CN111788370A - 用于发电机组的油加热器 - Google Patents

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Abstract

***和装置包括发电机组，该发电机组包括交流发电机；联接到交流发电机并被构造成接收来自发动机的动力的变速器；以及油加热***，该油加热***包括油盘、多个浸入式加热器、回流管路、和泵，油盘被构造成向发动机提供润滑油并包括油出口和油入口，多个浸入式加热器至少部分地定位在油盘内，回流管路被定位在油盘内并联接到油入口，并且该回流管路包括用于将油提供到油盘中的多个孔，每个孔与多个浸入式加热器中的相应的一个对准，泵从油出口接收油并将油提供到油入口。

Description

用于发电机组的油加热器
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年1月30日提交的第15/883,427号美国申请的优先权及其权益，该申请的内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及预热用于发动机的油。更具体地，本公开涉及用于预热发电机组内的发动机的油底壳或油盘(oil pan)中的油的***和方法。
背景
用于发电机组的油盘中的浸入式加热器在没有大温差的情况下加热油的问题由来已久。大的温差可导致油盘内的分层的热层，并最终可抑制油盘底部中较冷的油，以达到用于在发电机组中使用的合适温度。此外，由于加热元件周围缺乏油流，浸入式元件会遭受焦化或油氧化。
概述
一个实施例涉及发电机组，该发电机组包括交流发电机；联接到交流发电机并被构造成接收来自发动机的动力的变速器；以及油加热***，该油加热***包括油盘、多个浸入式加热器、回流管路、和泵，油盘被构造成向发动机提供润滑油并包括油出口和油入口，多个浸入式加热器至少部分地定位在油盘内，回流管路被定位在油盘内并联接到油入口，并且该回流管路包括用于将油提供到油盘中的多个孔，每个孔与多个浸入式加热器中的相应的一个对准，泵从油出口接收油并将油提供到油入口。
另一个实施例涉及一种装置，该装置包括油盘、多个浸入式加热器、回流管路、和泵，油盘被构造成向发电机组的发动机提供润滑油并包括油出口和油入口，多个浸入式加热器至少部分地定位在油盘内，回流管路定位在油盘内并联接到油入口，并且该回流管路包括用于将油提供到油盘中的多个孔，每个孔与多个浸入式加热器中的相应的一个对准，泵从油出口接收油并将油提供到油入口。
另一个实施例涉及一种装置，该装置包括油盘、多个浸入式加热器、回流管路、和泵，油盘被构造成向发电机组的发动机提供润滑油，该油盘包括油出口，多个浸入式加热器被安装到油盘，使得当发电机组的发动机部件就位时，多个浸入式加热器中的每一个可以被移除，回流管路邻近多个浸入式加热器中的每一个将油提供到油盘中，泵接收来自油出口的油并将油提供至回流管路。
另一个实施例涉及一种方法，该方法包括将油从发电机组的油盘泵送到位于油盘内的回流管路，利用多个浸入式加热器加热油盘中的油，通过多个孔将油从回流管路提供到油盘，每个孔定位成邻近多个浸入式加热器中的一个。
当结合附图理解时，根据以下的详细描述，这些特征和其它的特征、连同其组织和操作方式将变得明显。
附图简述
图1是根据一些实施例的发电机组的透视图。
图2是根据一些实施例的用于图1的发电机组的油加热***的俯视图。
图3是根据一些实施例的图2的油加热***的泵的透视图。
图4是根据一些实施例的图2的油加热***的加热元件的侧视图。
图5是根据一些实施例的图2的油加热***的油盘的侧视图。
图6是根据一些实施例的图2的油加热***的挡板的透视图。
图7是根据一些实施例的图2的油加热***的油盘和加热元件的局部分解正视图。
图8是根据一些实施例的图2的油加热***的回流管路的俯视图。
图9是根据一些实施例的图8的回流管路的孔的详细视图。
详细描述
接着下面是涉及用于与发电机组一起使用的油加热***的方法、装置和***的各种构思以及用于与发电机组一起使用的油加热***的方法、装置和***的实施方式的更详细描述。上面介绍的和下面更详细讨论的各种构思可以用任意数量的方式实现，因为所描述的构思不限于任何特定的实现方式。具体实施方式和应用的示例主要为了说明性目的而被提供。
总体参照附图，本文公开的各种实施例涉及用于预热发电机组的油底壳或油盘中的油的***、装置和方法，该发电机组包括发动机、变速器和发电机部件(例如，交流发电机)。三个浸入式加热元件安装在油盘中，为油提供热量。泵位于油盘外部，从油盘接收油。回流管路位于油盘内，接收来自泵的油流。回流管路包括三个孔并通过这些孔向浸入式加热元件提供油流，每个孔与三个浸入式加热元件中的一个对准。每个孔的尺寸被单独设定为在每个孔处提供相等的油流率。每个孔的几何形状也可以调整，以改善孔之间的流量平衡。浸入式加热元件以如下方式安装在油盘中，即在发动机部件、变速器部件和发电机部件就位时，允许接近和移除浸入式加热元件。
如图1所示，发电机组20包括安装在框架或底盘36上的发动机24、变速器28和发电机32。在一些实施例中，发动机24是柴油发动机，并且包括气缸、活塞、曲轴、加油***、空气处理***和排气装置。在一些实施例中，发电机32包括交流发电机和电压调节器。在一些实施例中，发电机组20还包括后处理***(aftertreatment system)。
发动机24还包括设置成容纳用于发动机24的润滑油的油底壳或油盘40。油加热***44被布置成在起动发动机24之前将油盘40中的油预热到期望的温度。油加热***44被布置在发动机24的非工作侧上。也就是说，发动机24的常用部件位于与油加热***相对的一侧。这种定位允许更接近油加热***44以进行维护。在一些实施例中，希望在起动发动机之前将油加热到55摄氏度(55℃)。在一些实施例中，希望在不到四小时内进行油预热。在一些实施例中，油加热***44被构造成在不到四小时内将油从5摄氏度(5℃)预热到55摄氏度(55℃)。
如图2所示，油加热***44包括油盘40，其尺寸适于容纳发动机24所需的油；泵48，其安装至底盘36并布置成泵送油；三个浸入式加热元件52，其布置成加热油盘40中的油；处于油盘40中的八个挡板56，其被构造成提供刚性并允许油盘40内的流动；以及回流管路60，其被构造成接收来自泵48的油流并将油流分布在加热元件52上。
如图3所示，泵48包括电动马达64和泵头66，泵头66具有泵入口68和泵出口72。在一些实施例中，泵48以每平方英寸100磅的压力(100psi)提供9加仑/分钟(9gpm)的流量。
如图4所示，每个浸入式加热器元件52包括电阻加热器76、外螺纹接头80形式的联接部分和电连接部84。在一些实施例中，浸入式加热器元件52是低功率密度或超低功率密度加热元件。在一些实施例中，低功率密度或超低功率密度加热元件的选择增加了浸入式加热元件52的寿命，并降低了油焦化和/或氧化的影响。在一些实施例中，浸入式加热器元件52具有1.4kW的工作功率，电阻加热器76的长度为18英寸(18in)，并且界定每平方英寸10瓦(10W/in2)的功率密度。在一些实施例中，浸入式加热器元件52具有2千瓦(2kW)的工作功率，电阻加热器76的长度为12英寸(12in)，并且界定每平方英寸24瓦(24W/in2)的功率密度。
如图5所示，油盘40包括油出口88、油入口92和三个元件凸台96，元件凸台96的尺寸适于接收浸入式加热元件52的外螺纹接头80。在一些实施例中，元件凸台96是M60螺纹孔。油盘40界定顶部100和底部104。如本文所用，顶部100被界定为当发动机24、变速器28和发电机32在底盘36上就位时可接近的油盘40的任何部分。在一些实施例中，顶部100是油盘40的上半部、油盘40的上四分之一部或在油盘40的顶表面上。在一些实施例中，底部104被界定为在没有搅动的情况下被浸入式加热元件(例如，浸入式加热元件52)加热的油的自然对流线下方的油盘40的任何部分。自然对流线可以由温差阈值来界定。在一些实施例中，底部104被界定为油盘40的下半部或下四分之一部。
如图6所示，元件凸台96相对于油盘40的水平面112以斜角108布置。在一些实施例中，斜角108是16度(16°)。在一些实施例中，斜角108在10度(10°)和20度(20°)之间。斜角108提供了浸入式加热元件52的改善的或增加的油浸没，并有助于浸入式加热元件52经过底盘36被移除。在一些实施例中，元件凸台96是内螺纹凸台，其螺纹形式与浸入式加热元件52的外螺纹接头80相匹配(例如，M60螺纹形式)。在一些实施例中，斜角108被选择成允许浸入式加热元件52经过底盘36和发电机组20的其他部件被移除。如箭头116所示，浸入式加热元件52首先从元件凸台96直接取出，然后向上倾斜以完成移除。移除和更换浸入式加热元件52而不干扰发电机组20的其他部件的能力显著降低了维护成本。
如图7所示，每个挡板56包括尺寸适于接收回流管路60的回流孔120。每个挡板56还界定了用于支撑和/或容纳利用油盘40的发动机24的其他部件的特征。在一些实施例中，挡板56被去除或内置到油盘40中。
如图8所示，回流管路60包括回流管路联接器124，其被构造成密封地接合油入口92。在一些实施例中，回流管路联接器124是焊接连接。在一些实施例中，回流管路联接器124是螺纹连接。回流管路60还包括联接到回流管路联接器124的分配管128。在一些实施例中，回流管路联接器124包括弯头部分，且分配管128与回流管路联接器124螺纹接合。在一些实施例中，分配管128焊接到回流管路联接器124。在一些实施例中，回流管路联接器124和分配管128一体形成。
分配管128界定了邻近回流管路联接器124的第一进入孔132，该第一进入孔132用第一塞子136堵塞；第一元件孔140，其定位成将第一油流提供至浸入式加热元件52中的第一个；第二元件孔144，其定位成将第二油流提供至浸入式加热元件52中的第二个；第三元件孔148，其定位成将第三油流提供至浸入式加热元件52中的第三个；以及定位在远离第一进入孔132的一端处的第二进入孔152，该第二进入孔152用第二塞子156堵塞。第一进入孔132和第二进入孔152可用于维护和/或清洁目的。在一些实施例中，取消了第一进入孔132和第二进入孔152。在一些实施例中，通过每个孔140、144、148的油的流率约为每分钟3加仑(3gpm)。在一些实施例中，通过每个孔140、144、148的油的流率在大约每分钟3加仑(3gpm)和每分钟8加仑(8gpm)之间。
如图9所示，第一元件孔140、第二元件孔144和第三元件孔148中的每一个的尺寸和几何形状都被独立设置为提供从每个孔140、144、148流出的相等流率。每个孔140、144、148的开口面积和几何形状可以使用有限元分析或其他合适的流动设计工具来选择，以实现相等的流率。在一些实施例中，孔140、144、148界定了矩形形状。在一些实施例中，每个孔140、144、148的尺寸被设置为向每个浸入式加热元件52提供每分钟3加仑(3gpm)的流率。在一些实施例中，油加热***44中包括少于三个或多于三个的浸入式加热元件52，并且相应的部件被改变以匹配浸入式加热元件52的数量(例如，回流管路60中的孔的数量和间距)。在一些实施例中，每个孔140、144、148与相应的浸入元件52对准。在一些实施例中，术语“对准”被界定为正下方或正上方，从而垂直于分配管128的流量被提供给每个浸入元件52。在一些实施例中，术语“对准”被界定为提供指向相应浸入元件52的油流的任何定向(例如，倾斜、垂直)。
在操作中，参照图2，为了冷起动发动机24，首先使用油加热***44预热油盘40中的油。泵48将油从油盘40的油出口88吸入泵头66的泵入口68，并在压力下将油从泵出口72移出并移至油入口92。回流管路60然后将油排出孔140、144、148，使得油流在浸入式加热元件52正上方经过。浸入式加热元件52从发电机组20接收电能，并向油中提供热量。随着油循环经过油加热***44，油的温度上升。在一些实施例中，油加热***44能够在大约三个半小时(3.5小时)内将140加仑(140g)的SAE 40WT油从大约5摄氏度(5℃)加热到大约155摄氏度(155℃)。在一些实施例中，油盘40的顶部100和底部104之间的温差大约为3摄氏度(3℃)。在一些实施例中，在加热期间，油盘40的顶部100和底部104之间的最大温差约为38摄氏度(38℃)。
本文的权利要求要素没有根据35U.S.C.§112(f)的条款来解释，除非该要素使用短语“用于...的装置”明确陈述。
为了本公开的目的，术语“联接”表示两个构件直接地或间接地彼此联结或连结。这种联结本质上可以是静止的或可移动的。例如，发动机的传动轴与变速器“联接”表示可移动联接。这种联结可以通过两个构件或两个构件以及任何附加的中间构件来实现。例如，电路A可通信地“联接”到电路B可以表示电路A直接与电路B通信(即，没有中介)，或者间接地与电路B通信(例如，通过一个或更多个中介)。
尽管本文的图可以示出方法步骤的特定顺序和组成，但是这些步骤的顺序可以与所描绘的不同。例如，可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。此外，作为分立的步骤执行的一些方法步骤可以被组合，作为组合步骤执行的步骤可以被分成分立的步骤，某些过程的顺序可以被颠倒或以其它方式改变，并且分立的过程的性质或数量可以被改变或更改。根据可选实施例，任何元件或装置的顺序或次序可以改变或者替换。所有这些修改都旨在包括在所附权利要求中界定的本公开的范围内。这种变化将取决于所选择的机器可读介质和硬件***以及设计者的选择。所有这样的变化都在本公开的范围内。
为了说明和描述的目的，呈现了实施例的前述描述。并不意图是详尽的或将本公开限制到所公开的精确形式，且修改和变型按照上面的教导是可能的或者可以根据本公开获取。实施例被选择并描述，以便解释本公开的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够利用各种实施例并且进行各种修改以适合于所设想的特定用途。可在实施例的设计、操作条件和布置方面做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离如所附权利要求中表达的本公开的范围。
因此，在不背离本公开的精神或实质特性的情况下，本公开可以以其它具体形式来实施。所描述的实施例将在所有方面被认为仅是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求指示而不是由前面的描述指示。在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化将被包括在它们的范围内。

Claims (22)

1.一种发电机组，包括：
交流发电机；和
油加热***，所述油加热***包括：
油盘，其被构造成向发动机提供润滑油，并且包括油出口和油入口，
浸入式加热器，其至少部分地位于所述油盘内，
回流管路，其位于所述油盘内，所述回流管路联接到所述油入口并且包括孔，所述孔用于将油提供到所述油盘中并且与所述浸入式加热器对准，以及
泵，其接收来自所述油出口的油，并向所述油入口提供油。
2.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述浸入式加热器安装在所述油盘的顶部中，并且所述油出口位于所述油盘的底部中。
3.根据权利要求1所述的发电机组，其中，当所述发电机组的所有发动机部件都就位时，所述浸入式加热器能够从所述油盘移除。
4.根据权利要求1所述的发电机组，还包括多个浸入式加热器，其中所述回流管路包括多个孔，所述多个孔中的每一个与所述多个浸入式加热器中的相应的一个对准，并且被单独设定尺寸，使得通过每个孔提供相等的流量。
5.根据权利要求1所述的发电机组，其中，所述浸入式加热器相对于所述油盘的水平面以斜角布置。
6.一种用于预热发动机中的润滑油的装置，包括：
油盘，其包括油出口和油入口；
多个浸入式加热器，其至少部分地位于所述油盘内；
回流管路，其位于所述油盘内，所述回流管路联接到所述油入口，并包括用于将油提供到所述油盘中的多个孔，每个孔与所述多个浸入式加热器中的相应的一个对准；和
泵，其接收来自所述油出口的油，并向所述油入口提供油。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述浸入式加热器安装在所述油盘的顶部中，并且所述油出口位于所述油盘的底部中。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，当所有发动机部件都就位时，所述浸入式加热器能够从所述油盘移除。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述多个孔中的每一个的尺寸被单独设定，使得通过每个孔提供相等的流量。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，所述浸入式加热器相对于所述油盘的水平面以斜角布置。
11.一种装置，包括：
油盘，其被构造成向发电机组的发动机提供润滑油，所述油盘包括油出口；
多个浸入式加热器，其安装至所述油盘，使得当所述发电机组的发动机部件就位时，所述多个浸入式加热器中的每一个都能够被移除；
回流管路，其邻近所述多个浸入式加热器中的每一个将油提供到所述油盘中；和
泵，其接收来自所述油出口的油，并将油提供至所述回流管路。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述油盘界定了顶部，并且所述多个浸入式加热器安装在所述顶部中。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述回流管路位于所述油盘内。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述回流管路界定多个孔，每个孔邻近所述多个浸入式加热器中的一个。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述多个孔中的每一个的尺寸被单独设定，使得通过每个孔提供相等的流量。
16.根据权利要求11所述的装置，还包括泵入口和泵出口，所述泵入口流体联接所述油出口和所述泵，所述泵出口流体联接所述泵和所述回流管路。
17.一种方法，包括：
将油从发电机组的油盘泵送到位于所述油盘内的回流管路；
用多个浸入式加热器加热所述油盘中的油；
通过多个孔将油从所述回流管路提供到所述油盘，每个孔定位成邻近所述多个浸入式加热器中的一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，将油从所述油盘泵送到所述回流管路包括从布置在所述油盘的底部中的油盘出口接收油。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括在不到四小时内将油的温度从5摄氏度(5℃)升高到55摄氏度(55℃)。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，通过所述多个孔将油从所述回流管路提供到所述油盘包括通过所述多个孔中的每一个提供相等的流率。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括使用可移除的安装设备将所述浸入式加热器安装到所述油盘，以在所述发电机组的发动机部件就位时提供可移除性。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，将油从所述油盘泵送到所述回流管路并且通过所述多个孔将油从所述回流管路提供到所述油盘包括在所述油盘的顶部和所述油盘的底部之间混合油，以降低所述油盘内的温差。
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