專利名稱：柴油機潛用環境條件模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬裝置，尤其涉及一種柴油機潛用環境條件模擬裝置。
背景技術：
柴油機是艦船中應用最廣泛的一種動力機械。因其系統工作可靠、布置靈活、運行 機動的特點，中小型特別是軍用艦船均采取多柴油發電機組供電、并網運行方式；柴電主動 力裝置是現代潛艇的主要動力形式。潛用環境是指潛艇處于通氣管工作狀態時柴油機所處機艙環境。潛用環境參數包 括環境氣溫、環境氣壓、冷卻水溫度、排氣背壓。上述參數的變動對柴油機性能影響很大，因 此，創建一標準潛用環境來標定輸出功率、測試柴油機性能是十分必要的。針對潛用柴油機的潛用環境條件性能研究，國內外柴油機廠商和研究機構也做了 大量的工況模擬試驗。目前已有的針對潛用環境的柴油機試驗系統，可進行柴油機排氣背 壓調節、進氣壓力調節(通過調節直連在柴油機進氣口上的進氣管的蝶閥)等試驗，一定程 度上實現了潛用環境的模擬。但均存在以下問題1.無法模擬潛用氣溫條件個別廠商會采用電加熱的型式加熱進氣空氣，但此方式耗能巨大；對于柴油機長 時間負荷試驗性能研究，十分不經濟。2.無法模擬潛用冷卻水(海水)溫度條件3.無法完整實現潛用環境條件模擬只能實現環境氣溫、環境氣壓、冷卻水溫度、排氣背壓中部分潛用環境條件的模 擬，無法同時在同一系統中實現。綜上所述，目前針對潛用柴油機研制(或改造)的試驗系統無法完整再現或模擬 潛用柴油機實際工作環境，無法進行柴油機潛用環境的性能試驗研究(一般采用系數折算 形式)，從而不能使柴油機的研制效果最優，不利于潛用柴油機研制關鍵技術的研究和掌握。

發明內容
本發明是為了解決現有技術存在的上述問題，而提供的一種柴油機潛用環境條件 模擬裝置，通過該柴油機潛用環境條件模擬裝置可建立一套能完整模擬柴油機潛用環境條 件的裝置/系統。為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是柴油機潛用環境條件模擬裝置，其 特點是，包括環境模擬房、排氣背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部件、冷卻 水溫度調節部件；所述的環境模擬房為密封倉，在環境模擬房的壁上設有包括煙氣出口、空 氣進口以及冷卻水進出口 ；在環境模擬房內設有包括供試驗用的柴油機和耗功裝置；所述 的煙氣出口與模擬房外部的煙氣排氣管路連接；所述的空氣進口與模擬房外部的空氣進氣 管路連接；所述的排氣背壓調節部件連接在煙氣排氣管路上；所述的進氣溫度調節部件連接在煙氣排氣管路的輸出端；所述的進氣壓力調節部件連接在進氣溫度調節部件的輸出端；所述的冷卻水溫度調節部件通過冷卻水進水管道和出水管道與柴油機冷卻水進口、出 口連接；所述的排氣背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部件、冷卻水溫度調 節部件受控制器控制輸出模擬值。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的控制器包括設置在煙氣排氣管 路上的第一溫度傳感器、設置在環境模擬房內的第二溫度傳感器、以及設置在冷卻水進水 管道上的第三溫度傳感器，還包括設置在煙氣排氣管路上的第一壓力傳感器、設置在環境 模擬房內的第二壓力傳感器，以及還包括一與上述各溫度傳感器和各壓力傳感器的輸出端 電連接的程序控制電路；所述的程序控制電路的輸出端分別控制排氣背壓調節部件輸出的 排氣溫度、進氣溫度調節部件輸出的進氣溫度、冷卻水溫度調節部件輸入的冷卻水溫度，以 及分別控制排氣背壓調節部件輸出的排氣背壓、進氣壓力調節部件的壓力。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的排氣背壓調節部件由一調節閥 構成，設置在煙氣排氣管路上。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的進氣溫度調節部件包括設置在 主管道內的煙氣換熱器、以及一旁通進氣調節器件；所述的煙氣換熱器的煙氣入口與煙氣 排氣管路的出口貫通連接，該煙氣換熱器的空氣入口輸入空氣；所述的旁通進氣調節器件 與主管道貫通連接。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的旁通進氣調節器件包括兩個進 氣口和一個出氣口，其中一個進氣口通過管道與煙氣換熱器的出口貫連，另一個進氣口輸 入外部空氣；所述的兩個進氣口的口部設有口部空氣流動面積調節機構，通過控制器控制 所述口部空氣流動面積調節機構在兩個進氣口的開度。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的進氣溫度調節部件還包括一電 加熱器，設置在所述旁通進氣調節器件的下方，所述的電加熱器的出口通過管道與進氣壓 力調節部件連接。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的電加熱器的功率值由控制器控 制。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的進氣壓力調節部件由進氣壓力 調節閥構成，通過管道與所述進氣溫度調節部件的空氣管出口連接；該進氣壓力調節部件 通過空氣進氣管路連接到模擬房的空氣進口。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的冷卻水溫度調節部件包括一冷 卻水輸入三通管路和一海水調溫三通閥；所述的三通管路連接在柴油機的冷卻水入口管路 上；所述的海水調溫三通閥連接在柴油機冷卻水出口管路上；該海水調溫三通閥并通過回 水管路與冷卻水入口管路上的三通管路連接，形成回路；所述的冷卻水出柴油機后分成兩 部分，一部分通過三通管路返回冷卻水進口，一部分排出。上述柴油機潛用環境條件模擬裝置，其中，所述的環境模擬房具有承受IOkPa壓 差的能力，內部可形成標準潛用環境條件的環境氣壓。本發明由于采用了以上的技術方案，可完全實現柴油機潛用環境條件，包括環境 氣溫、環境氣壓、海水溫度和排氣背壓的模擬；為潛用柴油機的研制和性能研究試驗提供一 個基礎平臺。


本發明的具體結構由以下的實施例及其附圖進一步給出。圖1是本發明柴油機潛用環境模擬裝置的整體模擬試驗系統的示意圖。圖2是本發明柴油機潛用環境模擬裝置的冷卻水模擬系統示意圖。圖3是本發明柴油機潛用環境模擬裝置的控制器的電方框圖。
具體實施例方式請參閱圖1。本發明柴油機潛用環境條件模擬裝置，包括環境模擬房1、排氣背壓 調節部件2、進氣溫度調節部件3、進氣壓力調節部件4、冷卻水溫度調節部件5，所述的排氣 背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部 件、冷卻水溫度調節部件受控制器6控 制輸出模擬值。所述的環境模擬房為密封倉，模擬房底部與地基密封貼合，具有承受IOkPa壓差 的能力，內部可形成標準潛用環境條件的環境氣壓例如絕對值96kPa。本實施例供試驗用 的柴油機100以及耗功裝置例如發電機或測功器、冷卻水溫度調節部件5以及與柴油機和 冷卻水溫度調節部件等連接的相關管路均設置在環境模擬房內。外部油氣水電供應管路及 柴油機煙氣排氣管路均通過模擬房兩側的和頂部的接口與環境模擬房內的相關管路連接 (未圖示)，確保模擬房內形成一密封空間。在環境模擬房的壁上還包括設有煙氣出口 11、空氣進口 12以及冷卻水進出口 13 ； 所述柴油機通過管道分別與煙氣出口、空氣進口、冷卻水溫度調節部件連接，冷卻水溫度調 節部件入口、出口分別與環境模擬房的冷卻水進口、出口連接；所述的煙氣出口與模擬房外 部的煙氣排氣管路201連接。所述的空氣進口與模擬房外部的空氣進氣管路202連接。所 述的排氣背壓調節部件2由一調節閥構成，設置在煙氣排氣管路201上。所述的進氣溫度 調節部件3連接在煙氣排氣管路201的輸出端。所述的進氣壓力調節部件4由進氣壓力調 節閥構成，通過管道與所述進氣溫度調節部件的空氣管出口連接；該進氣壓力調節部件通 過空氣進氣管路202連接到模擬房的空氣進口。本實施例中，所述的進氣溫度調節部件3包括設置在主管道內的煙氣換熱器31、 以及一旁通進氣調節器件32 ；所述的煙氣換熱器31的煙氣入口與煙氣排氣管路202的出 口貫通連接，該煙氣換熱器31的空氣入口(即進氣1)輸入空氣；所述的旁通進氣調節器件 32與主管道貫通連接。本實施例中，所述的旁通進氣調節器件32包括兩個進氣口 321、322 和一個出氣口 323，其中一個進氣口 321通過管道與煙氣換熱器31的出口連接，另一個進氣 口 322輸入外部空氣(即進氣2)。所述的兩個進氣口的口部設有口部空氣流動面積調節機 構，本實施例的口部空氣流動面積調節機構例如設為滑動蓋，通過控制器控制所述口部空 氣流動面積調節機構在兩個進氣口的開度。為了精確控制進氣溫度或作為煙氣換熱器的輔 助備用，本發明還包括一電加熱器33，設置在所述旁通進氣調節器件的下方。所述的電加 熱器的出口通過管道與進氣壓力調節部件連接。該電加熱器33的功率值也由控制器控制。 柴油機吸入的進氣空氣流經進氣溫度調節裝置的煙氣換熱器、旁通進氣和電加熱器和進氣 壓力調節閥進入模擬房。所述的進氣溫度以環境模擬房內環境氣溫達到標準潛用環境條件 要求為準。
請參閱圖2，本發明柴油機潛用環境條件模擬裝置中，所述的冷卻水溫度調節部件 5包括一冷卻水輸入三通管路51和一海水調溫三通閥52，本實施例該冷卻水溫度調節部件 5設置在環境模擬房內，其中，所述的三通管路51連接在柴油機的冷卻水入口管路204上； 所述的海水調溫三通閥52連接在柴油機冷卻水出口管路205上，該海水調溫三通閥52并 通過回水管路206與冷卻水入口管路204上的三通管路51連接，形成回路。所述的冷卻水 入口管路204和通冷卻水出口管路205分別與柴油機冷卻水進口、出口連接。工作時，所 述的冷卻水出柴油機后分成兩路，一路直接排出，一路旁通至三通管路，與進口冷卻水(海 水)混合后進入柴油機。請參閱圖3，本發明柴油機潛用環境條件模擬裝置中，所述的控制器6包括設置在 煙氣排氣管路上的第一溫度傳感器61、設置在環境模擬房內的第二溫度傳感器62、以及設 置在冷卻水溫度調節部件的冷卻水進水管道上的第三溫度傳感器63，還包括設置在煙氣排 氣管路上的第一壓力傳感器64和設置在環境模擬房內的第二壓力傳感器65，在冷卻水溫 度調節部件5的冷卻水出水管路上也可還包括一第四溫度傳感器66。以及還包括一與上述 各溫度傳感器和各壓力傳感器的輸出端電連接的程序控制電路67 ；所述的程序控制電路 的輸出端分別與排氣背壓調節部件2、進氣溫度調節部件3、進氣壓力調節部件4、冷卻水溫 度調節部件5的輸入端電連接，分別控制排氣背壓調節閥輸出的排氣溫度和排氣背壓、控 制進氣溫度調節部件輸出的進氣溫度、控制冷卻水溫度調節部件輸入、輸出的冷卻水溫度， 以及控制進氣壓力調節閥的壓力。所述的控制電路可由單片機構成，也可由可編程序控制器構成。本實施例中，控制 電路根據第一溫度傳感器和第一壓力傳感器的輸出信號分別控制排氣背壓調節閥的開度。 柴油機排出的煙氣出模擬房后，依次流經排氣背壓調節閥和進氣溫度調節裝置的煙氣換熱 器；根據煙氣排氣管路上的第一壓力傳感器(或安裝于柴油機機體上的渦輪后排氣壓力傳 感器)控制排氣背壓調節閥的開度值，使柴油機排氣背壓和溫度達到期望值。控制電路根據模擬房內的第二壓力傳感器輸出的信號控制進氣壓力調節閥的開 度值，使模擬房內環境氣壓達到期望值。并根據模擬房內的第二溫度傳感器輸出的信號控 制進氣溫度調節裝置的旁通進氣器件的開度和電加熱器的功率值，使模擬房內環境氣溫達 到期望值。控制電路還根據進柴油機前的冷卻水入口管路上的第三溫度傳感器輸出的信號 控制冷卻水入口的溫度，被通過出柴油機后的冷卻水出口管路上設置的第四溫度傳感器和 第四壓力傳感器輸出的信號控制海水調溫三通閥的旁通、排出冷卻水比例，使進入柴油機 的海水溫度達到期望值。本裝置可與柴油機試驗室輔助系統(油氣水電供應)結合，與試驗裝置(柴油機 及耗功設備)一起形成一個柴油機潛用環境的試驗系統。具有以下的特點
1.排氣背壓模擬柴油機排氣(煙氣)出環境模擬房后經排氣背壓調節閥進入進氣溫度調節部件； 通過調節排氣背壓調節閥開度，可設定柴油機排氣背壓值；此外，通過外部程序控制排氣背 壓調節閥開度大小變化規律(一定周期、幅值的正弦波曲線)，可進行排氣背壓波動的模 擬。2.進氣溫度模擬
煙氣在進氣溫度調節部件中通過換熱來加熱柴油機進氣。此外，進氣溫度調節部 件下部設置電加熱器，可對進氣溫度小幅度微調。進氣溫度的控制實際以環境模擬房內氣 溫(環境氣溫)達到標準潛用環境條件要求為準。3.進氣壓力模擬出進氣溫度調節部件后，進氣空氣經進氣壓力調節閥由運行中柴油機吸入環境模 擬房；通過調節進氣壓力調節閥開度，可設定環境模擬房內氣壓值。4.冷卻水溫度模擬
冷卻水(海水)流經柴油機，吸收熱量后溫度升高；在柴油機出口海水管路設置海 水調溫三通閥，海水出柴油機后分成兩部分，一部分通過三通管路返回進口，一部分排出； 返回與排出的比例由調溫閥根據進柴油機前海水溫度信號自動調節。
權利要求
柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，包括環境模擬房、排氣背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部件、冷卻水溫度調節部件；所述的環境模擬房為密封倉，在環境模擬房的壁上設有包括煙氣出口、空氣進口以及冷卻水進出口；在環境模擬房內設有包括供試驗用的柴油機和耗功裝置；所述的煙氣出口與模擬房外部的煙氣排氣管路連接；所述的空氣進口與模擬房外部的空氣進氣管路連接；所述的排氣背壓調節部件連接在煙氣排氣管路上；所述的進氣溫度調節部件連接在煙氣排氣管路的輸出端；所述的進氣壓力調節部件連接在進氣溫度調節部件的輸出端；所述的冷卻水溫度調節部件通過冷卻水進水管道和出水管道與柴油機冷卻水進口、出口連接；所述的排氣背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部件、冷卻水溫度調節部件受控制器控制輸出模擬值。
2.根據權利要求1所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的控制器 包括設置在煙氣排氣管路上的第一溫度傳感器、設置在環境模擬房內的第二溫度傳感器、 以及設置在冷卻水進水管道上的第三溫度傳感器，還包括設置在煙氣排氣管路上的第一壓 力傳感器、設置在環境模擬房內的第二壓力傳感器，以及還包括一與上述各溫度傳感器和 各壓力傳感器的輸出端電連接的程序控制電路；所述的程序控制電路的輸出端分別控制排 氣背壓調節部件輸出的排氣溫度、進氣溫度調節部件輸出的進氣溫度、冷卻水溫度調節部 件輸入的冷卻水溫度，以及分別控制排氣背壓調節部件輸出的排氣背壓、進氣壓力調節部 件的壓力。
3.根據權利要求1所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的排氣背 壓調節部件由一調節閥構成，設置在煙氣排氣管路上。
4.根據權利要求1所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的進氣溫 度調節部件包括設置在主管道內的煙氣換熱器、以及一旁通進氣調節器件；所述的煙氣換 熱器的煙氣入口與煙氣排氣管路的出口貫通連接，該煙氣換熱器的空氣入口輸入空氣；所 述的旁通進氣調節器件與主管道貫通連接。
5.根據權利要求4所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的旁通進 氣調節器件包括兩個進氣口和一個出氣口，其中一個進氣口通過管道與煙氣換熱器的出口 貫連，另一個進氣口輸入外部空氣；所述的兩個進氣口的口部設有口部空氣流動面積調節 機構，通過控制器控制所述口部空氣流動面積調節機構在兩個進氣口的開度。
6.根據權利要求4所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的進氣溫 度調節部件還包括一電加熱器，設置在所述旁通進氣調節器件的下方，所述的電加熱器的 出口通過管道與進氣壓力調節部件連接。
7.根據權利要求4或6所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的電加 熱器的功率值由控制器控制。
8.根據權利要求1所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的進氣壓 力調節部件由進氣壓力調節閥構成，通過管道與所述進氣溫度調節部件的空氣管出口連 接；該進氣壓力調節部件通過空氣進氣管路連接到模擬房的空氣進口。
9.根據權利要求1所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的冷卻水溫度調節部件包括一冷卻水輸入三通管路和一海水調溫三通閥；所述的三通管路連接在柴 油機的冷卻水入口管路上；所述的海水調溫三通閥連接在柴油機冷卻水出口管路上；該海 水調溫三通閥并通過回水管路與冷卻水入口管路上的三通管路連接，形成回路；所述的冷 卻水出柴油機后分成兩部分，一部分通過三通管路返回冷卻水進口，一部分排出。
10.根據權利要求1所述的柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特征在于，所述的環境模 擬房具有承受lOkPa壓差的能力，內部可形成標準潛用環境條件的環境氣壓。
全文摘要
本發明涉及一種柴油機潛用環境條件模擬裝置，其特點是，包括環境模擬房、排氣背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部件、冷卻水溫度調節部件；環境模擬房為密封倉；排氣背壓調節部件連接在煙氣排氣管路上；進氣溫度調節部件連接在煙氣排氣管路的輸出端；進氣壓力調節部件連接在進氣溫度調節部件的輸出端；冷卻水溫度調節部件通過冷卻水進水管道和出水管道與柴油機冷卻水進口、出口連接；排氣背壓調節部件、進氣溫度調節部件、進氣壓力調節部件、冷卻水溫度調節部件受控制器控制輸出模擬值。可完全實現柴油機潛用環境條件，包括環境氣溫、環境氣壓、海水溫度和排氣背壓的模擬；為潛用柴油機的研制和性能研究試驗提供一個基礎平臺。
文檔編號G01M15/04GK101832861SQ20101014130
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者劉佳彬, 曾憲友, 童強, 艾鋼, 趙同賓, 邱愛華, 郭豐澤 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所