可调节冷却水循环系统的制作方法

本实用新型涉及船舶动力装置配套应用领域，具体地，涉及一种可调节冷却水循环系统，尤其是一种适用于柴油机的可调节温度和压力的冷却水循环系统。

背景技术：

目前，国内专利在恒温水系统、恒温油液系统中已经出现了温度控制，例如恒温水系统，通过变频加热，实现温度控制，控制手段单一，误差较大，且多为静态控制或流速不大的温度控制。国外公司，如瓦锡兰、曼恩、西门子、罗尔斯-罗伊斯、卡特彼勒等都有较成熟的船舶燃油加热装置解决方案，并已得到较多应用，但限于商业秘密，国外未见公开发表的相关技术文献，仅见各大公司描述性介绍资料。国内有相关专利，如“一种mtu柴油机冷却循环系统及方法”，专利申请号201710224223.x的专利，有效解决了柴油机冷却循环对海水的依赖，实现了柴油机在移动电站方面的车载应用，是闭合回路的，由于车用，冷却水量很小，恒温冷却控制比较简单，温度反馈加大循环散热速度即可，但是当冷却量较大，冷却水瞬时流量大于50t/h的试验现场则不能适用。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种可调节冷却水循环系统。

根据本实用新型提供的一种可调节冷却水循环系统，包括第一循环管路、第二循环管路、热交换器hf以及反馈控制模块，第一循环管路包括被冷却机输出管路和被冷却机输入管路，被冷却机输出管路和被冷却机输入管路设置在被冷却机和热交换器hf之间，第二循环管路连接热交换器hf，第一循环管路中的第一冷却水与第二循环管路中的第二冷却水在热交换器hf中进行热交换，第一循环管路、第二循环管路均信号连接反馈控制模块。

优选地，所述第二循环管路上设置有变频泵ch1、截止阀cz1、变频泵ch2、流量计cf1、调温阀cv1、压力表cp1、球形接头k1、球形接头k2、电动三通阀ct1以及截止阀cz2，

所述变频泵ch1的一端连接第二冷却水进口，变频泵ch1的另一端连接截止阀cz1的一端，截止阀cz1的另一端分别连接变频泵ch2的一端、电动三通阀ct1的b口，变频泵ch2的另一端依次连接量计cf1、调温阀cv1、压力表cp1、球形接头k1以及换热器hf第二冷却水进口，换热器hf第二冷却水出口依次连接球形接头k2、电动三通阀ct1的a口，电动三通阀ct1的c口依次连接截止阀cz2、第二冷却水出口；

所述变频泵ch1、截止阀cz1、变频泵ch2、流量计cf1、调温阀cv1、压力表cp1、电动三通阀ct1以及截止阀cz2均信号连接反馈控制模块。

优选地，所述第二循环管路上还设置有压力传感器p2、温度传感器t2、压力传感器p3、温度传感器t3，

所述压力传感器p2、温度传感器t2设置在球形接头k1与热交换器hf的第二冷却水进口之间，所述压力传感器p3、温度传感器t3设置在球形接头k2与电动三通阀ct1的a口之间；

所述压力传感器p2、温度传感器t2、压力传感器p3、温度传感器t3均信号连接反馈控制模块。

优选地，所述第二循环管路上还设置有溢流阀cy1，所述溢流阀cy1设置在球形接头k1与热交换器hf的第二冷却水进口之间；

所述溢流阀cy1信号连接反馈控制模块。

优选地，所述第二循环管路上还设置有过滤器，所述过滤器设置在第二冷却水进口与变频泵ch1之间。

优选地，所述第二循环管路包括三种循环模式：

-内循环模式：电动三通阀ct1的a口和b口开启，c口关闭；

-外循环模式：电动三通阀ct1的a口和c口开启，b口关闭；

-掺混循环模式：电动三通阀ct1的a口、b口以及c口均开启，b口和c口的开度范围能够根据第一冷却水的温度和压力调节。

优选地，所述被冷却机输出管路的一端通过球形接头k5以及软管连接被冷却机，被冷却机输出管路的另一端通过球形接头k3连接热交换器hf的第一冷却水进口端，被冷却机输出管路上设置有压力传感器p1、温度传感器t1；

所述压力传感器p1、温度传感器t1均信号连接反馈控制模块。

优选地，所述被冷却机输入管路的一端通过球形接头k6以及软管连接被冷却机，被冷却机输入管路的另一端通过球形接头k4连接热交换器hf的第一冷却水出口端，被冷却机输入管路上设置有放泄阀cy2；

所述放泄阀cy2信号连接反馈控制模块。

优选地，所述第一冷却水为淡水，所述第二冷却水为海水或淡水。

优选地，所述被冷却机为柴油机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型结构简单，基于本实用新型的硬件结构，通过软件上进一步的改进能够实现冷却循环温度和压力以及流量的动态控制，能够适用于不同被冷却机对于进机高低温水的温度和压力的要求，使被冷却机平稳、安全、高效运行。

2、本实用新型包括多种循环模式，基于本实用新型的进一步改进对于不同工况能够自适应最佳循环模式，节约能源同时提高效率。

3、本实用新型通过在循环管路上设置多个可调的单元，如变频泵ch1、变频泵ch2、溢流阀cy1、调温阀cv1、电动三通阀ct1等，基于本实用新型的进一步改进，能够实现温度压力的冗余控制，通过温度传感器和压力传感器对温度和压力的测点反馈，控制溢流阀cy1、调温阀cv1、电动三通阀ct1的开度以及变频泵ch1、变频泵ch2的功率，能够根据需要体调节一定压力的冷却水的不同温度，从而实现冷却水温度压力调节，调节冗余度高、使用便捷、调节精度也相应提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的工作流程原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本实用新型的目的在于提供一种硬件结构，根据本实用新型提供的一种可调节冷却水循环系统，如图1-2所示，包括第一循环管路、第二循环管路、热交换器hf以及反馈控制模块，第一循环管路包括被冷却机输出管路和被冷却机输入管路，被冷却机输出管路和被冷却机输入管路设置在被冷却机和热交换器hf之间，第二循环管路连接热交换器hf，第一循环管路中的第一冷却水与第二循环管路中的第二冷却水在热交换器hf中进行热交换，第一循环管路、第二循环管路均信号连接反馈控制模块。

所述第二循环管路上设置有变频泵ch1、截止阀cz1、变频泵ch2、流量计cf1、调温阀cv1、压力表cp1、球形接头k1、球形接头k2、电动三通阀ct1以及截止阀cz2，所述变频泵ch1的一端连接第二冷却水进口，变频泵ch1的另一端连接截止阀cz1的一端，截止阀cz1的另一端分别连接变频泵ch2的一端、电动三通阀ct1的b口，变频泵ch2的另一端依次连接量计cf1、调温阀cv1、压力表cp1、球形接头k1以及换热器hf第二冷却水进口，换热器hf第二冷却水出口依次连接球形接头k2、电动三通阀ct1的a口，电动三通阀ct1的c口依次连接截止阀cz2、第二冷却水出口；所述变频泵ch1、截止阀cz1、变频泵ch2、流量计cf1、调温阀cv1、压力表cp1、电动三通阀ct1以及截止阀cz2均信号连接反馈控制模块。

所述第二循环管路上还设置有压力传感器p2、温度传感器t2、压力传感器p3、温度传感器t3，所述压力传感器p2、温度传感器t2设置在球形接头k1与热交换器hf的第二冷却水进口之间，所述压力传感器p3、温度传感器t3设置在球形接头k2与电动三通阀ct1的a口之间；所述压力传感器p2、温度传感器t2、压力传感器p3、温度传感器t3均信号连接反馈控制模块。所述第二循环管路上还设置有溢流阀cy1，所述溢流阀cy1设置在球形接头k1与热交换器hf的第二冷却水进口之间；所述溢流阀cy1信号连接反馈控制模块。所述第二循环管路上还设置有过滤器，所述过滤器设置在第二冷却水进口与变频泵ch1之间。所述第二循环管路包括三种循环模式：

-内循环模式：电动三通阀ct1的a口和b口开启，c口关闭；

-外循环模式：电动三通阀ct1的a口和c口开启，b口关闭；

-掺混循环模式：电动三通阀ct1的a口、b口以及c口均开启，b口和c口的开度范围能够根据第一冷却水的温度和压力调节。

所述被冷却机输出管路的一端通过球形接头k5以及软管连接被冷却机，被冷却机输出管路的另一端通过球形接头k3连接热交换器hf的第一冷却水进口端，被冷却机输出管路上设置有压力传感器p1、温度传感器t1；所述压力传感器p1、温度传感器t1均信号连接反馈控制模块。所述被冷却机输入管路的一端通过球形接头k6以及软管连接被冷却机，被冷却机输入管路的另一端通过球形接头k4连接热交换器hf的第一冷却水出口端，被冷却机输入管路上设置有放泄阀cy2；所述放泄阀cy2信号连接反馈控制模块。所述第一冷却水为淡水，所述第二冷却水为海水或淡水。优选地，所述被冷却机为柴油机，所述被冷却机为船舶等上的动力装置。第二冷却水在船上主机(被冷却机)用的是海水或淡水，陆用主机(被冷却机)可以用淡水(包括自来水、河水、湖水、江水等)。

本实用新型的目的在于提供一种硬件结构，基于本实用新型的进一步改进，通过对热交换器、循环管路的控制技术研究，实现冷却水冷却温度调节的效果，一个实施例的控制逻辑见下表：

当第二冷却水(海水)通过变频泵ch1输入循环系统中，通常为室温，冬天，水温较低，柴油机内部滑油、燃油温度较低时，不利于柴油机运行，需要进行内循环使得水温快速上升；夏天，外部温度很高，加上柴油主机长时间运行，第一冷却水温度上升很快，则需要通过换热器hf进行冷却，即用第二冷却水(循环海水)通过热交换器hf对柴油机的高温淡水(第一冷却水)进行冷却换热，并保持合适的温度。

本实施例中冷却水循环系统的温度设定为32度，是针对某高增压柴油机的正常使用所需，低于或高于这个温度都不适合，本实施例中第一冷却水为淡水，第二冷却水为海水，本实施例的应用有三种情况：

a)冬季，气温较低或者柴油机的运行工况为轻载时

此时，冷却量较小，需要冷却水量也少。柴油机起动暖机后，缓慢加载，淡水与海水的热量可以缓慢交换，从而提高冷却水的温度。此时，控制电动三通阀cti开启为内循环模式，流向为：“场地海水进口-循环水泵-流量计-球形接头-热交换器-球形接头-三通内循环(ab口全开，c口关闭)-循环水泵”，当水压保持在2bar时，开启变频泵ch2，通过压力、温度和流量反馈，设置内循环的海水温度，从而保证进机冷却水(淡水)的温度到32℃。通过plc采集温度传感器t2、t3的信号，考虑到经过热交换器hf后温度变化，监测两者的差值变化△t。该差值△t小于2℃(可设定为其他值)时，认为温度稳定，此时柴油机高温淡水和循环海水热交换后达到温升，继续监测t2，温度在32℃时，由plc控制变频泵ch2不断启停方式来保证海水的压力和流量，超过设定温度值32℃时；plc控制电动三通阀ct1打开c口，放出过热的冷却海水，少量的冷却海水不断补充并通过温度传感器反馈，通过控制打开c口的频率以及调温阀cv1来进一步稳定温度。

b)夏季，温度较高或者柴油机负荷较大时

此时，冷却水冷却量极大。柴油机起动后，淡水与海水的热量可以缓慢交换，很快就达到了32℃，温度还要快速上升。此时，控制电动三通阀ct1开启为外循环模式，流向为：“场地海水进口-循环水泵-流量计-球形接头-热交换器-球形接头-三通外循环(ac口全开，b口关闭)-场地海水出口”，使水压保持在2bar时，开启变频泵ch2，通过压力、温度和流量反馈，设置外循环的海水温度，从而保证进机冷却水(淡水)的温度到32℃。通过plc采集温度传感器t2、t3的信号，考虑到经过热交换器后温度变化，监测两者的差值变化△t。该差值△t小于2℃(可设定为其他值)时，认为温度稳定，此时柴油机高温淡水和循环冷却海水热交换后达到迅速温升，需要补充大量冷却海水，变频泵ch1功率加大，plc控制电动三通阀ct1打开c口，放出过热的冷却海水，大量的冷却水不断补充并通过温度传感器反馈，通过调温阀cv1来进一步稳定温度。监测t2，使得冷却海水温度保持在32℃，同时由plc控制变频泵ch2不断启停方式来保证海水的压力和流量。

c)其它环境气温状态或柴油机中载状态时

此时，冷却水需要量适中。柴油机起动后，淡水与海水的热量可以缓慢交换，达到了32℃，温度还要快速上升。此时，控制电动三通阀ct1开启为掺混模式(内外结合循环模式)，流向为：“场地海水进口-循环水泵-流量计-球形接头-热交换器-球形接头-三通内外循环(a口全开，b口和c口随动)-场地海水出口”，使水压保持在2bar时，开启变频泵ch2，通过压力、温度和流量反馈，设置外循环的海水温度，从而保证进机冷却水(淡水)的温度到32℃。通过plc采集温度传感器t2、t3的信号，考虑到经过热交换器hf后温度变化，监测两者的差值变化△t。该差值△t小于2℃(可设定为其他值)时，认为温度稳定，此时柴油机高温淡水和循环冷却海水热交换后达到温升，监测t2，通过调节三通阀ct1各口的开度、变频泵ch2调节冷却循环海水压力和流量等使得冷却海水温度入换热器前保持在32℃。即由plc控制变频泵ch2不断启停方式来保证海水的压力和流量，同时，不断通过温度传感器反馈使plc控制电动三通阀ct1三通比例，放出过热的冷却海水，补充冷却海水，来进一步稳定温度。

通过对循管路和反馈控制模块的控制技术研究，实现一定压力的恒温燃油的输送进机。其中，该系统对燃油有一定的压力输送要求，需要进行压力保护。过大压力或过高冷却水温可以通过管路上的溢流阀cy1和放泄阀cy2进行紧急泄放，以保证系统安全运行。

本实用新型涉及一种可调节冷却水循环系统，尤其是一种全自动可调节冷却循环水装置，该装置主要由热交换模块(换热器、球形接头、管路等)、循环水传输模块(含变频泵、压力传感器、滤器、电动开度可调节三通阀、温度传感器、压力传感器、流量计等)、反馈控制模块(以plc为核心控制模块的控制箱)及其它管路和开关阀组成。本实用新型满足了船舶高增压柴油机实验平台对外围冷却系统精确控制的要求。通过对柴油机试验台位的冷却循环水温度压力调节，可以对主机冷却用海水的温度和压力产生精细的调节，同时间接影响燃油或滑油的粘度，改善排放和润滑效果。基于本实用新型的进一步改进，能够对船用主机平稳、安全、高效运行有益，对开展冷却、润滑相关试验研究能提供必要数据和验证，且自动化程度高，调节简单。本实用新型为更好地适应不同工况的工作需求，采用了流量控制、温度压力控制等控制方法实现冷却循环水的温度压力稳定调节功能。设定不同工况对应的冷却循环水流量、温度和压力，可以很好的满足高增压柴油机满载、超载或轻载时发挥最大能效，达到节能减排和稳定运行的目的。基于本实用新型提供的硬件结构，通过冷却水流量精确控制、海水冷却器热交换及变频泵动态调节输水等实现冷却循环水流量、温度、压力控制等多项关键技术调控。

目前，国内专利在恒温水系统、恒温油液系统中已经出现了温度控制，通过比对相关文献，上述技术在介质、控制方式、系统结构等方面与现有申请专利不同，区别在于：1)对象不同，油和水，油的调节容易，水的不易，水的比热容大，油的比热小；2)控制方式不同，恒温恒压输油系统，一般压力是定值，而本专利涉及的冷却水系统压力为变频控制，目标是实现有效快速的温度控制；3)结果不同，恒温恒压输油为闭式循环，本实用新型对象是开式或者内外循环结合。例如恒温水系统，通过变频加热，实现温度控制，控制手段单一，误差较大，且多为静态控制或流速不大的温度控制，而本实用新型是大流量循环水的温度控制，不但难度较大，而且控制手段上除了温度还有压力和流量等控制以实现温度的冗余控制，稳定性和精度远超前者。压力传感器获得信号反馈调节增压泵或溢流阀进行压力平衡；高负荷下，由于大量的热需要冷却水带走，电动三通阀开启为外循环模式，流向为：“场地海水进口-循环水泵-流量计-球形接头-热交换器-球形接头-三通外循环-场地海水出口”，通过温度、流量和压力反馈，设置海水温度，从而保证进机冷却水的温度在合理范围；低负荷下，热量可以缓慢交换，从而对冷却水量要求较低，可以控制电动三通阀开启为内循环模式，流向为：“场地海水进口-循环水泵-流量计-球形接头-热交换器-球形接头-三通内循环-循环水泵”，通过温度和流量反馈，设置内循环的海水温度，从而保证进机冷却水的温度在合理范围。本实用新型的控制策略就是在海水(第二冷却水)压力、旁通流量、进口流量等多处寻找恒温的平衡点，控制点较多，控制策略也灵活很多，目标是温度设定值的恒定控制，同时正因为调节方式很多，从而比较容易实现温度的精确及快速稳定。本实用新型满足了不同工况的工作需求，实现冷却循环水的温度稳定可调节功能。通过内外循环模式切换、冷却水压力调节、冷却水流量调节，满足高增压柴油机对于进机高低温水的温度要求。而对于不同型号的柴油机，均可以通过上述配置和试验掌握冷却循环水的温度压力稳定调节功能，对从事高增压柴油机推进或发电用途研究，相对简单和实用。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。