船舶發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水自補(bǔ)給報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寧海強(qiáng)，楊德山，鄧?yán)?，王冰?/p>

(1.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212003;2.中國(guó)人民解放軍73326 部隊(duì)，福建 廈門361012;3.中國(guó)人民解放軍71187 部隊(duì)，山東 煙臺(tái)265800)

0 引 言

船舶發(fā)動(dòng)機(jī)是船舶的主要?jiǎng)恿υ?，如同人類的心臟，冷卻系統(tǒng)是船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其作用是冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)受熱零部件，保證受熱零部件的溫度保持在正常的工作范圍內(nèi)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、耐久性以及排放指標(biāo)等有著重要的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)根據(jù)冷卻方式可分為開式冷卻系統(tǒng)和閉式冷卻系統(tǒng)［1］。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)大部分采用閉式冷卻系統(tǒng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水腔利用淡水冷卻，而淡水通過(guò)熱交換器由海水冷卻。采用閉式冷卻系統(tǒng)的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)一般在機(jī)艙內(nèi)壁上都設(shè)置一高置淡水箱，作為船舶發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水儲(chǔ)存容器，通過(guò)冷卻水管與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)帶淡水泵進(jìn)口相連，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水因泄漏或蒸發(fā)時(shí)自動(dòng)向發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水腔補(bǔ)充冷卻水，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)部件良好冷卻。因此，冷卻水箱要始終保證有充足的淡水。目前，船舶機(jī)艙管理人員大多采用定期檢查與人工補(bǔ)充冷卻水的方法，這種方法不但增大了工作量，而且可靠性不高［2－3］。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中可靠冷卻，從冷卻系統(tǒng)的要求出發(fā)，設(shè)計(jì)一種船舶發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水自動(dòng)補(bǔ)給報(bào)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的自動(dòng)補(bǔ)充以及在冷卻系統(tǒng)泄漏或自動(dòng)補(bǔ)充裝置產(chǎn)生故障時(shí)的故障報(bào)警，保證船舶發(fā)動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

船舶發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水自補(bǔ)給報(bào)警系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)船舶冷卻水箱水位顯示、冷卻水低于最低值時(shí)自動(dòng)補(bǔ)充以及在冷卻系統(tǒng)泄漏或自動(dòng)補(bǔ)充裝置故障導(dǎo)致冷卻水箱水位達(dá)到警戒水位時(shí)自動(dòng)接通報(bào)警電路，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示機(jī)艙人員啟動(dòng)手動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)迅速補(bǔ)充冷卻水，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，保證船舶發(fā)動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行。

1.1 系統(tǒng)總體方案

該系統(tǒng)主要由船舶壓載水艙、電機(jī)與水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)及冷卻水箱、一個(gè)帶觸頭的浮子水位計(jì)和自動(dòng)控制電路系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the system overall structure

系統(tǒng)將觸頭浮子水位計(jì)與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水箱相連組成一個(gè)連通器，水泵通過(guò)水管與船舶壓載水艙相連。當(dāng)水箱水位低于設(shè)定的最低水位時(shí)，浮子利用觸頭使低水位開關(guān)接通，通過(guò)控制電路使電機(jī)帶動(dòng)水泵將壓載水補(bǔ)給水箱;當(dāng)水箱水位達(dá)到最高水位時(shí)，浮子觸頭使高水位動(dòng)開開關(guān)動(dòng)作，控制電路失電，水箱自動(dòng)停止補(bǔ)水，由此實(shí)現(xiàn)冷卻水箱自動(dòng)補(bǔ)水。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠冷卻，系統(tǒng)設(shè)置了手動(dòng)補(bǔ)水操作，在自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)故障無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)水時(shí)，水箱水位低于最低水位會(huì)使低位開關(guān)接通報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示工作人員切換到手動(dòng)補(bǔ)水控制系統(tǒng)，進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)水操作［4－5］。

1.2 觸頭浮子水位計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

觸頭浮子水位計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其下端入口與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水箱底部相通，上端設(shè)有通氣孔，形成一個(gè)連通器，內(nèi)部浮子由一個(gè)空心球和液位指示桿組成，能夠正確反映冷卻水箱水位。水位計(jì)內(nèi)壁設(shè)有H，L 接線柱，分別與浮子高水位“High”位和低水位“Low”位相對(duì)應(yīng)，并用絕緣材料與水位計(jì)相絕緣。液位指示桿上端連接有觸頭，當(dāng)水箱水位處于“Low”位時(shí)，浮子觸頭隨冷卻水同時(shí)下降并與接線柱“L”接觸，此時(shí)動(dòng)閉開關(guān)“L”閉合，接觸器線圈KM 接通;當(dāng)水箱水位處于“High”位時(shí)，冷卻水推動(dòng)浮子觸頭與接線柱“H”接觸，動(dòng)開開關(guān)“H”斷開，接觸器線圈KM 斷電。

圖2 觸頭浮子水位計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of the float gauge with pointing stick

1.3 系統(tǒng)各個(gè)部件的主要功能

冷卻水箱的主要作用是補(bǔ)償循環(huán)中的淡水，保證系統(tǒng)始終具有足量的淡水，同時(shí)還具有放氣功能，可以釋放系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的氣體，確保冷卻介質(zhì)壓力和流量的穩(wěn)定［6］;電機(jī)通過(guò)法蘭與水泵同軸相連，其作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為水泵提供動(dòng)力源;水泵的作用是將船舶壓載水艙的淡水輸送到機(jī)艙高置冷卻水箱;交流接觸器主要用作系統(tǒng)電路的開斷和控制，它利用主觸點(diǎn)來(lái)開閉電路，用輔助觸點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令;帶觸頭的浮子水位計(jì)的作用是顯示冷卻水箱水位并將水箱水位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);水位開關(guān)H和L為電磁開關(guān)，可以利用水位轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的電信號(hào)控制開關(guān)的自動(dòng)開閉，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路自動(dòng)控制。

2 電氣控制方案設(shè)計(jì)

2.1 控制電路組成

系統(tǒng)控制電路如圖3所示，主要由380 V 電源、空氣開關(guān)QS、保險(xiǎn)絲FU、交流接觸器KM、過(guò)載保護(hù)由熱繼電器FR、變壓器T、按鈕、電機(jī)、水泵、報(bào)警器、帶觸頭的浮子水位計(jì)以及指示燈等組成［7－8］。合上空氣開關(guān)QS 接通三相電源，通過(guò)變壓器將380 V 降壓為220 V，電源指示燈亮。

圖3 系統(tǒng)控制電路圖Fig.3 System control circuit diagram

2.2 冷卻水箱自動(dòng)補(bǔ)水控制

將單刀雙置開關(guān)打到“自動(dòng)”位，當(dāng)水箱水位下降到“Low”位時(shí)，低位開關(guān)L 閉合，此時(shí)接觸器線圈KM 通電，同時(shí)運(yùn)行指示燈亮，報(bào)警器響起，接觸器主觸點(diǎn)和輔助常開觸頭閉合，電機(jī)通電并帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將船舶壓載水艙的淡水輸送到機(jī)艙高置冷卻水箱。隨著水箱水位升高，水位計(jì)浮子與觸頭同時(shí)上升，與觸頭L 脫開，低位開關(guān)L 斷開，報(bào)警解除。由于接觸器線圈通電，常開觸點(diǎn)KM 閉合，水泵繼續(xù)工作。當(dāng)水位達(dá)到“High”位時(shí)，冷卻水推動(dòng)浮子觸頭與接線柱H 接觸，高位動(dòng)開開關(guān)H 斷開，接觸器線圈KM 斷電，水泵停止工作，自動(dòng)補(bǔ)水結(jié)束。

2.3 手動(dòng)補(bǔ)水控制

當(dāng)水箱水位下降到“Low”位時(shí)，低位開關(guān)L閉合，此時(shí)接觸器線圈KM 通電，同時(shí)運(yùn)行指示燈亮，報(bào)警器響起，如果此時(shí)自補(bǔ)給電路故障，不能自動(dòng)補(bǔ)充，此時(shí)，由于水位計(jì)浮子觸頭與接線柱L未能脫開，報(bào)警器持續(xù)報(bào)警，提示工作人員立即啟動(dòng)手動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)。

首先，將單刀雙置開關(guān)打到“手動(dòng)”位，手動(dòng)按下常開按鈕SB1，此時(shí)接觸器線圈KM 通電，同時(shí)運(yùn)行指示燈亮，接觸器主觸點(diǎn)和輔助常開觸頭閉合，電機(jī)通電并帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將船舶壓載水艙的淡水輸送到機(jī)艙高置冷卻水箱。當(dāng)松開按鈕SB1時(shí)，由于接觸器線圈通電，常開觸點(diǎn)KM 閉合，水泵能夠繼續(xù)工作。當(dāng)手動(dòng)按下常閉按鈕SB2，SB2斷開，接觸器線圈KM 斷電，常開觸點(diǎn)KM 斷開，水泵立即停止工作。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水自補(bǔ)給報(bào)警系統(tǒng)是由一個(gè)帶觸頭的浮子水位計(jì)和自動(dòng)控制電路系統(tǒng)組成，水位計(jì)浮子將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水箱水位信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水箱水位來(lái)控制補(bǔ)水、報(bào)警電路的通斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2)該系統(tǒng)設(shè)置有手動(dòng)備用補(bǔ)給功能，在冷卻系統(tǒng)泄漏或自動(dòng)補(bǔ)充系統(tǒng)故障時(shí)冷卻水箱水位將達(dá)到警戒水位，此時(shí)自動(dòng)接通報(bào)警電路，并持續(xù)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示機(jī)艙人員利用手動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)迅速補(bǔ)充冷卻水，并檢查、排除自動(dòng)補(bǔ)充裝置故障，保證船艇發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行。

3)在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝冷卻水自動(dòng)補(bǔ)給報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水過(guò)低時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)充以及在發(fā)動(dòng)機(jī)因冷卻系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致膨脹水箱無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)充時(shí)的故障報(bào)警，降低機(jī)電人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高船舶自動(dòng)化水平。

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