发动机冷却装置更新技术方案.docx
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发动机冷却装置更新技术方案
技术方案
一、项目概况
1、项目名称：
二区2#台架发动机冷却装置更新
2、用途：
为发动机试验提供发动机冷却水
3、项目范围：
冷却装置的设计、制造、安装、调试
4、施工期限：
合同签字生效后20天改造完成
5、施工地点：
二区2#试验间
6、设备现状
2#试验台架现在肩负着4H发动机的性能试验任务，对设备的性能和工作安全性要求有很大的提高。
该设备目前主要存在的问题：
6.1原发动机冷却水箱选用板式热交换冷却器，发动机水套内残留的型砂在发动机运转过程中流入到热交换器水道，在热交换器水道表面产生水垢。
需要经常拆下来清洗。
拆装和清洗时间周期长，影响生产任务完成；
6.2温控装置放气系统存在缺陷，需要改造；
6.3自动补液控制不可靠，易导致发动机缺水拉缸的风险；
6.4发动机冷却水试验完毕放掉了，新上的发动机加的是常温的冷却水，需要较长时间预热；
6.5发动机水套内残留的型砂在发动机运转过程中流入到热交换器水道易造成水道堵塞；
6.6发动机大负荷运转产生的高温冷却水在热交换器水道表面产生水垢造成冷却能力不足。
二、技术要求
1、发动机冷却水装置由执行机构和控制机构组成，能根据发动机冷却液的温度自动调节换热器冷却水的流量，通过冷却水对发动机冷却液恒定控制，控制机构满足台架控制系统要求，在水温高时的二级报警，分别是声音报警和声音报警并自动回油门控制；
2、发动机冷却液的进水可控温度范围：
70～130℃，稳定工况下温度控制的误差：
±2℃，在冷却水进水管道上安装比例调节阀控制发动机试验冷却液温度；
3、冷却装置满足被测发动机功率范围：
200～500kw；
4、冷却装置的温度传感器的测量精度：
0-150℃±0.2℃，并安装方式与其它台架相同；
5、冷却装置的换热器采用立式管壳式换热器，换热器铜管直径不小于φ14mm，发动机水套内的型砂不易堵塞换热器水套，不易结垢，避免经常清洗；
5.1采用管壳式换热器，具体参数如下表：
表2：
管壳式换热器参数表
式样
管壳式
管材
铜
筒体材质
钢
冷冻水流量
350L/min
发动机试验冷却液进出水温
90/70℃
水侧工作承压
1.0MPa
3.6在新冷却液温控系统上配置自动放气、自动补液系统，温控装置的放气系统，要求排气畅通；一旦缺液自动报警保护，确保安全生产；
3.7在补水管道上设置热水型管道泵（建议型号：
32SGR5-25），解决补水缓慢的问题；
3.8在发动机试验完毕后，能够将冷却水抽回到储存水箱（150L），使冷却水循环使用，
缩短下一台发动机试验的预热时间，提高试验效率；
3.9要求该冷却装置的管路能够切换，在满足2#台架发动机试验使用外，通过阀门切换后
还必须满足噪声试验室发动机的试验要求；
3.10在冷却装置发动机试验冷却液进、出口水管路上安装40目的管道过滤器过滤型砂，过滤器的公称直径应比管道直径大2个规格；
3.11电气控制要求为独立单元控制，不能与现发动机试验的控制系统混在一起；
3.12施工时不得损坏发动机厂的任何设施，若损坏应照价赔偿。
如果对有些设施不可避免时，必须经过发动机厂有关的人员现场确认，待到同意后，方可实施；
3.13施工期间必须遵守发动机厂对施工单位的各项要求；
3.14管道施工按照《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235-98），《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-98）的相关规定执行。
三、方案简介
1、冷却装置系统图
2、冷却水装置简介
发动机冷却水装置是保障发动机性能试验运行时而设计。
整个系统由壳管换热器、发动机冷却液回液泵、发动机冷却液补液泵、电动比例控制阀、温度传感器、电磁阀、浮球液位开关、水流开关、冷却液储液箱、膨胀水箱、过滤器、手动阀门及控制等组成。
通过对外循环水的循环水流量自动控制，利用热交换器换热，保证发动机内循环进出水温度稳定在70/90℃，并设置温度传感器检测发动机冷却液出水温度，当水温过高时系统自动声光报警，水温超高时系统除声光报警外同时给一路报警信号给实验台架控制系统自动回油门。
发动机在测试前第一次补水和发动机测试过程中水消耗的内循环水，都通过自动补水功能完成。
直至试验结束，如无其它故障，水系统不需人工干预，完成自动补水，控温，监视，报警等。
3、冷却装置设备明细表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
1
管壳式换热器
200-2.3-1.0
台
1
2
冷却液进回液泵
32SGR5-20
台
2
4
比例调节阀
DN40
个
2
5
常闭电磁阀
ZQDF-32
个
3
6
浮球液位控制器
个
2
7
流量开关
HFS-25
个
1
8
温度控制器
AI-518P
个
1
9
温度传感器
PT100
个
1
10
声光报警器
个
1
11
Y型过滤器
DN65
个
2
12
Y型过滤器
DN40
个
2
13
Y型过滤器
DN25
个
3
14
手动球阀
DN40
个
7
15
手动球阀
DN32
个
1
16
储水箱
V=150L
个
1
17
膨胀水箱
V=50L
个
1
18
控制箱
台
1
4、控制装置简介
4.1冷却液温度控制系统
冷却液温度控制是温度控制器通过温度传感器检测发动机冷却液进水温度调节管壳式换热器一次循环水管上电动比例控制阀的开度，调节一次循环水的流量，使发动机冷却液进水温度恒定在70-130℃（温度可根据需要设定）。
控制系统自动监控发动机冷却液进水温度，系统根据系统设置的温度上限和上上限以及下限自动报警。
4.1.1温度传感器采用高品质PT100型热电阻，可工作在-200℃至500℃的范围内。
测量精度达±0.15℃。
4.1.2温度控制器采用厦门宇电AI-518P型温度控制器。
●具备30段程序控制功能，可实现任意斜率的升、降温控制，具有跳转（循环）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，并允许在程序的控制运行中随时修改程序；采用具备曲线拟合功能的AI人工智能调节算法，能获得光滑平顺的曲线控制效果；利用SV变送输出功能可以作为程序发生器使用；具备测量值启动功能、准备功能及五种停电/开机事件处理模式选择。
●支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射（红外）温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，0.25级测量精度，温漂小于100PPm/℃。
●模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、单相可控硅移相触发输出，控制周期0.5~120秒可调。
●具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能，双组独立参数PID可支持加热/冷却双输出功能。
●先进的AIBUS通讯协议：
支持RS485或RS232C通讯接口，能方便组建中、小型计算机控制系统。
●支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多种报警功能，并可自由定义4个报警输出端口，支持多个报警信号从同一位置输出。
具备上电免除报警等功能，避免上电报警误动作。
●可将测量值（PV）或给定值（SV）变送为标准电流信号输出，能提供14位高分辩率、0.2级输出精度及优于100ppm/℃温度漂移性能的电流输出。
●可定义参数查看及修改的权限，及允许用户自定义密码，量身定制最符合自己操作习惯的仪表。
●具备30段程序控制功能，可实现任意斜率的升、降温控制，具有跳转（循环）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，并允许在程序的控制运行中随时修改程序；采用具备曲线拟合功能的AI人工智能调节算法，能获得光滑平顺的曲线控制效果；利用SV变送输出功能可以作为程序发生器使用；具备测量值启动功能、准备功能及五种停电/开机事件处理模式选择。
●支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射（红外）温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，0.25级测量精度，温漂小于100PPm/℃。
●模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、单相可控硅移相触发输出，控制周期0.5~120秒可调。
●具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能，双组独立参数PID可支持加热/冷却双输出功能。
●先进的AIBUS通讯协议：
支持RS485或RS232C通讯接口，能方便组建中、小型计算机控制系统。
●支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多种报警功能，并可自由定义4个报警输出端口，支持多个报警信号从同一位置输出。
具备上电免除报警等功能，避免上电报警误动作。
●可将测量值（PV）或给定值（SV）变送为标准电流信号输出，能提供14位高分辩率、0.2级输出精度及优于100ppm/℃温度漂移性能的电流输出。
●可定义参数查看及修改的权限，及允许用户自定义密码，量身定制最符合自己操作习惯的仪表。
●具备30段程序控制功能，可实现任意斜率的升、降温控制，具有跳转（循环）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，并允许在程序的控制运行中随时修改程序；采用具备曲线拟合功能的AI人工智能调节算法，能获得光滑平顺的曲线控制效果；利用SV变送输出功能可以作为程序发生器使用；具备测量值启动功能、准备功能及五种停电/开机事件处理模式选择。
●支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射（红外）温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，0.25级测量精度，温漂小于100PPm/℃。
●模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、单相可控硅移相触发输出，控制周期0.5~120秒可调。
●具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能，双组独立参数PID可支持加热/冷却双输出功能。
●先进的AIBUS通讯协议：
支持RS485或RS232C通讯接口，能方便组建中、小型计算机控制系统。
●支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多种报警功能，并可自由定义4个报警输出端口，支持多个报警信号从同一位置输出。
具备上电免除报警等功能，避免上电报警误动作。
●可将测量值（PV）或给定值（SV）变送为标准电流信号输出，能提供14位高分辩率、0.2级输出精度及优于100ppm/℃温度漂移性能的电流输出。
●可定义参数查看及修改的权限，及允许用户自定义密码，量身定制最符合自己操作习惯的仪表。
●具备30段程序控制功能，可实现任意斜率的升、降温控制，具有跳转（循环）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，并允许在程序的控制运行中随时修改程序；采用具备曲线拟合功能的AI人工智能调节算法，能获得光滑平顺的曲线控制效果；利用SV变送输出功能可以作为程序发生器使用；具备测量值启动功能、准备功能及五种停电/开机事件处理模式选择。
●支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射（红外）温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，0.25级测量精度，温漂小于100PPm/℃。
●模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、单相可控硅移相触发输出，控制周期0.5~120秒可调。
●具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能，双组独立参数PID可支持加热/冷却双输出功能。
●先进的AIBUS通讯协议：
支持RS485或RS232C通讯接口，能方便组建中、小型计算机控制系统。
●支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多种报警功能，并可自由定义4个报警输出端口，支持多个报警信号从同一位置输出。
具备上电免除报警等功能，避免上电报警误动作。
●可将测量值（PV）或给定值（SV）变送为标准电流信号输出，能提供14位高分辩率、0.2级输出精度及优于100ppm/℃温度漂移性能的电流输出。
●可定义参数查看及修改的权限，及允许用户自定义密码，量身定制最符合自己操作习惯的仪表。
4.1.3比例调节阀采用上海佛泰D943H-16C调节型电动硬密封蝶阀。
D943电动硬密封蝶阀采用三维偏心结构，蝶板为软硬层叠式金属片，具有金属硬密封和弹性密封的双重优点。
具有双向密封功能，安装时不受介质流向的限制，也不受空间位置的影响，可在任何方向安装。
被广泛用于介质温度≤425℃的冶金、电力、石油、化工等工业管道上，做调节流量和截断流体使用。
比例调节阀的电动阀门除了阀体外还都有一个执行器，因为安装的缘故，设备一般都是下进上出，所以均装在回水。
用于连续控制的气动调节阀，带PID功能7000型为带智能定位器的控制阀，通过阀上的位置传感器，电气控制系统和微处理器可做连续的位置控制，也可以通过内部功能实现连续的过程控制（PID功能）。
技术参数：
最大工作压力：
1.6MPa（环境温度下）
介质温度：
-20℃～+250℃
阀体材料：
不锈钢
密封材料：
不锈钢
控制气压：
0.4～0.6MPa
选取
控制功能：
常闭
PPS执行机构外壳适用温度+5℃～+130℃
4.2冷却液冷却循环装置
发动机实验时冷却液管道连接完成后，开启冷却系统运行后，进液泵及泵后联动的进液电磁阀开启，开始向发动机循环管道进液，同时发动机循环系统中的空气从膨胀水箱排除，在进液过程中当集液箱液位过低时补液电磁阀打开自动箱补液，让集液箱液位稳定在设定液位。
当系统空气排完冷却液上至膨胀水箱液位达到设定液位时，进液泵和进液电磁阀关闭。
此时发动机开启实验运行，当发动机冷却液温度上升至设定温度后，系统自动开启循环水管道的比例调节阀，使发动机冷却液温度恒定在设定温度范围内。
发动机实验过程中如果消耗了冷却液，当膨胀水箱液位下降至补充液位时，进液泵和进液电磁阀打开向系统自动补充冷却液。
发动机实验运行完毕，停止冷却装置，回液泵和回液电磁阀打开，把发动机循环系统中的冷却液抽回到集液箱内，在回液管道上的流量开关检测管道无流量时，说明冷却液已抽完，关闭回液泵和回液电磁阀。
冷却装置完成一个循环，进入准备状态。
冷却装置在换热器循环水进出口、冷却液进出口以及冷却液补液管道上全部安装40目Y型过滤器，过滤发动机缸体内遗留的型砂，冷却液进出口过滤器选用比管道大两个规格DN65的Y型过滤器，防止型砂堵塞换热器以及电磁阀等设备。
4.2.1壳管式换热器
型号LWH-SS-219-1.2-2.2设计水侧工作压力：
1.2Mpa,换热面积：
2.2m2,壳程：
碳钢，换热管：
￠16铜管。
管壳式换热器简述：
管壳式换热器又称列管式换热器。
是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目应用最广的类型。
主要控制参数：
管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。
选用要点：
1）、根据已知冷、热流体的流量，初、终温度及流体的比热容决定所需的换热面积。
初步估计换热面积，一般先假定传热系数，确定换热器构造，再校核传热系数K值。
2）、选用换热器时应注意压力等级，使用温度，接口的连接条件。
在压力降，安装条件允许的前提下，管壳式换热器以选用直径小的加长型，有利于提高换热量。
3）、换热器的压力降不宜过大，一般控制在0.01～0.05MPa之间；
4）、流速大小应考虑流体黏度，黏度大的流速应小于0.5～1.0m/s；一般流体管内的流速宜取0.4～1.0m/s；易结垢的流体宜取0.8～1.2m/s。
5）、高温水进入换热器前宜设过滤器。
4.2.2进回液管道泵，
采用32SGR5-20热水型管道泵，流量5m3/h,扬程20m,功率0.75KW.使用介质温度＜130℃。
SG型管道泵特点
运行平稳：
泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。
滴水不漏：
不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。
噪音低：
两个低噪音的轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，基本无噪音。
故障率低：
结构简单合理，关键部分采用国际一流品质配套，整机无故障工作时间大大提高。
维修方便：
更换密封、轴承、简易方便。
占地更省：
出口可向左、向右、向上三个方向，便管道布置安装，节省空间。
4.2.3电磁阀选用ZQDF系列电磁阀
型号：
ZQDF-32
阀体材质：
全铜
使用介质：
蒸汽、液体、空气、气体、油≤20CST
动作方式：
直动式
形式：
活塞常闭式
压差范围：
0-0.8Mpa
流量孔径：
32mm
油封材质:
PTFE（聚四氟乙烯）
介质温度：
-5－180℃
环境温度：
-5－80℃
安装方式：
水平
接口尺寸：
G11/4″丝口
选用电压：
AC220V、DC24V等
4.2.4浮子开关
浮球液位开关是一种结构简单，使用方便的液位控制器件，它不需要提供电源，没有复杂电路，它具有比一般机械开关体积小，工作寿命长等优点。
造型里只要材质选用正确，和任何性质液体或压力，温度皆可使用，其在造船工业、发电机设备、石油化工、食品工业、水处理设备、染整工业、油压机械等方面都得到广泛应用。
工作原理：
液位传感器重要由有磁簧开关和浮球组成，浮球内有磁性材料，在密闭的非导磁金属管或塑料管内设置一个或多个磁簧开关，然后将导管穿过一个或多个带有磁性材料的浮球，并利用固定双环控制浮球与磁簧开关在相关位置上，浮球随着液体上升或下降，利用球内靠近磁簧开头的接点，产生开与关的动作，作液位控制或指示（当浮球靠近磁簧开关是导通；离开时开关断开）。
1.触点容量:
50W6.阻性负载:
107回
2.开关电压220VAC/200VDC7.工作温度:
-10~120℃
3.开关电流:
0.5A8.工作压力:
＜1.0MPA
4.绝缘阻抗:
＞10Ω9.介质比重:
＞0.6
5.触点阻抗:
＜100m10.开关材质:
SUS304/SUS316
4.2.5水流开关
采用高温型靶式流量开关，使用介质温度150℃。
靶式流量开关是机械式流量开关的一种，也被称之为挡板式流量开关。
当流体冲向叶片时，叶片摆动，改变了磁铁与簧片接触器的相对位置，激发了接触器使其闭合或断开，一旦流体被中断，叶片回到起始位置，又一次激发簧片接触器，两磁铁的相互排斥提供了流量开关复位所需的力，接触器恢复到之前的状态。
靶式（挡板式）流量开关用于检测单向或双向流动的空气、油和水，介质内不应有缠绕性杂物。
当流体流过管道时，挡板偏转，通过调整调节螺栓，使单刀双掷微动开关在设定流量上动作，输出开关信号；双向检测时，挡板偏移推动磁性模块上移，驱动开关模块动作。
用于检测单向流动的空气和水，水内不应有缠绕性杂物。
当流体按指示方向流过管道时，挡板偏转，通过调整调解螺栓，使单刀双掷微动开关在设定流量上动作，输出开关信号。
设定流量范围大、调整方便广泛用于水、气、油等介质测量。
4.2.6集水箱、膨胀水箱
水箱采用采用钢板焊接，表面防腐处理，集水水箱上面制作检查口，集水箱有效容积150L.膨胀水箱有效容积50升，上面制作排气口，正面安装玻璃管液位计。
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