼓风机23向扫气箱20鼓入空气，此时由于扫气箱20内空气压力低于中冷器24出口空气的压力，单向阀21处于关闭状态，当柴油机负荷高于40％时，鼓风机23停机和电磁阀22关闭，新鲜空气经单向阀21流入扫气箱20，扫气箱20再为柴油机4各个气缸提供新鲜空气。
内循环冷却水从柴油机4冷却水腔流出到冷却水管路5，再到冷却水水箱6；冷却水水箱6与电控三通阀14相连，电控三通阀14出口的一支与冷却水换热器12相连，另一支与冷却水高温管路15相连；冷却水换热器12通过外循环管路11带走一部分能量，柴油机在高负荷打开废气旁通阀时，旁通的废气驱动涡轮8，涡轮8通过轴带动外循环增强回路泵叶或扇叶9，增加外循环7从换热器12带走的能量；内循环冷却水高温管路15与内循环冷却水低温管路13交汇，冷却水经过水泵18的加压后进入柴油机。
内循环冷却水从冷却水水箱6流出，经过电控三通阀14分为高温冷却水管路15和低温冷却水管路13，电控三通阀14根据温度传感器16反馈的温度信号调整开度，可以控制流向高温冷却水管路15和低温冷却水管路13的冷却水流量。外循环7可视柴油机4工作环境来确定，船用柴油机外循环可采用海水做工质冷却内循环冷却水，陆地用柴油机外循环可采用风冷方式。外循环管路11可以是柴油机曲轴带动或电力驱动海水泵(风扇)，对冷却水换热器12中的内循环冷却水进行常规冷却。在高负荷时，柴油机4喷油量增加，柴油机4通过机体散发的热量也增加，故而冷却系统带走的热量增加，此时柴油机开启废气旁通，驱动涡轮II8并带动外循环增强回路泵叶或扇叶9，以对低温冷却水管路13进行加强冷却，提高冷却系统的冷却效果。既解决了高负荷时柴油机增压器转速升高的问题，又合理利用了旁通废气的能量。
本发明工作原理：柴油机4在启动或低于40％负荷时，由于排出的排气能量不足，这时打开电磁阀22和鼓风机23，鼓风机23向扫气箱20鼓入空气，此时由于扫气箱20内空气压力低于中冷器24出口空气的压力，单向阀21处于关闭状态，当柴油机负荷高于40％时，鼓风机23停机和电磁阀22关闭，新鲜空气经单向阀21流入扫气箱20，扫气箱20再为柴油机4各个气缸提供新鲜空气。
本发明分出高温冷却水管路15和低温冷却水管路13，并采用并联的方式布置，温度反馈控制单元17根据温度信号控制电控三通阀14的开度来控制低温冷却水管路13和高温冷却水管路15冷却水流量进而控制进入柴油机前冷却水的温度；极端情况下，电控阀14可控制内循环冷却水只从高温冷却水管路15通过，或者控制内循环冷却水只从低温冷却水管路13通过。外循环7可视柴油机4工作环境来确定，船用柴油机外循环可采用海水做工质冷却内循环冷却水，陆地用柴油机外循环可采用风冷方式。外循环管路11可以是柴油机曲轴带动或电力驱动海水泵(风扇)，对冷却水换热器12中的内循环冷却水进行常规冷却。
在高负荷时，柴油机4喷油量增加，柴油机4通过机体散发的热量也增加，故而冷却系统带走的热量增加，此时柴油机开启废气旁通，驱动涡轮II8并带动外循环增强回路泵叶或扇叶9，以对低温冷却水管路13进行加强冷却，提高冷却系统的冷却效果。冷却水进入柴油机的温度，以保证柴油机在所有工况下都保持在适宜的温度下工作。
Claims (9)
1.一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：包括柴油机、涡轮、压气机、扫气箱、冷却水水箱、外循环装置，所述外循环装置包括冷却水换热器，柴油机的排气管连接涡轮，涡轮与压气机同轴，压气机出口连接中冷器，中冷器连接扫气箱，扫气箱通过扫气管连接柴油机，柴油机的冷却水腔通过冷却水管路连接冷却水水箱，冷却水水箱连接三通阀，三通阀的第一出口连接冷却水换热器，三通阀的第二出口连接高温冷却水管路，冷却水换热器连接低温冷却水管路，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后通过冷却水泵连接柴油机的冷却水腔。
2.根据权利要求1所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：中冷器与扫气箱之间安装单向阀，中冷器还与鼓风机相连，鼓风机通过电磁阀连接扫气箱。
3.根据权利要求1或2所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：外循环方式采用风冷方式时，所述外循环装置还包括外循环系统、外循环涡轮、外循环增强回路泵叶或扇叶，柴油机的排气管通过旁通的形式连接外循环涡轮，外循环涡轮连接外循环增强回路泵叶或扇叶，外循环增强回路泵叶或扇叶的出口连接外循环增强回路管路，外循环增强回路管路经冷却水换热器后连接外循环系统风冷进口，外循环系统风冷出口连接外循环增强回路泵叶或扇叶。
4.根据权利要求1或2所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：外循环方式采用水冷方式时，所述外循环装置还包括外循环系统、外循环管路，外循环系统的水冷出口连接外循环管路，外循环管路经冷却水换热器后连接外循环系统水冷进口。
5.根据权利要求3所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：外循环方式采用水冷方式时，所述外循环装置还包括外循环系统、外循环管路，外循环系统的水冷出口连接外循环管路，外循环管路经冷却水换热器后连接外循环系统水冷进口。
6.根据权利要求1或2所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：还包括温度反馈控制单元，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后的管路上设置温度传感器，温度反馈控制单元分别连接温度传感器、冷却水泵、三通阀。
7.根据权利要求3所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：还包括温度反馈控制单元，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后的管路上设置温度传感器，温度反馈控制单元分别连接温度传感器、冷却水泵、三通阀。
8.根据权利要求4所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：还包括温度反馈控制单元，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后的管路上设置温度传感器，温度反馈控制单元分别连接温度传感器、冷却水泵、三通阀。
9.根据权利要求5所述的一种回收利用柴油机旁通废气能量的闭式冷却系统，其特征是：还包括温度反馈控制单元，高温冷却水管路与低温冷却水管路汇合后的管路上设置温度传感器，温度反馈控制单元分别连接温度传感器、冷却水泵、三通阀。
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