Судовые системы охлаждения

При сгорании топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания лишь 38—42 % получаемой при этом теплоты превращается в полезную работу. Остальная теплота — это неизбежные тепловые потери. Примерно половина потерянного тепла уходит в атмосферу с продуктами сгорания топлива, остальная часть передается деталям, соприкасающимся с горячими газами. Если эти детали не охлаждать, то работа двигателя станет невозможной и он выйдет из строя. Невозможной станет и смазка двигателя, так как смазочное масло будет сгорать. Во избежание этого все детали и узлы двигателя, соприкасающиеся с горячими газами, необходимо охлаждать. Обязательному охлаждению подлежат цилиндры, крышки цилиндров и выпускной коллектор.

Для обеспечения непрерывной подачи воды (пресной или забортной) для охлаждения двигателей, механизмов или аппаратов и предназначена система охлаждения судовой энергетической установки. На судне эта система обеспечивает подачу охлаждающей жидкости не только к главным двигателям, но и к таким механизмам, аппаратам и устройствам, как подшипники валопроводов, холодильники масла, паро- и электрокомпрессоры, конденсатные насосы и др.

Для перемещения охлаждающей воды по трубопроводам к местам охлаждения необходимы насосы. Их включают в общую магистраль, от которой идут отростки, подводящие воду ко всем потребителям.

Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания являются автономными, т. е. предусматривают наличие насосов пресной или забортной воды, которые обслуживают только данный двигатель.

Системы охлаждения двигателей делятся на открытые (одноконтурные) и закрытые (двухконтурные). Открытая система на морских судах почти не применяется. В этой системе охлаждение двигателя производится забортной водой, которая насосом прокачивается по всей системе охлаждения и отводится за борт. Систему открытого типа допустимо применять там, где температура нагрева выходящей из двигателя воды не превышает 55 °С. При большей температуре растворенные в воде соли становятся нерастворимыми и оседают на омываемых водой поверхностях в виде накипи, ухудшая условия теплоотдачи, а также засоряя проточные каналы и полости охлаждения, особенно в литых конструкциях головок и блоков цилиндров двигателей. Это нарушает нормальное протекание рабочего процесса в двигателе и может служить причиной аварии.

На рис. 3.58 изображена схема открытой системы охлаждения двигателя. Забортная вода при открытом кингстоне 10 поступает в теплый ящик забортной воды 9, снабженный фильтром. Кингстон открывается и закрывается рукояткой 5, выведенной на крышку ящика. При открытом приемном клапане 11 вода для охлаждения забирается насосом 12 и по трубе 13 подается к двигателю. Поступившая в полость охлаждения блока цилиндров 1 вода поднимается вверх и перетекает в крышки 2 цилиндров, откуда через патрубок 3 направляется в полость охлаждения выпускного коллектора 6. Из последнего она отводится за борт по трубе 7. Температура охлаждающей воды, прошедшей через каждый цилиндр, контролируется термометром 4 и регулируется клапаном 5 путем пропуска большего или меньшего количества воды, проходящей через него. Давление воды во время работы системы контролируется манометром 14.

В большинстве современных судовых дизелей применяется закрытая система охлаждения. В этой системе для охлаждения работающего двигателя используется пресная вода, непрерывно циркулирующая в замкнутой системе охлаждения, которая состоит из двух контуров: внутреннего и внешнего. Первый служит для охлаждения двигателя, второй — для охлаждения воды, циркулирующей во внутреннем контуре. Для охлаждения пресной воды устанавливают водо-водяной холодильник, через который прокачивается забортная вода.

На рис. 3.59 приведена схема закрытой системы охлаждения двигателя. Циркуляционным насосом 15 пресная вода по внутреннему контуру подается в блок цилиндров 1. Охладив крышку 2 цилиндра двигателя, вода по патрубку 3 поступает в полость охлаждения выпускного коллектора 5, а оттуда в термостат или в терморегулятор 7, который служит для автоматического регулирования температуры воды, прошедшей через двигатель. Если температура этой воды окажется выше требуемого значения, то термостат большую часть воды пропустит в холодильник 11, а меньшую — в трубу 16, Таким образом, в термостате постоянно происходит перераспределение двух потоков воды: подводимой к насосу 15 и вновь направляемой на охлаждение двигателя.

Температура воды контролируется термометром 6. В связи с высокой температурой воды, выходящей из двигателя, в отдельных точках внутренних полостей, заполненных водой, образуется некоторое количество пара. Пар отводится по трубе 4 в расширительный бак 5, являющийся компенсатором объема, в который по трубе 9 вытесняется избыточное количество расширившейся при нагревании воды. Благодаря этому предотвращается нарушение плотности соединений элементов системы.

Забортная вода через кингстон 13 и приемный клапан 14 забирается насосом 12 и прогоняется через холодильник, где охлаждает пресную воду внутреннего контура, после чего отводится за борт по трубе 10. Такая система охлаждения двигателей предохраняет полости охлаждения двигателя от отложения солей и уменьшает вероятность образования коррозии и электрохимической эрозии. Установленный на приемной ветви фильтр забортной воды предохраняет систему от попадания ила и песка.

В двигателях с высокой средней температурой цикла приходится применять охлаждение поршней путем подвода охлаждающей жидкости в их головки. В частности, это можно осуществить с помощью специального телескопического механизма. Как видно на рис. 3.60, охлаждающая жидкость подается в трубу 1 телескопического механизма поршня, далее переходит в подвижную трубу 5, укрепленную в поршне 4, а затем в полость 5 поршня и охлаждает его головку. Отвод жидкости можно произвести с помощью такого же телескопического механизма, расположенного с другой стороны поршня. Имеющийся на телескопической трубе сальник 2 не допускает пропуска охлаждающей жидкости в картер двигателя.

Литература

Судовые системы и трубопроводы — Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. [1988]

Главные двигатели судов. Схема автоматической системы охлаждения главного двигателя, принцип работы.

Системы охлаждения энергетической установки служат для отвода теплоты от рабочих втулок, крышек, поршней главных и вспомогательных дизелей, для охлаждения масла и воздуха (в двигателях с надувом). В современных дизельных установках таких систем четыре:

1) система охлаждения пресной водой цилиндровых втулок, крышек и газовых турбин;

2) системы охлаждения пресной водой или маслом головок поршней;

3) система охлаждения пресной водой, маслом или топливом форсунок;

4) система охлаждения забортной водой пресной воды и масла в системах охлаждения и смазки и охлаждения воздуха в системе наддува.

Принципиальная схема системы охлаждения зависит от рода жидкости, охлаждающей форсунки и поршни. Двигатели, у которых поршни охлаждаются маслом, а форсунки – топливом, имеют один контур пресной воды, который служит для охлаждения втулок, крышек, цилиндров и корпусов газотурбонагревателей; для охлаждения поршней; для охлаждения форсунок.

Каждый контур обслуживается своими циркуляционными насосами, теплообменниками и расширительной цистерной. Основным преимуществом такой системы является то, что пресная вода, охлаждающая цилиндры, не загрязняется маслом, попадающим в систему с поверхности труб телескопического устройства охлаждения поршней, и топливом, которое может попадать в воду через плоскость разъема форсунок.

Принципиальная схема контура пресной воды (рис. 3) для охлаждения цлиндров и газотурбокомпрессоров (ГТК) включает циркуляционные насосы 5, расширительную цистерну 13, водоохладители 4, включенные параллельно, байпасный клапан 3, управляемы термодатчиком, водяные коллекторы 7 и 1. Насосы подают воду в коллектор 7, откуда она поступает на охлаждение цилиндров и корпусов 8 ГТК и выходит в коллектор 1. Воду, выходящую из двигателя и корпусов ГТК, можно пропускать через водоохладители или пропускать часть воды через байпасный клапан 3 в приемную полость насосов помимо водоохладителя, поддерживая заданную температуру на всех режимах работы двигателя. Труба 10 соединяет приемные полости насосов с расширительной цистерной, обеспечивая необходимый подпор. Воздух и водяные пары вместе с водой отводятся из полостей охлаждения двигателя и ГТК по трубам 15 в расширительную цистерну. Труба 12 служит для пополнения воды в системе. По трубе 11, в которой имеется смотровое стекло. Вода из расширительной цистерны в случае ее переполнения переливается в междудонную. Воздух и пары воды удаляются из системы в атмосферу по трубе 14. При подготовке главного двигателя к пуску горячая вода, выходящая из системы охлаждения дизель –генераторов, поступает в коллектор 7. При работе главного двигателя дизель-генераторы могут охлаждаться водой, которая отводится по трубам 2,9 или 6.

Рис. 3 Принципиальная схема контура пресной воды системы охлаждения.

Система пресной воды, так же как и система забортной воды, во время хода обслуживается главным насосом пресной воды, а на стоянке – портовым насосом пресной воды. Для судов с неограниченным районом плавания в системе охлаждения устанавливают два водоохладителя, каждый из которых обеспечивает отвод теплоты при нагрузке главного двигателя 60 %, вспомогательных двигателей 100% и температуре забортной воды 30 0 С.

Давление воды в системе охлаждения для каждого типа установки указывают в инструкции. Оно составляет 0,15-0,25 МПа, причем давление в системе пресной воды должно быть на 0,03-0,05 МПа больше, чем в системе забортной воды. Это нужно для того, чтобы при нарушении плотности холодильников забортная вода не могла попасть в систему пресной воды.

Температуру входящей и выходящей воды также указывают в инструкции. Она должна быть в пределах 50-60 0 С на входе и 60-70 0 С на выходе. В высокооборотных тронковых дизелях температура воды на выходе из дизеля поддерживается в пределах 75-90 0 С. Температура пресной воды в системе охлаждения регулируется перепуском выходящей из дизеля воды мимо водоохладителя во всасывающую магистраль насоса 5. Перепуск воды осуществляется регулятором температуры, который открывает клапан 3 или заслонку для перепуска воды мимо холодильника.

Схема системы забортной воды показана на рис. 4. Вода из бортовых 10 или днищевых 12 кингстонов через фильтры 11 поступает к насосам забортной воды 9. Работающий насос подает ее к водо — водяным охладителям 6, к маслоохладителям 7 и воздухоохладителю 4. Все теплообменники включены параллельно. Маслоохладитель 7 и воздухоохладитель 4 имеют байпасные трубопроводы 5, позволяющие регулировать температуру масла и продувочного воздуха путем перепуска части воды мимо охладителей. Через клинкеты 1 правого и левого бортов вода уходит за борт. Трубопровод рециркуляции 2 при плавании во льдах перепускает часть воды в кингстонный ящик, откуда она вместе с водой, поступающей из кингстона, направляется в приемную полость насоса. Тем самым исключается срыв подачи воды при засорении кингстона мелким льдом или при замерзании его приемной решетки. Для прокачки всех теплообменников используют балластный насос 8, который принимает воду из носовых цистерн, подает ее по системе забортной воды, а затем по трубе 3 она идет в кормовую цистерну. Зная производительность насоса и емкость цистерн, производят попеременную перекачку воды с носа на корму и обратно, не останавливая насоса. По трубам 13 вода идет на прокачку теплообменников дизель – генераторов и компрессоров.

Рис. 4 Схема контура системы охлаждения забортной водой.

Судовой дизель: системы охлаждения

Судовой дизель: охлаждение

Любой двигатель нуждается в продуманной системе охлаждения, иначе он очень быстро выйдет из строя и судовой дизель не исключение. Основное ее назначение состоит в отводе избыточного тепла, возникающего при совершении рабочего хода поршня и сжигании топлива, от деталей двигателя и прилегающих элементов. Помимо выполнения главной задачи данная система производит охлаждение смазочного масла, продувочного воздуха, выхлопного коллектора и прочее. Исходя из обширности выполняемых функций, можно смело заключить, что система охлаждения судового дизеля оказывает существенное влияние на полноценную работу мотора, а также на его долговечность. Сегодня мы рассмотрим базовую информацию о системах охлаждения, которую необходимо знать каждому обладателю водного транспорта с судовым двигателем.

Существует два основных типа СО, которые различаются видом используемого теплоносителя:

• воздушная, на судах применяется довольно редко, хотя в последнее время ей стали уделять повышенное внимание за счет легкости конструкции подобной системы;
• жидкостная (водяная), наиболее распространенный вариант, поэтому именно о ней мы поговорим более подробно.

Судовой дизель с водоохлаждением встречается на рынке гораздо чаще и тому есть множество причин. Однако прежде чем рассматривать их, мы уделим пару строк описанию системы. Водяные СО можно разделить на 2 большие группы:

• одноконтурные, отвод тепла осуществляется забортной водой;
• двухконтурные, в данном случае используется пресная вода с хладагентом.

Охлаждение пресной воды в двухконтурной системе осуществляет проточная вода. На первый взгляд это покажется абсолютно лишним набором действий. Не проще ли, чтобы за все отвечал только один контур? Производители судовых дизелей однозначно отвечают: не проще! Соприкосновение забортной воды с основными элементами судового дизеля обуславливает следующие проблемы:

• засорение стенок каналов подачи воды и создание на них соляных пленок, которые впоследствии сильно уменьшат диаметр каналов, соответственно, пропадает необходимое давление;
• разрушение зарубашечных полостей судового дизеля;
• переохлаждение двигателя в случае понижения температуры забортной воды;
• возникновение паров, содержащих различные элементы таблицы Менделеева, которые оказывают деструктивное воздействие на всю двигательную систему.

В таком случае срок службы судового дизеля существенно сокращается и, если мы говорим о средних и крупных судах, то это означает огромные денежные расходы. Именно поэтому разработчики в области двигателестроения серьезно озадачились созданием такой системой, которая не только бы охлаждала, но и не разрушала при этом судовой дизель. Так на свет появилась 2-х контурная СО, сочетающая в себе все основные пожелания судоводителей.

В данной статье мы рассмотрели только теорию СО судовых дизелей. На картинках схематично показан принцип работы одноконтурной и двухконтурной системы охлаждения. Если вы хотите более детально вникнуть в сам процесс отвода тепла, то на просторах интернета вы найдете обширный материал как академического, так и более опытного характера. Однако сильно погружаться в детали лучше не стоит, достаточно понимать основные принципы работы системы, ее составляющие элементы и правила эксплуатации. От знания последних зависит продолжительность жизни не только СО, но и всего судового дизеля.

Судовые дизели Nanni

В нашем Интернет-магазине вы можете купить судовой дизель для различных типов судов: парусной яхты, скоростного катера, РИБа, водоизмещающего судна и так далее. Все судовые дизели Nanni оснащены замкнутой системой охлаждения с теплообменником (2 контура). В ряде моделей есть опция килевого охлаждения. Она представлена в судовых дизелях, созданных на базе промышленных образцов Kubota и John Deere. Судовой дизель, спроектированный на базе промышленных образцов Toyota, такой возможности не предоставляет.

Килевое охлаждение является неплохим вариантом для относительно небольших судов, в частности лодок, которые не могут себе позволить внешний трубопровод.

Купив судовой дизель Nanni у нас, вы получите не только мощный мотор, но и отличный круглосуточный сервис. Все его плюсы вы можете прочитать на соответствующей странице, здесь же мы отметим только постоянное наличие всех необходимых запчастей и оперативное реагирование при поступлении обращений.