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      海水淡水冷卻系統

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      1.冷卻水系統的作用

      柴油發動機動力中的一些機械設備在正常操作中產生熱量。熱量必須及時分配; 否則加熱元件溫度將繼續上升,超過允許極限并將損害機械設備的可靠性。為了以有效的方式立即分配這些卡路里,通常讓一定量的液體連續地流過散熱器并將熱量帶出設備。冷卻系統通常使用淡水,海水或河水作為冷卻介質。

      冷卻系統帶走的大量熱量是由燃料進行的余熱燒傷,一般約為20%至30%。由于柴油發動機是熱力發動機之一,是依靠燃料熱量的燃燒來工作,所以它是松散的帶走熱量。顯然,冷卻強度越大,該部件的損失越大,柴油經濟性的降低越明顯。另一方面,由于受熱構件的溫度高,因此圓筒內壁的平均溫度可以達到200℃至300℃,與冷卻水接觸的表面溫度低,在這樣的溫度差下容易發生熱應力。溫差太大而不能破壞零件。

      可以看出,柴油機對冷卻過程有嚴格的要求。冷卻系統的作用是冷卻柴油機強制,將每個加熱部件的溫度控制在允許的范圍內,同時保持適當的冷卻水溫度,并使用適當的冷卻介質,以確保其正??煽康倪\行。

      在確定冷卻水的溫度時,必須充分考慮冷卻不足或過度冷卻。如缺乏冷卻會使零件過熱,導致材料的機械性能下降,從而產生熱應力和變形,損壞表面正常間隙,還會造成磨損過度甚至損壞。冷卻也會帶來油溫過高;縮短油的使用壽命導致油品變質和結焦,破壞油膜失去潤滑。相反,過度冷卻會使冷卻劑吸收過多熱量,降低柴油經濟性。使用高硫油時,過度冷卻會使氣缸形成硫酸并腐蝕氣缸壁和活塞。因此,在船上使用柴油發電廠時,對冷卻機器和設備的需求是:

      ①  主副柴油機。包括氣缸,活塞,噴油器和增壓器。

      ②  主,副柴油機油冷卻器,淡水冷卻器等熱交換器。

      ③  軸承等。

      ④  空壓機,冷凝器等設備。

      ⑤  其他機械設備或熱交換器。如空調,制冷機組,甲板機械,液壓系統等。

      在這些機械和設備中,主機需要更多的散熱。因此船舶冷卻系統構成以主冷卻管為中心的冷卻系統,其他機械設備冷卻管,以及各種冷卻輔助設備。


      2.冷卻水系統的基本形式

      2.1開放式冷卻水系統

      開放式冷卻水系統是指柴油發動機直接由外側水或河水冷卻。

      開放系統的優點是該單元易于管理和維護。缺點是舷外水的質量差,河水中含有雜質,海水中含有各種氯化鹽,這會堵塞冷卻空間或造成部件腐蝕,產生水垢,降低熱效率。對于鹽的沉淀,海水溫度應低于50~55℃,高溫部位不能使用。由于柴油機冷卻水溫度一般在60℃以上,高速機應達到80  ℃  ~90  ℃ 。所以現在除了河船,開放系統不適用。

      2.2閉式冷卻水系統

      對應于開放系統,封閉式冷卻水系統是柴油發動機本身用淡水冷卻,并且淡水由熱交換器通過外側水冷卻。也就是說,系統中的淡水進行閉合循環,關閉冷水的冷卻由另一個開放式冷卻系統完成,而不是柴油機本身冷卻。所以它有很多優點

      ⑴  在機器中循環清潔淡水,不易堵塞。

      ⑵  清水不易結垢,確保良好的傳熱效果,延長部件的使用壽命。

      ⑶  不受海水沉淀的鹽溫限制,可以使用較高的冷卻水溫度來提高熱效率。

      ⑷  縮短暖缸時間,提高機動性。當水箱溫暖時,淡水不會通過冷卻器或關閉海水。

      2.3。中央冷卻水系統

      為了使除主機之外的機械設備也使用淡水,并用系統冷卻以形成中央冷卻水系統。如果某些設備僅用海水冷卻,則稱為混合冷卻系統。

      在柴油淡水冷卻系統中,有高溫水回路和低溫水回路。例如,使用高低溫水系統參數,它是混流式中央冷卻系統;如果高低溫電路分開,它是獨立的中央冷卻系統。在獨立的中央冷卻系統中,如果高溫水換熱器用低溫水冷卻冷卻,則是獨立的Ⅰ 型  ,如果采用海水冷卻高溫水,則稱為獨立式Ⅱ 型  。

      在集裝箱船,輪船等高速船上,其中央冷卻器低溫淡水冷卻器,也稱為桶式冷卻器,也可以設計用于冷卻船舶航行速度所獲得的海水,稱為自流式中央冷卻系統,是獨立式I的特殊形式。


      3.冷卻水系統原理

      冷卻水系統可分為海水冷卻系統,淡水冷卻系統。而淡水冷卻系統可分為低溫水冷卻系統和高溫水冷卻水系統(又稱汽缸水冷卻系統)。大型船舶大多使用中央冷卻水系統,因此該系統也可以組合在一起稱為冷卻水系統。這里我們介紹傳統的海水冷卻系統和獨立的中央冷卻水系統。

      3.1常規海水冷卻系統

      傳統的海水冷卻系統由兩個海水冷卻泵,油冷卻器,氣缸水冷卻器,溫度控制閥和回流管路等組成。

      其工作原理是海水泵從海水閘門和海水管道吸入海水,然后分為兩種方式:一種方式是空氣冷卻器的主機,另一種方式是將海水送入油冷卻器,然后在淡水冷卻器與來自主機空氣冷卻器的排出水一起流動后,通過三通恒溫器直接進入海水泵入口或返回海水泵入口。

      由于季節或航行區域的影響,海水的溫度總是在變化。因此,在海水排放管道上安裝了三通溫控閥。當海水溫度低于設定溫度時,海水返回到海水入口,以改善海水溫度。三通溫控閥的打開和關閉由安裝在海水泵出口管上的溫度傳感器控制。

      該船通常至少有兩個海水門,兩側布置,并盡可能低。其中三個也可以是高海水門;一個可以是一個低海水門。在淺水航行中航行可以使用高海水門,以防止吸入沉積物。但出于安全考慮,大型船舶設有三個海水門,一個高海水門,兩個低水門。

      海水應首先冷卻潤滑油,然后用淡水冷卻器冷卻淡水。這是因為油溫低于淡水,粘度高,其熱交換性能比淡水差。

      3.2  獨立中央冷卻水系統Ⅰ

      獨立式Ⅰ 型 中央冷卻水系統的工作原理  是該系統由三個獨立的回路組成,即海水回路,高溫淡水回路和低溫淡水回路。

      ⑴海水回路

      海水回路相當簡單,兩個海水泵從海水管道吸入海水送入中央冷卻器,冷卻的低溫淡水直接排放到船外。

      ⑵高溫淡水回路

      高溫淡水回路(主缸水冷卻系統),是一個閉環系統。兩個高溫淡水泵將高溫淡水送入氣缸主機,活塞和噴油器冷卻,然后從主機的最高點排出,經過三通溫控閥,高溫淡水冷卻器或旁通管,氣柜回高溫淡水泵吸入口。

      在主機淡水排放管道中,安裝平行的水機或輕型系統,利用高溫淡水余熱制作淡水,作為船上添加的淡水使用。它是一種節能設備。

      安裝在高溫淡水冷卻器入口和出口旁通管路上的三通溫控閥用于控制主機淡水出口溫度,一般要求主機淡水出口溫度控制在80  ℃  左右??梢酝ㄟ^三種不同方式實現主機淡水溫度的調節。 ①  調整進入冷卻器的淡水量。②  調節進入主機的淡水量。 ③ 調節進入高溫淡水冷卻器的低溫淡水或海水量。雖然這三種方法可以調節淡水的溫度,但實際上后兩種方法會導致主機進出水溫過大或過慢反應,這在船上很少使用。此外,三通溫控閥可安裝在冷卻器進水管中,也可安裝在出水管內。該系統還配有高溫水膨脹水箱,可以:

      1)當溫度變化導致體積變化時,允許淡水在封閉的循環管路中流動引起膨脹 

      2)由于系統的局部熱量,排出管道中的汽化氣體。因此在淡水出口的最高點通常連接一個通風管道,并與膨脹水箱連接。 

      3)可以在水箱膨脹時使用靜壓頭,使吸水管始終保持在高水壓,避免管內低壓汽化,保持壓力穩定 

      4)可以使用膨脹水箱增加淡水損失 

      5)在給藥部位處理水質 

      ⑶低溫淡水回路

      低溫淡水回路也是閉環系統。整個回路與傳統的海水冷卻系統相同,但它也必須用海水冷卻。在實際船舶中,低溫水也分為幾種方式:柴油發電機空氣冷卻器,空氣壓縮機,空調,制冷,大氣冷凝器等冷卻。該系統要復雜得多。

      該回路中的三通溫控閥安裝在中央冷卻器出口中。低溫淡水冷卻器的出口溫度通??刂圃?6℃。它還安裝了一個特殊的低溫水膨脹箱。

      如果系統位于兩個泵中,其中一個泵是備用的,需要自動啟動并進行轉換。

      獨立Ⅱ 型 中央冷卻水系統與  Ⅰ 型的區別  被稱為低溫淡水冷卻器的中央冷卻器與高溫淡水冷卻器一樣被海水冷卻,其工作原理和系統基本相同。另外,冷卻泵和閉式循環系統中的冷卻器的位置可以以兩種不同的方式變化。兩種布置的主要區別在于淡水泵是直接連接到淡水入口管線還是出口管線。來自冷卻泵的淡水首先進入主發動機進氣口,這可以保持主機內的冷卻水保持高壓,因此氣缸冷卻室內的冷卻水不易蒸發,這可以保證良好的冷卻效果。柴油機的效果。這種布置的缺點在于,來自進入冷卻器的主體的冷卻水的壓力已經降低,并且海水可能泄漏到冷卻器管板中發生的淡水中。淡水通過冷卻泵出來,先進入淡水冷卻器,然后將主機的組件冷卻,最后返回冷卻泵吸入口。這種安排的優點和缺點正好相反。

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