CN115898730A - 一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，属于重油蓄压技术领域。解决了传统高压油源适用范围局限的问题。它包括增压系统、重油循环系统和清洗系统，所述增压系统包括增压器、气动增压泵和氮气瓶，所述增压器内部设置有移动活塞，通过移动活塞将增压器分成高压腔、活塞区和低压腔，所述高压腔上设置有低压进油油路和高压出油油路，所述低压进油油路与重油循环系统相连，所述高压出油油路通过高压油管与喷油器相连，所述氮气瓶与气动增压泵入口相连，所述气动增压泵的出口分为两个气路，两个气路上分别设置有第一气控阀和第二气控阀，两个气路分别连接低压腔的上下两端。它主要用于喷雾燃烧实验。

Description

一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置

技术领域

本发明属于重油蓄压技术领域，特别是涉及一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置。

背景技术

众所周知，船舶目前的主要推进动力是柴油机，其不但提供航行动力还可作为船上的发电机组提供电力支持。为了降低成本，重油多被用作远洋船舶的主要燃料，其常温下粘度极高，必须加热至一定温度，再经燃油供给系统加压后由喷油器喷入燃烧室。目前远洋船舶柴油主机多为中低速机，随着燃油高压共轨技术的发展，燃油喷射压力最高可达180MPa，应用这项技术的柴油机可有效解决重油雾化不良，燃油和空气混合气质量差和无法充分燃烧造成的发动机冒黑烟、振动噪声较大等问题，因为高压共轨技术可以加快燃油油束的破碎和蒸发，促进燃油与空气的混合，进而优化燃烧过程，降低NOx和碳烟排放，通过加装先进的后处理技术满足IMO排放法规。近年来，高压共轨技术应用逐渐成熟，众多学者为开发先进的船舶柴油机燃烧系统以提高内燃机热效率，多采用可视化定容燃烧弹平台研究模拟缸内条件下高压燃油的喷雾、蒸发、着火和燃烧过程。

利用定容燃烧弹做高压燃油的喷雾及燃烧实验时，需要有一套独立的高压油源以提供高压燃油，以模拟共轨系统所能达到的压力，一般该系统通过电机驱动高压泵将燃油输入蓄压腔，然后高压燃油经管路被送入喷油器，这种高压环境要求相关零部件必须具有良好的力学性能和加工精度，而对于重油这种粘度大、流动性差、杂质多的燃料，很容易造成油路的堵塞和相关精密部件的损坏。因此利用定容燃烧弹做重油的喷雾燃烧实验时，需要提供特殊的蓄压器装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，以解决传统高压油源适用范围局限的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，它包括增压系统、重油循环系统和清洗系统，所述增压系统包括增压器、气动增压泵和氮气瓶，所述增压器内部设置有移动活塞，通过移动活塞将增压器分成高压腔、活塞区和低压腔，所述高压腔上设置有低压进油油路和高压出油油路，所述低压进油油路与重油循环系统相连，所述高压出油油路通过高压油管与喷油器相连，所述氮气瓶与气动增压泵入口相连，所述气动增压泵的出口分为两个气路，两个气路上分别设置有第一气控阀和第二气控阀，两个气路分别连接低压腔的上下两端，所述重油循环系统包括重油箱、重油输送管路和加热管路，所述重油箱与重油输送管路和加热管路相连，所述重油输送管路与低压进油油路相连，所述加热管路与高压油管相连，所述重油输送管路上设有齿轮泵，所述齿轮泵出口通过溢流阀与重油箱相连，所述加热管路上设有三通气控阀一和三通气控阀二，所述三通气控阀一与废油箱相连，所述清洗系统包括柴油箱、柴油输送管路和柴油回流管路，所述柴油箱与柴油输送管路和柴油回流管路相连，所述柴油输送管路与重油输送管路相连，所述柴油回流管路与三通气控阀二相连，所述柴油输送管路上设有柱塞泵，所述柱塞泵出口通过溢流阀与柴油箱相连。

更进一步的，所述增压器为3000bar增压器，增压比为10：1，所述增压器上设置有位移反馈系统。

更进一步的，所述高压腔外部设置有伴热带，所述低压进油油路、高压出油油路、高压油管、重油输送管路和加热管路上均设置有伴热带。

更进一步的，所述低压腔与稳压器相连，所述高压腔上设置有温度传感器。

更进一步的，所述气动增压泵的驱动端与空压机相连，连接气路上设置有电磁阀。

更进一步的，所述高压油管上安装有压力表、气控阀和压力传感器。

更进一步的，所述重油箱与齿轮泵之间设置有过滤器，所述齿轮泵与低压进油油路之间设置有细滤器，所述柴油箱与柱塞泵之间设置有过滤器，所述柴油回流管路上设置有过滤器，所述三通气控阀一与废油箱之间设置有过滤器，所述过滤器和细滤器前后两端均安装压差计。

更进一步的，所述重油箱的外设置有第一加热器，所述柴油箱内设置第二加热器，所述第一加热器和第二加热器均为铸铝加热器。

更进一步的，所述重油箱内设置有搅拌机构，所述搅拌机构与搅拌电机相连，所述重油箱顶部安装有放气阀。

更进一步的，所述重油箱和柴油箱内均设置有液位计和温度传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够将加热重油加压至最高3000bar的油压送至喷油器，完成模拟船舶柴油条件下的高压重油喷雾与燃烧实验。本发明的目的是为解决传统高压油源适用范围局限，对于重油这种高粘度、杂质多的燃油容易造成油路堵塞问题而设计的，本发明能够使燃油喷射压力达到3000bar的超高压力并能够灵活调整，同时系统压力可实时显示，具有超压警报和及时卸压的装置。

本发明可以实现重油达到预定温度(150℃)和压力(3000bar)，柴油清洗系统使系统油路不易发生堵塞，装置使用寿命长，操作简单，安全性高。本发明成功克服现有高压油泵泵送重油时易堵塞、难维护、长时间使用性较差的问题，成为可视化定容弹喷雾燃烧领域研究的有效实验手段。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置结构示意图。

1-电磁阀，2-气动增压泵，3-第一气控阀，4-第二气控阀，5-搅拌电机，6-重油箱，7-第一加热器，8-齿轮泵，9-增压器，10-三通气控阀一，11-柱塞泵，12-第二加热器，13-柴油箱，14-喷油器，15-空压机，16-氮气瓶，17-三通气控阀二，18-废油箱，19-稳压器，20-压差计，21-放气阀。

图中：虚线为气路，细实线为液路，粗实线为加热管线。

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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。

参见图1说明本实施方式，一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，它包括增压系统、重油循环系统和清洗系统，所述增压系统包括增压器9、气动增压泵2和氮气瓶16，所述增压器9内部设置有移动活塞，通过移动活塞将增压器9分成高压腔、活塞区和低压腔，所述高压腔上设置有低压进油油路和高压出油油路，所述低压进油油路与重油循环系统相连，所述高压出油油路通过高压油管与喷油器14相连，所述氮气瓶16与气动增压泵2入口相连，所述气动增压泵2的出口分为两个气路，两个气路上分别设置有第一气控阀3和第二气控阀4，两个气路分别连接低压腔的上下两端，所述重油循环系统包括重油箱6、重油输送管路和加热管路，所述重油箱6与重油输送管路和加热管路相连，所述重油输送管路与低压进油油路相连，所述加热管路与高压油管相连，所述重油输送管路上设有齿轮泵8，所述齿轮泵8出口通过溢流阀与重油箱6相连，所述加热管路上设有三通气控阀一10和三通气控阀二17，所述三通气控阀一10与废油箱18相连，所述清洗系统包括柴油箱13、柴油输送管路和柴油回流管路，所述柴油箱13与柴油输送管路和柴油回流管路相连，所述柴油输送管路与重油输送管路相连，所述柴油回流管路与三通气控阀二17相连，所述柴油输送管路上设有柱塞泵11，所述柱塞泵11出口通过溢流阀与柴油箱13相连。

本实施例所述增压器9为3000bar增压器，增压比为10：1，所述增压器9上设置有位移反馈系统，所述高压腔外部设置有伴热带，所述低压进油油路、高压出油油路、高压油管、重油输送管路和加热管路上均设置有伴热带，所述低压腔与稳压器19相连，所述高压腔上设置有温度传感器，所述气动增压泵2的驱动端与空压机15相连，连接气路上设置有电磁阀1，所述高压油管上安装有压力表、气控阀和压力传感器。

移动活塞为工字形结构，移动活塞与增压器9形成良好密封，高压腔底部是燃油入口，低压腔底部为压缩氮气入口，增压器9的活塞区和低压区分别连接第一气控阀3和第二气控阀4完成活塞的加压和复位。将高压形成过程和喷油器喷射过程分开，实现压力的精准控制。

3000bar增压器9，直接采用10：1增压比，利用气动增压泵2将300bar的压缩氮气为重油增压至3000bar，可持续输出至喷油器。移动活塞将增压器9分成高压腔、活塞区和低压腔，高压腔外部具有伴热带，保证燃油在加压终点具有预定压力和温度，同时移动活塞上行至上止点时，高压腔具有200ml体积，以实现燃油喷射时腔内压力变动在实验允许范围内，增压器9带有位移反馈系统，防止系统超压。

第一气控阀3和第二气控阀4与气动增压泵2出口连接，第一气控阀3和第二气控阀4交替工作，第二气控阀4工作，第一气控阀3就排气，推动移动活塞完成增压动作；第一气控阀3工作，第二气控阀4就排气，此时移动活塞向下恢复，完成卸压动作，组成增压器9的循环加热、清洗、加压、卸压等动作。

高压腔具有温度传感器测定燃油温度，高压出油油路通过316不锈钢高压油管接头连接高压油管，高压油管装有压力表、气控阀、压力传感器，用于测定燃油压力，最后与喷油器14相连，所述低压进油油路、高压出油油路、高压油管、重油输送管路和加热管路都加有伴热带，确保流动过程中燃油温度维持在预设温度范围内。

低压腔连接压缩氮气，通过第一气控阀3和第二气控阀4与气动增压泵2连接，完成加压和卸压动作；低压腔同时连接稳压器19；需增压氮气从氮气瓶16中经减压阀和气体过滤器，以5MPa左右的压力进入气动增压泵2；气动增压泵2由空压机15经气体过滤器以5～7bar的气体压力和不低于1标方/分钟的流量驱动。

所述重油箱6与齿轮泵8之间设置有过滤器，所述齿轮泵8与低压进油油路之间设置有细滤器，所述柴油箱13与柱塞泵11之间设置有过滤器，所述柴油回流管路上设置有过滤器，所述三通气控阀一10与废油箱18之间设置有过滤器，所述过滤器和细滤器前后两端均安装压差计20，所述重油箱6的外设置有第一加热器7，所述柴油箱13内设置第二加热器12，所述第一加热器7和第二加热器12均为铸铝加热器，所述重油箱6内设置有搅拌机构，所述搅拌机构与搅拌电机5相连，所述重油箱6顶部安装有放气阀21，所述重油箱6和柴油箱13内均设置有液位计和温度传感器。

重油箱6容积为5L，做半密封处理，保证燃油加注和定期清洗；重油箱6内部安装温度传感器，可实时显示箱内燃油温度；重油箱6顶部安装液位计，保证箱内燃油总量；重油箱6箱体外均匀布置铸铝加热器7，将重油加热到预定温度，保证重油具有良好的流动性；重油箱6顶部安装搅拌电机5，可边加热边搅拌，防止重油温度不均匀；重油箱6顶部安装放气阀21。

重油箱6外连接3条伴热带管路；重油箱6连接过滤器，过滤器连接高温齿轮泵8，高温齿轮泵8出口通过溢流阀与重油箱6连接，组成重油箱本体外的2条伴热带管路；高温齿轮泵8出口安装细滤器，通过单向阀向高压腔输送低压重油；细滤器前后端安装压差计20，当压差计20示数超过一定限值时可认为过滤器堵塞，以便及时更换细滤器；重油箱6在加热管路上通过三通气控阀一10和三通气控阀二17与高压油路相连，形成重油箱6外的第3条伴热带管路，三通气控阀一10后通过过滤器连接废油箱18。

柴油箱13容积为20L，内部安装温度传感器可实时显示箱内燃油温度，安装液位计以确认箱内燃油总量；柴油箱13体内均匀布置铸铝加热器12，可将柴油加热到预定温度，保证柴油具有良好的流动性。

柴油箱13连接过滤器，过滤器连接柱塞泵11，柱塞泵11通过溢流阀与柴油箱13连接；柱塞泵11出口通过一个单向阀与重油输送管路连接，可向高压腔输送低压柴油，管路上安装压力传感器和压力表实时显示柴油压力；重油加热循环及加压工作结束并完成卸压后，通过开启柱塞泵11，将三通气控阀一10切换至废油箱18，将柴油泵至增压器9，并循环冲洗；其间，反复动作增压器9，将增压器9内部的重油清洗干净，直至设定的清洗时间达到。

利用计算机系统控制整个装置按设置的程序工作，工作程序如下：

首先开启铸铝加热器7，开始对重油加热，当温度到达一个设定值时，启动搅拌电机5，持续加热搅拌直至重油箱6内温度传感器检测达到设定值，再开启高温齿轮泵8，经过单向阀将重油循环至增压系统，进入高压腔，并开启管线伴热带，维持管线中的油温；单向阀保证燃油在加压过程中不会倒流。

循环填充过程中，燃油从高压腔顶部流进加热管线，通过三通气控阀二17和三通气控阀一10再流进重油箱6中。在此过程中，开启空压机15和氮气瓶16，氮气经过气瓶减压阀，以设定的氮气入口压力进入气动增压泵2，反复动作增压器9，让高压腔内部的空气排尽；打开放气阀21，防止油温升高气化加剧导致管路内有气泡。

循环稳定后，关闭三通气控阀二17，增压器9切换到增压状态，将氮气增压至目标压力值，推动增压器9的移动活塞，当检测输出端压力达到10倍目标压力值时，进行喷油测试，稳压器19保证燃油喷射后高压腔内压力稳定。

喷油测试结束后，第二气控阀4开启，卸掉氮气压力，开启三通气控阀二17，一部分重油经过三通气控阀一10流回重油箱6，增压器9压力随着气压降低而降低。

第一气控阀3和第二气控阀4交替工作，第二气控阀4工作，第一气控阀3就排气，增压器9完成增压动作。第一气控阀3工作，第二气控阀4就排气，此时增压器移动活塞往下恢复，完成卸压动作。

为防止关闭铸铝加热器7和管线伴热带后重油堵塞系统管路，测试完成后，三通气控阀一10切换至废油箱18，采用柱塞泵11将柴油泵至增压系统，并循环清洗，其间，反复动作增压器9，将增压器9内部的介质清洗干净，直至设定的清洗时间达到，清洗循环后的燃油经滤清后进入废油箱18。

如需采用高温柴油测试，开启柱塞泵11和铸铝加热器12，将柴油循环加热直至系统温度传感器达到设定值后，开启高压输出，完成柴油测试；喷油测试结束后，第二气控阀4开启，卸掉氮气压力，开启三通气控阀二17，关闭三通气控阀一10，一部分柴油经过三通气控阀二17流回柴油箱13，增压器9压力随着气压降低而降低。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：它包括增压系统、重油循环系统和清洗系统，所述增压系统包括增压器(9)、气动增压泵(2)和氮气瓶(16)，所述增压器(9)内部设置有移动活塞，通过移动活塞将增压器(9)分成高压腔、活塞区和低压腔，所述高压腔上设置有低压进油油路和高压出油油路，所述低压进油油路与重油循环系统相连，所述高压出油油路通过高压油管与喷油器(14)相连，所述氮气瓶(16)与气动增压泵(2)入口相连，所述气动增压泵(2)的出口分为两个气路，两个气路上分别设置有第一气控阀(3)和第二气控阀(4)，两个气路分别连接低压腔的上下两端，所述重油循环系统包括重油箱(6)、重油输送管路和加热管路，所述重油箱(6)与重油输送管路和加热管路相连，所述重油输送管路与低压进油油路相连，所述加热管路与高压油管相连，所述重油输送管路上设有齿轮泵(8)，所述齿轮泵(8)出口通过溢流阀与重油箱(6)相连，所述加热管路上设有三通气控阀一(10)和三通气控阀二(17)，所述三通气控阀一(10)与废油箱(18)相连，所述清洗系统包括柴油箱(13)、柴油输送管路和柴油回流管路，所述柴油箱(13)与柴油输送管路和柴油回流管路相连，所述柴油输送管路与重油输送管路相连，所述柴油回流管路与三通气控阀二(17)相连，所述柴油输送管路上设有柱塞泵(11)，所述柱塞泵(11)出口通过溢流阀与柴油箱(13)相连。

2.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述增压器(9)为3000bar增压器，增压比为10：1，所述增压器(9)上设置有位移反馈系统。

3.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述高压腔外部设置有伴热带，所述低压进油油路、高压出油油路、高压油管、重油输送管路和加热管路上均设置有伴热带。

4.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述低压腔与稳压器(19)相连，所述高压腔上设置有温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述气动增压泵(2)的驱动端与空压机(15)相连，连接气路上设置有电磁阀(1)。

6.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述高压油管上安装有压力表、气控阀和压力传感器。

7.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述重油箱(6)与齿轮泵(8)之间设置有过滤器，所述齿轮泵(8)与低压进油油路之间设置有细滤器，所述柴油箱(13)与柱塞泵(11)之间设置有过滤器，所述柴油回流管路上设置有过滤器，所述三通气控阀一(10)与废油箱(18)之间设置有过滤器，所述过滤器和细滤器前后两端均安装压差计(20)。

8.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述重油箱(6)的外设置有第一加热器(7)，所述柴油箱(13)内设置第二加热器(12)，所述第一加热器(7)和第二加热器(12)均为铸铝加热器。

9.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述重油箱(6)内设置有搅拌机构，所述搅拌机构与搅拌电机(5)相连，所述重油箱(6)顶部安装有放气阀(21)。

10.根据权利要求1所述的一种应用于定容弹的船用重油蓄压器装置，其特征在于：所述重油箱(6)和柴油箱(13)内均设置有液位计和温度传感器。

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