CN210618439U

CN210618439U - 自流式冷却系统

Info

Publication number: CN210618439U
Application number: CN201921606502.3U
Authority: CN
Inventors: 柯志武; 王苇; 林原胜; 李勇; 魏志国; 姚世卫; 王俊荣; 肖颀; 李少丹
Original assignee: 719th Research Institute of CSIC
Current assignee: 719th Research Institute of CSIC
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2029-09-25

Abstract

本实用新型涉及船舶冷却系统技术领域，公开了一种自流式冷却系统，包括可升降地安装于船体底壳的自流发生器和设于自流发生器内的进水流道，自流发生器的下端部可外伸出船体底壳，自流发生器下端部的前侧为迎流面，进水流道的进水口开设于迎流面。本实用新型提供的自流式冷却系统，自流发生器伸出船体底壳的高度可调，系统能够根据冷却海水流量的实际需求实时调整自流发生器的伸出高度，实现自流冷却海水的主动调节匹配供应，不但减轻了被动节流方式下调节装置振动、系统噪声偏大的问题，同时在自流发生器非完全伸出的状态下能够有效减小自流发生器对船体产生的拖曳阻力。

Description

自流式冷却系统

技术领域

本实用新型涉及船舶冷却系统技术领域，特别是涉及一种自流式冷却系统。

背景技术

冷却系统是船舶动力系统重要的组成部分，是进一步提升船舶性能必须关注的重要环节。为减轻结垢和腐蚀的问题，目前先进船舶均采用中央冷却水系统，其工作原理是利用海水泵输送海水进入中央冷却系统，来冷却低温淡水，被冷却后的低温淡水再去冷却船舶主柴油机气缸套、气缸盖的高温淡水以及各种冷却器和发电柴油机缸套等多种需要冷却的部位。

现有的船舶中央冷却系统，需要采用海水泵维持冷却海水的循环流动，海水泵的持续运行将产生大量能耗。为了降低泵功损耗，提高能量效率，逐渐衍生出自流冷却技术，通过在舷外通海系统海水进口位置设置自流发生器，借助船舶航行时的迎流动压实现冷却水的无泵驱动。用于驱动冷却水的自流发生器固定安装在船(艇)体表面，系统冷却水供应能力由船(艇)航速决定，冷却水量通过安装在管路上的阀门或者自适应调节装置进行“被动损耗”式的调节，即针对自流发生器引水流量过量的情况下在管路内设置流动阻力以实现流量供需平衡，这实际是对自流发生器供水能力的一种浪费，并导致调节装置发生振颤，在管路系统中产生附加振动噪声。另外，固定安装在船(艇)体表面的自流发生器也给航行带来了额外阻力。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种自流式冷却系统，用以解决或部分解决现有船舶自流冷却装置通过被动节流方式调节流量而产生的调节装置振动、系统噪声大以及船体附体阻力偏大等问题。

本实用新型实施例提供一种自流式冷却系统，包括可升降地安装于船体底壳的自流发生器和设于所述自流发生器内的进水流道，所述自流发生器的下端部可外伸出所述船体底壳，所述自流发生器下端部的前侧为迎流面，所述进水流道的进水口开设于所述迎流面。

其中，所述自流发生器垂直于所述自流发生器升降方向的横截面为前宽后窄的水滴形。

其中，还包括通海阀箱；所述通海阀箱设于所述船体底壳的内侧，用于收置所述自流发生器。

其中，所述通海阀箱朝向海水的一侧设有升降口，所述升降口的开口轮廓与所述自流发生器的外轮廓相匹配。

其中，还包括冷却器，所述冷却器的进水口与所述进水流道的出水口管路连接。

其中，所述冷却器的进水口与所述进水流道的出水口之间的管路包括相并联的自流旁路和泵流旁路；所述自流旁路上设有自流启闭阀，所述泵流旁路上设置有相串联的冷却水泵和泵流启闭阀。

其中，所述自流发生器的升降采用齿轮齿条机械传动驱动、直线电机电磁驱动或液压马达液压驱动。

本实用新型实施例提供的自流式冷却系统，自流发生器可升降安装于船体底壳，自流发生器伸出船体底壳的高度可调，系统进水流道的进水口设于自流发生器下端部的迎流面。通过调节自流发生器伸出船体底壳的高度，不但可以调节进水流道的进水口有效开口面积，而且可以使进水流道的进水口相对于船壳具有不同的高度，并处于不同的边界层位置，具有不同的进水压头，从而具有不同的海水流量。因此，本实用新型提供的自流发生器伸出高度可调的自流式冷却系统方案，系统能够根据冷却海水流量的实际需求实时调整自流发生器的伸出高度，实现自流冷却海水的主动调节匹配供应，不但减轻了被动节流方式下调节装置振动、系统噪声偏大的问题，同时在自流发生器非完全伸出的状态下能够有效减小自流发生器对船体产生的拖曳阻力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的自流式冷却系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的自流发生器安装布置示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的自流发生器仰视图；

图4为本实用新型另一实施例提供的齿轮齿条机械传动自流发生器结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的直线电机电磁驱动自流发生器结构示意图；

图6为本实用新型另一实施例提供的液压驱动自流发生器结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种自流式冷却系统的控制原理流程图；

图中：1、自流发生器；2、进水流道；3、通海阀箱；4、升降口；5、冷却器；6、自流启闭阀；7、冷却水泵；8、泵流启闭阀；9、进口舷侧阀；10、滤器；11、出口舷侧阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

如图1-6所示，本实用新型实施例提供了一种自流式冷却系统，包括自流发生器1和进水流道2，自流发生器1可升降安装于船体底壳，进水流道2设于自流发生器1内，自流发生器1的下端部可外伸出船体底壳，自流发生器1下端部的前侧为迎流面，进水流道2的进水口开设于迎流面。

现有的用于驱动冷却系统冷却海水的自流发生器1均固定安装在船体外壳的表面，系统冷却海水供应能力由航速决定，冷却水量通过安装在管路上的阀门或者自适应调节装置进行调节。通过安装在管路上的阀门或者自适应调节装置对进入冷却系统的冷却海水流量进行调节，这种调节方法属于“被动损耗调节”，即针对自流发生器1引水流量过量的情况下在管路内设置流动阻力以实现流量供需平衡，这实际是对自流发生器1供水能力的一种浪费，也会因此导致调节装置发生振颤，在管路系统中产生附加振动噪声。同时，固定安装在船体外壳表面的自流发生器1作为船舶附体也将形成持续的拖曳阻力。

本实用新型提供的自流式冷却系统，自流发生器1可升降安装于船体底壳，自流发生器1伸出船体底壳的高度可调，系统进水流道2的进水口设于自流发生器1下端部的迎流面。通过调节自流发生器1伸出船体底壳的高度，不但可以调节进水流道2的进水口有效开口面积，而且可以使进水流道2的进水口相对于船壳具有不同的高度，并处于不同的边界层位置，具有不同的进水压头，从而具有不同的海水流量。因此，本实用新型提供的自流发生器1伸出高度可调的自流式冷却系统方案，系统能够根据冷却海水流量的实际需求实时调整自流发生器1的伸出高度，实现自流冷却海水的主动调节匹配供应，不但减轻了被动节流方式下调节装置振动、系统噪声偏大的问题，同时在自流发生器1非完全伸出的状态下能够有效减小自流发生器1对船体产生的拖曳阻力。

为了减弱附体扰流，伸出高度可调节的自流发生器1外轮廓可以为流线型的拉伸体，比如，自流发生器1在垂直于自流发生器1升降方向的横截面可以为前宽后窄的水滴形，水滴形横截面的迎流面导圆角，背流面为翼型。可以在船体底壳的内侧设置通海阀箱3，用于收置自流发生器1。当自流发生器1不工作时，可完全收置与船体底壳内侧的通海阀箱3中，最大限度减少附体拖拽阻力；当自流发生器1工作时，仅外伸出部分构成船舶附体，从而有效减小自流发生器1对船体产生的拖曳阻力。另外，通海阀箱3朝向海水的一侧可以设有升降口4，升降口4的开口轮廓与自流发生器1的外轮廓相匹配；通海阀箱3朝向海水的一侧的侧板与船体底壳可以是重合的，从外部看升降口4开设于船体底壳；升降口4的开口轮廓与自流发生器1的外轮廓相匹配可以尽量减少升降口4对船体底壳结构的影响，同时满足自流发生器1的伸缩升降需求。

本实用新型实施例提供的自流式冷却系统，还可以包括有冷却器5，冷却器5的进水口与进水流道2的出水口管路连接。进一步地，冷却器5的进水口与进水流道2的出水口之间的管路可以包括相并联设置的自流旁路和泵流旁路。自流旁路上设有自流启闭阀6，用于控制自流旁路的开启和关闭；泵流旁路上设置有相串联的冷却水泵7和泵流启闭阀8，泵流启闭阀8用于控制泵流旁路的开启和关闭，冷却水泵7可以产生泵流水压。如图1所示，系统还可以包括进口舷侧阀9、滤器10、出口舷侧阀11和出水端口。系统运行时，进口舷侧阀9和出口舷侧阀11为开启状态。在依靠伸出高度可调节式自流发生器1的供水能力可以满足冷却器5对于冷却海水流量需求的情况下，系统处于纯自流冷却工况，此时，自流旁路的自流启闭阀6开启而泵流旁路的泵流启闭阀8关闭，冷却海水在伸出高度可调节式自流发生器1动压转换作用下先后流经进口舷侧阀9、滤器10、自流启闭阀6，进入冷却器5，完成冷却功能的海水流经出口舷侧阀11，通过系统的出水端口排出。在依靠伸出高度可调节式自流发生器1的供水能力无法满足冷却器5对于冷却海水流量需求的情况下，系统处于自流泵流混合冷却工况，此时，自流旁路的自流启闭阀6和泵流旁路启闭阀全部开启，冷却海水在伸出高度可调节式自流发生器1动压转换作用下先后流经进口舷侧阀9和滤器10后分成两路，其中一路流经自流旁路，另一路流过冷却水泵7和泵流启闭阀8，以上两路冷却海水汇合后进入冷却器5，完成冷却功能的海水流经出口舷侧阀11，通过系统的出水端口排出。

本实用新型实施例提供的自流式冷却系统，自流发生器1的升降可以采用齿轮齿条机械传动驱动，比如，如图4所示的齿轮齿条机械传动自流发生器1，在通海阀箱3内设置有转动齿轮，在自流发生器1的侧壁设置有齿条，通过齿轮齿条的机械传动使转动齿轮带动自流发生器1进行升降；也可以采用直线电机电磁驱动，比如，如图5所示的直线电机电磁驱动自流发生器1，在通海阀箱3内设置直线电机的定子部分，将直线电机的动子部分与自流发生器1连接，通过直线电机电磁驱动自流发生器1进行升降；还可以采用液压马达液压驱动，比如，如图6所示的液压驱动自流发生器1，在通海阀箱3内设置液压缸，液压活塞与自流发生器1连接，通过液压驱动实现自流发生器1的升降。

本实用新型实施例提供的上述自流式冷却系统的控制方法，包括：

自流发生器1下降并伸出船体底壳预设高度，以使海水进入进水流道2，预设高度的范围可以是自流发生器1最大下降高度的三分之一至三分之二，比如，预设高度可以是自流发生器1最大下降高度的一半；

获取进入自流式冷却系统的海水流量Q₁；

根据自流式冷却系统的海水流量Q₁与预设的系统海水流量Q₀的比较结果，控制自流发生器1的升降。

根据流体力学相关理论，当船舶航行时，在船舶壳体的水流会产生不同速度的边界层，在边界层内，远离船舶壳体的水流受船舶航行影响较小，与船舶具有较大的相对速度，靠近船舶壳体的水流受船舶航行影响较大，与船舶具有较小的相对速度。自流发生器1的升降，不但可以调节进水流道2的进水口有效开口面积，而且可以使进水流道2的进水口相对于船壳具有不同的高度，从而处于不同的边界层位置，具有不同的进水压头，进而具有不同的海水流量。一般来说，自流发生器1下降，不但能够使进水流道2的进水口完全伸出船舶壳体，增大有效开口面积，而且使进水流道2的进水口远离船舶壳体，海水相对于船体具有更大的相对速度，从而具有更大的进水压头，有效提高进水流量。

通过不断获取进入自流式冷却系统的海水流量并与实时工况下预设的系统海水流量进行比较，不断控制调整自流发生器1的升降，进而使系统能够根据冷却海水流量的实际需求实时控制调整自流发生器1的伸出高度，实现自流冷却海水的主动调节匹配供应。

进一步地，根据自流式冷却系统的海水流量Q₁与预设的系统海水流量Q₀的比较结果，控制自流发生器1的升降，可以包括：

若Q₁等于Q₀，保持自流发生器1的位置以保持当前的海水流量；

若Q₁大于Q₀，升高自流发生器1以降低自流发生器1伸出船体底壳的高度，减少进入自流式冷却系统的海水流量；

若Q₁小于Q₀，降低自流发生器1以提高自流发生器1伸出船体底壳的高度，增大进入自流式冷却系统的海水流量。

进一步地，若Q₁小于Q₀，降低自流发生器1以提高所述自流发生器1伸出船体底壳的高度，增大进入自流式冷却系统的海水流量，还包括：

若自流发生器1达到伸出船体底壳的最大高度，则依次开启泵流启闭阀8和冷却水泵7，系统处于自流泵流混合冷却工况。

图7提供了本实用新型另一个实施例的自流式冷却系统的控制原理流程图。系统运行前，首先开启自流旁路的自流启闭阀6、进口舷侧阀9和出口舷侧阀11，然后伸出高度可调节式自流发生器1至初始的预定高度，冷却系统进入纯自流运行模式，此时控制系统读取冷却海水的流量，温度等运行参数，并与预定义范围进行比较，对冷却海水流量供需情况进行判断。当对比显示冷却海水流量不足时，如果控制自流发生器1伸出范围未超过执行机构的设定行程范围，则向执行机构输出信号，控制执行机构增大伸出量；如果控制自流发生器1伸出范围超过执行机构的设定行程范围，则开启泵流旁路的泵流启闭阀8，启动冷却水泵7，通过调节冷却水泵7转速进行流量控制。当对比显示冷却海水流量过量时，则向执行机构输出信号，控制执行机构减小自流发生器1的伸出量。系统状态调节后，再次进行运行参数读取、比较、判断，进行反馈控制，直至供水量满足实际需求。

由以上实施例可以看出，本实用新型提供的自流式冷却系统，自流发生器1可升降安装于船体底壳，自流发生器1伸出船体底壳的高度可调，系统进水流道2的进水口设于自流发生器1下端部的迎流面。通过调节自流发生器1伸出船体底壳的高度，不但可以调节进水流道2的进水口有效开口面积，而且可以使进水流道2的进水口相对于船壳具有不同的高度，并处于不同的边界层位置，具有不同的进水压头，从而具有不同的海水流量。因此，本实用新型提供的自流发生器1伸出高度可调的自流式冷却系统方案，系统能够根据冷却海水流量的实际需求实时调整自流发生器1的伸出高度，实现自流冷却海水的主动调节匹配供应，不但减轻了被动节流方式下调节装置振动、系统噪声偏大的问题，同时在自流发生器1非完全伸出的状态下能够有效减小自流发生器1对船体产生的拖曳阻力。进一步地，为了减弱附体扰流，伸出高度可调节的自流发生器1外轮廓可以为流线型的拉伸体，比如，自流发生器1在垂直于其升降方向的横截面可以为前宽后窄的水滴形；可以在船体底壳的内侧设置通海阀箱3，用于收置自流发生器1。当自流发生器1不工作时，可完全收置与船体底壳内侧的通海阀箱3中，最大限度减少附体拖拽阻力；冷却器5的进水口与进水流道2的出水口之间的连接管路可以包括相并联设置的自流旁路和泵流旁路，通过泵流旁路可以进一步提冷却海水进水流量，满足更大流量需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种自流式冷却系统，其特征在于，包括可升降地安装于船体底壳的自流发生器和设于所述自流发生器内的进水流道，所述自流发生器的下端部可外伸出所述船体底壳，所述自流发生器下端部的前侧为迎流面，所述进水流道的进水口开设于所述迎流面。

2.根据权利要求1所述的自流式冷却系统，其特征在于，所述自流发生器垂直于所述自流发生器升降方向的横截面为前宽后窄的水滴形。

3.根据权利要求1所述的自流式冷却系统，其特征在于，还包括通海阀箱；所述通海阀箱设于所述船体底壳的内侧，用于收置所述自流发生器。

4.根据权利要求3所述的自流式冷却系统，其特征在于，所述通海阀箱朝向海水的一侧设有升降口，所述升降口的开口轮廓与所述自流发生器的外轮廓相匹配。

5.根据权利要求1所述的自流式冷却系统，其特征在于，还包括冷却器，所述冷却器的进水口与所述进水流道的出水口管路连接。

6.根据权利要求5所述的自流式冷却系统，其特征在于，所述冷却器的进水口与所述进水流道的出水口之间的管路包括相并联的自流旁路和泵流旁路；所述自流旁路上设有自流启闭阀，所述泵流旁路上设置有相串联的冷却水泵和泵流启闭阀。

7.根据权利要求3所述的自流式冷却系统，其特征在于，所述自流发生器的升降采用齿轮齿条机械传动驱动、直线电机电磁驱动或液压马达液压驱动。