船舶发动机冷却水自补给报警系统设计

宁海强，杨德山，邓利平，王冰波

(1.镇江船艇学院，江苏 镇江212003;2.中国人民解放军73326 部队，福建 厦门361012;3.中国人民解放军71187 部队，山东 烟台265800)

0 引 言

船舶发动机是船舶的主要动力源，如同人类的心脏，冷却系统是船舶发动机的重要组成部分，其作用是冷却发动机受热零部件，保证受热零部件的温度保持在正常的工作范围内，对发动机的动力性、经济性、可靠性、耐久性以及排放指标等有着重要的影响。发动机冷却系统根据冷却方式可分为开式冷却系统和闭式冷却系统［1］。船舶发动机大部分采用闭式冷却系统，即发动机冷却水腔利用淡水冷却，而淡水通过热交换器由海水冷却。采用闭式冷却系统的船舶发动机一般在机舱内壁上都设置一高置淡水箱，作为船舶发动机冷却水储存容器，通过冷却水管与发动机机带淡水泵进口相连，在发动机冷却水因泄漏或蒸发时自动向发动机冷却水腔补充冷却水，以保证发动机各系统部件良好冷却。因此，冷却水箱要始终保证有充足的淡水。目前，船舶机舱管理人员大多采用定期检查与人工补充冷却水的方法，这种方法不但增大了工作量，而且可靠性不高［2－3］。为保证发动机在工作中可靠冷却，从冷却系统的要求出发，设计一种船舶发动机冷却水自动补给报警系统，以实现发动机冷却水的自动补充以及在冷却系统泄漏或自动补充装置产生故障时的故障报警，保证船舶发动机可靠运行。

1 系统结构设计

船舶发动机冷却水自补给报警系统可以实现船舶冷却水箱水位显示、冷却水低于最低值时自动补充以及在冷却系统泄漏或自动补充装置故障导致冷却水箱水位达到警戒水位时自动接通报警电路，并发出报警信号，提示机舱人员启动手动补充系统迅速补充冷却水，实现自我保护，保证船舶发动机可靠运行。

1.1 系统总体方案

该系统主要由船舶压载水舱、电机与水泵、发动机及冷却水箱、一个带触头的浮子水位计和自动控制电路系统组成，如图1所示。

图1 系统总体结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the system overall structure

系统将触头浮子水位计与发动机冷却水箱相连组成一个连通器，水泵通过水管与船舶压载水舱相连。当水箱水位低于设定的最低水位时，浮子利用触头使低水位开关接通，通过控制电路使电机带动水泵将压载水补给水箱;当水箱水位达到最高水位时，浮子触头使高水位动开开关动作，控制电路失电，水箱自动停止补水，由此实现冷却水箱自动补水。为保证发动机可靠冷却，系统设置了手动补水操作，在自动补水系统故障无法自动补水时，水箱水位低于最低水位会使低位开关接通报警器，发出报警信号，提示工作人员切换到手动补水控制系统，进行手动补水操作［4－5］。

1.2 触头浮子水位计结构设计及工作原理

触头浮子水位计结构如图2所示，其下端入口与发动机冷却水箱底部相通，上端设有通气孔，形成一个连通器，内部浮子由一个空心球和液位指示杆组成，能够正确反映冷却水箱水位。水位计内壁设有H，L 接线柱，分别与浮子高水位“High”位和低水位“Low”位相对应，并用绝缘材料与水位计相绝缘。液位指示杆上端连接有触头，当水箱水位处于“Low”位时，浮子触头随冷却水同时下降并与接线柱“L”接触，此时动闭开关“L”闭合，接触器线圈KM 接通;当水箱水位处于“High”位时，冷却水推动浮子触头与接线柱“H”接触，动开开关“H”断开，接触器线圈KM 断电。

图2 触头浮子水位计结构图Fig.2 Structure of the float gauge with pointing stick

1.3 系统各个部件的主要功能

冷却水箱的主要作用是补偿循环中的淡水，保证系统始终具有足量的淡水，同时还具有放气功能，可以释放系统工作中产生的气体，确保冷却介质压力和流量的稳定［6］;电机通过法兰与水泵同轴相连，其作用是将电能转化为机械能，为水泵提供动力源;水泵的作用是将船舶压载水舱的淡水输送到机舱高置冷却水箱;交流接触器主要用作系统电路的开断和控制，它利用主触点来开闭电路，用辅助触点来执行控制指令;带触头的浮子水位计的作用是显示冷却水箱水位并将水箱水位信号转换为电信号;水位开关H和L为电磁开关，可以利用水位转换过来的电信号控制开关的自动开闭，实现系统电路自动控制。

2 电气控制方案设计

2.1 控制电路组成

系统控制电路如图3所示，主要由380 V 电源、空气开关QS、保险丝FU、交流接触器KM、过载保护由热继电器FR、变压器T、按钮、电机、水泵、报警器、带触头的浮子水位计以及指示灯等组成［7－8］。合上空气开关QS 接通三相电源，通过变压器将380 V 降压为220 V，电源指示灯亮。

图3 系统控制电路图Fig.3 System control circuit diagram

2.2 冷却水箱自动补水控制

将单刀双置开关打到“自动”位，当水箱水位下降到“Low”位时，低位开关L 闭合，此时接触器线圈KM 通电，同时运行指示灯亮，报警器响起，接触器主触点和辅助常开触头闭合，电机通电并带动水泵运转，将船舶压载水舱的淡水输送到机舱高置冷却水箱。随着水箱水位升高，水位计浮子与触头同时上升，与触头L 脱开，低位开关L 断开，报警解除。由于接触器线圈通电，常开触点KM 闭合，水泵继续工作。当水位达到“High”位时，冷却水推动浮子触头与接线柱H 接触，高位动开开关H 断开，接触器线圈KM 断电，水泵停止工作，自动补水结束。

2.3 手动补水控制

当水箱水位下降到“Low”位时，低位开关L闭合，此时接触器线圈KM 通电，同时运行指示灯亮，报警器响起，如果此时自补给电路故障，不能自动补充，此时，由于水位计浮子触头与接线柱L未能脱开，报警器持续报警，提示工作人员立即启动手动补给系统。

首先，将单刀双置开关打到“手动”位，手动按下常开按钮SB1，此时接触器线圈KM 通电，同时运行指示灯亮，接触器主触点和辅助常开触头闭合，电机通电并带动水泵运转，将船舶压载水舱的淡水输送到机舱高置冷却水箱。当松开按钮SB1时，由于接触器线圈通电，常开触点KM 闭合，水泵能够继续工作。当手动按下常闭按钮SB2，SB2断开，接触器线圈KM 断电，常开触点KM 断开，水泵立即停止工作。

3 结 语

1)船舶发动机冷却水自补给报警系统是由一个带触头的浮子水位计和自动控制电路系统组成，水位计浮子将发动机冷却水箱水位信号转变为电信号，通过发动机冷却水箱水位来控制补水、报警电路的通断，实现自动控制。

2)该系统设置有手动备用补给功能，在冷却系统泄漏或自动补充系统故障时冷却水箱水位将达到警戒水位，此时自动接通报警电路，并持续发出报警信号，提示机舱人员利用手动补给系统迅速补充冷却水，并检查、排除自动补充装置故障，保证船艇发动机安全运行。

3)在船舶发动机上安装冷却水自动补给报警系统，可以实现发动机冷却水过低时的自动补充以及在发动机因冷却系统泄漏导致膨胀水箱无法自动补充时的故障报警，降低机电人员劳动强度，提高船舶自动化水平。

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