Охлаждение дизелей. Системы: проточная и замкнутая

При рассмотрении теплового баланса двигателя было установлено, что только часть тепла, выделяемого при сгорании топлива внутри цилиндров дизеля, превращается в индикаторную работу (до 47%). Из оставшегося тепла примерно 25% уносится с отходящими газами, а остальное тепло (25—28%) для предотвращения перегрева деталей двигателя отводят охлаждающей водой. Для отвода тепла в основных деталях двигателя (цилиндр, цилиндровая крышка, поршень, корпус выпускного клапана) устраивают специальные полости или зарубашеч-ные пространства, через которые пропускают охлаждающую воду.

Для охлаждения судовых дизелей применяют две системы: проточную и замкнутую. При проточной системе охлаждения специальный насос забирает воду из кингстона и прокачивает ее через зарубашечное пространство дизеля; при замкнутой системе через зарубашечное пространство дизеля прокачивается пресная вода, которая затем в специальном теплообменнике (охладителе) охлаждается забортной водой и снова направляется в двигатель. Проточная система значительно проще замкнутой, однако имеет ряд существенных недостатков, поэтому для охлаждения дизелей на судах, построенных в последние годы, не применяется.

Основные недостатки проточной системы охлаждения дизеля: возможность засорения зарубашечного пространства дизеля илом и другими взвешенными частицами, содержащимися в морской воде; интенсивное отложение солей в зарубашечном пространстве и образование накипи, плохо проводящей тепло и резко ухудшающей теплообмен, в результате чего происходит перегрев деталей и даже их разрушение. Для того чтобы предотвратить образование накипи в зарубашечном пространстве, приходится снижать температуру воды на выходе из дизеля до 50—55° С и тем самым ухудшать температурный режим двигателя и полезное использование тепла. При низкой температуре забортной воды для уменьшения температурных напряжений на входе воды в двигатель устраивают специальные смесители, куда подается вода из кингстона и часть воды, выходящей из двигателя. Минимальная допустимая температура воды на входе в двигатель +15° С. Однако необходимый перепад при охлаждении двигателя забортной водой составляет 10—20° С, таким образом, температура воды на входе составляет 35—45° С.

При замкнутой системе охлаждения применяют пресную воду, которая проходит техническую обработку и не содержит солей, в результате удается поддерживать высокий температурный режим двигателя (температура воды на выходе из систем, сообщенных с атмосферой, — до 85° С, а при наличии паровоздушного клапана у некоторых напряженных четырехтактных дизелей—до 105° С). Необходимый перепад при охлаждении двигателя пресной водой 7—15° С. Для того чтобы предотвратить засоление воды в случае нарушения плотности водоохладителя, давление в системе пресной воды устанавливают несколько большим, чем в системе забортной воды.

Для контроля пресной воды из системы периодически проводят анализ проб воды для определения содержания солей, и если соленость достигает критических значений, воду в системе заменяют.

Следует также отметить, что при охлаждении двигателя пресной водой масляный холодильник, как правило, охлаждается забортной водой.

Для предотвращения коррозии охлаждаемых деталей и трубопроводов в пресную воду добавляют различные присадки (например, бихромат калия) или антикоррозионные масла.

При охлаждении двигателя пресной водой система должна предусматривать аварийное охлаждение забортной водой. Переход на аварийное охлаждение должен осуществляться постепенно, чтобы не вызвать резких температурных напряжений, при этом необходимо соблюдать требования в отношении температур, рекомендуемых для проточных систем (не ниже 15° С на входе и не выше 50—55° С на выходе).

Некоторые фирмы в целях страховки рекомендуют при аварийном охлаждении еще более низкие температуры на выходе воды из двигателя (до 45° С). Если учесть, что двигатель, как правило, работает на аварийном охлаждении короткое время и потери тепла незначительны, эти рекомендации целесообразно выдерживать.

Схемы проточной и замкнутой систем охлаждения

При проточной системе охлаждения (рис. 68, а) забортная вода от кингстона насосом 1 прокачивается через масляный холодильник 2 (часть воды прокачивается мимо масляного холодильника) и смеситель 3, подается через регулировочные вентили 4 в нижнюю часть за-рубашечного пространства цилиндров 5. Из зарубашечного пространства цилиндров вода по патрубкам переходит в цилиндровые крышки 6, а оттуда в сливной коллектор 9 и из него через невозвратный клапан 10 сливается за борт.

Часть воды через терморегулятор 8 направляется в смеситель 3, который необходим для поддержания минимально допустимой температуры воды на входе. Импульс на терморегулятор 8 поступает от сливного коллектора 9, и поэтому он работает автоматически: чем выше температура воды на выходе, тем меньше воды терморегулятор направляет в смеситель 3. Индивидуальное регулирование температуры воды, выходящей из цилиндров, осуществляется вентилями 4 и 7.

При замкнутой системе охлаждения (рис 68, б) пресная вода, подаваемая насосом 5 из расширительного бака 14 через входные вентили 6, поступает на охлаждение цилиндров 7 и цилиндровых крышек 8, через вентили 9 индивидуальной регулировки горячая вода стекает в коллектор 10 и направляется в холодильник пресной воды 15, откуда поступает в расширителный бак 14, с которым связан коллектор 10.

Забортная вода из кингстона забирается насосом 1, прогоняется через масляный холодильник 2 и прокачивается далее через холодильник пресной воды 15 и невозвратный клапан 16 за борт.

Для автоматического поддержания постоянной температуры в замкнутую систему включают терморегулятор 12, который при низкой температуре пропускает часть воды мимо холодильника 15. Импульс на терморегулятор поступает от трубопровода горячей воды. Во время работы дизеля часть воды испаряется, а часть уходит через сальники насосов. Для пополнения утечек предусмотрен трубопровод и насос подачи воды из запасных танков, а также отвод воды из расширительного бака обратно в танк в случае ее перекачки.

Система предусматривает аварийное охлаждение двигателя забортной водой. Переход на забортную воду осуществляется поворотом трехходовых кранов 4 и 11 на 90°, а также отключением вентилями 3 и 13 расширительного бака 14 и водоохладителя 15. При этом температуру воды, выходящей из двигателя, регулируют вручную при помощи вентилей 6 и 9.

Недостатки замкнутой системы охлаждения: наличие дополнительного оборудования и трубопроводов. С целью предупреждения засоления пресной воды при нарушении плотности водоохладителя в системе пресной воды поддерживают более высокое давление.

Оборудование систем охлаждения судового дизеля

К оборудованию системы охлаждения относятся: насосы пресной и забортной воды, охладители пресной воды, терморегуляторы, расширительные баки, контрольно-измерительные приборы.

Для подачи пресной воды на двигатель и для прокачки охладителей забортной водой допускается применение как навешенных насосов (с приводом от главного двигателя), так и насосов с автономным (электрическим) приводом. Согласно Правилам кроме основных насосов, в машинном отделении необходимо устанавливать аварийные насосы, причем при замкнутой системе охлаждения допускается установка одного аварийного насоса, при этом система должна предусматривать подключение его как к замкнутому контуру, так и к трубопроводу забортной воды. На небольших судах допускается в качестве аварийного использовать один из насосов общесудового назначения.

Для охлаждения дизеля применяют как поршневые, так и центробежные насосы. Детали насосов, соприкасающиеся с водой (особенно забортной), должны выполняться из нержавеющих сплавов и материалов или иметь нержавеющую облицовку.

Применение центробежных насосов позволяет получать непрерывную струю, без пульсации, что обеспечивает равномерное охлаждение дизеля. К недостаткам центробежных насосов следует отнести: неспособность сухого всасывания, более низкий к. п. д. по сравнению с поршневыми насосами, а также уменьшение производительности и даже прекращение подачи воды при реверсировании двигателя (для навешенных насосов).

К недостаткам поршневых насосов относятся: громоздкость, пульсация струи (частично устраняют, устанавливая на нагнетательном трубопроводе специальные воздушные колпаки). При применении навешенных насосов лучшим считается вариант с установкой центробежного насоса для замкнутого контура (пресная вода) и поршневого — для прокачки охладителя забортной водой. Именно таким образом охлаждаются двигатели завода «Русский дизель» Д 30/50-2 и ДР 30/50—3.

На рис. 69, а показан поршневой насос для прокачки холодильника забортной водой. В корпусе насоса 1 запрессована бронзовая втулка 2, в которой совершает возвратно-поступательное движение поршень 3, уплотненный резиновыми кольцами и приводимый в действие через шток 5, серьгу 7 и балансир 6, связанный с крейцкопфом продувочного насоса двигателя. Шток 5 поршня уплотняется сальником 4. При движении поршня вниз в верхней полости происходит всасывание воды, а в нижней—нагнетание; при обратном движении из верхней полости вода вытесняется, а в нижнюю всасывается. В клапанной коробке 11 размещается по три всасывающих клапана 14 и нагнетательные 13, которые изготовлены из резины.

Для уменьшения пульсации на крышку 10 клапанной коробки 11 устанавливают воздушный колпак 8. Для предохранения насоса и трубопровода от разрушения при повышении давления до опасных значений насос имеет предохранительный клапан 9. Два крана 12 служат для слива воды из клапанных коробок при ремонте насоса.

На рис. 69, б показан центробежный насос для прокачки двигателя пресной водой. К корпусу 1 насоса крепится крышка 15 с фланцем для соединения всасывающего трубопровода и кронштейн 2 для крепления насоса к фундаментной раме дизеля. Привод рабочего колеса — через вал 3 и шестерню 20, которая, в свою очередь, приводится во вращение от шестерни, насаженной на коленчатый вал дизеля. Рабочее колесо насаживают на вал насоса на шпонке и фиксируют гайкой 16 и стопорной шайбой 17. Вал вращается в двух шариковых подшипниках 6 и 8. Для удобства монтажа и демонтажа шариковый подшипник устанавливают в обойму 5, которую фиксируют фланцем 4. Чтобы предотвратить попадание воды на шариковый подшипник, установлен отражатель 11, а для предотвращения выброса масла из подшипника имеется уплотнительное кольцо 10. Уплотнение вала — сальниковой набивкой 14, которая прижимается грундбуксой 12. Слив воды из кронштейна 2 — через отверстие, закрытое пробкой 13.

Смазка на подшипники 6 и 8 поступает из окна 7 (для смазки служит масло, которое разбрызгивается шестернями привода насоса) и сливается через отверстие 9 в картер двигателя. Кран 19 служит для выпуска воздуха из улитки насоса.

Насос крепят к дизелю со стороны поста управления, что удобно для осмотра и профилактики. Профиль рабочего колеса 18 позволяет насосу работать при вращении коленчатого вала «вперед» и «назад».

На многих судах постройки последних лет применяют вертикальные электроприводные центробежные насосы. Электродвигатель у таких насосов размещен над плитами машинного отделения, а сам насос — под ними. Такое размещение удобно для подсоединения трубопроводов к насосу.

Для охлаждения пресной воды, выходящей из дизеля, применяют теплообменные аппараты (холодильники) трубчатого типа, такие же, как и для охлаждения масла.

Трубопроводы системы охлаждения дизеля выполняют или из нержавеющих труб, или из стальных, оцинкованных снаружи и внутри. Для предотвращения коррозионного разрушения в холодильниках со стороны забортной воды устанавливают протекторы.

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.