柴油机机旁电控模块化冷却系统

摘要

本发明公开一种柴油机机旁电控模块化冷却系统，包括控制单元和至少一个冷却回路，每个冷却回路包括一淡水回路，该淡水回路包括：淡水箱、加热装置、温控仪，还包括设于水箱出口管路上的调温装置、水泵装置和调压阀，淡水箱内设有水箱温度传感器，反馈给温控仪来控制水箱的温度，调压阀出口设有温度和压力传感器，反馈给控制单元，控制单元并与柴油机、温控仪、水泵装置、以及调温阀和调压阀连接，用于接收柴油机的运行参数和传感器的检测结果，据此控制温控仪、水泵装置以及调温阀和调压阀的运行。本发明的冷却系统实现了柴油机在全工况范围内运转时各分支支路和关键点所需冷却水的温度、流量和压力的最优化配置。

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机冷却系统，尤其涉及一种能自动优化各分支支路的冷却水流量、温度和压力的柴油机机旁电控模块化冷却系统。

背景技术

目前，现有的大部分大功率柴油机的冷却系统均为机带式，海水泵、淡水泵、调温阀以及大量冷却水管路等均安装在机器上，海水泵和淡水泵等由曲轴驱动。这样的形式，一方面增加了柴油机结构的复杂性和零部件在机器上的布置难度；另一方面，每台柴油机均需要配备并驱动上述海、淡水泵等附件，消耗了柴油机的输出功，降低了有效机械效率。同时，这些大功率柴油机的冷却系统设计主要以经验设计和参照设计为主，其性能参数以及主要附件的设计选型往往仅考虑满足标定工况点的要求，冷却水温度、压力控制方法比较落后，温度、压力控制精度较差，缺乏对整个运行工况范围冷却水系统循环量以及各关键点的冷却水流量、压力、温度的精确控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种柴油机机旁电控模块化冷却系统，能自动优化各分支支路的冷却水流量、温度和压力。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种柴油机机旁电控模块化冷却系统，用于冷却柴油机的本体、空冷器和滑油冷却器，其特点是，所述模块化冷却系统的各部件集成为一个模块，独立布置于柴油机旁，所述模块化冷却系统包括控制单元和至少一个冷却回路，每个冷却回路包括一淡水回路，该淡水回路包括：淡水箱，用于补偿回路中的冷却水以及回路中的放气；加热装置，用于加热水箱中的水；温控仪，控制加热装置的加热温度；设于水箱出口管路上的调温装置、水泵装置和调压阀，调温装置包括一调温阀和一淡水冷却器，所述调温阀具有一进水端、一连接淡水冷却器入口的冷却端和一连接淡水冷却器出口的旁通端；水泵装置设在水箱与调温阀的进水端之间或者设在淡水冷却器的出口；调压阀设在调温装置和水泵装置之后，其出口连接到柴油机对应的冷却部位；多个传感器，包括设于水箱出口的水箱温度传感器、设于调压阀出口的出口压力传感器和出口温度传感器；所述水箱温度传感器与所述温控仪连接；所述控制单元与柴油机、温控仪、水泵装置、多个传感器、以及调温阀和调压阀连接，用于接收柴油机的运行参数和传感器的检测结果，据此控制温控仪、水泵装置以及调温阀和调压阀的运行。

所述的柴油机机旁电控模块化冷却系统，可以只包括一个冷却回路，用于冷却柴油机的本体、空冷器和滑油冷却器。

所述的柴油机机旁电控模块化冷却系统，较佳地包括两个冷却回路，其中一个用于冷却空冷器的低温部分和滑油冷却器，另一个用于冷却柴油机的本体和空冷器的高温部分。

所述加热装置可包括一加热器和一加热器控制柜，所述加热器设于所述水箱中，所述加热器控制柜输入端与所述温控仪连接，输出端与加热器连接。

所述水泵装置可包括一水泵、一用于驱动水泵的水泵电机和一控制水泵电机转速的变频器；变频器与所述控制单元连接，以接收控制单元的转速控制信号。

所述控制单元包括一计算机和一可编程逻辑控制器，所述可编程控制器与所述计算机连接，并连接到柴油机、温控仪、水泵装置、多个传感器、以及调温阀和调压阀，用于接收柴油机的运行参数和传感器的检测结果，据此控制温控仪、水泵装置以及调温阀和调压阀的运行。所述柴油机的运行参数包括转速、负载和排气温度。根据上述参数，结合预先获得的控制曲线，控制单元可控制温控仪、水泵装置的变频器、以及调温阀和调压阀的运行，从而以合适的温度、压力对柴油机提供冷却水。

上述每个冷却回路还包括一海水回路，所述海水回路包括：水泵，与所述冷却回路中的淡水冷却器连接，输入冷却介质对经过淡水冷却器中的水进行冷却；旁通阀，与水泵的出口连接，被所述控制单元控制以调节进入淡水冷却器的冷却介质量。

本发明柴油机机旁电控模块化冷却系统相比现有技术的优点是：

1.本系统实现了柴油机在全工况范围内运转时各分支支路和关键点所需冷却水的温度、流量和压力的最优化配置，使柴油机能在最佳的冷却状态下可靠工作；

2.模块化的形式使得系统结构紧凑，布置简单，安装方便；

3.通用性好，针对不同的柴油机，只需更换系统中主要附件的结构、调整各性能参数即可满足不同柴油机的需求，降低了生产、维护成本；

4.可将本系统运用于对多台柴油机的冷却水的集中处理、供应和参数优化，减少零部件、提高柴油机机械效率；

5.结合本发明专利，配备必要的测点，可组成一套柴油机冷却系统的研究装置，可对柴油机冷却系统各关键点进行精确测量，积累系统试验数据，另外，本发明专利稍加改变也可对系统中主要附件如泵、淡水冷却器的特征参数和性能进行试验研究。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的特征和优点，其中：

图1是本发明柴油机机旁电控模块化冷却系统一个实施例的原理示意图；

图2是本发明柴油机机旁电控模块化冷却系统的另一个实施例的原理示意图；

图3是本发明柴油机机旁电控模块化冷却系统的一个实施例的控制单元结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明柴油机机旁电控模块化冷却系统一个实施例的原理示意图。请参阅图1所示，本实施例中的柴油机模块化冷却系统，包含控制单元20和冷却回路10，该冷却回路10分为淡水回路和海水回路，其中淡水回路包括淡水箱11、加热装置12、温控仪13、调温装置14、水泵装置15、调压阀16等，这些模块部件集成为一个模块，独立布置于柴油机旁。

淡水箱11用于储存冷却用淡水(或其他冷却介质)，以及补偿回路中的冷却水以及回路中的放气。加热装置12由一加热器121和一加热器控制柜122构成，其中加热器121设于淡水箱11中，加热器控制柜122与加热器121连接。温控仪13输出温度调节信号至加热器控制柜122，控制加热装置12的加热温度。同时在淡水箱11出口设有一水箱温度传感器110，用于检测水箱内水温并反馈给温控仪13，形成温度的闭式循环控制，温控仪13由控制单元20提供初始的模拟量设定值AO1。在做冷却系统零部件试验时，由于柴油机不工作，因此冷却水需要由淡水箱11内的加热器121进行加热，柴油机正常工作时，淡水箱11被短路，不参加水循环。

调温装置14、水泵装置15、调压阀16设在淡水箱11出口的管路上，其中水泵装置15用于从淡水箱11中泵水，调温装置14用于调节经过该装置的冷却水温，调压阀16则用于调节经过该阀的水压。水泵装置15一般可设于淡水箱11出口与调温装置14入口之间，但也可设在调温装置14出口，例如本

实施例中那样。

调温装置14包括一调温阀141和一淡水冷却器142，调温阀141是一个三通阀，具有一连接淡水箱的进水端a，一连接淡水冷却器142入口的冷却端b和一连接淡水冷却器142出口的旁通端c，调温阀141被控制单元20控制来调节流向淡水冷却器142的入口和直接流向其出口的水量比例，通过设定一个温度调节范围可以保证一部分淡水通过调温阀141后流进淡水冷却器142进行冷却，另一部分不通过淡水冷却器142直接旁通到淡水冷却器出口，这样就可以控制进入柴油机的冷却水温度。

水泵装置15包括一连接在淡水冷却器142的出口的水泵151、一用于驱动水泵的水泵电机152和一控制水泵电机152转速的变频器153，水泵电机152的转速可反馈给变频器153，形成转速的闭式循环控制，变频器153由控制单元20提供初始的模拟量设定值AO2。

调压阀16的入口与水泵151的出口连接，调压阀16的出口即是整个冷却回路的出口，连接到柴油机对应的冷却部位，例如柴油机本体101、空冷器103、滑油冷却器等。此外，在调压阀16的出口，即整个冷却回路的出口，设有出口温度传感器161和出口压力传感器162，检测出口的温度和压力，作为控制调温阀141和调压阀16的依据。

控制单元20与温控仪13、水泵装置15、以及调温阀141和调压阀16连接，用于控制这些设备的运行。控制单元20主要根据柴油机运行状态参数和冷却回路出口的温度、压力来控制前述设备的运行。为此，控制单元20与柴油机连接，用于接收柴油机的运行参数，这些运行参数可包括转速、负载和排气温度，但并不限于此。并且，控制单元20还与出口温度传感器161和出口压力传感器162连接，以获取这些传感器的检测结果。根据上述参数，结合预先获得的控制曲线，控制单元20可控制温控仪13、水泵装置15的变频器153、以及调温阀141和调压阀16的运行。其中对调温阀141和调压阀16控制过程采用PID算法，举例来说，控制单元20接收出口温度传感器161的温度反馈，输出PID控制量PID1调整调温阀141的开度，以调整进入柴油机的水温，形成PID闭环控制；同理，控制单元20根据出口压力传感器162的压力反馈来输出PID控制量PID2控制压力阀。

如图3所示，控制单元20可由一计算机(PC)201和一可编程逻辑控制器(PLC)202构成，PC 201可作为控制台和人机交互界面，PLC 202与PC 201连接，并连接到柴油机、温控仪13、水泵装置15、传感器161、162、以及调温阀141和调压阀16，它是检测和控制的执行单元。

在本实施例中，海水回路18包括：水泵181，用于对冷却回路的淡水冷却器142输入海水(或其他冷却介质)，以对经过淡水冷却器142中的淡水进行冷却；旁通阀182，与水泵181的出口连接，并电连接到控制单元20的PLC202，被PLC 202输出的PID控制量PID3控制以调节进入淡水冷却器42的海水量，PLC 202控制的依据是出口温度传感器161所检测到温度。这样，淡水温度的控制可以有两种方式：一个是通过调温阀141调节进入淡水冷却器142的淡水量和旁通的量来控制，另一个是通过调节进入淡水冷却器142的海水量来控制。

图2示出本发明柴油机模块化冷却系统的另一个实施例的原理示意图。请参阅图2所示，该冷却系统与图1所示的冷却系统原理一致，不同之处在于它包括两个冷却回路，其中一个是高温冷却回路10a，用于冷却柴油机的本体101和空冷器的高温部分103a，另一个是低温冷却回路10b，用于冷却滑油冷却器102和空冷器的高温部分103b。从图2可以看出，高温冷却回路10a与图1所示实施例中的冷却回路10的结构一致，低温冷却回路10b和冷却回路10的结构也基本一致，差别仅在于将水泵装置设在水箱11的出口，因此这两个回路不再详细描述。如图2所示，高温冷却回路10a接收控制单元20的2个模拟量设定值AO1、AO2和3个PID控制量PID1、PID3和PID5；低温冷却回路10b接收控制单元20的2个模拟量设定值AO3、AO4和3个PID控制量PID2、PID4和PID6。同样，在本实施例中，控制单元20需要连接各温度、压力传感器和柴油机，以获得控制需要的参数。

在本发明的应用于船舶柴油机的一个实施例中，淡水回路中一般流通的冷却介质为淡水，海水回路中一般流通的冷却介质为海水，然而在其他应用的实施例中，海水回路中流通的冷却介质也可以为淡水(或其他冷却介质)。

以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。