一種柴油機增壓空氣冷卻系統的製作方法

2023-07-29 10:36:45

本發明屬於柴油機技術領域，特別涉及一種柴油機增壓空氣冷卻系統。

背景技術：

空氣冷卻器是利用空氣冷卻熱流體的換熱器。管內的熱流體通過管壁和翅片與管外空氣進行換熱，所用的空氣由通風機供給。

目前，船用低速柴油機增壓空氣冷卻器都是整體式的，為了達到空氣冷卻的目的，冷卻水量較大，溫度較低，難以回收利用。空氣流速是直接決定空氣冷卻器性能的重要熱力參數，流速越高，傳熱係數越大，壓力損失也越大，這兩個方面從柴油機對空氣冷卻器的性能要求來說是相互矛盾的。在某一深度尺寸條件下，空氣的流速越低則冷卻效率越高，空氣壓力損失越小。

在結構方面，空氣冷卻器主要由管束、支架和風機組成。管束的型材和材質對空氣冷卻器的性能影響很大，由於空氣側的傳熱係數很小，故常在管外加翅片，以增加傳熱面積和流體速度，減小熱阻。管束包括傳熱管、管箱、側梁和橫梁等，採用臥式布置來儘可能提高傳熱面積並使空氣均勻分布。翅片管作為空氣冷卻器的核心元件採用分層排列，它作為傳熱管可以擴大傳熱面積，提高傳熱效果。船用低速柴油機增壓空氣溫度在190℃左右，冷卻到36℃時進入氣缸，有較大的熱量可以回收，而主機調製後空氣溫度更高，但現有空氣冷卻器多是採用整體式的結構配置在柴油機上，冷卻水用量較大，水溫較低，餘熱較難利用。

技術實現要素：

本發明為了柴油機餘熱利用裝置系統總體熱效率的提高，更具體的說，利用高溫水作為餘熱鍋爐給水和有機工質熱源直接影響餘熱鍋爐的熱力性能和安全性以及整套裝置的熱經濟性，達到提高系統總體熱效率的目的，提供一種柴油機增壓空氣冷卻系統。

一種柴油機增壓空氣冷卻系統，包括一個空氣冷卻器，該空氣冷卻器的芯殼空間內布置兩段式空氣冷卻器芯子作為高溫段和低溫段，高溫段和低溫段分別接冷卻水管；

安裝時只需將其插入兩段式空氣冷卻器芯外殼即可，安裝方便。

當空氣冷卻器高溫段的出口水溫度小於設定值時，所述系統處於低負荷模式，水包中的循環水通過循環泵增壓後全部進入缸套水換熱器，換熱後的循環水全部進入空氣冷卻器的高溫段，空氣冷卻器高溫段出口循環水全部經管道全部流向鍋爐熱水器，

鍋爐熱水器出口循環水經管道分為兩路，一路通過管道流向鍋爐，另一路經管道進入有機工質發電機組蒸發器換熱回到水包；

當空氣冷卻器高溫段的出口水溫度大於等於設定值時，當系統處於高負荷模式，水包中的循環水通過循環泵增壓後全部進入缸套水換熱器，換熱後的循環水分為兩路，一路進入空氣冷卻器換熱，另一路經管道流向鍋爐熱水器，經過高低壓汽包之後多餘的循環水通過減壓閥與鍋爐熱水器出口水混合，進入有機工質機組換熱後回到水包；

空冷器的低溫段由進水總管進水，經過換熱後，熱水經管道至回水總管。

優選的，位於空氣冷卻器高溫段進口的第二電磁三通閥比位於位於空氣冷卻器高溫段出口的第三電磁三通閥先動作，

當空氣冷卻器入口循環水斷流時，先切換第三電磁三通閥，後切換第二電磁三通閥，

在應急迴路中，第二電磁三通閥和第三電磁三通閥同時動作。

本發明的有益效果是，空氣冷卻器的低溫段可以保證柴油機自身的掃氣溫度足夠低，來保證柴油機正常的運行，高溫段的熱量可以更好的給鍋爐給水餘熱，減少熱損失，提高能量的利用率。

附圖說明

圖1是本發明柴油機增壓空氣冷卻系統處於高負荷狀態示意圖。

圖2是本發明柴油機增壓空氣冷卻系統處於低負荷狀態示意圖。

圖3是本發明柴油機增壓空氣冷卻系統中空氣冷卻器實施例圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明將柴油機增壓空氣冷卻器重新設計為高溫和低溫兩段式空氣冷卻器，空氣冷卻器的高溫段用於鍋爐給水預熱,多餘熱水則向系統外供給。根據柴油機增壓空氣參數，主柴油機穩定運行要求，利用傳熱學和流體力學方法，計算、校核增壓空氣冷卻器高溫換熱器和低溫換熱器的換熱面積、管型、冷卻水和空氣的流動形式及高、低溫冷卻水流量，使高、低溫冷卻水及空氣出口溫度均滿足船舶能量的梯級利用及主柴油機進氣溫度要求。分析使用條件和運行負荷關係，確定經濟的高低溫段換熱器設計所需的熱工參數，並通過建立換熱器傳熱和阻力優化的數學模型，得到熱交換器設計的管束換熱及阻力壓降，開展結構設計；同時進行管路特性、所需冷卻水流量計算和水泵的選擇、配置和控制技術研究。

請參閱圖1，圖1是本發明柴油機增壓空氣冷卻系統處於高負荷狀態示意圖，如圖所示，當空氣冷卻器高溫段的出口水溫度小於設定值時，所述系統處於低負荷模式，水包1中的循環水通過循環泵2增壓後全部進入缸套水換熱器3，換熱後的循環水全部進入空氣冷卻器的高溫段4，空氣冷卻器高溫段出口循環水全部經管道全部流向鍋爐熱水器5，鍋爐熱水器5出口循環水經管道分為兩路，一路通過管道流向低壓汽包6和高壓汽包7，另一路經管道進入有機工質發電機組蒸發器8換熱回到水包1。

圖2是本發明柴油機增壓空氣冷卻系統處於低負荷狀態示意圖，如圖所示，當空氣冷卻器高溫段的出口水溫度大於等於設定值時，當系統處於高負荷模式，水包1中的循環水通過循環泵2增壓後全部進入缸套水換熱器3，換熱後的循環水分為兩路，一路進入空氣冷卻器換熱，另一路經管道流向鍋爐熱水器，經過高低壓汽包7之後多餘的循環水通過減壓閥與鍋爐熱水器出口水混合，進入有機工質機組換熱後回到水包；

空冷器的低溫段9由進水總管進水，經過換熱後，熱水經管道至回水總管。

如圖3所示的兩段式空氣冷卻器為例，對本發明結構和原理作進一步的說明。

柴油機餘熱利用裝置的循環泵啟動後，電磁三通閥T0002和電磁三通閥T0003都應處於關狀態。當循環水經過缸套水換熱器後，通過電磁三通閥T0001，電磁三通閥T0001處於全開位置，循環水全部經管道進入空氣冷卻器高溫段，電磁三通閥T0002先動作，電磁三通閥T0003後動作，電磁三通閥T0002先動作，電磁三通閥T0003後動作。當空氣冷卻器入口循環水斷流時，先切換電磁三通閥T0003，後切換電磁三通閥T0002，注意閥的切換順序，不讓冷卻水進入餘熱利用裝置系統循環水系統。需要說明的是當迴路處於應急迴路時，電磁三通閥T0002和電磁三通閥T0003都應處於開狀態時，電磁三通閥T0003先動作，電磁三通閥T0002後動作。電磁三通閥T0003關延時時間為空氣冷卻器清洗時間，二者應當保持一致。