CN115163285A - 一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，包括柴油机、淡水泵、海水泵、冷却水节温器、空气冷却器、流量调节阀Ⅰ和流量调节阀Ⅱ，所述淡水泵安装在柴油机的传动端一侧，所述海水泵安装在柴油机传动端的另一侧，还包括双出口高低温热交换器，所述空气冷却器安装在柴油机的输出端，用于增压空气与冷却水进行热交换，所述双出口高低温热交换器安装在柴油机侧身位置，本船用柴油机新型自适应循环冷却系统在多变运行工况下，即保证了空气冷却器拥有足够的冷却水流量，又保证了冷却水温度满足要求，使柴油机稳定高效运行，大大提高了整机稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，具体为一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统。
背景技术
柴油机在工作时，燃料在其内部燃烧并推动活塞对外做功，将燃烧热部分转化为机械能，驱动外部部件，在运行的过程中柴油机内部与高温燃气所接触的部件热负荷大，工作环境恶劣，如不加以适当的冷却，会使部件过热，变形，零件的摩擦磨损加剧，如冷却过度，则会使热损失增加，降低整体热效率。因此冷却系统需保证柴油机在各种环境下和工况下都能够在合适的温度下工作，使柴油机拥有优秀的动力性、经济性、可靠性。
传统的船用柴油机冷却系统为R-K双循环冷却系统，一个淡水循环和一个海水循环，但是随着功率的提升，空气冷却器、热交换器需求更多的换热量。在R-K双循环冷却系统中，空气冷却器、热交换器需要更多的海水流量来进行冷却，此时，传统的船用柴油机R-K双循环冷却系统已渐显疲态，存在以下几方面的不足：1、海水首先进入空气冷却器，冷却增压空气，随后进入热交换器与柴油机分流出的冷却水进行换热，进入热交换器前，海水已进行了温升，与热交换器冷却水温差差距降低，降低了热交换器换热效率，不利于控制热交换器体积；2、海水先后进入空气冷却器、热交换器两个换热单元，要先后克服两个元器件的阻力，对海水泵的扬程要求更高，一方面会增加海水泵体积及海水泵消耗轴功率，另一方面，随着整体管路运行压力的提高，对海水循环系统密封件、紧固件提出了更高的要求；3、全部的海水要依次进入空气冷却器、热交换器，为了控制海水循环的零部件内部局部流速，海水循环零部件体积会设计的较大。4、海水通路属连接外部，外部环境情况多变，不易控制，在使用高硬度海水时，易出现换热器内部结垢现象，水垢粘结于空气冷却器、热交换器内部，降低传热效果，影响整机性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，在多变运行工况下，即保证了空气冷却器拥有足够的冷却水流量，又保证了冷却水温度满足要求，使柴油机稳定高效运行，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，包括柴油机、淡水泵、海水泵、冷却水节温器、空气冷却器、流量调节阀Ⅰ和流量调节阀Ⅱ，所述淡水泵安装在柴油机的传动端一侧，所述海水泵安装在柴油机传动端的另一侧，还包括双出口高低温热交换器，所述空气冷却器安装在柴油机的输出端，用于增压空气与冷却水进行热交换，所述双出口高低温热交换器安装在柴油机侧身位置，所述冷却水节温器安装在柴油机与双出口高低温热交换器之间，用于调整冷却水的温度，所述双出口高低温热交换器内部分为高温腔和低温腔，所述流量调节阀Ⅰ位于低温腔与空气冷却器之间，所述流量调节阀Ⅱ位于高温腔与淡水泵之间。
作为本发明的一种优选技术方案，所述冷却水节温器具有感温部件，感温部件内装有石蜡。
作为本发明的一种优选技术方案，所述流量调节阀Ⅰ和流量调节阀Ⅱ均为由ECU控制的节流阀，流量调节阀Ⅰ和流量调节阀Ⅱ控制开启幅度通过空气冷却器进水温度、空气冷却器后增压空气温度标定值与柴油机台架试验性能匹配情况相结合确定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述淡水泵通过淡水泵后管路与柴油机相连，柴油机与冷却水节温器之间通过柴油机出水管路连接，所述冷却水节温器与双出口高低温热交换器之间通过大循环水管路连接，所述双出口高低温热交换器的高温腔通过出热交换器高温腔管路与淡水泵前管路连接，淡水泵前管路与淡水泵连接，所述双出口高低温热交换器的低温腔通过空气冷却器进水管路与空气冷却器连接，空气冷却器与淡水泵之间通过空气冷却器出水管路连接，所述冷却水节温器与空气冷却器之间通过小循环水管路连接，所述海水泵的输入端设置有海水泵进口管路，海水泵与双出口高低温热交换器之间通过海水进热交换器管路连接，双出口高低温热交换器的输出端与海水出热交换器管路连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、淡水循环中安装有冷却水节温器，可以根据进入冷却水节温器的冷却水出机温度，自适应调整进入热交换器的冷却水量，辅以热交换器进行散热，使柴油机出水温度始终维持在所设计的范围内；2、在海水循环中，海水经海水泵加压后通过唯一单位热交换器，进入热交换器海水温度与高温水出机温度温差大，热交换器换热效率高，有利于控制热交换器体积；3、在海水循环中，海水经海水泵加压后通过唯一单位热交换器，只需克服对单个元器件阻力，对海水泵的扬程要求较低，有利于控制海水泵体积及海水泵消耗轴功率；随着海水泵扬程的降低，对海水循环系统密封件、紧固件要求降低；4、将空冷器冷却介质由海水改为淡水，连接外部环境的部件仅有一个热交换器，而柴油机内部部件采用专用防冻液进行换热有效的避免了空气冷却器及其管路内部结垢现象，提高了空气冷却器运行的稳定性，提高整机稳定性。5、热交换器设计为高温腔与低温腔两部分，将进入空冷器部分的冷却水进行二次冷却，保证空冷器冷却水温度更低，使进气温度更低更稳定，提高了整机运行的性能，使用流量控制阀自适应控制进入空气冷却器的冷却水流量，在多变运行工况下，即保证了空冷器拥有足够的冷却水流量，又保证了冷却水温度满足要求，使柴油机稳定高效运行。
附图说明
图1为本发明循环冷却系统示意图。
图中：1海水泵进口管路、2海水泵、3海水进热交换器管路、4海水出热交换器管路、5淡水泵、6柴油机、7柴油机出水管路、8冷却水节温器、9小循环水管路、10大循环水管路、11双出口高低温热交换器、12流量调节阀Ⅰ、13空气冷却器进水管路、14空气冷却器、15空气冷却器出水管路、16流量调节阀Ⅱ、17出热交换器高温腔管路、18淡水泵前管路、19淡水泵后管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，包括柴油机6、淡水泵5、海水泵2、冷却水节温器8、空气冷却器14、流量调节阀Ⅰ12和流量调节阀Ⅱ16，淡水泵5安装在柴油机6的传动端一侧并由柴油机6带动完成冷却水的循环，海水泵2安装在柴油机6传动端的另一侧，驱动整个海水循环，还包括双出口高低温热交换器11，空气冷却器14安装在柴油机6的输出端，用于增压空气与冷却水进行热交换，双出口高低温热交换器11安装在柴油机6侧身位置，冷却水节温器8安装在柴油机6与双出口高低温热交换器11之间，冷却水节温器8根据水温的变化自适应调节小循环管路9与大循环管路10的水量，用于调整冷却水的温度，冷却水节温器8具有感温部件，感温部件内装有石蜡，石蜡依据流经冷却水的温度进行热胀冷缩控制冷却水节温器8的升程，双出口高低温热交换器11内部分为高温腔和低温腔，流量调节阀Ⅰ12位于低温腔与空气冷却器14之间，流量调节阀Ⅱ16位于高温腔与淡水泵5之间，流量调节阀Ⅰ12和流量调节阀Ⅱ16均为由ECU控制的节流阀，流量调节阀Ⅰ12和流量调节阀Ⅱ16控制开启幅度通过空气冷却器14进水温度、空气冷却器14后增压空气温度标定值与柴油机台架试验性能匹配情况相结合确定，淡水泵5通过淡水泵后管路19与柴油机6相连，柴油机6与冷却水节温器8之间通过柴油机出水管路7连接，冷却水节温器8与双出口高低温热交换器11之间通过大循环水管路10连接，双出口高低温热交换器11的高温腔通过出热交换器高温腔管路17与淡水泵前管路18连接，淡水泵前管路18与淡水泵5连接，双出口高低温热交换器11的低温腔通过空气冷却器进水管路13与空气冷却器14连接，空气冷却器14与淡水泵5之间通过空气冷却器出水管路15连接，冷却水节温器8与空气冷却器14之间通过小循环水管路9连接，海水泵2的输入端设置有海水泵进口管路1，海水泵2与双出口高低温热交换器11之间通过海水进热交换器管路3连接，双出口高低温热交换器11的输出端与海水出热交换器管路4连接。
运行过程中，淡水泵5将冷却后的淡水泵入柴油机5冷却整个机体，升温过后的冷却水由柴油机出水管路7流出，流向冷却水节温器8位置，冷却水节温器8根据流经水温自适应调节两路冷却水的循环量；当冷却水温度低于冷却水节温器8的设计开启温度时，冷却水节温器8关闭，冷却水经小循环水管路9进入淡水泵前管路18回到淡水泵5；当冷却水温度高于冷却水节温器8的全开温度时，冷却水全部通过大循环水管路10全部进入双出口高低温热交换器11；当冷却水温位于冷却水节温器8开启温度与关闭温度之间时，；冷却水节温器8动态调节阀升程控制阀出口截面积，一部分冷却水通过小循环水管路9回流至淡水泵5，另一部分冷却水流进大循环水管路10在双出口高低温热交换器11内与海水进行热交换，保证柴油机内水温稳定不过热。
双出口高低温热交换器11内的高温腔和低温腔在运行中所需进行冷却的淡水全部进入高温腔进行初步冷却，在流量调节阀Ⅰ12和流量调节阀Ⅱ16的控制下，一部分淡水在冷却后流出双出口高低温热交换器11，另一部分淡水继续进入双出口高低温热交换器11低温腔进行深度冷却，出口温度更低，而后流出热交换器至空气冷却器14。
柴油机运行在不同工况下，流量调节阀Ⅰ12与流量调节阀Ⅱ16根据ECU所采集到进气温度和机体内冷却水温度动态调节阀开度控制进入空气冷却器14冷却水温度与流量、整个冷却循环的冷却水流量；当进气温度低于ECU设定下限值时，流量调节阀Ⅰ12保持关闭状态，当机体内温度高于ECU设定上限值时，流量调节阀Ⅱ16进行开启，保证整机散热；当进气温度、机体温度均高于ECU设定上限值时，流量调节阀Ⅰ12和流量调节阀Ⅱ16均保持全开以获得最大的散热能力，而后机体温度下降至设定，并且进气温度高于ECU设定上限值时，流量调节阀Ⅰ12保持全开，流量调节阀Ⅱ16根据进气温度继续进行调节阀开度，降低阀开度直至关闭，使进入低温腔淡水流量增加，进入空气冷却器14的冷却水流量增加换热能力增加，直至进气温度降低至设定值；当进气温度低于ECU设定值时，机体内温度位于ECU设定值时，流量调节阀Ⅱ16进行关闭，流量调节阀Ⅰ12进行降低调节阀开度，降低节流面积，进入低温腔淡水流量降低，进去空冷器冷却水流量降低换热能力降低，直至进气温度升高至设定值，在流量调节阀Ⅰ12和流量调节阀Ⅱ16的共同作用下，可自适应控制进入热交换器低温腔与空气冷却器14的淡水流量，使柴油机稳定高效运行，提高了整机稳定性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，包括柴油机(6)、淡水泵(5)、海水泵(2)、冷却水节温器(8)、空气冷却器(14)、流量调节阀Ⅰ(12)和流量调节阀Ⅱ(16)，所述淡水泵(5)安装在柴油机(6)的传动端一侧，所述海水泵(2)安装在柴油机(6)传动端的另一侧，其特征在于：还包括双出口高低温热交换器(11)，所述空气冷却器(14)安装在柴油机(6)的输出端，用于增压空气与冷却水进行热交换，所述双出口高低温热交换器(11)安装在柴油机(6)侧身位置，所述冷却水节温器(8)安装在柴油机(6)与双出口高低温热交换器(11)之间，用于调整冷却水的温度，所述双出口高低温热交换器(11)内部分为高温腔和低温腔，所述流量调节阀Ⅰ(12)位于低温腔与空气冷却器(14)之间，所述流量调节阀Ⅱ(16)位于高温腔与淡水泵(5)之间。
2.根据权利要求1所述的一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，其特征在于：所述冷却水节温器(8)具有感温部件，感温部件内装有石蜡。
3.根据权利要求1所述的一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，其特征在于：所述流量调节阀Ⅰ(12)和流量调节阀Ⅱ(16)均为由ECU控制的节流阀，流量调节阀Ⅰ(12)和流量调节阀Ⅱ(16)控制开启幅度通过空气冷却器(14)进水温度、空气冷却器(14)后增压空气温度标定值与柴油机台架试验性能匹配情况相结合确定。
4.根据权利要求1所述的一种船用柴油机新型自适应循环冷却系统，其特征在于：所述淡水泵(5)通过淡水泵后管路(19)与柴油机(6)相连，柴油机(6)与冷却水节温器(8)之间通过柴油机出水管路(7)连接，所述冷却水节温器(8)与双出口高低温热交换器(11)之间通过大循环水管路(10)连接，所述双出口高低温热交换器(11)的高温腔通过出热交换器高温腔管路(17)与淡水泵前管路(18)连接，淡水泵前管路(18)与淡水泵(5)连接，所述双出口高低温热交换器(11)的低温腔通过空气冷却器进水管路(13)与空气冷却器(14)连接，空气冷却器(14)与淡水泵(5)之间通过空气冷却器出水管路(15)连接，所述冷却水节温器(8)与空气冷却器(14)之间通过小循环水管路(9)连接，所述海水泵(2)的输入端设置有海水泵进口管路(1)，海水泵(2)与双出口高低温热交换器(11)之间通过海水进热交换器管路(3)连接，双出口高低温热交换器(11)的输出端与海水出热交换器管路(4)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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