Конспект лекция Назначение. Принципиальные схемы. Основные элементы

ОХЛАЖДАЮЩАЯ ВОДА, СИСТЕМЫ

ОХЛАЖДЕНИЯ

В судовых двигателях от 8 до 25% тепла, выделяющегося при сгорании топлива, передается в стенки ЦПГ, в корпус ГТК, которые во избежание перегрева необходимо охлаждать. К числу потерь тепла не­обходимо также отнести потери на трение, преобразующиеся в тепло, идущее на нагревание циркуляционного масла, которое тоже прихо­дится охлаждать. В задачи систем охлаждения входит также отвод теп­ла от наддувочного воздуха, нагреваемого при сжатии в ГТК. Наи­меньшую долю потерь тепла (8-10%) имеют большие двухтактные дви­гатели и все двигатели с высоким наддувом.

Отвод тепла осуществляется в системах охлаждения, вклю­чающих:

• систему охлаждения пресной водой цилиндровых втулок, кры­шек и газовых турбин дизелей;

• систему охлаждения пресной водой или маслом головок поршней;

• систему охлаждения пресной водой или топливом форсунок дизеля;

• систему охлаждения забортной водой рабочих веществ, цирку­лирующих в системах дизелей,

• систему охлаждения наддувочного воздуха.

При охлаждении поршней маслом система их охлаждения у всех дизельных установок общая с циркуляционной системой смазки. При охлаждении поршней водой система охлаждения поршней, как прави­ло, выполняется автономной. Это вызывается в основном двумя при­чинами: различными температурными уровнями и загрязнением воды охлаждения поршней маслом, поступающим на смазку телескопичес­ких устройств. Кроме того, объединение систем охлаждения цилинд­ров и поршней приводит также к попаданию масла на наружные по­верхности цилиндровых втулок, что ухудшает теплообмен. В то же время охлаждение поршней водой обеспечивает лучшую теплоотдачу и является более эффективным. При охлаждении форсунок пресной водой система охлаждения форсунок, как правило, также автономная по аналогичным причинам, с той лишь разницей, что вода загрязняет­ся не маслом, а топливом, проникающим через неплотности притер­тых плоскостей разъемов распылителей форсунок. Соединение систем охлаждения цилиндров и форсунок приводит также к загрязнению си­стемы охлаждения форсунок шлаком из системы охлаждения ци­линдров. При охлаждении форсунок топливом автономная система применяется в том случае, если главные двигатели работают на тяже­лом топливе. При работе дизеля только на дизельном топливе форсун­ки охлаждаются топливом от системы топливоподачи к топливным насосам высокого давления. В современных конструкциях судовых дизелей постепенно уходят от охлаждения форсунок путем уменьше­ния тепловоспринимающей лобовой поверхности распылителей и ин­тенсификации охлаждения зон расположения форсунок в крышках.

Система охлаждения пресной

водой

Охлаждение главных и вспомогательных двигателей произво­дится пресной водой. В системе циркулирует постоянное количество воды, которая после выхода из двигателей охлаждается в водоохладителе протекающей через него забортной водой и вновь поступает в двигатели.

Д

Рис. 13.1. Принципиальная схема системы охлаждения пресной водой:

1 - водоохладители; 2 -подвод забортной воды для аварийного охлаж­дения; 3 вспомогательные дизели; 8 - опреснитель; 9 - отвод забортной воды; 10 - клапан для подогрева - охлаждаю­щие насосы; 4 - порто­вый охлаждающий на­сос; 5 - расширительная цистерна; 6 - автомати­ческие регулирующие клапаны; 7 - главного дизеля от вспомогательных дизелей; 11 - главный дизель; 12 - отвод воды от воздухоохладителей

авление воды в системе для каждой установки обычно указыва­ется в инструкции и составляет 1,5-2,8 бар. Поддержание заданного давления исключает образование застойных зон в отдельных участках зарубашечного пространства дизеля. В системах охлаждения преду­сматривается автоматическая сигнализация по снижению давления ниже заданного значения, а на некоторых дизелях - автоматическая защита, останавливающая дизель при понижении давления воды ниже допус­каемого предела.

Температура входящей и выходящей воды также указывается в инструкции и находится в следующих пределах: на входе 50-70°С; на выходе 60-85°С. В двигателях нового поколения повышают темпера­турный режим до 80-85° С, что способствует снижению температурного перепада в стенках и уменьшению тепловых потерь. Температура выходящей воды обычно поддерживается постоянной. Повышение или понижение температуры воды по сравнению с рекомендованной мо­жет сопровождаться увеличением износа втулок и поршневых колец из-за ухудшения условий смазки или коррозионного износа. Преду­сматривается автоматическая сигнализация по повышению темпера­туры выходящей воды выше заданного значения.

Производительность насоса охлаждения должна быть достаточ­ной для обеспечения необходимого отвода тепла при заданном темпе­ратурном перепаде.

Системы охлаждения оборудуют, кроме сигнализации, устрой­ством для наблюдения за протоком воды.

Принципиальные схемы систем охлаждения двигателей показаны на рис. 13.1-13.3. Вспомогательные дизели 7 (рис. 13.1) охлаждаются от системы главного дизеля. Такое подключение осуществляется на большинстве судовых дизельных установок. Когда главный дизель не работает, вспомогательные дизели охлаждаются своей автономной си­стемой от портового насоса 4 (водоохладители вспомогательных дизе­лей на схеме не показаны). Схема предусматривает подогрев главного дизеля от вспомогательных дизелей через клапан 10. Автоматические регулирующие клапаны 6 устанавливают на системах всех современ­ных судовых дизельных установок.

Насосы охлаждающей воды. Для системы охлаждения дизелей применяют центробежные насосы. Эти насосы имеют высокий КПД, просты по конструкции и обеспечивают свободный проход воды при

опорожнении системы. Предусматриваются один рабочий и один об­щий резервный насос для пресной и забортной воды. В автоматизиро­ванных установках обязательна установка отдельного резервного на­соса пресной воды.

Простота конструкции существенно облегчает эксплуатацию цен­тробежных насосов, которая сводится к наблюдению за работой, заме­не сальниковых уплотнений и профилактическим осмотрам подшип­ников, крылаток, вала и муфты сцепления.

Пуск насоса производится при открытом всасывающем клапане и закрытом или слегка приоткрытом нагнетательном. После пуска на­гнетательный клапан открывается, и производительность доводится до нормальной. Критериями требуемой производительности служат дав­ления воды в системе и температура воды на входе и выходе. Если насос длительное время не работал, то до его пуска следует убедиться в отсутствии воздуха в корпусе насоса, открыв воздушный (пробный) кран. Кроме того, следует повернуть вал насоса вручную и убедиться в том, что сальниковое уплотнение не зажимает его и нет других при­чин, препятствующих вращению насоса. Кроме непосредственного наблюдения за работой насоса, следует обращать внимание и на пока­зания амперметра. Увеличение силы тока при прочих равных условиях обычно свидетельствует об увеличении мощности трения в насосе или моторе, а уменьшение - о поломке крылатки насоса.

Водоохладители. На судах применяются пластинчатые или труб­чатые водоохладители. Ремонт и профилактика водоохладителя сво­дятся к очистке полостей забортной воды от грязи, замене протектор­ных пластин и вальцовке или глушению трубок.

При плавании в чистой воде рекомендуется осматривать полости забортной воды не реже одного раза в год. Осмотр обычно производится через смотровые лючки, к которым с внутренней стороны прикреплены протекторные пластины. Пластины, разъеденные более чем на 50%, дол­жны быть заменены. При плавании в загрязненной воде и на мелководье рекомендуется осматривать полости забортной воды при увеличении сопротивления в охладителе и при ухудшении теплообмена.

Известно, что в процессе эксплуатации давление забортной воды всегда ниже, чем пресной, и нарушение плотности трубок охладителя определяется по увеличению утечки пресной воды.

На судах неограниченного района плавания в системе охлажде­ния устанавливают два охладителя.

Расширительная цистерна. В системе охлаждения дизеля пресной водой устанавливается расширительная цистерна, которая

Рис. 13.3. Система пресной воды охлаждения цилиндров двигателя RTA:

1 - гл. двигатель; 2 -насосы; 3 - портовый насос; 4 - подогрева­тель; 5 - вход в рубаш­ки цилиндров; 6 - се­паратор для удаления воздуха; 7 - стабилиза­тор потока; 8 - диаф­рагма регулирования давления; 9 - выход воды из двигателя; 10 -водоохладитель; 11 -термостат; 12-испари­тель; 13 - диафрагма; 14 - расширительная цистерна; 15 - попол­нение системы водой; 16 - ввод присадок; 17- уравновешиваю­щая труба

служит для создания подпора на всасывающей стороне насосов, удале­ния воздуха из системы и пополнения утечек, имеющих место в эксп­луатации.

Цистерну устанавливают выше верхней точки системы охлаж­дения и соединяют с ней трубопроводами в двух, трех и иногда четы­рех местах. Характерными участками являются всасывающий трубо­провод у насоса и верхняя полость водоохладителя. На многих дизе­лях цистерна соединяется трубопроводами с верхними полостями крышек цилиндров, а иногда и с коллектором выходящей охлаждаю­щей воды.

Эксплуатация цистерны сводится к ее очистке, учету количества воды, добавляемой в систему, и наблюдению за чистотой воды. Учет воды необходим для своевременного обнаружения утечек воды.

Фирма-

изготовитель

Название ингибитора

Форма поставки

Минимальная дозировка по рекомендации поставщика

Castrol Ltd. Swindon Wiltshire, England

Castrol Solvex WT4 Castrol Solvex WT2

порошок жидкость

3 кг/1000 л

20 л/1000 л

Drew Ameriod Marine Boonton, N.J./USA

DEWTNC Liquidewt Maxiquard

порошок жидкость жидкость

3,2 кг/1000 л

8 л/1000 л

16 л/1000 л

Unitor Rochem Marine

Chemicals Oslo, Norway

Dieselguard NB Rocor NB Liquid

порошок жидкость

3 кг/1000 л

10 л/1000 л

Vecom

Maassluis,

Holland

CWT Diesel QC2

жидкость

12 л/1000 лП

Нитритно-боратные ингибиторы коррозии для обработки пресной охлаждающей водыодготовка пресной воды. Рекомендуется использовать деионизированную и дистиллированную воду из опреснителя. В исключи­тельных случаях может использоваться обычная питьевая вода. Пока­затели качества воды должны укладываться в следующие пределы: рН 6,5-8,0 (при 20° С); хлориды 50 ррт (50 мг/л); сульфаты 50 ррт; сили­каты 25 ррт.

До недавнего времени применялось добавление в воду антикор­розионного масла, которое легко растворяется в воде и образует за­щитную пленку. Однако в связи с форсировкой двигателей и необходи­мостью в гарантированном теплосъеме с охлаждаемых поверхностей, в современных двигателях отказались от применения водоэмульсион­ных масел и перешли на химические ингибиторы коррозии. Причина перехода заключалась в том, что при недостаточно тщательном обслу­живании систем охлаждения на охлаждаемых поверхностях отклады­вался толстый слой масла, затруднявший теплоотвод и приводивший к перегревам.

За последние годы все большее распространение находит метод об­работки воды химическими средствами (ингибиторами), замедляющими коррозионное действие воды на металл и препятствующими образова­нию накипи, они также смягчают воду и снижают образование накипи.

Проверка системы и воды в эксплуатации. Проверяйте систе­му охлаждающей воды и воду в ней через указанные ниже промежутки времени. Рекомендуется вести запись всех проверок, чтобы следить за состоянием охлаждающей воды и тенденцией его изменения.

Регулярно, когда осуществимо, проверяйте систему охлаждающей воды на наличие шлама или отложений. Проверяйте охлаждающие трубопроводы, охлаждающие полости (каналы) в верхней части ци­линдра, крышку и седло выпускного клапана. Шлам и отложения мо­гут объясняться:

• загрязнением системы охлаждающей воды;

• цинковыми гальванопокрытиями в системе охлаждающей воды.

Опыт показал, что цинковые гальванопокрытия в системе пре­сной охлаждающей воды часто оказываются весьма подверженными коррозии, результатом чего бывает интенсивное шламообразование, даже если система охлаждения правильно ингибирована. Кроме того, первоначальное удаление накипи кислотой в значительной мере разру­шает гальванопокрытие. Поэтому не советуется использовать оцинко­ванные трубопроводы в охлаждающей системе пресной воды.

Еженедельно отбирайте пробу воды из системы при работе. Про­бу отбирайте из системы циркуляции, т.е. не из расширительного бака или труб, ведущих к баку. Проверяйте состояние охлаждающей воды. Набор приборов обычно можно получить от поставщика ингибитора.

Проверьте:

• концентрацию ингибитора. Концентрация ингибитора не дол­жна падать ниже величины, рекомендованной поставщиком, т.к. это может повысить риск коррозии. Когда поставщик оговаривает диапа­зон концентрации, рекомендуется поддерживать концентрацию на вер­хнем уровне;

• величину рН. Она должна быть в пределах 8,5-10 при 20° С. Уменьшение величины рН (и увеличение содержания сульфата, если замеряется) может свидетельствовать о загрязнении выпускными газа­ми (протечки). Величину рН можно повысить добавлением ингибито­ра, однако если необходимо значительное его количество, рекоменду­ется заменить воду;

• содержание хлоридов не должно превышать 50 ррт (мг/л). В ис­ключительных случаях может быть приемлемым максимум 100 ррт, однако следует придерживаться величины верхнего предела, оговорен­ного поставщиком ингибитора.

Увеличение содержания хлористых солей может указывать на по­падание забортной воды. Проследите и устраните протечки при пер­вой возможности.

Еженедельно отбирайте пробу воды из системы при работе дви­гателя для проверки содержания: ингибитора, сульфата, железа, об­щей солености.

Ежегодно опорожните, промойте и вновь заполните систему ох­лаждающей воды. Введите ингибитор.

Каждые четыре-пять лет и после длительного вывода из эксплуа­тации, основываясь на регулярных проверках, очистите систему ох­лаждающей воды от масляного шлама, ржавчины и известняка. Вновь заполните водой с ингибитором.

Потери воды. Возместите испарившуюся охлаждающую воду неингибированной водой. Возместите утечки воды ингибированной водой. После переборки, например, отдельных цилиндров добавьте новую порцию ингибитора непосредственно после окончания работ. Проверяйте концентрацию ингибитора каждый раз, когда значитель­ное количество охлаждающей воды заменяется или добавляется.

Общие рекомендации.

Проводите очистку прежде, чем в первый раз вводить ингибитор в систему охлаждающей воды. Это обеспечит равномерную защиту поверхностей ингибитором и улучшит теплопередачу.

В эксплуатации повторяйте очистку и ингибирование каждые 4-5 лет и после длительного вывода из эксплуатации. Очистка включает обезжиривание для удаления масляного шлама и удаление накипи для устранения ржавчины и известковых отложений.

Очищающие средства.

Специальные готовые очищающие средства можно получить от фирм, специализирующихся на подготовке охлаждающей воды и от поставщиков ингибитора (см. таблицу выше). Эти фирмы предлагают обработку, помощь и анализы охлаждающей воды. Указаниям фирм-поставщиков следует всегда строго следовать.

Очищающие средства не должны повреждать уплотнение, про­кладки и т.п. Следует также удостовериться в том, что очищающие средства совместимы со всеми элементами системы охлаждения, что­бы исключить какие-либо неисправности. Очищающие средства не следует подмешивать непосредственно, их следует растворить в воде, а затем вводить в систему охлаждающей воды.

Для обезжиривания могут быть использованы эмульсии моющих средств в воде, а также легкощелочные чистящие средства¹.

¹ Готовые моющие средства, склонные к воспламенению, совершенно очевидно, не должны использоваться для этих целей.

Литература:

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Стр. 348-358

Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда - М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Стр. 433-443

Возницкий И. В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В.Возницкий, Е.Г.Михеев - М.:Транспорт, 1990. - 360 с стр.164-166

Система охлаждения ВТК судов типа т/х «Механик Ярцев»

Система охлаждения НТК судов типа т/х «Механик Ярцев»