CN115783222B - 基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统以及防冻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统以及防冻方法，压载舱防冻系统包含有PLC控制系统、中央冷却器、主海水泵、柴油机冷却回路系统。在低温工况航行时，为了避免压载舱结冰，主海水泵分别将每个压载舱的压载水接入中央冷却器与柴油机冷却回路系统进行换热，一方面为压载水进行升温避免压载舱结冰，另一方面可以带走柴油机的热量，保证动力系统的持续稳定运行；当海水温度不会导致压载舱结冰时，主海水泵从海洋取水来为柴油机冷却回路系统的高温冷却水进行降温，从而保证柴油机的持续稳定运行；由于压载水不参与换热，避免压载水水温过高影响压载舱涂层寿命。

Description

基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统以及防冻方法

技术领域

本发明涉及压载水舱防冻，具体涉及到一种基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统以及防冻方法。

背景技术

现有压载水舱防冻措施大多采用压缩空气吹泡、压载水循环、蒸汽喷射或舱底敷设加热盘管进行加热的方式。鲜见直接通过冷却海水泵利用柴油机余热加热压载水达到防冻的方法。主要因为通常为了确保船舶在各种工况下的稳性需求，需要设置较多的压载舱，从十几个到二十几个甚至更多。且柴油机冷却水系统到各舱的管路阻力不同。通过这种方法，为了简化系统如果采用集中泵送系统，除非间隔一定时间一个一个压载舱依次能不停切换，否则无法保证系统工作期间各压载舱水位维持不变，从而导致船舶稳态发生变化。

参照图1所示，其提供了当前利用柴油机来对压载水舱进行升温的原理图，利用柴油机余热包括缸套水、空冷器和滑油冷却器等产生的柴油机热能提升压载水温度，该方法是目前较为节能有效的压载舱防冰技术。不过，目前绝大部分是采用专门的热交换器和压载水循环泵的方法，即每个压载舱11配置一个换热器11-1和一台循环泵11-2，通过柴油机冷却系统20的低温冷却淡水通过换热器11-1与各舱压载水进行热交换。如此虽然能够起到有效的压载舱防冰效果，但由于设备泵和换热器等增加众多，带来的布置的困难以及初投资及故障维护保养成本增加不少，同时对柴油机冷却系统也会带来一定的隐患。

现有技术的缺点是设备配置复杂，即每个压载舱至少要配置一台压载水循环泵和一个加热器。一旦某个压载舱的循环泵或加热器发生故障，则为了不影响整个压载舱防冻系统和柴油机冷却系统的正常工作，与此关联的该压载舱防冻系统必须立刻终止。如此配置冗余度会大大削弱，如果为此配置双套加热器和循环泵，则系统变得更加复杂和臃肿。另外由于柴油机低温淡水管路太长，会导致柴油机低温淡水系统工作不正常，特别是当低温淡水泵为机带泵时，更容易造成冷却水系统低压报警。

发明内容

本发明的目的是在不影响柴油机冷却系统正常工作的前提下，充分利用柴油机余热，通过利用柴油机冷却海水泵解决压载舱循环防冻的方案达到节能减排的效果。具体方案如下：

一种基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，采用柴油机作为船舶动力系统和加热压载舱的热源，所述压载舱防冻系统包含有PLC控制系统、中央冷却器、主海水泵、柴油机冷却回路系统；

各所述压载舱出水口均与一压载总管相连，且各所述若干压载舱进水口均与一压载舱主进水管相连，各压载舱均配置有温度传感器并且进、出水口均设有遥控蝶阀；

压载总管和压载舱主进水管之间依次设有主海水泵和中央冷却器，主海水泵设有两路进水分别与压载总管、海底阀箱相连，中央冷却器内设有两路换热通道，第一换热通道用于连通主海水泵和压载舱主进水管，第一换热通道设有两路排水分别与压载舱主进水管、舷外排水口相连，第二换热通道与柴油机冷却回路系统相连；

PLC控制系统与各压载舱的温度传感器、遥控蝶阀相连，PLC控制系统依次开启压载舱的进出水口的遥控蝶阀，压载水经压载总管、主海水泵进入中央冷却器，第一换热通道内的低温压载水与第二换热通道内的柴油机高温冷却水换热输送回当前压载舱，避免压载水的结冰。

进一步的，通过第二三通将压载总管、海底阀箱和主海水泵相连，且第二三通与压载总管、海底阀箱之间分别设有第一截止阀、第二截止阀。

进一步的，通过第一三通连接第一换热通道、压载舱主进水管、舷外排水口，且第一三通与压载舱主进水管、舷外排水口之间分别设有截止阀和截止止回阀。

进一步的，第一换热通道、第二换热通道的出入端均设有压力表阀。

进一步的，压载总管与压载水泵相连；

主海水泵由多个并联的海水冷却泵组成。

进一步的，主海水泵的出水口设有压力开关与PLC控制系统相连；柴油机冷却回路系统设有温控阀与PLC控制系统相连。

进一步的，所述压载舱防冻系统还包括有压缩空气吹泡、蒸汽喷射或舱底敷设加热盘管的防冻设施。

一种基于上述压载舱防冻系统的压载舱防冻方法，方法有两种模式：

1)若舷外水温或周边大气环境温度过低导致压载舱内的压载水即将结冰，关闭海底阀箱和舷外排水口，PLC控制系统依次开启各压载舱的进出、水口的遥控蝶阀，压载水经过压载总管、主海水泵流至中央冷却器的第一换热通道，第一换热通道内的低温压载水与第二换热通道内的高温冷却水换热后，经过压载舱主进水管输送回当前压载舱；

2)若舷外水温或周边大气环境温度不会导致压载舱内的压载水结冰时，主海水泵断开与压载总管和压载舱主进水管的连接，主海水泵从海底阀箱取水输送至中央冷却器，第一换热通道内的海水与第二换热通道内的高温冷却水换热后由舷外排水口排出。

本发明的优点在于：

1)在低温工况航行时，为了避免压载舱结冰，主海水泵分别将每个压载舱的压载水接入中央冷却器与柴油机冷却回路系统进行换热，一方面为压载水进行升温避免压载舱结冰，另一方面可以带走柴油机的热量，保证动力系统的持续稳定运行；

2)当海水温度或周边大气环境温度不会导致压载舱结冰时，主海水泵从海洋取水来为柴油机冷却回路系统的高温冷却水进行降温，从而保证柴油机的持续稳定运行；由于压载水不参与换热，避免压载水水温过高影响压载舱涂层使用寿命。

3)压载舱的温度传感器、遥控蝶阀，主海水泵出水口的压力开关，以及柴油机冷却回路系统的温控阀均与PLC控制系统相连，可以自动化地对低温压载水进行换热升温，以及调取海水为柴油机冷却回路系统进行降温，无需人工干涉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术利用柴油机来对压载水舱进行升温的原理图；

图2为本发明提供的一种基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统的原理图；

图3为图2的局部图；

图4为本发明的工作流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图2-3所示，本发明提供了一种基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，采用柴油机作为船舶动力系统和加热压载舱11的热源，压载舱防冻系统包含有PLC控制系统100、中央冷却器200、主海水泵400、柴油机冷却回路系统300。

各压载舱出水口均与一压载总管1相连，且各若干压载舱11进水口均与一压载舱主进水管2相连，各压载舱11均配置有温度传感器4并且进、出水口均设有遥控蝶阀5。压载总管1和压载舱主进水管2之间在水流动方向上依次设有主海水泵400和中央冷却器200，主海水泵400设有两路进水分别与压载总管1、海底阀箱401相连，中央冷却器200内设有两路换热通道，第一换热通道210用于连通主海水泵400和压载舱主进水管2，第一换热通道210设有两路排水分别与压载舱主进水管2、舷外排水口7相连，第二换热通道220与柴油机冷却回路系统300相连。PLC控制系统100与各压载舱的温度传感器4、遥控蝶阀5相连，PLC控制系统100依次开启压载舱11的进出水口的遥控蝶阀5，压载水经压载总管1、主海水泵400进入中央冷却器200，第一换热通道210内的低温压载水与第二换热通道220内的柴油机高温冷却水换热输送回当前压载舱11，避免压载水的结冰。

本发明提供的基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，主海水泵400和中央冷却器200的第一换热通道210均设有两个进水口，根据船舶的工况来选择性地开启主海水泵400和中央冷却器200的相应进水口，利用柴油机冷却回路系统300来为各压载舱的压载水进行升温(低温工况下)，或者取海水来为柴油机冷却回路系统300的高温冷却水进行降温，从而保证柴油机的持续稳定运行。

在一可选的实施例中，通过第二三通10将压载总管1、海底阀箱401和主海水泵400相连，且第二三通10与压载总管1、海底阀箱401之间分别设有第一截止阀12、第二截止阀13，如图2所示。进一步参照图3，通过第一三通6连接第一换热通道210、压载舱主进水管2、舷外排水口7，且第一三通6与压载舱主进水管2、舷外排水口7之间分别设有截止阀8和截止止回阀9。

通过开启第一截止阀12关闭第二截止阀13，并且开启截止阀8关闭截止止回阀9，使得主海水泵400从各个压载舱取水，利用柴油机冷却回路系统300来为各压载舱的压载水进行升温。通过关闭第一截止阀12开启第二截止阀13，并且关闭截止阀8开启截止止回阀9，主海水泵400从海洋取水送至中央冷却器200，与柴油机冷却回路系统300的高温冷却水进行换热，为柴油机进行降温，换热后的海水直接排出舷外。

在一可选的实施例中，压载总管1与压载水泵3相连，主海水泵400由多个并联的海水冷却泵420组成。

在一可选的实施例中，第一换热通道210、第二换热通道220的出入端均设有压力表阀211。

主海水泵400的出水口设有压力开关410，柴油机冷却回路系统300设有温控阀310，压力开关410、温控阀310均与PLC控制系统100相连。

在一可选的实施例中，压载舱防冻系统还包括有压缩空气吹泡、蒸汽喷射或舱底敷设加热盘管的防冻设施。

一种基于上述压载舱防冻系统的压载舱防冻方法，其具有两种工作模式：

模式一：若舷外水温或周边大气环境温度过低导致压载舱11内的压载水即将结冰，关闭海底阀箱401和舷外排水口7，PLC控制系统100依次开启各压载舱11的进、出水口的遥控蝶阀5，压载水经过压载总管1、主海水泵400流至中央冷却器200的第一换热通道210，第一换热通道210内的低温压载水与第二换热通道220内的高温冷却水换热后，经过压载舱主进水管2输送回当前压载舱11。

模式二：若舷外水温或周边大气环境温度不会导致压载舱11内的压载水结冰时，关闭连接压载总管1上的第一截止阀12和连接压载舱主进水管2上的截止阀8，进而断开主海水泵400与压载总管1和压载舱主进水管2的连接，此时，主海水泵400从海底阀箱401取水输送至中央冷却器200，第一换热通道210内的海水与第二换热通道220内的高温冷却水换热后由舷外排水口7排出。

综上所述，本发明基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，将柴油机冷却回路系统300接入压载舱，可部分利用船舶压载管路甚至遥控阀门。由于通常压载系统管径和排量均大于柴油机冷却回路系统300(即主海水冷却系统)，而当压载舱循环加热系统工作时，一般压载系统不会工作。但一般压载系统和主海水冷却系统不匹配，所以压载舱循环加热不能完全借用压载泵及压载系统。通过开启第一截止阀12和截止阀8可将本来取自海底阀箱401的冷却海水改从压载舱11取水，将经过中央冷却器200加热后原本准备排舷外的冷却海水改道排回原压载舱11。

通过各个压载舱11的遥控阀门5和压载舱温度传感器4，并通过PLC控制系统100控制每个需要加热的压载舱11的进出口遥控阀5的开启/关闭，让需要进行防冻保护的压载舱依次接入柴油机冷却回路系统300。可以事先预设定压载舱的加热终温，比如摄氏+3℃，具体可视需要加热的压载舱总量和数量确定，但不能大于主海水冷却系统设计上限(通常为+32℃)。通过加热使单个压载舱水温到达指定温度，或者控制单个压载舱的压载水与柴油机冷却回路系统300进行热交换规定时间，来实现各需要防冻压载舱间的自动切换。

主海水泵400的出口设置压力开关410控制冷却海水备用循环泵的自动启动和停止。保证海水冷却和压载舱加热有机混合成一个系统，同时通过取水源的阀门(即第一截止阀12和第二截止阀13)切换，主海水泵也能实现一部分压载功能，可有效降低专用压载泵的总排量，真正起到节能减排的作用。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，采用柴油机作为船舶动力系统和加热压载舱(11)的热源，其特征在于，所述压载舱防冻系统包含有PLC控制系统(100)、中央冷却器(200)、主海水泵(400)、柴油机冷却回路系统(300)；

各压载舱出水口均与一压载总管(1)相连，且各压载舱(11)进水口均与一压载舱主进水管(2)相连，各压载舱(11)均配置有温度传感器(4)并且进、出水口均设有遥控蝶阀(5)；

压载总管(1)和压载舱主进水管(2)之间依次设有主海水泵(400)和中央冷却器(200)，主海水泵(400)设有两路进水分别与压载总管(1)、海底阀箱(401)相连，中央冷却器(200)内设有两路换热通道，第一换热通道(210)设有两路排水分别与压载舱主进水管(2)、舷外排水口(7)相连，第二换热通道(220)与柴油机冷却回路系统(300)相连；

PLC控制系统(100)与各压载舱的温度传感器(4)、遥控蝶阀(5)相连，PLC控制系统(100)依次开启压载舱(11)的进出水口的遥控蝶阀(5)，压载水经压载总管(1)、主海水泵(400)进入中央冷却器(200)，第一换热通道(210)内的低温压载水与第二换热通道(220)内的柴油机高温冷却水换热输送回当前压载舱(11)，避免压载水的结冰。

2.如权利要求1所述基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，其特征在于，通过第二三通(10)将压载总管(1)、海底阀箱(401)和主海水泵(400)相连，且第二三通(10)与压载总管(1)、海底阀箱(401)之间分别设有第一截止阀(12)、第二截止阀(13)。

3.如权利要求1所述基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，其特征在于，通过第一三通(6)连接第一换热通道(210)、压载舱主进水管(2)、舷外排水口(7)，且第一三通(6)与压载舱主进水管(2)、舷外排水口(7)之间分别设有截止阀(8)和截止止回阀(9)。

4.如权利要求2所述基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，其特征在于，第一换热通道(210)、第二换热通道(220)的出入端均设有压力表阀(211)。

5.如权利要求1所述基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，其特征在于，压载总管(1)与压载水泵(3)相连；

主海水泵(400)由多个并联的海水冷却泵(420)组成。

6.如权利要求1所述基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，其特征在于，主海水泵(400)的出水口设有压力开关(410)与PLC控制系统(100)相连；

柴油机冷却回路系统(300)设有温控阀(310)与PLC控制系统(100)相连。

7.如权利要求1所述基于柴油机冷却海水泵的压载舱防冻系统，其特征在于，所述压载舱防冻系统还包括有压缩空气吹泡、蒸汽喷射或舱底敷设加热盘管的防冻设施。

8.一种基于权利要求1-7任意一项所述压载舱防冻系统的压载舱防冻方法，其特征在于，

若舷外水温或周边大气环境温度过低导致压载舱(11)内的压载水即将结冰，关闭海底阀箱(401)和舷外排水口(7)，PLC控制系统(100)依次开启各压载舱(11)的进出、水口的遥控蝶阀(5)，压载水经过压载总管(1)、主海水泵(400)流至中央冷却器(200)的第一换热通道(210)，第一换热通道(210)内的低温压载水与第二换热通道(220)内的高温冷却水换热后，经过压载舱主进水管(2)输送回当前压载舱(11)；

若舷外水温或周边大气环境温度不会导致压载舱(11)内的压载水结冰时，主海水泵(400)断开与压载总管(1)和压载舱主进水管(2)的连接，主海水泵(400)从海底阀箱(401)取水输送至中央冷却器(200)，第一换热通道(210)内的海水与第二换热通道(220)内的高温冷却水换热后由舷外排水口(7)排出。