CN221002981U - 一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，该系统包括工程车辆预热系统、加温锅、汽轮机、发电机、高压泵、循环增压泵和循环工质。所述循环工质经过高压泵加压后进入加温锅加热为高温高压蒸汽，然后进入汽轮机膨胀驱动发电机做功，做功后与另一部分经循环增压泵加压后的循环工质混合，最后混合后的循环工质进入工程车辆预热系统，对工程车辆进行预热，从而实现工程车辆在低温环境中启动。同时，基于蒸汽动力循环的热电联供系统将单一的直燃石化能源供热转换成高品位的电能和热能，实现了从一种能源到两种能源的转换，完成了能源的梯级利用，为动力传动装置的可靠工作奠定基础。

Description

一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于工程车辆寒区启动的预热系统，属于工程车辆冷却传热技术领域，特别涉及一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统。

背景技术

柴油机在寒冷环境下出现冷启动工况是非常频繁的。当柴油机在寒冷的环境温度下停机几个小时后，机油即会受重力和低温影响出现沉积，同时，零部件摩擦副中原有的润滑油膜将逐渐被破坏。研究表明，汽车正常工况下行驶200公里左右带来发动机磨损总量相当于冷启动初期3秒左右的机械摩损量。

低温环境对燃油喷雾的影响也很明显，由于低温环境中燃油内部的温度太低，从高压共轨电喷系统喷出的低温柴油雾化效果变差。雾化不充分的燃油不仅会造成燃油液滴淹缸而且极易形成积碳，大大降低柴油机的工作效率和使用性能。同时，部分未雾化的油滴会流入曲轴箱与机油直接混合，改变机油的粘度使机油变质，削弱润滑效果。

寒冷环境中柴油发动机出现启动困难的原因可以总结如下：

低温润滑油粘性明显增大，发动机启动时，机油不能快速被机油泵抽至需要润滑的机械部件而造成启动困难；冷启动时燃油雾化效果差，容易造成燃烧不充分，出现积碳。积碳也会反向导致混合气浓度不能达到要求；受润滑油粘性影响，启动扭矩需求增大，易导致启动马达拖转转速达不到目标转速。

鉴于上述情况，低温环境下工程车辆启动前需对柴油发动机进行预热。

柴油机预热能使柴油机的燃烧室压力迅速达到平衡，促使油泵迅速工作，及时将润滑油泵入运行的机械零部件中，有效地形成机械部件的保护油膜。预热功能还可以有效的改善启动时的机体热膨胀性，使整个机体组的热膨胀趋于一致，减少缸套变形，增加燃烧室的气密性保证缸内燃烧。

燃油加温锅是工程车辆在高原高寒地区柴油机低温预热系统的核心部件，目前被广泛应用于现役和在生产的工程车辆上。然而，加温锅传热热阻大，使得柴油机预热时间长，响应迟缓。降低柴油机预热系统导热热阻，提高柴油机预热速率，是急需解决的关键问题。

除此之外，为保证工程车辆在高寒环境下柴油动力传动装置启动前工质加温、启动后工质保温及蓄电池组保温充电需求，需增加辅助发电系统。同时，车辆现有加温锅将燃料的化学能转化为90℃左右的热能，导致高品质能源低品质利用，造成了能源浪费。因此，迫切需要进行热电联供集成技术研究，开发热电联供系统。

发明内容

针对工程车辆在寒区启动难的问题，及工程车辆在高寒环境下柴油动力传动装置启动前工质加温、启动后工质保温及蓄电池组保温充电需求，本实用新型的目的在于提供一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，对工程车辆进行预热，从而实现工程车辆在低温环境中启动。同时，基于蒸汽动力循环的热电联供系统将单一的直燃石化能源供热转换成高品位的电能和热能，实现了从一种能源到两种能源的转换，完成了能源的梯级利用，为动力传动装置的可靠工作奠定基础。

一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，包括工程车辆预热系统、加温锅、汽轮机、发电机、高压泵、循环增压泵和循环工质，其特征在于：部分所述循环工质经过所述高压泵加压后进入所述加温锅加热为高温高压蒸汽，然后进入所述汽轮机膨胀驱动所述发电机做功，做功后与另一部分经所述循环增压泵加压后的所述循环工质混合，最后混合后的所述循环工质进入所述工程车辆预热系统，对工程车辆进行预热，从而实现工程车辆在低温环境中启动。

进一步地，系统还可包括混合室，经过所述汽轮机做功后的所述循环工质与另一部分经所述循环增压泵加压后的所述循环工质于所述混合室混合。

进一步地，经所述循环增压泵加压后的所述循环工质可以与另一部分做功后的所述循环工质直接混合，也可以进入所述加温锅加热单元被加热后再混合。

进一步地，所述加温锅可以分为蒸汽发生单元和加热单元。

进一步地，所述加温锅的排烟管道可以为一根或多根，螺旋管或直管。

进一步地，所述加热单元可以为圆筒状夹层，布置于部分或全部加温锅内壁面。

进一步地，所述加热单元内部可以为空腔、螺旋翅片、带有圆孔的径向分布的散热片。

进一步地，所述循环工质可以为乙二醇、丙二醇、水。

进一步地，可以从进入所述汽轮机的所述循环工质中抽出部分，对进入所述高压泵前的所述循环工质进行预热。

进一步地，抽汽的级数可以是一级或多级。

本实用新型的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统具备如下优点：

(1)借鉴火力发电厂的蒸汽动力循环系统，技术成熟度高；(2)相对于燃气侧发电系统的空气增压装置，蒸汽动力循环的增压装置为泵，液体增压装置(水泵)体积小、功耗小、易于启动、成本低；(3)加温锅燃烧室内液体侧换热为沸腾换热，换热系数高；(4)开发热电联供装置，为车辆增加了辅助发电系统，将单一的直燃石化能源供热转换成高品位的电能和热能，实现了从一种能源到两种能源的转换，完成了能源的梯级利用，为动力传动装置的可靠工作奠定基础。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图；

图2为本实用新型实施例2结构示意图。

其中：1-工程车辆预热系统，2-加温锅，3-汽轮机，4-发电机，5-高压泵，6-循环增压泵，7-混合室。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。下面结合附图对本实用新型做进一步进行说明：

实施例1：

本实施例的系统结构如图1所示，它包括：工程车辆预热系统1、加温锅2、汽轮机3、发电机4、高压泵5、循环增压泵6。本实施例中，循环工质为水；加温锅2燃烧室产生的烟气通过U型排烟管道排出加温锅2。

本实用新型实施例中提出了一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统的工作方法，具体包括以下步骤：

工程车辆预热系统1中出来的一部分循环工质通过高压泵5进入加温锅2，在加温锅2中加热成为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入汽轮机3，蒸汽带动汽轮机3做功，汽轮机3带动发电机4旋转，输出电能；另一部分循环工质通过循环增压泵6加压后与进入汽轮机3做功后的循环工质混合，进入工程车辆预热系统1，对车体进行预热，完成蒸汽动力循环。

实施例2：

本实施例的系统结构如图2所示，它包括：工程车辆预热系统1、加温锅2、汽轮机3、发电机4、高压泵5、循环增压泵6、混合室7。本实施例中，循环工质为乙二醇；加温锅2燃烧室产生的烟气通过U型排烟管道排出加温锅2，加温锅2分为蒸汽发生单元和加热单元，加热单元布置在加温锅2内壁面，加热单元内部为螺旋翅片。

本实用新型实施例中提出了一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，具体包括以下步骤：

工程车辆预热系统1中出来的一部分循环工质通过高压泵5进入加温锅2，在加温锅2中的蒸汽发生单元加热成为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入汽轮机3，蒸汽带动汽轮机3做功，汽轮机3带动发电机4旋转，输出电能，做功后的蒸汽进入混合室7；另一路循环工质通过循环增压泵6加压后，进入加温锅2中的加热单元，经加温锅2加热后进入混合室7；两路循环工质在混合室7混合后，进入工程车辆预热系统1，对车体进行预热，完成蒸汽动力循环。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，包括工程车辆预热系统、加温锅、汽轮机、发电机、高压泵、循环增压泵和循环工质，其特征在于：部分所述循环工质经过所述高压泵加压后进入所述加温锅加热为高温高压蒸汽，然后进入所述汽轮机膨胀驱动所述发电机做功，做功后与另一部分经所述循环增压泵加压后的所述循环工质混合，最后混合后的所述循环工质进入所述工程车辆预热系统，对工程车辆进行预热，从而实现工程车辆在低温环境中启动。

2.根据权利要求1所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是系统包括混合室，经过所述汽轮机做功后的所述循环工质与另一部分经所述循环增压泵加压后的所述循环工质于所述混合室混合。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是经所述循环增压泵加压后的所述循环工质与另一部分做功后的所述循环工质直接混合，或进入所述加温锅加热单元被加热后再混合。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是所述加温锅分为蒸汽发生单元和加热单元。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是所述加温锅的排烟管道数量为一根或多根，排烟管道结构为螺旋管或直管。

6.根据权利要求4所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是所述加热单元为圆筒状夹层，布置于部分或全部加温锅内壁面。

7.根据权利要求4所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是所述加热单元内部为空腔或螺旋翅片或带有圆孔的径向分布的散热片。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是所述循环工质为乙二醇或丙二醇或水。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是从进入所述汽轮机的所述循环工质中抽出部分，对进入所述高压泵前的所述循环工质进行预热。

10.根据权利要求9所述的一种基于蒸汽动力循环的工程车辆寒区热电联供预热系统，其特征是抽汽的级数为一级或多级。