適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法
2023-12-12 22:40:52 1
適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法,?包括兩臺柴油機組、兩個油箱，還包括至少兩個燃油加熱裝置及控制器，所述燃油加熱裝置分別通過進水管和出水管連通於兩臺所述柴油機組的冷卻水管路中，所述燃油加熱裝置分別通過進油管和出油管與兩個所述油箱連通，在每個進水管、出水管、進油管和出油管上設置有用於連通或斷開管路的控制閥，所述燃油加熱裝置與所述柴油機組間可任意組合工作，在所述燃油加熱裝置內具有用於油和冷卻水進行熱交換的熱交換裝置和油泵。本發明可以不間斷地對空調發電車燃油箱內的燃油進行加熱，保證柴油發電機持續、穩定工作，解決了冬季60℃極端低溫環境下燃油箱內燃油因溫度過低而無法正常流動的問題，並充分節約了能源。
【專利說明】適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鐵路空調發電車，特別涉及一種適合客車高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，對於一些在高寒地區使用的客車，其中空調發電車都是使用柴油機組提供動力，國際聯運客車途徑西伯利亞，客車需要在冬季_60°C極端低溫環境下運行，而發電車柴油機選用的是非電噴柴油機，所以在國際聯運發電車柴油發電機組及輔助系統的設計過程中，存在冬季極端低溫環境下柴油發電機組工作時如何保證發電車能夠正常、經濟地工作問題。
[0003]目前鐵路發電車有通過燃油電加熱器的加熱方式對燃油進行加熱，但在高寒地區運行的發電車燃油加熱需要的熱量較大，現有的電加熱器的加熱能力是遠遠不夠的，而且若該燃油加熱裝置發生故障後燃油系統因溫度過低而無法正常工作，可靠性差。
【發明內容】
[0004]本發明主要目的在於解決上述問題和不足，提供一種可以不間斷的供給空調發電車柴油機燃油，保證柴油發電機持續、穩定工作的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0006]一種適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，包括兩臺柴油機組、兩個油箱，還包括至少兩個燃油加熱裝置及控制器，所述燃油加熱裝置分別通過進水管和出水管連通於兩臺所述柴油機組的冷卻水管路中，所述燃油加熱裝置分別通過進油管和出油管與兩個所述油箱連通，在每個進水管、出水管、進油管和出油管上設置有用於連通或斷開管路的控制閥，所述燃油加熱裝置與所述柴油機組間可任意組合工作，在所述燃油加熱裝置內具有用於油和冷卻水進行熱交換的熱交換裝置和油泵。
[0007]進一步，在每個所述油箱上設置有電加熱裝置。
[0008]進一步，在每個所述油箱的外層包裹一層保溫層。
[0009]進一步，每個所述燃油加熱裝置和/或所述油箱配有獨立的燃油溫度傳感器和控制器。
[0010]進一步，每個所述燃油加熱裝置連接一個總進水管，所述總進水管通過兩個支路分別與兩臺所述柴油機組的冷卻水管路連接，在所述總進水管上設置有總進水閥，所述總進水閥並聯一個水泵，所述水泵連接一個水泵控制閥。
[0011]進一步，每個所述燃油加熱裝置連接一個總進油管和一個總出油管，所述總進油管和總出油管分別通過一個三通控制閥與連通兩個所述油箱的各油支路連接。
[0012]本發明的另一個技術方案是:
[0013]一種採用上述適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統的控制方法，具體包括:
[0014]檢測油箱內的油溫，當油箱內的油溫降至第一設定溫度時，控制器開啟至少其中一個燃油加熱裝置內的油泵，將油箱內的冷油吸入燃油加熱裝置，在燃油加熱裝置內進行油和冷卻水之間的熱交換，升溫後的油回流至油箱，冷卻水降溫後回流至柴油機組的冷卻水系統中；
[0015]當油箱內的溫度升至第二設定溫度時，控制器關閉所述燃油加熱裝置內的油泵，停止換熱工作。
[0016]進一步，當其中一套燃油加熱裝置故障時，啟動油箱的電加熱裝置，採取I組燃油加熱裝置輔助電加熱的應急加熱模式。
[0017]進一步，當長時間工作後，柴油溫度仍然不上升或者燃油加熱裝置的出水溫度低於設定溫度時，啟動與所述燃油加熱裝置連接的水泵，以進行強制熱水循環。
[0018]進一步，當室外溫度在_40°C _5°C時，只開啟其中一個燃油加熱裝置，兩個燃油加熱裝置定期輪換開啟使用。
[0019]綜上內容，本發明所述的一種適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統和控制方法，與現有技術相比具有如下優點:
[0020](I)應用在需要在冬季-60 V極端低溫環境下運行的國際聯運客車上。通過設置2組燃油加熱裝置，並在燃油箱上設置電加熱裝置和保溫層，使發電車在冬季60°C極端低溫環境下，利用柴油機的高溫冷卻水對燃油箱內的燃油進行加熱，確保柴油的溫度滿足柴油機的工作要求。該燃油加熱系統解決了冬季60°C極端低溫環境下燃油箱內燃油因溫度過低而無法正常流動的問題，並充分節約了能源。
[0021](2)兩套燃油加熱裝置與兩臺柴油機組、兩個油箱之間可以通過切換油路、水路中的控制閥實現燃油加熱裝置與柴油機組間的任意自由組合工作，充分保證發電車的工作可靠性和經濟性，同時也有利於節約能源。
[0022](3)當其中一套燃油加熱裝置故障時，可起動燃油箱電加熱裝置，採取I組燃油加熱裝置+燃油箱電加熱的應急加熱模式，使燃油仍然能夠正常供給至柴油機，本燃油加熱系統充分保證了發電車的工作可靠性和經濟性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明系統結構示意圖。
[0024]如圖1所示，一號柴油機組1，冷卻水出水管11，進水管12，支路12a、12b，進水控制閥13、14，冷卻水進水管15 ；
[0025]二號柴油機組2，冷卻水出水管21，進水管22，支路22a、22b，進水控制閥23、24，冷卻水進水管25 ；
[0026]一位側下油箱3，出油管31，油支路31a、31b，三通控制閥32、33，進油管34 ；
[0027]二位側下油箱4，出油管41，油支路41a、41b，三通控制閥42、43，進油管44 ；
[0028]燃油加熱裝置一 5，總進水管51，總進水閥52，水泵53，水泵控制閥54，總出水管55，出水控制閥56、57，總出油管58 ；
[0029]燃油加熱裝置二 6，總進水管61，總進水閥62，水泵63，水泵控制閥64，總出水管65，出水控制閥66、67，總出油管68 ；[0030]通氣管7，通氣控制閥71、72 ;
[0031]連通管8，電加熱裝置9，保溫層10。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
[0033]如圖1所示，本發明所述的一種適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，包括一號柴油機組1、二號柴油機組2、一位側下油箱3、二位側下油箱4、燃油加熱裝置一 5、燃油加熱裝置二 6及控制器(圖中未示出)組成。
[0034]燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6分別通過進水管和出水管同時連通於一號柴油機組1、二號柴油機組2的冷卻水管路中。
[0035]具體地，一號柴油機組I的冷卻水出水管11中接出一與燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6連通的進水管12，進水管12分成兩個支路12a和12b，支路12a與燃油加熱裝置一 5連通，支路12b與燃油加熱裝置二 6連通，在支路12a上串接一個控制管路開斷的進水控制閥13，在支路7b上串接一個控制管路開斷的進水控制閥14。
[0036]二號柴油機組2的冷卻水出水管21中接出一與燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6連通的進水管22，進水管22分成兩個支路22a和22b，支路22a與燃油加熱裝置一5連通，支路22b與燃油加熱裝置二 6連通，在支路22a上串接一個控制管路開斷的進水控制閥23，在支路22b上串接一個控制管路開斷的進水控制閥24。
[0037]一號柴油機組I的支路12a與二號柴油機組2的支路22a匯總成燃油加熱裝置一5的總進水管51，在總進水管51上串接一總進水閥52，與總進水閥52並聯一個水泵53，水泵53再串接一個水泵控制閥54。
[0038]一號柴油機組I的支路12b與二號柴油機組2的支路22b匯總成燃油加熱裝置二6的總進水管61，在總進水管61上串接一總進水閥62，與總進水閥62並聯一個水泵63，水泵63再串接一個水泵控制閥64。
[0039]柴油機組工作時，其循環泵產生的輸送壓力使熱的冷卻水在整個水路中循環工作，此時不需要開啟水泵53和63，總進水閥52和62打開，水泵控制閥54和64斷開，水路也採用上進下出的方式，以利於水循環，同時，油路採用下進上出的方式，有利於油和冷卻水進行熱交換。為防備在室外溫度太低時，熱交換速度滿足不了低溫時的要求，再啟動水泵53和63，以做強制熱水循環，此時水泵控制閥54和64打開，而總進水閥52和62斷開。
[0040]燃油加熱裝置一 5的總出水管55分出兩個支路，兩個支路分別與一號柴油機組I的冷卻水進水管15和二號柴油機組2的冷卻水進水管25連通，在兩個支路上分別串接出水控制閥56和57。
[0041]燃油加熱裝置二 6的總出水管65分出兩個支路，兩個支路分別與一號柴油機組I的冷卻水進水管15和二號柴油機組2的冷卻水進水管25連通，在兩個支路上分別串接出水控制閥66和67。
[0042]燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6分別通過進油管和出油管同時與一位側下油箱3、二位側下油箱4連通。
[0043]具體地，一位側下油箱3接出一出油管31，出油管31分成兩個油支路31a和31b，分別與燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6連通。二位側下油箱4接出一出油管41，出油管41分成兩個油支路41a和41b，分別與燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6連通。
[0044]—位側下油箱3的油支路31a與二位側下油箱4的油支路41a通過三通控制閥32與燃油加熱裝置一 5的總進油管(圖中未標示)連通，總進油管連接於設置在燃油加熱裝置
一5內的油泵(圖中未標不)。
[0045]一位側下油箱3的油支路31b與二位側下油箱4的油支路41b通過三通控制閥42與燃油加熱裝置二 6的總進油管(圖中未標示)連通，總進油管連接於設置在燃油加熱裝置
二6內的油泵(圖中未標示)。
[0046]燃油加熱裝置一 5的總出油管58通過三通控制閥33分出兩個油支路，兩個油支路分別與一位側下油箱3的進油管34和二位側下油箱4的進油管44連接。
[0047]燃油加熱裝置二 6的總出油管68通過三通控制閥43分出兩個油支路，兩個油支路分別與一位側下油箱3的進油管34和二位側下油箱4的進油管44連接。
[0048]在四個油支路均與一通氣管7連通，在與通氣管7連通的管路上設置有通氣控制閥71和72，通氣管7用於排除油路中積存的油氣。
[0049]一位側下油箱3和二位側下油箱4之間通過連通管8連通。在一位側下油箱3與二位側下油箱4上再各設置有一電加熱裝置9，電加熱裝置9設置在油箱底部的夾層內，電加熱裝置9採用電伴熱，主要用於當環境溫度過低時，或當其中一個燃油加熱裝置損壞時，電加熱裝置9輔助為油箱內的柴油加熱。本系統在油箱的四周再包裹一層保溫層10，以保證柴油的溫度，達到節能的目的。
[0050]在燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6內具有用於油和冷卻水進行熱交換的熱交換裝置，以冷卻水為熱源，利用冷卻水的熱量為一位側下油箱3和二位側下油箱4內的柴油加熱。
[0051]在該系統中，為確保正常工作，預防意外情況發生，該系統對燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6各配備同樣型號油泵兩臺，可以互相交替工作和維修替換。
[0052]本系統設有多個溫度傳感器，一位側下油箱3與二位側下油箱4各設置兩個，其溫度顯示在控制器的油溫儀表上。在燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6的冷水管路的總出水管55和65上也設置有溫度傳感器，其溫度顯示在控制器的水溫儀表上。本系統能夠在溫度較低的環境下，如室外溫度在一 60°C時，使一位側下油箱3和二位側下油箱4柴油溫度保持在10°C?15°C範圍內。
[0053]下面詳細描述該系統的控制方法:
[0054]當室外環境溫度低於_50°C時，啟動該系統，同時開啟燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6，對一位側下油箱3與二位側下油箱4內的燃油進行加溫，以確保柴油的溫度能夠滿足柴油機組的工作要求。
[0055]1、一位側下油箱3與二位側下油箱4內的溫度傳感器檢測箱內柴油溫度，控制器採集溫度傳感器的信息，當油箱內的柴油溫度降至第一設定溫度(10°c )時，溫度傳感器發出信號，控制器接收到信號後，開啟燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6內的油泵，熱交換裝置開始進行柴油和冷卻水之間的熱交換。
[0056]油路:在油泵的作用下，一位側下油箱3內的柴油由出油管31流出，分別經過兩個油支路31a和31b，及三通控制閥32和42，進入燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6。二位側下油箱4內的柴油由出油管41流出，分別經過兩個油支路41a和41b，及三通控制閥32和42，進入燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6。
[0057]柴油在燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6內與高溫的冷卻水進行熱交換，熱交換後的溫度較高的柴油分別從燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6的總出油管58和68流出，再分別通過各油支路回流至燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6。
[0058]水路:一號柴油機組I的冷卻水從冷卻水出水管11進入進水管12和進水管22，再分別通過支路12a、22a進入燃油加熱裝置一 5的總進水管51，通過支路12b、22 b進入燃油加熱裝置二 6的總進水管61，此時，總進水閥52和62打開，水泵控制閥54和64斷開，水泵53和63關閉，整個水路循環依靠柴油機組中冷卻水循環泵產生的輸送壓力使熱的冷卻水在整個水路中循環工作。
[0059]柴油機組啟動後，柴油機組冷卻水溫度會達到80°C以上，但因為室外溫度太低，長時間工作後，柴油溫度仍然不上升或者燃油加熱裝置的出水溫度低於設定溫度20°C時，熱交換速度已滿足不了低溫時的要求，此時，啟動水泵53和63，水泵控制閥54和64打開，總進水閥52和62斷開，以進行強制熱水循環。當柴油溫度上升或出水溫度高於40°C後關閉水泵53和63。
[0060]冷卻水在燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6內進行熱交換，交換後的低溫冷卻水分別從總出水管55和65流出，再分別通過各支路流回一號柴油機組I的冷卻水進水管15和二號柴油機組2的冷卻水進水管25，完成水路循環。
[0061 ] 2、當一位側下油箱3與二位側下油箱4內的溫度升至第二設定溫度(15°C )時，溫度傳感器發出信號，控制器接收到信號後，關閉燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6內的油泵，停止換熱工作。
[0062]在室外溫度在-40°C _5°C時，一個燃油加熱裝置就可以提供足夠的熱量，因此，只需要開啟其中一個燃油加熱裝置即可，這時，對應接通該燃油加熱裝置連接的水路和油路，斷開另一個燃油加熱裝置的水路和油路。兩個燃油加熱裝置每天或定期更換使用，以使兩個燃油加熱裝置均勻磨損。
[0063]為了保證兩個油箱內的柴油溫度均勻，本系統中可以根據一位側下油箱3與二位側下油箱4的溫度差異調整出油及進油的油管，一般可以選擇從溫度較高的油箱中出油，經過燃油加熱裝置加熱後回流至另一個溫度較低的油箱內。一位側下油箱3與二位側下油箱4之間的連通管8也有利於均衡兩個油箱的溫度。
[0064]為防止自動控制系統發生故障時影響使用，本系統還設有手動控制系統，以保證在自動控制系統發生故障時本裝置能夠正常工作，油泵和水泵均可以手動強制啟動。
[0065]遇溫度傳感器故障、油箱4溫度低於10°C而油泵仍不自動啟動時，應將油泵控制開關調整至手動位，強制啟動油泵工作，當油箱4內的油溫達20°C時，手動停止油泵工作。
[0066]燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6是以柴油發電機冷卻水為熱源，通過油泵、水泵、熱交換器及自動控制系統，與發電車下油箱的柴油進行熱交換。使用該系統後，在冬季低溫時(_60°C)，發電車仍可以使用0#柴油，大大降低了燃油費用，具有可觀的經濟價值。
[0067]當燃油加熱裝置一 5和燃油加熱裝置二 6中的一個發生故障時，起動油箱的電加熱裝置9，採取I組燃油加熱裝置+燃油箱電加熱的應急加熱模式，使燃油仍然能夠正常供給至柴油機，本燃油加熱系統充分保證了發電車的工作可靠性和經濟性。[0068]另外，當環境溫度過低時，也可以開啟相應油箱的電加熱裝置9，輔助為油箱內的柴油加熱，使燃油能夠正常供給至柴油機。
[0069]如上所述，結合附圖所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，包括兩臺柴油機組、兩個油箱，其特徵在於:還包括至少兩個燃油加熱裝置及控制器，所述燃油加熱裝置分別通過進水管和出水管連通於兩臺所述柴油機組的冷卻水管路中，所述燃油加熱裝置分別通過進油管和出油管與兩個所述油箱連通，在每個進水管、出水管、進油管和出油管上設置有用於連通或斷開管路的控制閥，所述燃油加熱裝置與所述柴油機組間可任意組合工作，在所述燃油加熱裝置內具有用於油和冷卻水進行熱交換的熱交換裝置和油泵。
2.根據權利要求1所述的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，其特徵在於:在每個所述油箱上設置有電加熱裝置。
3.根據權利要求1所述的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，其特徵在於:在每個所述油箱的外層包裹一層保溫層。
4.根據權利要求1所述的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，其特徵在於:每個所述燃油加熱裝置和/或所述油箱配有獨立的燃油溫度傳感器和控制器。
5.根據權利要求1所述的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，其特徵在於:每個所述燃油加熱裝置連接一個總進水管，所述總進水管通過兩個支路分別與兩臺所述柴油機組的冷卻水管路連接，在所述總進水管上設置有總進水閥，所述總進水閥並聯一個水泵，所述水泵連接一個水泵控制閥。
6.根據權利要求1所述的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統，其特徵在於:每個所述燃油加熱裝置連接一個總進油管和一個總出油管，所述總進油管和總出油管分別通過一個三通控制閥與連通兩個所述油箱的各油支路連接。
7.一種採用如權利要求1-6任一項所述的適合高寒環境的鐵路空調發電車燃油加熱系統的控制方法，其特徵在於，具體包括: 檢測油箱內的油溫，當油箱內的油溫降至第一設定溫度時，控制器開啟至少其中一個燃油加熱裝置內的油泵，將油箱內的冷油吸入燃油加熱裝置，在燃油加熱裝置內進行油和冷卻水之間的熱交換，升溫後的油回流至油箱，冷卻水降溫後回流至柴油機組的冷卻水系統中； 當油箱內的溫度升至第二設定溫度時，控制器關閉所述燃油加熱裝置內的油泵，停止換熱工作。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於:當其中一套燃油加熱裝置故障時，啟動油箱的電加熱裝置，採取I組燃油加熱裝置輔助電加熱的應急加熱模式。
9.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於:當長時間工作後，柴油溫度仍然不上升或者燃油加熱裝置的出水溫度低於設定溫度時，啟動與所述燃油加熱裝置連接的水泵，以進行強制熱水循環。
10.根據權利要求7所述的控制方法，其特徵在於:當室外溫度在_40°C_5°C時，只開啟其中一個燃油加熱裝置，兩個燃油加熱裝置定期輪換開啟使用。
【文檔編號】F02M31/02GK103670822SQ201310271883
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年6月29日 優先權日:2013年6月29日
【發明者】高洪鎮, 徐翠強, 權光輝, 於福寶, 袁博 申請人:南車青島四方機車車輛股份有限公司