CN110422309B - 应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却系统及控制方法，包括水箱、海水泵、冷却水泵、热交换器、推进电机，海水通过海水阀门连通海水泵，海水泵依次通过海水过滤器、水箱进水阀门连接水箱，水箱通过水箱出水阀门连接冷却水泵，冷却水泵连接热交换器，热交换器安装在推进电机的外部，控制器分别连接海水阀门、海水泵、水箱进水阀门、水箱出水阀门、冷却水泵，热交换器连接排水管道。本发明使用热容量更大的水来代替空气作为冷却介质，提高吊舱推进电机的冷却效果，降低电机的热负荷，提高电机的可靠性，还可根据推进器不同工况调整冷却效果，使推进电机始终工作在最佳的温度上。

Description

应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却系统及控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种冷却系统及方法，具体地说是推进器的冷却系统及方法。

背景技术

吊舱式推进器将推进电机置于船舱外部，直接与螺旋桨相连，可以在360°内水平转动以实现矢量推进。一般主要由内置驱动电机模块、螺旋桨模块、水平转动机构以及冷却装置组成。由于吊舱空间狭小，推进电机对冷却系统的要求较高，也不利于冷却系统的布置。如果电机内部温度过高，电机的绕组绝缘材料会逐渐老化，绝缘性能和机械强度逐渐降低，电机的使用寿命会大大缩短。因此，改善电机定子散热条件、设法降低电机的温度，是提高电机过载能力、延长电机使用寿命的有效方法。

对于推进电机的冷却，通常采用风冷系统进行冷却，主要包括风机，冷却器，空气过滤装置，其中空气过滤装置主要用于过滤水分和灰尘，冷却系统将空气直接通入电机内部对电机进行冷却，虽然此类装置构造简单，但发电机的换热面积有限，定子铁芯只有和气隙接触的部分和冷却风进行了对流换热，而定子铁芯内部的热量需要热传导过程转移到和气隙接触的位置，该过程的温度梯度小，热阻大，因此传热速度慢，冷却效果有限。

风冷系统对电机转子有较好的冷却效果，但对定子的冷却效果有限，容易造成定子铁芯内部的热堆积，影响电机寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供可以使推进电机始终工作在最佳的温度上应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却系统及控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却系统，其特征是：包括水箱、海水泵、冷却水泵、热交换器、推进电机，海水通过海水阀门连通海水泵，海水泵依次通过海水过滤器、水箱进水阀门连接水箱，水箱通过水箱出水阀门连接冷却水泵，冷却水泵连接热交换器，热交换器安装在推进电机的外部，控制器分别连接海水阀门、海水泵、水箱进水阀门、水箱出水阀门、冷却水泵，热交换器连接排水管道。

本发明应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却系统还可以包括：

1、所述推进电机包括作为定子的电机外壳，电机外壳外部布置散热鳍片，所述热交换器包括进水总管、进水歧管、出水总管、出水歧管，进水总管连通进水歧管，出水总管连通出水歧管，每个进水歧管通过连接器连通其对应的出水歧管，各进水歧管和出水歧管分别穿插安装在散热鳍片的间隙中。

2、水箱安装水箱水位传感器，推进电机连接电机温度传感器，排水管道安装排水温度传感器，水箱水位传感器、电机温度传感器、水温度传感器均连接控制器。

本发明应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却控制方法，其特征是：海水经海水泵抽取，经过海水阀门、海水进水管道、海水泵和海水过滤器后进入水箱，冷却水泵抽出的冷却水通过进水总管进入热交换器中，推进电机的电机外壳上装有散热鳍片，进水歧管与出水歧管穿插在散热鳍片的间隙中，通过连接器连接，冷却水从进水总管进入热交换器，流经进水歧管、连接器、出水歧管进入出水总管，然后流出热交换器，经推进电机散发的热量加热的冷却水流出热交换器后，经排水管道排出吊舱；当推进电机的输出功率增大，推进电机的定子发热量随之提升，散发到热交换器中冷却水的热量随之增多，排水管道中排出的水温度升高，排水温度传感器和电机温度传感器检测到温度读数升高，当控制器读取到的温度数据高于设定的推进电机最佳工作温度范围上限，控制器发出信号经控制信号线传输到冷却水泵、水箱出水阀门，使水箱出水阀门开度增大，冷却水泵转速升高，从而使热交换器内流动的冷却水流量和流速增大，热交换器内冷却水吸收的热量增多，推进电机的散热速度增快，推进电机的温度降低，直到推进电机的温度降到设定的最佳工作温度范围上限以下。

本发明应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却控制方法还可以包括：

1、当推进电机的输出功率降低，推进电机的定子发热量随之减小，散发到热交换器中冷却水的热量随之减少，排水管道中排出的水温度降低，排水温度传感器和电机温度传感器检测到温度读数减小，当控制器读取到的温度数据低于设定的推进电机最佳工作温度范围下限，控制器发出信号经控制信号线传输到冷却水泵、水箱出水阀门，使水箱出水阀门开度增减小，冷却水泵转速降低，从而使热交换器内流动的冷却水流量和流速减小，热交换器内冷却水吸收的热量减少，推进电机的散热速度减慢，推进电机的温度升高，直到推进电机的温度降到设定的最佳工作温度范围上限以上。

2、当水箱中的水位超过设定的过高或过低高度时，水箱水位传感器发送信号到控制器，控制器通过控制信号线发送控制信号到海水阀门、海水泵和水箱进水阀门，调节海水泵输出功率和海水阀门、水箱进水阀门的开度，使进入水箱中的水得到调节，维持水箱水位保持在设定的高度范围内。

本发明的优势在于：本发明使用热容量更大的水来代替空气作为冷却介质，提高吊舱推进电机的冷却效果，降低电机的热负荷，提高电机的可靠性，还可根据推进器不同工况调整冷却效果，使推进电机始终工作在最佳的温度上。本发明无需对电机做出大的改动，即可使电机获得更好的冷却效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为热交换器结构示意图。

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，本发明应用于船舶吊舱推进器推进电机的开式冷却系统及控制方法，包括包括冷却水路和控制线路两部分，冷却水路包括海水进水管道13、海水阀门14、海水泵12、海水过滤器15、水箱进水阀门16、水箱1、水箱出水阀门2、冷却水泵3、热交换器4、排水管道5，控制线路包括排水温度传感器7、推进电机8、电机温度传感器9、控制器10、信号线6以及控制信号线 11。海水泵入口12与海水阀门14相连，海水阀门14通过海水管道13与吊舱外海水相连。海水泵12的出口与海水过滤器15连接，海水过滤器15与水箱1 通过水箱进水阀门16和管道连接。海水泵12将吊舱外的海水抽取，经过海水阀门14和管道后进入海水过滤器15，经海水过滤器15过滤后进入水箱进水阀门16，随后进入水箱1中储存，水箱1的出口通过管道与水箱出水阀门2连接，冷却水泵3通过水箱出水阀门2与水箱1连接，从水箱1中抽取冷却水，泵入热交换器4中。热交换器4由进水总管18、进水歧管24、出水总管21、出水歧管20、连接器23、电机外壳19、散热鳍片22组成，冷却水泵3抽出的冷却水通过进水总管18进入热交换器4中，进水总管18分成若干进水歧管24，出水总管21也分成若干的出水歧管20，推进电机8的电机外壳19上装有散热鳍片22，进水歧管24与出水歧管20穿插在散热鳍片22的间隙中，通过连接器 23连接，冷却水可以从进水总管18进入热交换器4，流经进水歧管24、出水歧管20进入出水总管21，然后流出热交换器4。经推进电机8散发的热量加热的冷却水流出热交换器4后，经排水管道5排出吊舱。

控制线路中排水温度传感器7检测排水管道5中的水温，电机温度传感器 9检测推进电机8定子的温度，两个温度传感器检测到的温度信号经信号线6 传到控制器10，控制器10通过控制信号线11与海水阀门14，海水泵12，水箱进水阀门16，水箱出水阀门2和冷却水泵3连接，根据排水温度传感器7和电机温度传感器9检测到的温度数据，控制器10输出合适的调节信号以调节水箱出水阀门2的开度和冷却水泵3的输出功率，从而调节冷却水路中的冷却水流速和流量，进而控制冷却系统的冷却效率。当水箱1中的水位过高或过低时，水箱水位传感器17将发送信号到控制器10，控制器10将通过控制信号线11 发送控制信号到海水阀门14、海水泵12和水箱进水阀门16，调节海水泵12输出功率和海水阀门14、水箱进水阀门16的开度，使进入水箱1中的水得到调节，维持1水箱水位保持在适宜的范围内。

本发明工作原理：海水经海水泵12抽取，经过海水阀门14，海水进水管道13，海水泵12和海水过滤器15后进入水箱1，冷却水泵3抽出的冷却水通过进水总管18进入热交换器4中，进水总管18分成若干进水歧管24，出水总管21也分成若干的出水歧管20，推进电机8的电机外壳19上装有散热鳍片22，进水歧管24与出水歧管20穿插在散热鳍片22的间隙中，通过连接器23连接，冷却水可以从进水总管18进入热交换器4，流经进水歧管24、出水歧管20进入出水总管21，然后流出热交换器4。经推进电机8散发的热量加热的冷却水流出热交换器4后，经排水管道5排出吊舱。当推进电机8的输出功率增大，推进电机8的定子发热量随之提升，散发到热交换器4中冷却水的热量随之增多，排水管道5中排出的水温度升高，排水温度传感器7和电机温度传感器9 检测到温度读数升高，当控制器10读取到的温度数据高于设定的推进电机8最佳工作温度范围上限，控制器10会发出信号经控制信号线11传输到冷却水泵 3、水箱出水阀门2，使水箱出水阀门2开度增大，冷却水泵3转速升高，从而使热交换器4内流动的冷却水流量和流速增大，热交换器4内冷却水吸收的热量增多，推进电机8的散热速度增快，推进电机8的温度降低，直到推进电机 8的温度降到最佳工作温度范围上限以下。当推进电机8的输出功率降低，推进电机8的定子发热量随之减小，散发到热交换器4中冷却水的热量随之减少，排水管道5中排出的水温度降低，排水温度传感器7和电机温度传感器9检测到温度读数减小，当控制器10读取到的温度数据低于设定的推进电机8最佳工作温度范围下限，控制器10会发出信号经控制信号线11传输到冷却水泵3、水箱出水阀门2，使水箱出水阀门2开度增减小，冷却水泵3转速降低，从而使热交换器4内流动的冷却水流量和流速减小，热交换器4内冷却水吸收的热量减少，推进电机8的散热速度减慢，推进电机8的温度升高，直到推进电机 8的温度降到最佳工作温度范围上限以上。当水箱1中的水位过高或过低时，水箱水位传感器17将发送信号到控制器10，控制器10将通过控制信号线11 发送控制信号到海水阀门14、海水泵12和水箱进水阀门16，调节海水泵12输出功率和海水阀门14、水箱进水阀门16的开度，使进入水箱1中的水得到调节，维持水箱1水位保持在适宜的范围内。

Claims (1)

1.应用于吊舱推进器推进电机的开式冷却控制方法，其特征是：海水经海水泵抽取，经过海水阀门、海水进水管道、海水泵和海水过滤器后进入水箱，冷却水泵抽出的冷却水通过进水总管进入热交换器中，推进电机的电机外壳上装有散热鳍片，进水歧管与出水歧管穿插在散热鳍片的间隙中，通过连接器连接，冷却水从进水总管进入热交换器，流经进水歧管、连接器、出水歧管进入出水总管，然后流出热交换器，经推进电机散发的热量加热的冷却水流出热交换器后，经排水管道排出吊舱；当推进电机的输出功率增大，推进电机的定子发热量随之提升，散发到热交换器中冷却水的热量随之增多，排水管道中排出的水温度升高，排水温度传感器和电机温度传感器检测到温度读数升高，当控制器读取到的温度数据高于设定的推进电机最佳工作温度范围上限，控制器发出信号经控制信号线传输到冷却水泵、水箱出水阀门，使水箱出水阀门开度增大，冷却水泵转速升高，从而使热交换器内流动的冷却水流量和流速增大，热交换器内冷却水吸收的热量增多，推进电机的散热速度增快，推进电机的温度降低，直到推进电机的温度降到设定的最佳工作温度范围上限以下；

当推进电机的输出功率降低，推进电机的定子发热量随之减小，散发到热交换器中冷却水的热量随之减少，排水管道中排出的水温度降低，排水温度传感器和电机温度传感器检测到温度读数减小，当控制器读取到的温度数据低于设定的推进电机最佳工作温度范围下限，控制器发出信号经控制信号线传输到冷却水泵、水箱出水阀门，使水箱出水阀门开度增减小，冷却水泵转速降低，从而使热交换器内流动的冷却水流量和流速减小，热交换器内冷却水吸收的热量减少，推进电机的散热速度减慢，推进电机的温度升高，直到推进电机的温度降到设定的最佳工作温度范围上限以上；

当水箱中的水位超过设定的过高或过低高度时，水箱水位传感器发送信号到控制器，控制器通过控制信号线发送控制信号到海水阀门、海水泵和水箱进水阀门，调节海水泵输出功率和海水阀门、水箱进水阀门的开度，使进入水箱中的水得到调节，维持水箱水位保持在设定的高度范围内。

Images