Устройство для регулирования температурного режима судовых дизелей

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к системам охлаждения судовых дизелей. Заявляемое устройство решает задачу создания системы охлаждения с открытым и закрытым внутренними контурами, которые в зависимости от нагрузки и условий эксплуатации переключаются из одного состояния в другое, что позволяют номинальные температурные режимы на всех режимах работы дизеля.

Для решения этой задачи разработано устройство, основными элементами которого являются переключатель режимов и внутренне контуры системы охлаждения с расширительными бачками открытого и закрытого типов.

Переключатель содержит патрубок для приема охлаждающей воды из внутреннего контура и патрубки отвода охлаждающей воды на расширительные бачки открытого и закрытого типов. В переключателе содержится регулирующий клапан, который в зависимости от условий эксплуатации судна перекрывает, например патрубок отвода охлаждающей воды в расширительный бачок открытого типа, а патрубок отвода охлаждающей воды в расширительный бачок закрытого типа открывается. Кроме того, в переключателе предусмотрены твердый наполнитель и электронагревательный элемент, который подключен к блоку управления, а выход связан через шток с регулирующим клапаном.

При включении электронагревательного элемента теплота передается твердому наполнителю, который, расширяясь, приводит в действие шток с регулирующим клапаном и происходит включение и выключение расширительных бачков. В случае выключения электронагревательного элемента твердый наполнитель приходит в исходное положение.

Устройство обладает быстродействием, имеет простую компактную конструкцию, имеет небольшую стоимость и может быть использовано рейдовьми и портовыми судами. Поддержание оптимального температурного режима системы охлаждения на всех режимах работы позволит повысить технико-экономические показатели судового дизеля.

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания судов рейдового, портового плавания, а также в дизелях промысловых судов и т.п.

Работа большей части вышеназванных судов в условиях эксплуатации характеризуется частыми и резкими сменами режимов, поэтому регулирование температурного режима имеет актуальное значение.

Известна система охлаждения ДВС [1]. Система охлаждения состоит из внутреннего контура циркуляции и внешнего контура. Внутренний контур системы охлаждения содержит рубашку охлаждения, циркуляционный насос, исполнительный механизм, расширительный бачок. Предлагаемый внутренний контур системы охлаждения является системой открытого типа, поэтому температура охлаждающей воды в нем не может превышать 95°С, т.к. как показывают исследования, при температуре охлаждающей воды выше 95°С наблюдается пристенное кипение и возникает опасность появления пленочного кипения в зарубашечном пространстве, что не допустимо в ДВС.

Наиболее близким техническим решением является система охлаждения транспортного двигателя внутреннего сгорания [2]. Система охлаждения состоит из внутреннего контура открытого и закрытого типов. Внутренний контур открытого типа связан с внутренним контуром с помощью трехходового крана, который приводится в 1 действие электрическим исполнительным механизмом, выполненным в виде электродвигателя с редуктором. Данная система имеет следующие недостатки.

Электрический исполнительный механизм имеет большие размеры, что отрицательно влияет на общие размеры судовой дизельной установки. Кроме того, электрический исполнительный механизм обладает дороговизной, что приводит к удорожанию дизеля.

Заявляемое устройство решает задачу создания системы охлаждения с открытым и закрытым внутренними контурами, которые в зависимости от нагрузки переключаются из одного состояния в другое.

Техническим результатом при этом является создание простой, компактной, дешевой конструкции переключателя температурных режимов системы охлаждения.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для регулирования температуры охлаждающей воды, содержащем открытый внутренний контур, включающий в себя расширительный бачок открытого типа и закрытый внутренний контур, включающий в себя расширительный бачок закрытого типа; датчики температуры и нагрузки; регулирующий клапан; блок сравнения; блок управления дополнительно содержит переключатель расширительных бачков, вход которого подключен к внутреннему контуру системы охлаждения, а выход связан с расширительными бачками. Кроме того, переключатель содержит электронагревательный элемент, установленный вне охлаждающей среды, вход которого подключен к блоку управления, выход через твердый наполнитель, шток связан с регулирующим клапаном.

На приведенном чертеже (фиг.1) представлено устройство для регулирования температурного режима судового дизеля. Устройство содержит корпус переключателя 1; патрубки переключателя: 2 - для приема охлаждающей воды из внутреннего контура, 3 - для связи с расширительным бачком 22 открытого типа, 4 - для связи с расширительным бачком 23 закрытого типа; канал внутреннего контура системы охлаждения 5; каналы подвода охлаждающей воды 6, 7 к расширительным бачкам 22, 23; шток 8; регулирующий клапан 9; седла клапана 10, 11; резиновую втулку 12; твердый наполнитель 13; стакан 14; теплоизоляционный цилиндр 15; теплообменник 16; электронагревательный элемент 17; уплотнительные кольца 18, 19; пружину 20; крепежные винты 21; расширительный бачок открытого типа 22, расширительный бачок закрытого типа 23; дизель 24; блок сравнения 25; блок управления 26; задатчик 27; датчики температуры 28 и нагрузки 29; блок питания 30; замыкающий контакт 31; каналы подачи электроэнергии 32, 33, каналы подачи сигналов 34, 35, 36; каналы внутреннего контура системы охлаждения 37, 38, 39, 40.

Основными деталями для открытия и закрытия клапана 9 являются твердый наполнитель 13 и электронагревательный элемент 17 и пружина 20.

В настоящее время в термостатах систем охлаждения широко используются чувствительные элементы с твердым наполнителем, которые обладают следующими преимуществами [4, стр.201]:

- развивают значительные перестановочные силы - 100 кгс и более;

- имеют большие перемещения на единицу массы наполнителя - ход штока достигает 20 мм и более при 1-8 г. наполнителя;

- нечувствительны к влиянию внешнего давления на характеристику датчика;

- имеют повышенную устойчивость;

- имеют повышенную устойчивость к механическим повреждениям, вибрациям, тряске и коррозии;

- обладают простой конструкцией, имеют малые габариты, массу и стоимость. Применение в нашем устройстве твердого наполнителя позволит получить компактный переключатель, имеющего простую конструкцию и небольшую стоимость.

Кроме того, для привода в действие 2-3 г. наполнителя требуется небольшая мощность, поэтому в конструкции переключателя для привода твердого наполнителя используется электронагревательный элемент 17, и он устанавливается вне водной среды. Такая конструкция позволяет удобство монтажа и эксплуатации электронагревательного элемента 17 и возможность автоматического регулирования предложенного устройства [3, 5 (стр.301)].

Устройство для регулирования температурного режима судовых дизелей работает следующим образом. При этом в зависимости от условий эксплуатации могут быть применены два режима работы.

1. Судно работает постоянно на номинальных нагрузках и температурный режим охлаждающей воды должен быть постоянным.

В этом случае замыкающий контакт 31 выключен, клапан 9 под действием пружины 20 находится, в закрытом положении, т.е. прижат к седлу 10, вследствие чего патрубок 4 закрыт, в расширительный бачок 23 закрытого типа охлаждающая вода не проходит. Тогда патрубок 3 открыт и охлаждающая вода системы охлаждения из дизеля 24 по каналам 37, 38 проходит патрубки 2, 3 переключателя и по каналу 6 поступает в расширительный бачок 22 открытого типа и внутренний контур системы охлаждения становится открытым. Другая часть потока охлаждающей воды по каналу 39 идет к терморегулятору и теплообменнику (на фиг.1 эти позиции не показаны) и по каналу 40 возвращается в дизель 24. При этом давление в системе охлаждения становится ниже атмосферного, а температура охлаждающей воды поддерживается согласно заданному значению, например 80-85°С.

2. Судно постоянно работает на режимах холостого хода и частичных нагрузок. В этом случае температурный режим в системе охлаждения должен быть высоким, например 95-100°С. При этом сигналы от датчиков температуры 28, нагрузки 29 и задатчика 27 поступают в блок сравнения 25, где формируется сигнал рассогласования, который поступает в блок управления 26. Блок управления 26 формирует сигнал управления, который поступает в электронагревательный элемент 17. От электронагревательного элемента 77 получает теплоту теплообменник 16 и в результате теплообмена передает теплоту через стакан 14 твердому наполнителю 13. В результате теплообмена твердый наполнитель расширяется и приводит в действие шток 8 с клапаном 9. Клапан 9 открывает патрубок 4, закрывает патрубок 3, в результате чего через патрубки 5, корпус 1, патрубок 4, канал 7 система охлаждения подключается к расширительному бачку 23 закрытого типа, при этом внутренний контур системы охлаждения становится закрытым. При этом во внутреннем контуре повышается давление и температура охлаждающей воды, например до 95-100°С.

Перед остановкой дизеля замыкающий контакт 31 выключают и электропитание обесточивается. Система охлаждения переходит в режим работы 1, на малых нагрузках работы дизеля падает до низкого уровня, например до 60-65°С и дизель останавливают.

Таким образом, устройство для регулирования температурного режима судовых дизелей на судах рейдового и портового плавания и т.п. позволяет поддерживать номинальный температурный режим системы охлаждения и соответственно эксплуатировать при оптимальном тепловом состоянии на всех режимах работы дизеля, что повышает технико-экономические показатели его работы.

Источники информации

1. Патент 2085753. Россия, F01Р 3/20. Система охлаждения ДВС / В.Н.Тимофеев, В.Л.Лаврентьев. Опубл в БИ 21 27.07.97.

2. Патент 56967. Россия, МПК F01Р 7/16. Система охлаждения транспортного двигателя внутреннего сгорания / В.Н.Тимофеев, Д.В.Тимофеев. Опубл. в БИ 27 27.09.2006.

3. Патент 2270923. Россия, МПК F01P 7/16. Электрический термостат /В.Н.Тимофеев, Н.П.Кузин, А.Н.Краснов. Опубл.27.02.2006.

4. Петриченко P.M. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания. Л., «Машиностроение», 1975. 224 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн.2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов / В.Н.Луканин, И.В.Алексеев, М.Г.Шатров и др. - М.:Высш. шк., 2005. - 400 с.: ил.

1. Устройство для регулирования температурного режима судовых дизелей, содержащее открытый внутренний контур, включающий расширительный бачок открытого типа и закрытый внутренний контур, включающий расширительный бачок закрытого типа; датчики температуры и нагрузки; регулирующий клапан; блок сравнения; блок управления дополнительно содержит переключатель расширительных бачков, вход которого подключен к внутреннему контуру системы охлаждения, а выход связан с расширительными бачками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переключатель содержит электронагревательный элемент, установленный вне охлаждающей среды, вход которого подключен к блоку управления, выход через твердый наполнитель, шток связан с регулирующим клапаном.