УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ

Полезная модель относится к дизелестроению, в частности к системам охлаждения судовых дизелей и может быть использована на дизельных установках судов речного и морского транспорта, эксплуатируемых как в северных, так и южных районах, для регулирования температуры охлаждающей жидкости на всех режимах работы дизеля.
Известна система охлаждения ДВС, обеспечивающая стабилизацию температуры охлаждающей жидкости во всем диапазоне режимов работы дизеля (Пат. РФ №2085753, МКИ F01Ρ 3/20, опубл. 27.07.97). Система содержит внутренний и внешний контуры, датчик температуры, блок управления и теплообменник. В теплообменнике расположен электротермоохладитель, который в зависимости от температуры и нагрузки дизеля может работать в режиме подогрева и охлаждения, за счет чего в системе охлаждения на любом режиме работы дизеля поддерживается требуемая температура. Основным недостатком предлагаемой системы охлаждения является низкий КПД электротермоохладителя.
Из известных аналогов наиболее близким техническим решением является устройство охлаждения по патенту РФ №2165027 МКИ F01Ρ 3/20, опубл. 10.04.2001. Устройство содержит внутренний и внешний контуры, соединенные между собой жидкостно-жидкостным холодильником. Кроме того, к внутреннему контуру через электрический исполнительный механизм (трехходовой кран) подключен дополнительный теплообменник, использующий тепло отработавших газов в утилизационном котле.
При работе дизеля в зависимости от нагрузки, особенно после пуска в холодное время происходит автоматическое регулирование температуры охлаждающей жидкости внутреннего контура.
К основным недостаткам прототипа относится следующее:
- при эксплуатации судового дизеля во время половодья забортная вода имеет повышенную загрязненность и содержит большое количество механических примесей, вследствие этого водяной фильтр внешнего контура засоряется и нарушается нормальная эксплуатация системы охлаждения;
- при эксплуатации судового дизеля в южных районах высокая температура забортной воды не может обеспечивать поддержания заданной температуры устройства охлаждения на номинальных нагрузках, и приходится уменьшать нагрузку, что отрицательно влияет на экономичность работы;
- под влиянием электрохимической коррозии загрязняются и разрушаются теплообменные аппараты. Появление слоя накипи толщиной в 2 мм почти вдвое увеличивает температуру охлаждающей стенки теплообменного аппарата.
Заявляемое устройство позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в обеспечении надежной работы судового дизеля при плавании судна в воде с высоким загрязнением и в районах с повышенной температурой окружающей среды.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: устройство охлаждения судового дизеля, (содержащее, так же как и прототип, внутренний контур циркуляции, подключенный через электрический терморегулятор к жидкостно-жидкостному холодильнику и утилизационному котлу, датчик температуры, блок управления и внешний контур, подключенный к забортной воде), в отличие от прототипа дополнительно содержит абсорбционную бромистолитиевую холодильную машину (АБХМ) и блок переключения режимов и регулирования температуры, при этом вход АБХМ подключен к утилизационному котлу, а выход связан с внешним контуром с возможностью переключения внешнего контура от режима «забортной воды» к режиму «АБХМ».
Сущность технического решения заключается в том, что при плавании судна в воде с высоким загрязнением и в районах с повышенной температурой окружающей среды в устройстве охлаждения судового дизеля процесс теплообмена происходит без забора забортной воды. При этом «забортный» контур замыкается и в процесс теплообмена вступает абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию «новизна».
Сущность заявляемого устройства охлаждения судового дизеля поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена структурная схема устройства.
В состав устройства входит внутренний контур А, внешний контур Б и блок переключения режимов и регулирования температуры В. Контур А включает в себя полости охлаждения 1 судового дизеля, жидкостно-жидкостной холодильник 2, многофункциональный терморегулятор с четырехходовым краном (МТРГ) 3, циркуляционный насос 4, датчик температуры (ДТ) 5, датчик нагрузки (ДН) 6, утилизационный котел (УК) 7, теплообменник 8, циркуляционный насос 9. Контур Б включает кингстон 10, электрический насос 11, электрические терморегуляторы с трехходовыми кранами (ЭТРГ) 12, 13, 14, абсорбционную бромистолитиевую холодильную машину (АБХМ) 15, потребители хладоносителя 16. Блок В включает эксплуатационный пульт управления 17, переключатель режима «забортной воды 18», переключатель режима «АБХМ 19», задатчик 20, блок сравнения 21, блок управления 22. В устройство входят каналы циркуляции охлаждающей жидкости 23-38; каналы циркуляции теплоносителя 39-43, каналы подачи электрических сигналов 44-53.
МТРГ 3 позволяет внутреннему контуру А в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и нагрузки дизеля направить требуемый поток жидкости по каналу 27 на теплообменник 8, по каналу 26 на перепуск и по каналу 24 на жидкостно-жидкостной холодильник (ЖЖХ) 2. МТРГ может быть выполнен по патенту РФ №2253024, МПК F01Ρ 7/14, 3/20, опубл. 15 27.05.2005.
УК 7 служит для утилизации тепловой энергии отработавших газов, которая теплоносителем с температурой 95-100°С и более по каналу 39 доставляется в теплообменник 8, а по каналу 40 поступает в АБХМ 15. В теплообменнике 8 этот теплоноситель в результате теплообмена с охлаждающей жидкостью внутреннего контура повышает ее температуру до заданного значения, а в АБХМ под действием теплоносителя происходит понижение температуры охлаждающей жидкости внешнего контура.
Внешний контур устройства может работать в двух режимах: с использованием забортной воды (режим «забортной воды» и с использованием АБХМ (режим «АБХМ»). Переключение режимов обеспечивают электрические терморегуляторы с трехходовыми кранами (ЭТРГ) 12, 13, 14 по сигналам с блока переключения режимов и регулирования температуры В. ЭТРГ могут быть выполнены по патенту РФ №2031216, МКИ F01Ρ 7/14, опубл. 20.03.95. На блок сравнения 21 блока В сигнал поступает от ДТ 5. Сигнал от ДН 6 по каналу 49 подается на задатчик 20, который устанавливается на заданные температурные режимы в зависимости от требований к тепловому режиму дизеля. С задатчика 20 сигнал, сформированный в соответствии с заданным законом, поступает по каналу 51 на блок сравнения 21, где происходит вычисление регулирующего сигнала, который по каналу 52 поступает в блок управления 22.
е
e
Предлагаемое устройство охлаждения судового дизеля, основываясь на анализе влияния температуры охлаждающей воды на эффективную мощность (Р), удельный расход топлива (b) и степень износа цилиндровых втулок рекомендует такой температурный режим во внутреннем контуре, при котором температура воды на выходе дизеля поддерживается в пределах 80-85° на номинальных нагрузках и 95-100°С на частичных нагрузках С (см. Брук М.А. и др. «Работа дизеля в нестандартных условиях» Л.: Машиностроение, 1981. 208 с). Устройство работает следующим образом.
I. Внешний контур устройства работает в режиме «забортной воды». Для этого на эксплуатационном пульте управления 17 включается переключатель 18, при этом электрическая энергия по каналу 53 подается в блок управления 22, который приводит в действие подачей питания: по каналу 46 - электрический насос 11, по каналам 45, 47, 48 - ЭТРГ 12, 13, 14. При этом закрываются каналы 35, 36, открываются каналы 30, 31, 32, 33, 37, 38.
После запуска дизеля начинают работать все его системы, в том числе УК 7. Теплоноситель, нагретый в УК 7 начинает циркулировать по: каналу 39, теплообменнику 8, каналу 41, насосу 9, каналу 43, УК 7; каналам 39, 40, АБХМ 15, каналам 42, 41. В АБХМ 15 происходит производство холода и хладоноситель циркулирует по каналу 34, ЭТРГ 14, каналу 37, потребителю 16, каналу 38. При этом каналы 35, 36 закрыты и происходит обслуживание холодом только потребителя 16. Циркуляционный насос хладоносителя (на чертеже не показан) может быть расположен как в АБХМ 15, так и в потребителе 16.
В блоке управления 22 формируется сигнал управления. При этом, если:
m
ном
m
ном
1. P≤P, где P - текущее значение нагрузки; Р - номинальное значение нагрузки.
В этом случае, например, если:
о.ж.
о.ж.
- Т≤95°С (Т - температура охлаждающей жидкости) блок управления 22 по каналу 44 подачей электрической энергии приводит в действие электрический МТРГ 3, который закрывает каналы 24, 26, открывает канал 27 и охлаждающая жидкость через канал 23, МТРГ 3, канал 27 поступает в теплообменник 8, где в результате теплообмена с теплоносителем, поступающим по каналу 39 из УК 7 происходит нагрев потока охлаждающей жидкости и по каналам 28, 25, насос 4 поступает в дизель 1. При этом температура охлаждающей жидкости дополнительно контролируется каналами 26, 24, т.е. увеличением или уменьшением подачи потока охлаждающей жидкости на теплообменник 8.
о.ж.
- Т≥100°С. В этом случае МТРГ 3 закрывает каналы 26, 27, открывает каналы 23, 24 и поток охлаждающей жидкости по каналу 24 поступает в ЖЖХ 2, куда одновременно по каналу 31 поступает забортная вода и в результате теплообмена происходит понижение температуры охлаждающей жидкости внутреннего контура и по каналу 25, насос 4 поступает в дизель 1. При этом температура охлаждающей жидкости контролируется МТРГ 3 путем перепуска по каналу 26 и ЭТРГ 12 путем увеличения или уменьшения подачи забортной воды по каналу 31.
m
ном
2. P≥P.
В этом случае, например, если:
о.ж.
- Т≥85°С блок управления 22 приводит в действие МТРГ 3, ЭТРГ 12, при этом закрываются каналы 26,27, 35, полностью открываются каналы 24, 30, 31, 32, 33. В ЖЖХ 2 в результате теплообмена охлаждающей жидкости и забортной воды температура охлаждающей жидкости доводится до заданного значения.
о.ж.
- Т≤80°С МТРГ 3, ЭТРГ 12 уменьшают подачу охлаждающей жидкости внутреннего контура и забортной воды в ЖЖХ 2 по заданному закону, например работой этих механизмов в релейно-импульсном режиме (см. патент РФ №2031216, МКИ F01P 7/14, опубл. 20.03.95).
II. При эксплуатации судна во время половодья, когда забортная вода содержит большое количество механических примесей или при плавании судна в южных районах, когда температура забортной воды становится выше 32°С, внешний контур системы охлаждения переходит на режим «АБХМ». В этом случае включается переключатель 19, при этом по каналу 53 подается сигнал на блок управления 22, который останавливает насос 11, приводит в действие ЭТРГ 12, 13, 14 и происходит закрытие каналов 30, 33 и открытие каналов 35,31, 32, 36, АБХМ 15. Хладоноситель с температурой 4-5°С по каналу 34 проходит ЭТРГ 14, при этом часть теплоносителя по каналу 37 поступает в потребитель 16, а часть хладоносителя проходит канал 35, ЭТРГ 12, канал 31 и ЖЖХ 2, где в результате теплообмена охлаждает охлаждающую жидкость внутреннего контура А и через канал 32, ЭТРГ 13, канал 36 возвращается в АБХМ 15, далее цикл повторяется. Требуемый поток хладоносителя регулируется ЭТРГ 14, который работает в релейно-импульсном режиме и происходит регулирование температуры охлаждающей жидкости внутреннего контура А.
Другая часть хладоносителя после охлаждения потребителя 16 по каналам 38, 36 возвращается в АБХМ и цикл повторяется.
Для перехода работы устройства из режима «АБХМ» на режим «забортной воды» на эксплуатационном пульте управления 17 включается переключатель 18 и внешний контур начинает работать с использованием забортной воды.
Предлагаемая полезная модель разработана специалистами кафедры теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства в различных условиях эксплуатации дизеля и поддержание температурных параметров охлаждающей воды на режимах холостого хода и частичных нагрузок 95-100°С, а на номинальных нагрузках - 80-85°С. Предложенная конструкция обеспечивает надежную работу дизельной установки при плавании судна в северных и в южных районах, а также в половодье.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость»