船用重油燃油喷射系统试验台架的制作方法

本发明涉及船舶柴油机工程技术领域，具体涉及一种船用重油燃油喷射系统试验台架。

背景技术

船用内燃机是船舶最主要的配套设备，当前和未来柴油机仍是商用船舶的最主要动力源。燃油成本是船舶运营成本的重要部分，重油因其廉价性，而在船舶柴油机上得到了广泛的应用，但由于重油为重度污染物，以及其自身特性的原因，重油无法直接用于柴油机的燃烧，需要经过分离净化、加热、加压等一些列的处理，才能用于柴油机的燃烧使用。船用重油经过一系列处理，然后喷射到柴油机气缸内的过程即为船用重油燃油喷射系统。

船用重油燃油喷射系统试验台架为海洋工程装备安装调试服务，并可为船用重油燃油系统以及电控系统的开发和测试提供一个高效的平台，减少了系统整体研发过程的台架试验，缩短了执行机构部件的设计开发周期，节省了调试、测试和试验费用。但是，集成了船用重油燃油净化供给系统和高压共轨燃油喷射系统为一体的试验台架目前尚没有成型的产品。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种船用重油燃油喷射系统试验台架，它可进行船用重油高压共轨系统执行机构的性能和可靠性试验，以及船用重油高压共轨控制系统功能的测试与验证，还可进行船用重油净化机构性能试验。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种船用重油燃油喷射系统试验台架，所述试验台架上设有辅助系统、喷油机构和测控系统：

所述辅助系统包括依次连接的重油储存柜、重油分离单元、净油柜和重油供油单元，所述重油储存柜用于重油的存储与沉淀，所述重油分离单元对重油进行加热、分离净化，得到净化后的重油，所述净油柜用于净化后重油的存储与沉淀，所述重油供油单元对净化后的重油进行加压、调温、过滤和除气处理，为所述喷油机构提供满足压力、粘度和温度要求的燃油；

所述喷油机构包括驱动电机和共轨执行机构，所述共轨执行机构包括依次连接的高压油泵、高压共轨管和电控喷油器，所述高压油泵与重油供油单元连通，所述驱动电机驱动高压油泵对重油供油单元输入的低压燃油进行加压，高压共轨管用于存储从高压油泵输出的高压燃油，所述电控喷油器将高压共轨管中的高压燃油喷射到所述测控系统进行测量；

所述测控系统包括测控单元和系统测量单元，所述测控单元根据设定的运行状态向所述喷油机构和辅助系统发送控制信号，同时收集各个系统发送来的数据，进行存储和显示；所述系统测量单元测量所述共轨执行机构喷射的燃油特性和喷射规律。

上述方案中，所述辅助系统还包括辅助单元控制系统，所述辅助单元控制系统通过采集所述重油分离单元、净油柜和重油供油单元内各传感器输出信号，来控制所述重油分离单元和重油供油单元的工作状态，同时将采集的信号发送至所述测控单元。

上述方案中，所述重油分离单元包括依次相连的吸滤器、加热器、输送泵和分油机；所述吸滤器与所述重油储存柜连通，初步过滤重油的杂质；所述加热器用于根据所述辅助单元控制系统的控制加热重油，提高重油的流动性；所述输送泵将重油输送至分油机；所述分油机用于根据所述辅助单元控制系统的控制，进一步分离重油中的淤泥和水等杂质，提供净化后的重油，经过所述分油机分离后的重油输送至所述净油柜中。

上述方案中，所述分油机的输出口安装有水传感器，以水传感器测量的输出燃油含水量作为控制信号，传送给分油机自带的控制器，控制分油机内水的含量，来控制分油机的效率；所述分油机的下端设有排料口，用于排出淤泥与水。

上述方案中，所述净油柜为密封燃油柜，密封燃油柜内安装有液位传感器，用于测量所述净油柜内净化后重油存储含量，并发送给所述辅助单元控制系统；所述密封燃油柜内还安装有温度报警器，用于监测所述净油柜内净化后重油温度，并将温度数据发送给所述辅助单元控制系统；所述密封燃油柜的上端安装有溢流管，所述溢流管与所述重油存储柜连通，用于将所述净油柜内溢出净化后的重油输送回所述重油储存柜。

上述方案中，所述重油供油单元包括低压阶段装置、混合罐和高压阶段装置；所述低压阶段装置包括依次连接的泵过滤器、供应泵、自动过滤器，所述自动过滤器与所述混合罐连通，两者之间的管路上设有流量传感器和压力传感器，所述供应泵为燃油流动提供动力，所述自动过滤器用于过滤燃油内杂质；所述混合罐存储低压阶段净化完成的低压燃油，并回收从高压阶段中溢流出来的高温回油；所述高压阶段装置包括依次连接的循环泵和管式加热器，所述循环泵与混合罐连接，所述管式加热器与共轨执行机构的高压油泵连接，管式加热器与高压油泵之间的管路上设有压力传感器、温度传感器和粘度传感器。

上述方案中，所述试验台架上还设有共轨机构辅助系统，所述共轨机构辅助系统包括支撑台架、驱动电机、凸轮、凸轮轴和联轴器，所述共轨执行机构安装于所述支撑台架上，所述凸轮安装于所述凸轮轴的端部，所述凸轮轴与驱动电机通过联轴器相连，所述凸轮与所述高压油泵连接，所述驱动电机带动凸轮轴旋转，从而驱动所述高压油泵对燃油进行加压和传输；所述驱动电机的转速受所述测控单元的控制。

上述方案中，所述系统测量单元包括单次喷射仪、平均称重装置和集油箱，所述电控喷油器喷射出的低压燃油通过三向转换阀分别连通至所述单次喷射仪和平均称重装置，所述单次喷射仪与平均称重装置的油汇集至所述集油箱中。

上述方案中，所述试验台架上还设有燃油冷却系统，用于对所述电控喷油器喷射后高温低压燃油进行冷却，所述燃油冷却系统包括换热器、循环泵、冷凝器，所述集油箱与循环泵连接，所述换热器通过热交换的原理对高温低压燃油进行冷却，所述循环泵用于冷凝介质的循环流动，所述冷凝器对冷却燃油的冷凝介质进行冷却；所述试验台架上还设有重油回收系统，用于回收冷却后的低压燃油，并回收所述重油分离单元和供油单元过滤产生的杂质。

上述方案中，所述试验台架上还设有润滑油系统，用于为所述喷油机构提供运行所需的滑油。

本发明的有益效果在于：

1、本发明集成了船用重油净化、高压共轨和电控系统等装置和部件，在实验室环境中具备与真实船舶上一样的重油净化、供给、燃油泵运转和燃油喷射的功能，可作为船用重油燃油喷射系统的科研和教学设备提供给工程师研究和船员培训使用，并具有推广使用价值。

2、本发明集成了完整的高压共轨执行机构和测控单元，可由集中监控平台提供共轨系统工作条件，是一个高度集中的综合性试验平台，可进行高压共轨系统特性、控制策略开发和执行机构性能研究和测试。

3、本发明集成了完整的船用重油净化供给机构和控制系统，试验台架重油净化过程的运行由辅助单元控制系统控制，可进行船用重油净化机构的性能测试。

4、本发明保留了高压共轨系统的结构特征和技术特点，包括完整的高压油泵、高压共轨管和电控喷油器，可达到与真实柴油机一样的燃油喷射压力。

5、本发明测量单元配备了单次喷射仪，可用于电控喷油器喷射率和喷射规律的测量和研究。

6、本发明可独立展开共轨系统执行机构关键零部件性能试验，例如单独进行电控喷油器或高压油泵特性试验。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明船用重油燃油喷射系统试验台架的结构框图；

图2是本发明试验台架的分油机的结构示意图；

图3是本发明试验台架的重油供油单元的结构示意图；

图4是本发明试验台架的共轨机构辅助系统的结构示意图；

图5是本发明试验台架的系统测量单元的结构示意图。

图中：11、重油出口；12、水传感器；13、排料口；14、多余水输出口；21、泵过滤器；22、供应泵；23、自动过滤器；24、流量传感器；25、压力传感器；26、手动旁通过滤器；27、压力控制阀；28、自动脱气阀；30、混合罐；41、循环泵；42、管式加热器；43、压力传感器；44、温度传感器；45、粘度传感器；46、溢流阀；52、驱动电机；53、凸轮；54、凸轮轴；55、联轴器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明一较佳实施例的船用重油燃油喷射系统试验台架，试验台架上设有辅助系统、喷油机构和测控系统：

辅助系统包括依次连接的重油储存柜、重油分离单元、净油柜和重油供油单元。重油储存柜用于重油的存储与沉淀，为试验台架提供未净化的重油。重油分离单元对重油进行加热、分离净化，得到净化后的重油。净油柜用于净化后重油的存储与沉淀。重油供油单元对净化后的重油进行加压、调温、过滤和除气处理，为共轨执行机构提供满足压力、粘度和温度要求的燃油。

喷油机构包括驱动电机52和共轨执行机构。共轨执行机构包括依次连接的高压油泵、高压共轨管和电控喷油器。高压油泵与重油供油单元连通，驱动电机52驱动高压油泵对重油供油单元输入的低压燃油进行加压，高压共轨管采用双层结构，用于蓄压存储从高压油泵输出的高压燃油，电控喷油器通过电磁阀的高速启、闭，将高压共轨管中的高压燃油喷射到系统测量单元进行测量。高压油泵为柱塞泵，其进口处安装有比例流量控制电磁阀，根据平台测控系统的控制信号调节燃油的输入量，以控制输出高压燃油的输出流量。

测控系统包括测控单元和系统测量单元。测控单元根据设定的运行状态向共轨执行机构和辅助系统发送控制信号，同时收集各个系统发送来的数据进行存储和显示。系统测量单元测量共轨执行机构喷射的燃油特性和喷射规律。

进一步优化，本实施例中，辅助系统还包括辅助单元控制系统，辅助单元控制系统通过采集重油分离单元、净油柜和重油供油单元内各传感器输出信号(温度、压力、粘度和水含量等)，结合工作人员在操作界面输入的压力、温度和粘度等目标参数，来控制重油分离单元和重油供油单元的工作状态，包括加热器、输送泵、分油机、供给泵和管式换热器等各个零部件的运行。同时将采集的信号can总线输送到测控系统。

进一步优化，本实施例中，重油分离单元包括依次相连的吸滤器、加热器、输送泵和分油机。吸滤器与重油储存柜连通，初步过滤重油的杂质。加热器用于根据辅助单元控制系统的控制加热重油，提高重油的流动性。输送泵将重油输送至分油机。分油机用于根据辅助单元控制系统的控制，通过离心分离原理进一步分离重油中的淤泥和水等杂质，提供净化后的重油，经过分油机分离后的重油输送至净油柜中。

进一步优化，本实施例中，分油机的分离效率主要受分油机内水含量多少的控制，因此在重油分油机的净化后重油出口11安装有水传感器12，如图2所示，水传感器12测量重油分油机输出净化后重油水含量，辅助单元控制系统根据水传感器12的输入信号，来控制重油分离机内水量的输出多少，来提高重油分离机的净化效率。分油机的下端设有排料口13，用于排出淤泥与水。分油机的上端还设有多余水输出口14，用于分油机内含水量过多而排料口13排水无法满足排水要求时排出过多的水量。

进一步优化，本实施例中，净油柜为密封燃油柜，密封燃油柜内安装有液位传感器，用于测量净油柜内净化后重油存储含量，并发送给辅助单元控制系统，以便控制重油分离单元净化后重油的供给量，以保证净化后重油的存储量足够。密封燃油柜内还安装有温度报警器，用于监测净油柜内净化后重油温度，并将温度数据发送给辅助单元控制系统，以便控制加热器的加热温度。密封燃油柜的上端安装有溢流管，溢流管与重油存储柜连通，用于将净油柜内溢出净化后的重油输送回重油储存柜。

进一步优化，本实施例中，重油供油单元包括低压阶段装置、混合罐30和高压阶段装置，如图3所示。低压阶段装置包括依次连接的泵过滤器21、供应泵22、自动过滤器23，自动过滤器23与混合罐30连通，两者之间的管路上设有流量传感器24和压力传感器25。泵过滤器21用于净化后重油的粗过滤，防止净化后重油内大颗粒阻碍泵的运行。供应泵22为燃油流动提供动力，自动过滤器23用于过滤燃油内杂质，自动过滤器23出故障时可转换为手动旁通过滤器26使用。流量传感器24与控制器中的流量显示器配合使用，测量本发明试验台架燃油消耗。低压阶段装置20还设置有压力控制阀27，压力控制阀27可使燃油在低压级循环，控制燃油供给量，低压阶段燃油的压力保持在4bar。

高压阶段装置包括依次连接的循环泵41和管式加热器42。循环泵41与混合罐30连接，管式加热器42与共轨执行机构的高压油泵连接，管式加热器42与高压油泵之间的管路上设有压力传感器43、温度传感器44和粘度传感器45，粘度传感器45测量燃油的粘度，与设定燃油粘度进行比较，然后控制器调节管式加热器42加热或冷却介质的供应，以保持正确的燃油粘度。高压阶段装置40还设置有溢流阀46，溢流阀46用于控制高压阶段的燃油压力(燃油从混合罐30进入高压阶段，高压阶段压力范围在6到16bar，可设置)，将多余的高温燃油输送回混合罐30，进行混合重新利用。为防止喷油器燃油不足，高压阶段的流量总是设定为实际燃油消耗率的倍数，设定的倍数可通过控制器来设置。

混合罐30存储低压阶段净化完成的低压燃油，并回收从高压阶段中溢流阀46溢流出来的高温回油，将两种燃油进行混合，积聚在混合罐30内的气体会自动排回到清洁重油存储柜，为高压阶段提供燃油。混合罐30与净油柜之间还设有自动脱气阀28，使积聚在混合罐30里的气体通过自动脱气阀28自动阀排回到净油柜。

进一步优化，本实施例中，试验台架上还设有共轨机构辅助系统，如图4所示。共轨机构辅助系统为共轨执行机构提供支撑工作台和电机驱动力，包括支撑台架、驱动电机52、凸轮53、凸轮轴54和联轴器55，驱动电机52为共轨执行机构运行提供动力，凸轮轴54模拟船用凸轮轴，将驱动电机52的旋转运动转化为高压油泵所需的上下往复运动。具体的，共轨执行机构安装于支撑台架上，凸轮53安装于凸轮轴54的端部，凸轮轴54与驱动电机52通过联轴器55相连，凸轮53与高压油泵采用直接接触连接。驱动电机52带动凸轮轴54旋转，从而驱动高压油泵对燃油进行加压和传输。在凸轮轴54尾端安装惯性补偿飞轮，以维持相对均匀的角速度，并防止电机过载运转。在联轴器55位置加装旋转式光电编码器及齿数各不相同的齿轮盘，为实验平台提供转速信号。驱动电机52的转速受测控单元的控制。

进一步优化，本实施例中，系统测量单元包括单次喷射仪、平均称重装置和集油箱，如图5所示。电控喷油器喷射出的低压燃油通过三向转换阀分别连通至单次喷射仪和平均称重装置，单次喷射仪测量电控喷油器的喷油率。平均称重装置可依据设定时间测量不同喷油器喷射燃油的体积，根据计算得到不同喷油器的平均喷油体积。单次喷射仪与平均称重装置的油汇集至集油箱中，集油箱对单次喷射仪和平均称重装置测量后的燃油进行汇集传输。

进一步优化，本实施例中，试验台架上还设有燃油冷却系统，用于对电控喷油器喷射后高温低压燃油进行冷却，以防止整个试验台架上燃油的温度过高，发生危险。燃油冷却系统包括换热器、循环泵、冷凝器，集油箱与循环泵连接，换热器通过热交换的原理对高温低压燃油进行冷却，循环泵用于冷凝介质的循环流动，冷凝器对冷却燃油的冷凝介质进行冷却，冷却后的冷凝介质继续到换热器冷却高温低压燃油，循环进行。试验台架上还设有重油回收系统，用于回收冷却后的低压燃油，并回收重油分离单元和供油单元过滤产生的杂质，以防止对环境的污染以及资源的浪费。

进一步优化，本实施例中，试验台架上还设有润滑油系统，用于为喷油机构提供运行所需的滑油，润滑油系统由测控单元进行控制。

本发明试验台架的测控单元同时兼具监测和控制功能。控制方面，测控单元根据运行状态向共轨执行机构发送控制信号，并采集共轨执行机构中高压共轨管的压力，作为燃油共轨压力的反馈信号，输出喷油控制信号和比例阀控制信号分别给共轨执行机构的电控喷油器和高压油泵比例阀，完成燃油的喷射控制和燃油轨压力控制。同时测控单元根据设定值向共轨机构辅助系统输出电机转速信号和润滑油系统启闭信号，控制驱动电机52转速的输出和润滑油的供应。监测方面，测控单元收集辅助单元控制系统和共轨执行机构发送的试验台架上各种数据，进行集中显示和数据存储，用于评判试验台架的运行状态，保证试验台架的运行安全，同时为实验研究的数据读取服务。

本发明与现有技术相比，主要有以下的有益效果：

1、本发明集成了船用重油净化、高压共轨和电控系统等装置和部件，在实验室环境中具备与真实船舶上一样的重油净化、供给、燃油泵运转和燃油喷射的功能，可作为船用重油燃油喷射系统的科研和教学设备提供给工程师研究和船员培训使用，并具有推广使用价值。

2、本发明集成了完整的高压共轨执行机构和测控单元，可由集中监控平台提供共轨系统工作条件，是一个高度集中的综合性试验平台，可进行高压共轨系统特性、控制策略开发和执行机构性能研究和测试。

3、本发明集成了完整的船用重油净化供给机构和控制系统，试验台架重油净化过程的运行由辅助单元控制系统控制，可进行船用重油净化机构的性能测试。

4、本发明保留了高压共轨系统的结构特征和技术特点，包括完整的高压油泵、高压共轨管和电控喷油器，可达到与真实柴油机一样的燃油喷射压力。

5、本发明测量单元配备了单次喷射仪，可用于电控喷油器喷射率和喷射规律的测量和研究。

6、本发明可独立展开共轨系统执行机构关键零部件性能试验，例如单独进行电控喷油器或高压油泵特性试验。喷油器的性能试验，通过测控单元设定共轨管压力和喷油器的喷油脉宽等边界条件，以测量单元测量的喷油率与喷油量与喷油器的设计值对比来分析喷油器的性能；同理通过测控单元与辅助单元控制系统，分别设定共轨管压力(即高压油泵背压)、电机转速和供油单元输出压力(即高压油泵进口压力)等边界条件，通过高压油泵输出口压力变化来分析其工作性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。