Система охлаждения

Назначение и применение

Система охлаждения поддерживает температуру деталей двигателя и отводит тепло от масла, наддувочного воздуха и другого оборудования.

В двигателе вода движется по рубашкам охлаждения — полостям вокруг втулок цилиндров и каналам в крышках цилиндров. Металл отделяет их от рабочего пространства, где сгорает топливо и движется поршень. Тепло проходит от горячей поверхности детали через металл к воде.

Три контура центральной системы

Основной пример в статье — центральная система с тремя раздельными водяными контурами:

• HT — высокотемпературный пресноводный контур. Его вода охлаждает двигатель и отдаёт тепло воде LT в отдельном охладителе.
• LT — низкотемпературный пресноводный контур. Принимает тепло от HT, охладителей масла и наддувочного воздуха, затем отдаёт его забортной воде в центральном охладителе.
• SW — забортная вода. Проходит через морскую сторону центрального охладителя и уносит тепло за борт.

HT и LT — сокращения high temperature и low temperature: высокая и низкая температура. SW означает seawater, забортную воду. Вода движется по своему контуру, а тепло переходит между контурами через стенки теплообменников.

Другой вариант: отдельные забортные охладители

При схеме с отдельными забортными охладителями морская вода поступает непосредственно в охлаждающую сторону охладителей масла, воздуха и пресной воды двигателя. По другой стороне каждого аппарата движется охлаждаемая среда. Пресная вода двигателя циркулирует между его рубашками и своим охладителем. В центральной схеме промежуточный контур LT позволяет сосредоточить основной забортный поток в центральных охладителях и сократить протяжённость морских трубопроводов.

Основные элементы

Забор и подача морской воды

• Кингстонный ящик — полость у наружной обшивки с приёмной решёткой, из которой насос получает забортную воду. Высокий и низкий приёмники, если предусмотрены, дают возможность выбирать забор с учётом осадки, волнения, льда и загрязнения воды.
• Забортный фильтр задерживает крупный мусор перед насосом и охладителем. По мере засорения его сопротивление увеличивается; это отражается на перепаде давления и подаче воды.
• Забортные насосы прокачивают воду через центральные охладители к выпуску за борт. Резервный насос позволяет восстановить подачу при отказе рабочего. На установках с частотным регулированием производительность меняется в пределах разрешённого рабочего диапазона.

Теплообмен и пресноводная циркуляция

• Центральный охладитель состоит из каналов для пресной и забортной воды, разделённых пластинами или стенками труб. Тепло проходит через металл, а уплотнения и соединения обеспечивают герметичность каналов.
• Насос LT направляет охлаждённую пресную воду к охладителю HT, охладителям смазочного масла и наддувочного воздуха. Параллельные ветви распределяют общий поток между аппаратами.
• Насос HT обеспечивает циркуляцию через рубашки двигателя и его пресноводный охладитель. Вода охлаждает втулки, крышки цилиндров и предусмотренные конструкцией полости выпускных клапанов.

Регулирование, подогрев и контроль

• Трёхходовой температурный клапан распределяет воду между охладителем и обходной линией — байпасом. Его термочувствительный элемент либо датчик и привод изменяет это распределение в зависимости от температуры воды.
• Расширительная цистерна принимает увеличение объёма воды при нагреве и обеспечивает подпитку. Расположенная выше двигателя открытая цистерна создаёт статический напор — давление столба воды. Воздушные линии отводят газ из верхних точек системы; воздухоотделитель выделяет свободные пузырьки из проходящего через него потока.
• Подогреватель с циркуляционным насосом поддерживает температуру остановленного двигателя. Подключённая к HT водоопреснительная установка использует тепло рубашечной воды для испарения морской воды в отдельной полости аппарата.
• Термометры, датчики давления и указатели уровня дают данные для наблюдения и регулирования. Сигнализация сообщает об отклонениях, а предусмотренная защита ограничивает работу оборудования при опасных условиях.

Как движутся вода и тепло

1. Перед пуском подогреватель нагревает воду HT, а циркуляционный насос переносит тепло к рубашкам двигателя. Такая циркуляция прогревает детали и поддерживает готовность двигателя к работе.
2. При работающем двигателе насос HT подаёт воду в его охлаждающие полости. Она принимает тепло от металла и выходит в общий отводящий трубопровод. Если подключён водоопреснитель, часть этого тепла расходуется на получение дистиллята.
3. Температурный клапан направляет часть воды через охладитель HT, а часть — по байпасу. После объединения потоков вода возвращается к всасыванию насоса и снова поступает в двигатель: цикл замыкается.
4. В охладителе HT горячая рубашечная вода отдаёт тепло воде LT через разделяющую их стенку. Насос LT также прокачивает воду через остальные подключённые охладители; нагретые потоки собираются в обратном трубопроводе.
5. В центральном охладителе вода LT отдаёт суммарное тепло забортной воде. Охлаждённая пресная вода возвращается к насосу LT и снова распределяется между потребителями.
6. Забортный насос берёт воду через кингстонный ящик и фильтр, прокачивает её через морскую сторону центрального охладителя и выпускает за борт. Так тепло двигателя и других механизмов в конечном счёте передаётся морю.

Регулятор поддерживает заданную температуру, изменяя долю воды, которая проходит через охлаждающий участок. При прогреве большая часть потока возвращается по байпасу; с увеличением тепловой нагрузки возрастает поток через охладитель. Клапан может разделять потоки перед аппаратом или смешивать их после него. Связь патрубков и место измерения температуры показаны на схеме конкретной установки.

После остановки двигатель продолжает отдавать накопленное тепло. Циркуляцию и последующий режим подогрева сохраняют в соответствии с инструкцией двигателя. Отключение водоопреснителя уменьшает полезный отбор тепла, поэтому охладитель HT принимает большую долю нагрузки. При заполнении и прогреве воздух выводится через штатные воздушные линии, а расширительная цистерна компенсирует изменение объёма воды.

Что измеряют и как это понимать

Передаваемая тепловая мощность равна произведению массового расхода воды, её удельной теплоёмкости и изменения температуры. Массовый расход показывает, сколько килограммов воды проходит за секунду. При установившемся режиме и малых потерях тепла охлаждаемая среда отдаёт примерно столько же тепловой мощности, сколько получает охлаждающая.

При одинаковой теплоёмкости меньшему массовому расходу соответствует большее изменение температуры. Поэтому при одной и той же нагрузке рост разности температур на входе и выходе двигателя может указывать на уменьшение расхода. Состояние охладителя оценивают по температурам обеих сред, расходам и перепадам давления при сопоставимом режиме.

Давление влияет на температуру кипения воды: чем выше абсолютное давление, отсчитанное от полного вакуума, тем выше температура кипения. Достаточный подпор на входе насоса помогает поддерживать устойчивую подачу. При поиске нарушения циркуляции проверяют давление в нескольких точках вместе с расходом и температурой: местное сопротивление или воздушная пробка могут ограничить отдельную ветвь.

Обслуживание и наблюдение

Работы удобно распределять между вахтенными наблюдениями, периодическими проверками и ремонтными остановками. Точные сроки задаются судовой системой планового обслуживания, PMS, и инструкциями изготовителей. Анализ воды выполняют по отдельному графику, который может предусматривать еженедельные проверки. Разборку насосов, фильтров и охладителей проводят после вывода соответствующего участка из работы, его изоляции, охлаждения и сброса давления.

Для защиты водяных полостей контролируют качество подпитки, pH, содержание хлоридов и концентрацию ингибитора коррозии — присадки, помогающей защищать металл в охлаждающей воде. Метод анализа и требуемая концентрация зависят от продукта; применяют состав, одобренный изготовителем двигателя. Дистиллят используют после проверки качества и добавления предусмотренной присадки.

Расход подпитки записывают: его рост помогает заметить утечку. При утечке теряются вода и присадка, а при испарении — преимущественно вода. Эту разницу учитывают при восстановлении состава раствора. Совместимость продуктов и порядок смешения подтверждают у изготовителя; дозировку выбирают по объёму системы и результатам анализа.

Засорение фильтра и загрязнение поверхности охладителя устраняют разными работами: очисткой фильтрующего элемента и очисткой каналов или теплообменных поверхностей. Способ промывки выбирают по материалам и конструкции аппарата. На установках с предусмотренной обратной промывкой соблюдают её схему переключения и допустимый перепад давления. После обслуживания проверяют герметичность и восстановление нормального потока.

Неисправности: симптом, причина, действие

Частые вопросы

Заключение

В рассмотренной центральной системе тепло проходит от деталей двигателя к воде HT, затем к воде LT и через центральный охладитель — к морю. Надёжная работа требует устойчивой циркуляции, исправного температурного регулирования, чистых теплообменных поверхностей и подходящего состава охлаждающей воды.

Связанные материалы