CN117627772A - 一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，属于柴油机冷却系统技术领域，解决了现有技术中柴油机冷却液系统压力不平衡导致的水泵叶片气蚀和冷却液流失的问题。本发明包括：水泵、散热器、小循环管路和大循环管路；所述小循环管路设置第一膨胀水箱；所述大循环管路设置第二膨胀水箱；所述第一膨胀水箱和第二膨胀水箱之间连接有压力平衡管；所述压力平衡管用于平衡所述第一膨胀水箱和第二膨胀水箱之间的压力差。本发明实现了双膨胀水箱内的压力平衡，避免了水泵叶片气蚀和冷却液流失的问题。

Description

一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置

技术领域

本发明涉及柴油机冷却系统技术领域，尤其涉及一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置。

背景技术

冷却系统是柴油机的重要组成部分，其主要作用是保证柴油机在复杂工况下均能在最合适的温度状态下正常可靠地工作。随着柴油机功率的增加，散热功率也随之增大。大功率柴油机，特别是500kW以上的柴油机，一般采用独立布置的散热器。散热器与柴油机布置距离较远，传统的单膨胀水箱模式的冷却系统无法满足大功率柴油机散热需求。

冷却系统主要由膨胀水箱、发动机水路、水泵、散热器、节温器以及连接水管组成。膨胀水箱主要作用是为冷却系统实现闭式循环，为系统提供膨胀和蒸汽凝结的空间，还可以调节冷却系统内的压力，确保系统工作稳定，保证系统达到设计规定的工作温度，防止系统早沸。膨胀水箱一般布置在冷却系统的最高点。

现有方案主要有:

一、大体积膨胀水箱，即增大膨胀水箱体积，并将其布置于柴油机、散热器中间位置，以满足柴油机及散热器水路循环需求。其主要缺点是，膨胀水箱体积较大，不利于系统布置，此外，膨胀水箱要求处于柴油机及散热器靠近中间位置，而大功率柴油机及散热器一般处于独立空间，这就使得膨胀水箱的布置位置更加困难。

二、双独立膨胀水箱、即柴油机和散热器分别配置独立散热水箱。优点是可满足大功率柴油机冷却系统散热需求，并且易于系统布置。

其主要缺点是：

双膨胀水箱通过散热器管路形成连通器结构，在柴油机工作一段时间后，节温器开启，大循环打开，在水泵的作用下使得柴油机冷却液及内部气体经柴油机泄气管喷入第一膨胀水箱中，第一膨胀水箱上部空气压力变大，将会挤压冷却液进入第二膨胀水箱中，第二膨胀水箱中的气体反而会沿冷却管路进入第一膨胀水箱中，进而第一膨胀水箱中液面降低，第二膨胀水箱中液面升高。

一方面，当第一膨胀水箱中的液面过低时，水泵入口处压力低于该温度下冷却液的气化压力，就会有蒸汽机溶解在冷却液中的气体从冷却液中大量溢出，形成许多蒸汽与气体混合的小气泡，进而引起水泵叶片气蚀；另一方面，第二膨胀水箱的液面过高时，冷却液将会从压力盖下的排水管路流出，造成经济损失。

因此，基于现有柴油机冷却系统，需要解决的问题有：

1、大功率柴油机冷却系统单膨胀水箱难以满足大功率柴油机及大功率散热器需求的问题；

2、大功率柴油机冷却系统双独立膨胀水箱内部压力不平衡，水泵叶片易气蚀，冷却液易溢出问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，用以解决现有柴油机冷却液系统压力不平衡导致的水泵叶片气蚀和冷却液流失的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，包括：水泵、散热器、小循环管路和大循环管路；所述小循环管路设置第一膨胀水箱；所述大循环管路设置第二膨胀水箱。

进一步地，所述小循环管路包括：第一加液管、柴油机泄气管、节温器和补偿管；所述节温器与柴油机的出液口连通，所述柴油机的进液口与水泵连通；所述节温器和水泵之间连接补偿管。

进一步地，所述第一加液管一端与所述水泵连接，另一端连接第一膨胀水箱。

进一步地，所述柴油机泄气管连通第一膨胀水箱的上部空间和节温器。

进一步地，所述第一加液管用于流通冷却液；所述第一加液管上设置有比例调节阀。

进一步地，所述大循环管路包括：散热器、第二加液管、第二膨胀水箱、散热器泄气管、第一流通管和第二流通管。

进一步地，所述散热器通过第一流通管与节温器连接；所述散热器通过第二流通管与水泵连接。

进一步地，所述第二膨胀水箱通过第二加液管与散热器连接。

进一步地，所述第二膨胀水箱的上部空间通过散热器泄气管与散热器连接。

进一步地，所述第一膨胀水箱和第二膨胀水箱之间连接有压力平衡管；所述压力平衡管用于平衡所述第一膨胀水箱和第二膨胀水箱之间的压力差。

进一步地，压力平衡管上设置电磁阀，通过调节电磁阀的开闭能够控制压力平衡管的连通或断开。

一种柴油机冷却液系统的压力平衡方法，采用上述的大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置进行双膨胀水箱的压力平衡；包括以下步骤：

步骤S1：控制器检测节温器温度状态；

步骤S2：根据节温器温度判断节温器是否开启；

当节温器温度小于节温器开启温度时，节温器处于关闭状态，判断柴油机处于小循环状态，控制器读取第一膨胀水箱的内部压力信号PA；

当节温器温度高于或等于节温器开启温度时，节温器处于开启状态，判断柴油机处于大循环状态；此时控制器控制比例阀全开，同时检测读取第二膨胀水箱内部的压力PB。

步骤S3：节温器关闭时，根据第一膨胀水箱和第二膨胀水箱的压力状态调节比例阀的开度；节温器开启时，根据第一膨胀水箱和第二膨胀水箱的压力状态控制电磁阀的开启或关闭。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

本发明的双膨胀水箱压力平衡装置通过在第一膨胀水箱和第二膨胀水箱之间连接压力平衡管，实现了对双膨胀水箱的水箱内部的压力平衡。

本发明的双膨胀水箱压力平衡装置，根据节温器的开启状态和双膨胀水箱的压力状态，调节比例阀的开度以及电磁阀的开闭，进而对第一膨胀水箱和第二膨胀水箱内的压力进行调节。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置；

图2为本发明的双膨胀水箱压力平衡装置的小循环管路；

图3为本发明的双膨胀水箱压力平衡装置的大循环管路；

图4为本发明的双膨胀水箱压力平衡装置的控制流程图。

附图标记：

1.柴油机；2.水泵；3.散热器；4-1.第一加液管；4-2.第二加液管；5.散热器泄气管；6.压力盖；7-1.第一膨胀水箱；7-2第二膨胀水箱；8.柴油机泄气管；9.节温器；10.补偿管；11.电磁阀；12.压力平衡管；13.比例调节阀；14.控制器；15.第一流通管；16.第二流通管。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本发明的一个具体实施例，提供一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，包括：水泵2、散热器3、小循环管路和大循环管路；所述小循环管路设置第一膨胀水箱7-1；所述大循环管路设置第二膨胀水箱7-2；所述第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2之间连接有压力平衡管12；所述压力平衡管12用于平衡所述第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2之间的压力差。

具体地，如图2所示，所述小循环管路包括：第一加液管4-1、柴油机泄气管8、节温器9和补偿管10。

其中，柴油机1的出液口与节温器9连通，柴油机1的进液口与水泵2连通，所述节温器9和水泵2之间连接补偿管10。

具体地，所述第一加液管4-1一端与所述水泵2连接，另一端连接第一膨胀水箱7-1；所述柴油机泄气管8连通第一膨胀水箱7-1的上部空间和节温器9。

具体地，所述第一加液管4-1用于流通冷却液。

具体地，所述第一加液管4-1上设置有比例调节阀13。

具体地，如图3所示，所述大循环管路包括：散热器3、第二加液管4-2、第二膨胀水箱7-2、散热器泄气管5、第一流通管15和第二流通管16。

其中，柴油机1的出液口与节温器9连通，柴油机1的进液口与水泵2连通，节温器9通过第一流通管15与散热器3的进液口连通，散热器3的出液口通过第二流通管16与水泵2连通。

具体地，大循环内冷却液的流通路径为：冷却液从柴油机1的出液口流出进入节温器9，流经节温器9后经由第一流通管15进入散热器3进行散热，冷却液经散热器3散热后流入第二流通管16，并通过水泵2泵入柴油机1，对柴油机1进行冷却。

具体地，所述第二膨胀水箱7-2通过第二加液管4-2与散热器3连接。

具体地，所述第二膨胀水箱7-2的上部空间通过散热器泄气管5与散热器3连接。

进一步地，在第一膨胀水箱7-1内设置第一压力传感器，第一压力传感器用于监测第一膨胀水箱7-1内部压力PA；在第二膨胀水箱7-2内设置第二压力传感器，第二压力传感器用于监测第二膨胀水箱7-2内部压力PB。

实施例2

本发明的一个具体实施例，提供了一种柴油机冷却液系统压力平衡方法，如图4所示；对实施例1中的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置的第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2进行压力平衡。

如图4所示，上述压力平衡方法包括以下步骤：

步骤S1：控制器检测节温器9温度状态；

步骤S2：根据节温器9温度判断节温器9是否开启；

当节温器9温度小于节温器9开启温度时，节温器9处于关闭状态，判断柴油机处于小循环状态；此时，控制器14关闭电磁阀11后，控制器14读取第一膨胀水箱7-1的内部压力信号PA。

当节温器9温度高于或等于节温器9开启温度时，节温器9处于开启状态，判断柴油机处于大循环状态；此时，控制器14控制比例阀13全开，同时检测读取第二膨胀水箱7-2内部的压力PB。

步骤S3：节温器9关闭时，控制器14根据第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2的压力状态调节比例阀13的开度；节温器9开启时，根据第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2的压力状态控制电磁阀11开启或关闭；

其中，电磁阀11受控制器14调控开启或关闭，比例调节阀13受控制器14控制调节开启角度大小。

步骤S31：当柴油机刚启动或启动时间不长时，柴油机温度较低，节温器9关闭，柴油机冷却液在小循环内流动。

如图2所示，小循环即：冷却液从柴油机1流出来后，经节温器9进入补偿管10后，经水泵2重新进入柴油机1；此时，冷却液能够从水泵2经由第一加液管4-1进入第一膨胀水箱7-1，并且第一加液管4-1上设置有比例阀13。冷却液不流入散热器3，降低热量损失，使得柴油机1可以尽快升温至适宜温度区间。

步骤S31中，控制器14检测到节温器9温度低于节温器9开启温度时，判断柴油机处于小循环状态，控制器14控制电磁阀11关闭后，控制器14进一步读取第一膨胀水箱7-1内部压力信号。

A)步骤S311：

当第一膨胀水箱内部压力PA大于第二膨胀水箱内部压力PB时：控制器14调节比例阀13减小开启角度，增大第一加液管4-1的沿程阻力，从而防止第二膨胀水箱7-2液面过高，避免冷却液溢出。

B)步骤S312：

当第一膨胀水箱内部压力PA小于第二膨胀水箱内部压力PB时：控制器14调节比例阀13增大开启角度，防止第一膨胀水箱7-1内部缺水，水泵气蚀。控制器采用PID反馈控制，动态调节比例阀13开启角度。

步骤S32：当柴油机刚启动一段时间后，柴油机温度升高，节温器9达到开启温度后开启，柴油机冷却液在大循环内流动。

如图3所示，大循环即：冷却液从柴油机1流出后，经过节温器9进入散热器3中，通过散热器3后，进入水泵2后重新回到柴油机1中，从而加强柴油机散热，使得柴油机可以满足的散热平衡需求。此时，冷却液能够经由第一加液管4-1进入第一膨胀水箱7-1，同时能够经由第二加液管4-2进入第二膨胀水箱7-2。并且，第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2之间连接有压力平衡管12，冷却液能够通过压力平衡管12在第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2之间流动。

控制器14检测到节温器9温度高于或等于节温器9的开启温度时，判断柴油机处于大循环状态。此时控制器14控制器比例阀13全开，同时检测读取第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2的内部压力。

A)步骤S321：

当检测到第一膨胀水箱内部压力PA高于第二膨胀水箱内部压力PB时：将自动打开电磁阀11，冷却液由第一膨胀水箱7-1补充至第二膨胀水箱7-2中，使得第一膨胀水箱7-1与第二膨胀水箱7-2内部压力平衡，冷却液液面平衡。

B)步骤S322：

当检测到第一膨胀水箱7-1内部压力PA低于第二膨胀水箱7-2内部压力PB时：关闭电磁阀11，切断第一膨胀水箱7-1和第二膨胀水箱7-2之间的冷却液流动，冷却液由水泵2经第一加液管4-1补充至第一膨胀水箱7-1中；进而防止水泵叶片易气蚀，冷却液易溢出问题，保证柴油机冷却系统正常工作。

当第一膨胀水箱中的液面过低时，水泵入口处压力低于该温度下冷却液的气化压力，就会有蒸汽机溶解在冷却液中的气体从冷却液中大量溢出，形成许多蒸汽与气体混合的小气泡，进而引起水泵叶片气蚀。采用本实施例的压力平衡方法，当第一膨胀水箱7-1的内部压力PA过低时，关闭电磁阀11使冷却液通过第一加液管4-1进入第一膨胀水箱7-1，能够有效避免水箱内气泡的逆流，即使第一膨胀水箱7-1内产生气泡，第一加液管4-1对第一膨胀水箱7-1的加液状态也能够保证内部液体的流向为由水泵2至第一膨胀水箱7-1，有效阻止气泡进入水泵2，有效避免水泵2叶片的气蚀现象。

与现有技术相比，本实施例提供的带有压力平衡装置的双膨胀水箱冷却系统，可以满足大功率柴油机及大功率散热器使用需求，结构形式简单易于布置。同时，双膨胀水箱内部压力自动平衡，可以防止柴油机水泵叶片气蚀，也可以防止冷却液溢出，避免造成不必要的经济损失。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，包括：水泵(2)、散热器(3)、小循环管路和大循环管路；所述小循环管路设置第一膨胀水箱(7-1)；所述大循环管路设置第二膨胀水箱(7-2)。

2.根据权利要求1所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述小循环管路包括：第一加液管(4-1)、柴油机泄气管(8)、节温器(9)和补偿管(10)；所述节温器(9)与柴油机(1)的出液口连通，所述柴油机(1)的进液口与水泵(2)连通；所述节温器(9)和水泵(2)之间连接补偿管(10)。

3.根据权利要求2所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述第一加液管(4-1)一端与所述水泵(2)连接，另一端连接第一膨胀水箱(7-1)。

4.根据权利要求3所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述柴油机泄气管(8)连通第一膨胀水箱(7-1)的上部空间和节温器(9)。

5.根据权利要求4所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述第一加液管(4)用于流通冷却液；所述第一加液管(4)上设置有比例调节阀(13)。

6.根据权利要求5所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述大循环管路包括：散热器(3)、第二加液管(4-2)、第二膨胀水箱(7-2)、散热器泄气管(5)、第一流通管(15)和第二流通管(16)。

7.根据权利要求6所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述散热器(3)通过第一流通管(15)与节温器(9)连接；所述散热器(3)通过第二流通管(16)与水泵(2)连接。

8.根据权利要求7所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述第二膨胀水箱(7-2)通过第二加液管(4-2)与散热器(3)连接。

9.根据权利要求8所述的一种大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置，其特征在于，所述第二膨胀水箱(7-2)的上部空间通过散热器泄气管(5)与散热器(3)连接。

10.一种柴油机冷却液系统的压力平衡方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的大功率柴油机冷却系统双膨胀水箱压力平衡装置进行双膨胀水箱的压力平衡；包括以下步骤：

步骤S1：控制器检测节温器(9)温度状态；

步骤S2：根据节温器(9)温度判断节温器(9)是否开启；

步骤S3：节温器(9)关闭时，根据第一膨胀水箱(7-1)和第二膨胀水箱(7-2)的压力状态调节比例阀(13)的开度；节温器(9)开启时，根据第一膨胀水箱(7-1)和第二膨胀水箱(7-2)的压力状态控制电磁阀(11)的开启或关闭。