一种柴油机舷侧排气海水冷却控制方法及系统与流程

本利是2018年5月16日发明专利申请201810465098.6的分案申请。

本发明涉及柴油机舷侧排气海水冷却技术领域，特别是涉及一种柴油机舷侧排气海水冷却控制方法及系统。

背景技术：

柴油机排气温度一般在550℃左右，其排气管路属于高温管路。常规的柴油机排气管路均布置于专门的烟囱通道，管路表面通过包覆耐高温隔热材料进行隔热降温。柴油机舷侧排气方式是将舷侧排气系统管路布置于机舱内部，通过舷旁短管将柴油机废气排至舷外。考虑到舷侧排气管路众多，机舱内布置空间极为有限，在排气管路的表面包覆一定的绝热材料后仍为机舱高温热源，往往造成机舱内的工作环境温度大大超过相关规定要求，进而影响机舱内设备的正常运行和工作人员的操作。因此，对大功率柴油机舷侧排气系统管路提供一种合理可行的冷却降温方式显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种柴油机舷侧排气海水冷却控制方法及系统。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种柴油机舷侧排气海水冷却控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：选择舷侧排气控制箱的自动控制模式，并使泄放阀、舷旁排出阀和海水流量控制阀恢复至初始状态；

步骤2：按下柴油机的起动按钮，所述柴油机与舷侧排气系统中的泄放阀和舷旁排出阀形成起动联锁，舷侧排气控制箱根据泄放阀和舷旁排出阀的开闭状态向柴油机控制器发送“准备起动”命令，柴油机起动，同时舷侧排气海水冷却泵也起动，所述舷侧排气海水冷却泵与泄放阀和舷旁排出阀之间设置有本地闭环联锁规则；

步骤3：柴油机控制器向舷侧排气控制箱发送柴油机的燃油齿条位置信号，若燃油齿条位置信号＞2%，舷侧排气控制箱根据燃油齿条位置信号、海水管路压力信号和阀门开度调节曲线调节海水流量控制阀的开度；

步骤4：按下柴油机的停车按钮，柴油机控制器向舷侧排气控制箱发送柴油机的燃油齿条位置信号，若燃油齿条位置信号≤2%，舷侧排气控制箱控制海水流量控制阀关闭，舷侧排气海水冷却泵停止运行，若燃油齿条位置信号为0%，则舷侧排气控制箱延时2分钟关闭舷旁排出阀并打开泄放阀。

进一步地，所述步骤3和步骤4之间还包括步骤3.1：首先，舷侧排气控制箱实时接收第一温度传感器检测的初级喷射管路后端的温度信号、第二温度传感器检测的次级喷射管路后端的温度信号以及泄放阀和舷旁排出阀的开闭状态反馈信号，若初级或次级喷射管路后端温度大于60℃、或泄放阀处于打开状态、或舷旁排出阀处于关闭状态，则舷侧排气控制箱向远程监测装置发送报警信号，操作人员手动关闭泄放阀、打开舷旁排出阀，同时泄放阀和舷旁排出阀分别将其开闭状态反馈信号传输给柴油机控制器，舷侧排气控制箱解除柴油机与泄放阀和舷旁排出阀的起动联锁；然后，起动柴油机，打开备用海水冷却管路，通过备用海水冷却管路上的截止阀开度来调节冷却海水流量。

进一步地，所述舷侧排气控制箱向柴油机控制器发送“准备起动”命令的具体步骤为：首先，柴油机控制器向舷侧排气控制箱发送起动请求信号，舷侧排气控制箱根据起动请求信号控制关闭泄放阀并打开舷旁排出阀，同时舷侧排气控制箱接收泄放阀和舷旁排出阀的开闭状态反馈信号；然后，舷侧排气控制箱判断泄放阀的开闭状态反馈信号是否为关闭、舷旁排出阀的开闭状态反馈信号是否为打开，若是，则舷侧排气控制箱向柴油机控制器发送“准备起动”命令；否则，无法解除柴油机与舷侧排气系统的起动联锁，柴油机无法起动。

进一步地，所述本地闭环联锁规则为：舷侧排气控制箱接收泄放阀和舷旁排出阀的开闭状态反馈信号，若柴油机运行过程中，泄放阀的开闭状态反馈信号为打开或舷旁排出阀的开闭状态反馈信号为关闭，则舷侧排气控制箱控制舷侧排气海水冷却泵停止运行，柴油机安全停车。

进一步地，所述阀门开度调节曲线是指海水流量控制阀的阀门开度与柴油机的燃油齿条位置和海水管路压力值之间的关系曲线。

进一步地，所述阀门开度调节曲线的生成步骤为：在柴油机舷侧排气海水冷却系统运行之前，对该系统进行调试试验，所述调试试验的具体过程为：首先，调节柴油机燃油齿条位置，然后，工作人员手动打开海水流量控制阀到适当开度，使初级或次级喷射管路后端温度不超过60℃，记录此时海水流量控制阀的阀门开度和海水管路压力，该燃油齿条位置与其相对应的海水流量控制阀的阀门开度和海水管路压力构成一组调试数据；重复进行多次调试试验，获取多组调试数据，对所有组调试数据进行处理分析获得生成阀门开度调节曲线。

进一步地，所述泄放阀的初始状态为打开状态，舷旁排出阀和海水流量控制阀的初始状态均为关闭状态。

一种柴油机舷侧排气海水冷却系统，包括柴油机控制器、舷侧排气控制箱、远程监测装置和舷侧排气系统，所述舷侧排气系统包括舷侧排气海水冷却泵、海水流量控制阀、用于检测海水流量控制阀后的海水管道压力的海水压力表和海水压力传感器、初级喷射器、用于检测舷侧排气初级喷射管路后端温度的第一温度传感器、次级喷射管路、用于检测舷侧排气次级喷射管路后端温度的第二温度传感器、泄放阀、舷旁排出阀和备用海水冷却管路，所述初级喷射器通过从其海水进口处引出的一路支管与次级喷射管路相连通，所述海水压力表和海水压力传感器的压力信号输出端、第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号输出端分别与舷侧排气控制箱的控制信号输入端连接，舷侧排气海水冷却泵、海水流量控制阀、泄放阀和舷旁排出阀分别与舷侧排气控制箱电连接；

所述柴油机控制器，用于接收泄放阀和舷旁排出阀的开关状态反馈信号、舷侧排气控制箱的指令信号，并向舷侧排气控制箱发送燃油齿条位置信号；所述舷侧排气控制箱，用于向柴油机控制器发送柴油机的起动信号和停止信号并根据柴油机的起停信号控制泄放阀和舷旁排出阀的开闭，根据泄放阀和舷旁排出阀的开闭控制舷侧排气海水冷却泵的起停，根据接收的燃油齿条位置信号和海水管路压力信号控制海水流量控制阀的阀门开度，并向远程监测装置发送的报警信号；所述远程监测装置，用于接收舷侧排气控制箱发送的报警信号。

进一步地，所述初级喷射器包括初级喷射管路和均匀设置在初级喷射管路内壁上的喷嘴，所述初级喷射管路为双层管壁，初级喷射器和次级喷射管路均采用钛合金材质制成。

进一步地，所述初级喷射器的海水进口处还设置有一路备用海水冷却管路，所述备用海水冷却管路上固定有截止阀。

本发明的积极有益效果：

1、本发明的柴油机舷侧排气海水冷却控制方法采用的是自动控制模式，操作简便，自动化程度高。柴油机与舷侧排气系统中的泄放阀和舷旁排出阀形成起动联锁，舷侧排气海水冷却泵与泄放阀和舷旁排出阀形成本地闭环联锁，能够对柴油机和舷侧排气海水冷却泵进行精确控制；且舷侧排气控制箱能够根据燃油齿条位置信号、海水管路压力信号和阀门开度调节曲线自动调节海水流量控制阀的开度，从而对处在不同负荷下的柴油机的舷侧排气管路进行海水冷却，使舷侧排气系统的管路表面温度保持在60℃以下，并且可以通过温度传感器实时对舷侧排气管路的温度进行监测。

2、在系统运行过程中，舷侧排气控制箱能够根据其接收到的反馈信号或各种检测信号，判断是否向远程监测装置发送报警信号，当向远程监测装置发送报警信号之后，操作人员手动控制该系统，打开备用海水冷却管路，对柴油机的舷侧排气管路进行海水冷却，能够保证系统的正常运行。

附图说明

图1为本发明柴油机舷侧排气海水冷却系统的控制原理框图。

图2为本发明柴油机舷侧排气海水冷却控制方法的流程图。

图3为故障应急模式下的流程图。

图4为舷侧排气系统的系统结构图。

图中标号的具体含义为：1为远程监测装置、2为柴油机控制器、3为舷侧排气控制箱、4为舷侧排气海水冷却泵、5为海水流量控制阀、6为海水压力表、7为海水压力传感器、8为初级喷射器、9为次级喷射管路、10为第一温度传感器、11为第二温度传感器、12为备用海水冷却管路、13为泄放阀、14为舷旁排出阀、15为支管、16为初级喷射管路、17为喷嘴、18为柴油机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1说明本实施方式，本发明的柴油机舷侧排气海水冷却控制方法用于冷却柴油机舷侧排气管路。本发明的柴油机舷侧排气海水冷却系统，包括柴油机控制器2、舷侧排气控制箱3、远程监测装置1和舷侧排气系统。所述舷侧排气系统包括舷侧排气海水冷却泵4、海水流量控制阀5、海水压力表6、海水压力传感器7、初级喷射器8、第一温度传感器10、次级喷射管路9、第二温度传感器11、泄放阀13、舷旁排出阀14和备用海水冷却管路12。所述海水压力表6和海水压力传感器7的压力信号输出端、第一温度传感器10和第二温度传感器11的温度信号输出端分别与舷侧排气控制箱3的控制信号输入端连接，舷侧排气海水冷却泵4、海水流量控制阀5、泄放阀13和舷旁排出阀14分别与舷侧排气控制箱3电连接。本实施例中的泄放阀13和舷旁排出阀14均为气动阀门，既可自动控制，也可手动控制，根据舷侧排气控制箱3提供的开关信号来实现泄放阀13或舷旁排出阀14的开启和关闭，同时可以反馈泄放阀13或舷旁排出阀14的开闭状态反馈信号用于控制系统。

所述柴油机控制器2，用于接收泄放阀13和舷旁排出阀14的开关状态反馈信号、舷侧排气控制箱3的指令信号，并向舷侧排气控制箱3发送燃油齿条位置信号；所述舷侧排气控制箱3，用于向柴油机控制器2发送柴油机的起动信号和停止信号并根据柴油机的起停信号控制泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭，根据泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭控制舷侧排气海水冷却泵4的起停，根据接收的燃油齿条位置信号和海水管路压力信号控制海水流量控制阀的阀门开度，并向远程监测装置发送报警信号；所述远程监测装置，用于接收舷侧排气控制箱发送的报警信号。

本申请的柴油机舷侧排气海水冷却系统中设置有两路海水冷却管路，一路为从海底门引出的海水冷却管路，该海水冷却管路进水口的一侧设置有舷侧排气海水冷却泵4，另一侧设置有海水流量控制阀5，然后与初级喷射器8的海水进水口相连通；另一路为备用海水冷却管路12，备用海水冷却管路12设置在初级喷射器8的海水进水口处，备用海水冷却管路12上固定有截止阀。当舷侧排气海水冷却泵4发生故障时，可采用备用海水冷却管路12对排气管路进行冷却，对海水流量以及压力的控制可以通过备用海水冷却管路上的截止阀的开度来进行调节。

本实施例中的舷侧排气海水冷却泵4根据实船经验以及海水喷射冷却流量与排气管路温度曲线计算选择其流量为14.2m³/h，由于海水流量控制阀5后的海水管路压力需大于等于0.15mpa以及管路压降损耗要求，选择泵的扬程为21.2m，因此，舷侧排气海水冷却泵4选择流量为14.2m³/h、扬程为21.2m的电动离心泵，其输入电源接口：三相ac380v,50hz，功率2.2kw。舷侧排气海水冷却泵4可以自动控制也可以手动控制，并且与泄放阀13和舷旁排出阀14之间形成本地闭环联锁，以控制舷侧排气海水冷却泵4的起停。

海水流量控制阀5为电动阀门，可以自动控制也可以手动控制，由舷侧排气控制箱3根据plc预编控制逻辑（即plc内部存储的阀门开度调节曲线）、海水流量控制阀5后的海水管路压力信号以及柴油机燃油齿条位置信号综合判断，调节海水流量控制阀（5）的开度比例。海水流量控制阀5的输入电源接口为单相ac220v,50hz，功率为120w。海水流量控制阀5后的海水管路压力信号由海水压力表和海水压力传感器测得，海水压力表和海水压力传感器固定在海水流量控制阀5后的海水冷却管路的管壁上，海水压力表6的量程为0-0.6mpa，海水压力传感器7的量程为0-1.0mpa。

所述初级喷射器8通过从其海水进口处引出的一路支管15与次级喷射管路9相连通。本实施例中的初级喷射器8包括初级喷射管路16和喷嘴17，所述初级喷射管路16为双层管壁，其内壁的圆周方向上均匀固定有6个喷嘴17。海水进入初级喷射器8的双侧管壁，通过内部的6个喷射管路以及相对应的喷嘴，对柴油机排气进行海水冷却。为了保证排气管路的防腐性能，初级喷射器8和次级喷射管路9均采用钛合金材质制成。初级喷射器8的管壁上固定有第一温度传感器10，次级喷射管路9的管壁上固定有第二温度传感器11，第一温度传感器10用于检测舷侧排气初级喷射管路后端温度，第二温度传感器11用于检测舷侧排气次级喷射管路后端温度，第一温度传感器10和第二温度传感器11均为pt100传感器，量程均为0-600℃。

本发明的柴油机舷侧排气海水冷却系统在对柴油机的排气管路进行冷却时，其舷侧排气海水冷却控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：选择舷侧排气控制箱3的自动控制模式，并使泄放阀13、舷旁排出阀14和海水流量控制阀5恢复至初始状态。所述泄放阀的初始状态为打开状态，舷旁排出阀和海水流量控制阀的初始状态均为关闭状态。

步骤2：按下柴油机18的起动按钮，所述柴油机18与舷侧排气系统中的泄放阀13和舷旁排出阀14形成起动联锁，舷侧排气控制箱3根据泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭状态向柴油机控制器2发送“准备起动”命令，柴油机18起动，同时舷侧排气海水冷却泵4也起动。

所述舷侧排气控制箱3向柴油机控制器2发送“准备起动”命令的具体步骤为：首先，柴油机控制器2向舷侧排气控制箱3发送起动请求信号，舷侧排气控制箱3根据起动请求信号控制关闭泄放阀13并打开舷旁排出阀14，同时舷侧排气控制箱3接收泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭状态反馈信号；然后，舷侧排气控制箱3判断泄放阀13的开闭状态反馈信号是否为关闭、舷旁排出阀14的开闭状态反馈信号是否为打开，若是，则解除柴油机18与舷侧排气系统的起动联锁，舷侧排气控制箱3向柴油机控制器2发送“准备起动”命令，柴油机控制器2控制柴油机18起动；否则，无法解除柴油机与舷侧排气系统的起动联锁，柴油机无法起动。

所述舷侧排气海水冷却泵4与泄放阀13和舷旁排出阀14之间设置有本地闭环联锁规则。所述本地闭环联锁规则为：舷侧排气控制箱3接收泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭状态反馈信号，若柴油机运行过程中，泄放阀13的开闭状态反馈信号为打开或舷旁排出阀14的开闭状态反馈信号为关闭，则舷侧排气控制箱3控制舷侧排气海水冷却泵4停止运行，柴油机18安全停车。

步骤3：柴油机控制器2向舷侧排气控制箱3发送柴油机18的燃油齿条位置信号，若燃油齿条位置信号＞2%，舷侧排气控制箱3根据燃油齿条位置信号、海水管路压力信号和阀门开度调节曲线调节海水流量控制阀的开度；

所述阀门开度调节曲线是指海水流量控制阀5的阀门开度与柴油机18的燃油齿条位置和海水管路压力值之间的关系曲线。所述阀门开度调节曲线的生成步骤为：在柴油机舷侧排气海水冷却系统运行之前，对该系统进行调试试验，所述调试试验的具体过程为：首先，调节柴油机燃油齿条位置，然后，工作人员手动打开海水流量控制阀5到适当开度，使初级或次级喷射管路后端温度不超过60℃，记录此时海水流量控制阀5的阀门开度和海水管路压力，该燃油齿条位置与其相对应的海水流量控制阀的阀门开度和海水管路压力构成一组调试数据；重复进行多次调试试验，获取多组调试数据，对所有组调试数据进行处理分析获得生成阀门开度调节曲线。

系统运行过程中，舷侧排气控制箱3实时接收第一温度传感器10检测的初级喷射管路后端的温度信号、第二温度传感器11检测的次级喷射管路后端的温度信号以及泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭状态反馈信号，并对检测到的信号进行分析判断，若初级或次级喷射管路后端温度大于60℃、或泄放阀13处于打开状态、或舷旁排出阀14处于关闭状态，则舷侧排气控制箱3向远程监测装置1发送报警信号，所述报警信号包括海水流量控制阀5后的海水管路压力、第一温度传感器10检测的温度信号、第二温度传感器11检测的温度信号、海水流量控制阀5的开度百分比显示、泄放阀13和舷旁排出阀14的开闭状态显示等信号。然后，操作人员手动关闭泄放阀13、打开舷旁排出阀14，同时泄放阀13和舷旁排出阀14分别将其开闭状态反馈信号传输给柴油机控制器2，舷侧排气控制箱3解除柴油机18与泄放阀13和舷旁排出阀14的起动联锁；然后，起动柴油机18，打开备用海水冷却管路12，通过备用海水冷却管路12上的截止阀开度来调节冷却海水流量。若舷侧排气系统未出现故障或各传感器的监测报警信号，则系统正常运行，当运行一段时间后，执行步骤4。

步骤4：按下柴油机18的停车按钮，柴油机控制器2向舷侧排气控制箱3发送柴油机的燃油齿条位置信号，若燃油齿条位置信号≤2%，舷侧排气控制箱3控制海水流量控制阀5关闭，舷侧排气海水冷却泵4停止运行，若燃油齿条位置信号为0%，则舷侧排气控制箱3延时2分钟关闭舷旁排出阀14并打开泄放阀13。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。