DD217275A1

DD217275A1 - Fluessigkeitskuehlvorrichtung mit mehreren kreislaeufen, insbesondere fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DD217275A1
Application number: DD25182983A
Authority: DD
Inventors: Alfred Schulz; Volker Diedrichs
Original assignee: Seefahrt Inghochschule
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1985-01-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich vorrangig auf die in der Schiffsmaschinenbetriebstechnik notwendige Gestaltung von Verbrennungsmaschinenkuehlwassersystemen und ermoeglicht durch Verminderung der erforderlichen Pumpenantriebsleistung Energieeinsparungen, zusaetzliche Freiheitsgrade fuer die Steuerung der Systeme u. a. m. Das Wesen der Erfindung besteht hauptsaechlich darin, dass gegenueber bekannten technischen Loesungen alle Pumpen durch vorzugsweise leistungselektronisch drehzahlgestellte Elektromotoren angetrieben werden, die Sollwerte fuer alle Pumpendrehzahlen und alle Stellungen der Absperrorgane durch Steuereinrichtungen, vorzugsweise Mikrorechner, aus dem Verbrennungskraftmaschinen-, Kuehlsystem- und Umweltzustand berechnet werden und dass die Einhaltung zulaessiger Grenzwerte bezueglich der Verbrennungskraftmaschine und des Kuehlsystems, einschliesslich der Elektromotoren gewaehrleistet wird.

Description

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a/ Titel der Erfindung:'

Flüssigkeitskühlvorrichtung mit mehreren Kreisläufen, insbesondere für Verbrennungskraftmaschirien

b/ Anwendungsgebiet der Erfindung:

ι Die Erfindung bezieht sich vorrangig auf die in der Schiffsmaschinenbetriebstechnik notwendige Gestaltung von Verbrennungskraf tmaschinenkühlwässersystemen, ,'" insbesondere von Dieselmotoren, mit mindestens zwei medienmäßig getrennten, mittels Wärmeübertrager gekoppelten Kühlwasserkreisläufen. Der Erfindungsgedanke kann prinzipiell erweitert werden auf Kühlkreisläufe mit anderen Medien als Wasser und andere Mehrkreiskühlsysteme als solche für Verbrennungskraftmaschinen, z. B. solche in Kraftwerken, Chemieanlagen o. ä.

c/ Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Infolge der Auslegung der Kühlwassersysteme der Verbrennungskraftmaschinen nach deren maximaler Leistung sowie maximalen Umweltbedingungen, insbesondere Seewassereintrittstemperatur, besteht eine betriebsbedingte Notwendigkeit der Anpassung des Kühlwasser« systemzustandes vor allem an die jeweils aktuelle Verbrennungskraftmaschinenleistung sowie die aktuellen Umweltbedingungen, um geforderte Sollwerte des Kühl-, wasoersystomzustandes aufrechtzuerhalten.

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Die bekannten technischen Lösungen mit mindestens zwei Kühlwasserkreisläufen und extra angetriebenen Pumpen sind dadurch charakterisiert, daß

- in den mindestens zwei Kühlwasserkreisläufen Pumpen mit nicht stellbarer Drehzahl eingesetzt werden und die genannte Anpassung mittels einer Verstellung von Absperrorganen wie z. B_# Schieber, Ventile, Drei- oder Mehrwegehähnen u. ä, vor allem in Verbindung mit Bypassleitungen erfolgt (BRD-OS - 2916691),

-in den mindestens zwei Kühlwasserkreisläufen nur in einem Kreislauf eine Pumpe mit variabler Drehzahl angeordnet ist (Seeverkehrsinformation, Herausgeber VHB Kombinat Seeverkehr- und Hafenwirtschaft_Λ Deutfracht/Seereederei Rostock, Auszug aus Lloyd's List vom 14. 07. 1981, S_e 11, Zosen, November 1981, S* 18), die anderen Kühlwasserkreisläufe nach dem oben charakterisierten Verfahren arbeiten. <

In Flüssigkeitskühlvorrichtungen mit nur einem Flüssigkeitskreislauf , insbesondere für Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren, sind Lösungen bekannt, welche den Kühlflüssigkeitsumlauf mittels eines Steuergerätes durch den Antrieb der Pumpe und/Oder die Verstellung des Absperrorgans verstellen (BRD - OS - 3024209). Ansprüche dieser Lösung beziehen sich nicht auf Kühlwassersysteme mit mindestens zwei Kreisläufen und auf eine Verstellung des Pumpenantriebes und/oder des Absperrorgans in Abhängigkeit von mehr als nur der Motortemperatur als Istwert der Steuerung. Genannte Lösung ist weiterhin dadurch charakterisiert, daß nur ein Sollwert dem Steuergerät eingegeben wird, mit dem der genannte Istwert verglichen wird.

Aus der genannten Charakteristik folgt, daß die charakterisierte bekannte technische Lösung (BRD - OS - 3024209) die Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht zu erfüllen vermag

Der Hauptmangel der bekannten technischen Lösungen für Kühlwassersysteme mit mindestens zwei Kreisläufen besteht

in dem Sachverhalt, daß in mindestens einem der mindestens zwei Kreisläufe infolge der dortigen NichtVariabilität der Pumpendrehzahl eine nahezu konstante Pumpenantriebsleistung erforderlich ist. Als weiterer Mangel der genannten Nichtvariabilität der Pumpendrehzahl ist das daraus folgende Fehlen eines Freiheitsgrades bezüglich der Steuerung anzusehen. Vifeiterhin muß die ausschließliche Vorgabe von lediglich auf den Verbrennungsmotor bezogenen Soll- und Istwerten der Steuerung als Mangel angesehen werden, da dadurch kühlsystem- und umweltseitige Belange ungenügende Berücksichtigung finden.

d/ Ziel der Erfindung;

Das Ziel der Erfindung besteht bei der Vermeidung der in c/ genannten Mangel der bekannten technischen Lösungen und der Einhaltung der bisher geforderten Sollwerte und weiterer Randbedingungen in der Realisierung der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine durch Verstellung der Pumpendrehzahlen bzw. der Pumpendrehzahlen und der Absperrorgane in allen der mindestens zwei medienmäßig getrennten und mittels Wärmeübertrager gekoppelten Kühlwasserkreisläufe mittels eines Steuergerätes.

Die nützlichen Effekte der Erfindung bestehen in

- der Verminderung der erforderlichen Antriebsleistung für die Kühlwasserpumpen und die daraus resultierenden En©rgieeinsparungen,

- der Schaffung weiterer Freiheitsgrade für eine Steuerung des Gesamtsystems,

- der Berücksichtigung von Verbrennungskraftmaschinen-, kühlsystem- und umweltabhängigen Belangen durch jeweilig entsprechende Vorgabe von zulässigen Grenzwerten für die Steuerung des Gesamtkühlwassersystems zur Einhaltung der vorgeschriebenen Sollwerte,

- der Vermeidung von unerwünschten Zuständen, insbesondere solcher der Pumpenantriebsmotoren wie z. B, thermische überlastung und der Wärmeübertrager wie

ζ. B. Zusetzen der Rohrbündel infolge zu geringer Strömungsgeschwindigkeit,, der Medien, - der umfassenden Überwachung und ggf. Diagnose dee Gesamtsystems ζ. B. durch bisher nicht erfolgte Feststellung von Trendentwicklungen bisher nicht erfaßter Meßwerte,

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' Die durch die Erfindung zu lösende technische Aufga.be besteht ihrem Wesen nach darin, daß in allen (mindestens zwei) Kühlwasserkreisläufen die Pumpendrehzahlen und die Absperrorgane in ihrer Gesamtheit durch eine Steuereinrichtung so zu verändern sind, daß die genannten nützlichen Effekte bei der Einhaltung der geforderten und vorgegebenen Sollwerte bezüglich der Verbrennungskraftmaschinen und der vorgegebenen und/oder festzustellenden Randbedingungen bei Einhaltung von Grenzwerten, wie z» B, minimale Strömungsgeschwindigkeiten oder Drehzahlen, realisiert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß gegenüber bekannten technischen Lösungen

- alle Pumpen der mindestens zwei Kühlflüssigkeitskreisläufe drehzahlvariabel sind und vorzugsweise durch leistungselektronisch drehzahlgestellte Elektromotoren angetrieben werden;

- die Sollwerte für alle Pumpendrehzahlen und alle Stellungen der Absperrorgane durch eine Steuer-

^J einrichtung, vorzugsweise ein- oder mehrere Mikro

rechner, aus dem Verbrennungskraftmaschinen-, Kühlsystem- und Umweltzustand sowie aus vorgegebenen Sollwerten und zulässigen Grenzwerten bestimmt werden;

- die der Steuereinrichtung vorgegebenen Sollwerte sowie die vorzugebenden und/oder mittels der Steuereinrichtung zu bestimmenden Grenzwerte im besonderen „

. die Austrittstemperatur der Kühlflüssigkeit der Verbrennungskraftmaschine sowie die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austritt,

. den Kühlflüssigkeitsdruck und -volumenstrom der Verbrennungskraftmaschine sowie der anderen Kühlmittelkreisläufe, ,

. die Strömungsgeschwindigkeit der Medien durch insbesondere die Wärmeübertrager der einzelnen Kreisläufe,

. die Temperatur, besonders die Wicklungstemperatur, der Elektromotoren der Pumpen

betreffen; - der Istzustand bestimmt wird durch eine geeignete Messung und Eingabe in die Steuereinrichtung von

• Temperaturen, Drücken und Volumenströmen in den einzelnen Kreisläufen

. Pumpendrehzahlen

. Leistungsaufnahme und/oder -abgabe der einzelnen Pumpen und/oder deren Antriebsmotoren

• Verschmutzungsgrad des Seewassers

• Elektromotorentemperaturen, besonders Wicklungstemperaturen, und Umgebungstemperaturen der Elektromotoren.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß nicht in jedem Fall besonders alle den Istzustand charakterisierenden Größen gemessen Werden müssen· Der für die Verstellung der Pumpendrehzahlen sowie der Stellungen der Absperrorgane zu beachtende Istzustand kann auch durch eine geeignete Auswertung von nur eini-? gen der genannten Größen mittels der Steuereinrichtung bestimmt werden.

- Liegen Verbrennungskraftmaschinen- und umweltseitig^ die der Auslegung zugrunde gelegten Verhältnisse vor, dann arbeiten die Pumpen bei Nenndrehzahl und die Bypässe sind infolge der Absperrorganstellungen wirkungslose

- Wird infolge geringerer Leistung der Verbrennungskraftmaschine und/oder veränderter Umweltbedingungon der Auslegungszustand nicht erreicht„ werden zur Anpassung des Kühlsystems an den neuen Zustand vorrangig die Pumpendrehzahlen und bei Ausschöpfung deren zulässigen Stellbereiche auch die Stellungen der Absperrorgane in ihrer Gesamtheit so verändert, daß die nützlichen Effekte unter Beachtung aer zulässigen Grenzen erreicht werden«

- Die Bestimmung der neu einzustellenden Pumpendrehzahlen und Stallungen der Absperrorgane erfolgt aus den vorgegebenen Sollwerten und zulässigen Grenzwerten sowie den gemessenen und/oder bestimmten Istwerten mittels der Steuereinrichtung,,

Als Ausführungsbeispiel wird das aus Frisch- und Seewasserkreislauf bestehende Kühlwassersystem eines oder mehrerer Schiffsdieselmotoren betrachtet.

Die Frischkühlwasserpumpe 1, welche durch einen drehzahlstellbaren Elektromotor mit Stelleinrichtung 2 angetrieben wird,, fördert das Frischwasser durch einen Wärmeübertrager 3, welcher mit einem mittels Stelleinrichtung 7 veränderbaren Absperrorgan 4 über eine Bypassleitung 5 gänzlich oder teilweise umgangen werden kann. Von dort wird das Kühlwasser dem oder den Dieselmotoren 6 zugeführt« Die Seekühlwasserpumpe 8, welche durch einen drehzahlstellbaren Elektromotor mit Stell-

einrichtung 9 angetrieben wird, fördert das Seewasser aus einem Mischkasten oder einem Seekasten 10 zum Wärmeübertrager 3 und ggf. zu weiteren Einrichtungen 11 und 12. (Der Wärmeübertrager 3 nach Figur 1 kann auch aus einer Hintereinanderschaltung mehrerer einzelner Wärmeübertrager bestehen.) Charakteristisch ist, daß die Einrichtungen 11 und der Wärmeübertrager 3 seewasseraustrittsseitig verbunden sind und zu einem gemeinsamen Ausgußventil 13 führen. Vor dem Ausgußventil 13 führt eine Bypassleitung 14 zu dem Misch- bzw. Seekasten 10, welche mit einem durch eine Stelleinrichtung 16 betätigten Absperrorgan 15 beeinflußt werden kann.

Die Einrichtungen 12 besitzen seewasserseitig ein oder mehrere getrennte Ausgußventile 17. Die Steuereinrichtung 18 (vorzugsweise bestehend aus einem oder mehreren Mikrorechnern), welche mit Meßfühlern ,(in Figur 1 nicht gezeichnet) zur Feststellung der erforderlichen Istwerte vorzugsweise mit elektrischen Signalleitungen (in Figur 1 nicht gezeichnet) verbunden ist, gibt den Drehzahlstelleinrichtungen der Elektromotoren 2 und 9 und den Stelleinrichtungen 7 und 16 der Absperrorgane 4 und 15 sowie ggf. auch den Stelleinrichtungen 21 und 22 der Absperrorgane 19 und 20 der Einrichtungen 11 und 12 die Stellsignale durch die Signalleitungen vor.

Claims

Flüssigkeitskühlvorrichtung mit mehreren Kreisläufen, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise für Schiffsdieselmotoren j dadurch gekennzeichnet, daß in allen der mindestens zwei medienmäßig getrennten und durch Wärmeübertrager gekoppelten Kühlkreisläufen die Drehzahlen der Pumpen und die Stellungen der Absperrorgane in ihrer Gesamtheit (einschließlich alle Teilsysteme) mittels einer Steuereinrichtung (vorzugsweise ein oder mehrere Mikrorechner oder Bordcomputer) so verändert werden, daß die Sollwerte der Drehzahlveränderungen der Pumpen und der Veränderungen der Stellungen der Absperrorgane in Abhängigkeit des Verbrennungskraftmaschinen--, des Kühlsystem-(einschließlich der Antriebsraotoren der Pumpen) und des Umweltzustandes zur Einhaltung vorgegebener Sollwerte , insbesondere bezüglich der Verbrennungskraftmaschine« und zulässiger Grenzwerte, insbesondere bezüglich der Verbrennungskraftmaschine und des Kühlsystems (einschließlich der Antriebsmotoren der Pumpen), bestimmt werden« ^

Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet» daß nicht in jedem Fall alle den Istzustand des Gesamtsystems charakterisierenden Größen durch entsprechende Meßeinrichtungen gemessen werden, wenn bestimmte der Istwerte mittels der Steuereinrichtungen aus gemessenen Istwerten bestimmbar sind.

3. Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Sollwerte für alle Pumpendrehzahlen und alle Stellungen der Absperrorgane bestimmt und unterlagerten Reglern der jeweiligen Stelleinrichtungen vorgibt und/oder die Stellsignale für die jeweiligen Stelleinrichtungen selbst bildet.
4. Flüssigkeitskühlvorrichtung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Bestimmung von Trendentwicklungen gemessener und/oder mittels der Steuereinrichtung aus Meßwerten bestimmter Werte genutzt wird.

Hlewu 1 Seite Zeichnung·* '