УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к жидкостной системе охлаждения, которая может быть использована различными вспомогательными судами, такими как буксиры, нефтеперекачивающие, снабженческие (бункеровщики, раздатчики, суда-водолеи, суда для приема загрязненной воды, мусора) и т.д., где не предусмотрена круглосуточная вахта.
Так как пуск судового двигателя в условиях эксплуатации, особенно в холодное время года должен происходить при температуре не ниже +15-20°С, то соответственно необходим подогрев двигателя при низких температурах. Для этой цели могут применяться различные установки, например, дополнительные котлы и водоводяные холодильники. Для подогрева аккумулятора целесообразно использовать накопленное ранее отводимое тепло самого дизеля. Это позволяет отказаться от дополнительного расхода горючего и сократить время выхода в плавание вспомогательных судов.
Известен патент 2353795, F24H 7/04, F02N 17/06. Тепловой аккумулятор / А.А. Гусев. (Россия). Опубл. в БИ 29.04.2009 [1].
Тепловой аккумулятор содержит теплоизолированную емкость, теплоизоляцию, подводящие и отводящие патрубки, связывающие с системой охлаждения, обратные поплавковые теплоизолированные клапаны, электромагнит. Тепловой аккумулятор подключен в систему охлаждения двигателя. При остановке двигателя емкость герметично закрывается и сохранится жидкость в горячем виде в течение определенного времени. Перед запуском двигателя через шток посредством электромагнита или троса водитель принудительно открывает обратные принудительные клапаны и жидкость, находящаяся в емкости начинает поступать в двигатель, и происходит прогрев блока цилиндров. Тепловой аккумулятор имеет простую конструкцию и незначительные затраты на его изготовление. Основным недостатком теплового аккумулятора является то, что теплоизолированные клапаны не могут обеспечивать герметичное закрытие входного и выходного отверстий теплоизолированной емкости, в результате чего в теплоизолированной емкости понижается температура охлаждающей жидкости, что приводит к затруднению запуска двигателя. Кроме того, в данном устройстве не предусмотрено автоматическое регулирование температурного режима охлаждающей жидкости системы охлаждения (СО) во время работы двигателя.
Известен также патент №167801. Россия, В60К 11/02, F01P 3/20/ Система автоматического регулирования теплового режима судового двигателя внутреннего сгорания / В.Н. Тимофеев, Н.Ф. Тихонов. Опубл. 10.01.2017. БИ №1 [2].
Полезная модель патента №167801 относится к дизелестроению и может быть использована дизельными установками судов речного и морского флота. Система содержит внутренний, внешний контуры; утилизационный, главный судовой котлы и элементы автоматики. Внутренний контур системы охлаждения подключен к утилизационному и судовому котлам. Перед пуском судового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) осуществляется предпусковой подогрев путем подключения теплоносителя судового котла к внутреннему контуру системы охлаждения (СО). При этом четырехходовые электронные краны (4ХКР), трехходовой электронный кран (ЗХКР), запорная арматура и элементы автоматики позволяют циркулировать теплоносителю главного судового котла по внутреннему контуру, подогревая при этом двигатель до заданного значения. После запуска дизеля во внутреннем контуре системы охлаждения начинает работать утилизационный котел, который с помощью предлагаемой схемы контролирует в зависимости от нагрузки дизеля требуемое тепловое состояние дизеля. При этом блок управления выполняется программируемым, т.е. при работе дизеля на частичных нагрузках, в системе поддерживается высокая температура в пределах 95-98°С, а при номинальных нагрузках в пределах 80-85°С.
Таким образом, система автоматического регулирования теплового режима судового двигателя внутреннего сгорания обеспечивает его предпусковой подогрев и заданные тепловые режимы термически напряженных деталей дизеля при переменных нагрузках в различных условиях эксплуатации дизеля, и обеспечивая поддержание температурных параметров охлаждающей воды системы охлаждения.
Основным недостатком данного устройство является то, что суда вспомогательного флота проектируются обычно без котельных установок. Кроме того, эти суда на ночь остаются без вахтенной службы, поэтому и при наличии дополнительных источников теплоты эти источники теплоты будут находиться в нерабочем состоянии.
Наиболее близким техническим решением является патент №208250, F01P 7/14, Россия. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания / Тимофеев В.Н., Салахов И.Р., Харисова Н.Р., Кутепова Л.М., Каюмова Г.Г., Садыков Т.М, Юнусова А.Р., Тимербулатова И.Р. Опубл. в БИ №34, 10.12.21 [3].
Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит систему охлаждения, состоящая из внутреннего и внешнего контуров, электронный программируемый терморегулятор, электрические датчики температуры и нагрузки, программируемый блок управления, электронный пульт управления с переключателями «Работа» и «Остановка». В условиях эксплуатации на частичных нагрузках температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 95-98°С, а при плановой остановке температура охлаждающей жидкости понижается до 50°С.
Основным недостатком данного патента является то, что двигатель со своей системой охлаждения не имеет теплоизолированной емкости, соответственно по этой причине в осеннее время при температуре окружающей среды ниже 15°С и температуры воды и масла ниже 20°С затрудняется пуск двигателя и требует принятия дополнительных мер.
Заявляемая полезная модель решает задачу создания устройства, обеспечивающего автоматическую предпусковую подготовку судовых двигателей внутреннего сгорания к пуску, последующего их эффективного после пускового прогрева, поддержания автоматического оптимального теплового режима в условиях эксплуатации при изменении нагрузки в разных климатических условиях и автоматической плановой его остановки.
Техническим результатом, достигаемым при этом, является обеспечение автоматического требуемого температурного режима двигателя перед его пуском независимо от температуры атмосферного воздуха, автоматическое поддержание на частичных нагрузках более высокую температуру, чем на номинальных, автоматической заполнение горячей охлаждающей жидкостью теплоизолированную емкость перед плановой остановкой и обеспечение требуемой температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения при плановой остановке двигателя.
Этот технический результат достигается тем, что известное устройство автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания, содержащее внутренний и внешний контуры, циркуляционный насос, датчики температуры и нагрузки, теплообменник, электрический терморегулятор, теплоизолированную емкость, теплоизоляцию, теплоизолированный клапан, электронасос, электромагнит с теплоизолированным клапаном, программируемый блок управления, элементы автоматики, дополнительно содержит пульт управления с четырьмя переключателями: вход первого «Предпусковой подогрев двигателя» подключен к электронасосу, электромагниту с теплоизолированным клапаном и электромагнитному вентилю, выход связан с системой охлаждения двигателя; вход второго «Работа двигателя» подключен к электрическому терморегулятору, выход связан с программируемым блоком управления; вход третьего «Подготовка к плановой остановке двигателя» подключен к электронасосу, электромагниту с теплоизолированным клапаном и электромагнитному вентилю, выход связан с программируемым блоком управления; вход четвертого «Плановая остановка двигателя» подключен к электронасосу, электромагниту с теплоизолированным клапаном и электромагнитному вентилю, выход связан с программируемым блоком управления.
Кроме того, заявляемое устройство на отводном патрубке содержит электромагнитный вентиль, вход которого подключен к теплоизолированной емкости, выход связан с системой охлаждения двигателя.
На фиг. 1 представлена схема автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения судового ДВС, которая содержит судовой ДВС 1; внутренний контур системы охлаждения, включающий в себя: теплообменник 2, циркуляционный насос 3, электрический терморегулятор (ЭТРГ) 4, трехходовой кран 5, датчик нагрузки 6 и датчик температуры 7; теплоизолированную емкость 8; теплоизоляцию 9; каналы охлаждающей жидкости 17, 18, 19, 20, 21, 22; внешний контур, включающий канал подвода охлаждающей жидкости 23 и отвода охлаждающей жидкости 24 (остальные элементы внешнего контура не показаны); элементы теплоизолированной емкости: электрический насос 13, патрубок для подачи жидкости 14, канал отводящий охлаждающей жидкости 16, электромагнит (ЭМГ) 12, шток 11, теплоизолированный клапан 10, электромагнитный вентиль (ЭМГВ) 15: элементы автоматики, включающие в себя: программируемый блок управления 25, блок сравнения 26, задатчик 27, пульт управления 28, переключатели: «Предпусковой подогрев двигателя» 29, «Работа двигателя» 30, «Подготовка к остановке двигателя» 31, «Остановка двигателя» 32; каналы подачи электроэнергии 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40; каналы подачи электрических сигналов 41, 42, 43, 44.
Теплообменник 2 производит теплообмен внутреннего контура с внешним контуром. Электрический терморегулятор 4 выполняется по патенту [4] «Патент №2270923, Россия, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н. Тимофеев, Н.П. Кузин, А.Н. Краснов. Опубл. 27.02.06 в БИ №6» и позволяет циркулировать внутренний контур СО и направлять поток охлаждающей жидкости на перепуск по каналу 19 или по каналу 20 на теплообменник 2. Трехходовой кран 5 распределяет поток охлаждающей жидкости по внутреннему контуру по каналу 18 и по каналу 14 на теплоизолированную емкость 8. Электрический датчик нагрузки 6 контролирует нагрузку двигателя и значение посылает по каналу 41 в задатчик 27, электрический датчик температуры 7 контролирует температуру охлаждающей жидкости во внутреннем контуре СО и посылает свой сигнал по каналу 42 в блок сравнения 26. Теплоизолированная емкость 8 служит для сохранения заданной температуры охлаждающей жидкости при неработающем двигателе. Теплоизолированный клапан 10 соединен с электромагнитом 12 при помощи штока 11 и создает герметическое соединение клапана 10 с теплоизолированной емкостью 8. Электромагнитный вентиль 15 контролирует плотное (открытие) отводящего канала 16. Блок управления 25 программируемый (ПБУ).
Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания (см. фиг. 1) работает следующим образом.
Пусть судно осенью в ночное время стоит у причала без команды, температура атмосферного воздуха составляет 10-12°С. Система охлаждения главного двигателя, используя данное устройство, имеет заполненную горячей водой теплоизолированную емкость 8. Пользователь, то есть вахтенный начальник, для пуска двигателя этого судна включает бортовое питание и нажимает на переключатель 29. Тогда по каналу 37 поступает электроэнергия на ПБУ 25, который подачей электроэнергии по каналу 36 запускает электронасос 13, одновременно подачей электроэнергии по каналу 34 включается электромагнит 12, который открывает клапан 10, а подачей электроэнергии по каналу 35 открывается электромагнитный вентиль 15. При этом начинается циркуляция горячей воды, находящаяся в теплоизолированной емкости 8 по внутреннему контуру СО и происходит прогрев двигателя 1 до заданной температуры и двигатель запускается в теплом состоянии.
После запуска двигателя 1 подачей электроэнергии по каналу 33 включается электрический терморегулятор 4, который закрывает канал 20, открывает канал 19, то есть происходит повышение температуры охлаждающей жидкости СО, например до 98°С, при этом используется патент №2270923. Россия, МПК F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н. Тимофеев, Н.П. Кузин, А.Н. Краснов. Опубл. 27.02.06. Бюл. №6. После запуска двигателя 1 вахтенный начальник нажимает на переключатель 30 «работа двигателя». Тогда ПБР 25 перестает подавать электроэнергию на позиции 13, 22, 15 и происходит прекращение их работы.
Датчики нагрузи 6 и температуры 7 контролируют свои значения подачей своих сигналов на блок сравнения 26, при повышении нагрузки сигнал рассогласования подает сигнал по каналу 43 на ПБР 25, который подает электроэнергию на ЭТРГ 4 и происходит понижение температуры охлаждающей жидкости, например до 85°С.
Для плановой остановки двигателя 1 вахтенный начальник судна нажимает на переключатель 31 «Подготовка к плановой остановке двигателя». При этом электроэнергия по каналу 39 подается на ПБУ 25, который подачей электроэнергии по каналу 33 запускает в работу ЭТРГ 4, закрывается канал 20, происходит повышение температуры во внутреннем контуре СО до 95°С. Одновременно ПБУ 25 подачей электроэнергии по каналу 36 запускает ЭН 13, по каналу 34 ЭМГ 12, по каналу 35 ЭМГВ 15. Происходит заполнение теплоизолированной емкости 8 горячей водой, имеющей температуру 95°С.
После выполнения режима 3, нажимается переключатель 32 «Плановая остановка двигателя». Тогда ПБУ 25 прекращает подачу электроэнергии на ЭН 13, ЭМГ 12, ЭМГВ 13, которые прекращают свою работу, происходит герметическое закрытие теплоизолированной емкости 8. Одновременно ЭТРГ 4 открывает канал 20 на теплообменник 2 и температура охлаждающей жидкости понижается, например, до 50°С.
Таким образом, предлагаемое устройство автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания позволяет поддерживать заданный температурный режим охлаждающей жидкости ДВС в условиях эксплуатации на вспомогательных судах как речного, так морского флота, обеспечивая эффективность их работы.
Источники информации
1. Патент 2353795, F24H 7/04, F02N 17/06. Тепловой аккумулятор / А.А. Гусев. (Россия). Опубл. в БИ 29.04.2009.
2. Патент №167801. Россия, В60К 11/02, F01P 3/20 / Система автоматического регулирования теплового режима судового двигателя внутреннего сгорания / В.Н. Тимофеев, Н.Ф. Тихонов. Опубл. 10.01.2017. БИ №1.
3. Патент 208250, F01P 7/14, РФ. Устройство для регулирования температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения судового двигателя внутреннего сгорания / Тимофеев В.Н., Салахов И.Р., Харисова Н.Р., Кутепова Л.М., Каюмова Г.Г., Садыков Т.М, Юнусова А.Р., Тимербулатова И.Р. Опубл. в БИ №34, 10.12.21.
4. Патент №2270923, Россия, F01P 7/16. Электрический термостат/ В.Н. Тимофеев, Н.П. Кузин, А.Н. Краснов. Опубл. 27.02.06. БИ. №6.