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1.冷卻水系統(tǒng)的作用
柴油發(fā)動機(jī)動力中的一些機(jī)械設(shè)備在正常操作中產(chǎn)生熱量。熱量必須及時分配; 否則加熱元件溫度將繼續(xù)上升，超過允許極限并將損害機(jī)械設(shè)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(xù)地流過散熱器并將熱量帶出設(shè)備。冷卻系統(tǒng)通常使用淡水，海水或河水作為冷卻介質(zhì)。
冷卻系統(tǒng)帶走的大量熱量是由燃料進(jìn)行的余熱燒傷，一般約為20％至30％。由于柴油發(fā)動機(jī)是熱力發(fā)動機(jī)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(qiáng)度越大，該部件的損失越大，柴油經(jīng)濟(jì)性的降低越明顯。另一方面，由于受熱構(gòu)件的溫度高，因此圓筒內(nèi)壁的平均溫度可以達(dá)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(fā)生熱應(yīng)力。溫差太大而不能破壞零件。
可以看出，柴油機(jī)對冷卻過程有嚴(yán)格的要求。冷卻系統(tǒng)的作用是冷卻柴油機(jī)強(qiáng)制，將每個加熱部件的溫度控制在允許的范圍內(nèi)，同時保持適當(dāng)?shù)睦鋮s水溫度，并使用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)，以確保其正?？煽康倪\(yùn)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(dǎo)致材料的機(jī)械性能下降，從而產(chǎn)生熱應(yīng)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(dǎo)致油品變質(zhì)和結(jié)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(jīng)濟(jì)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(fā)電廠時，對冷卻機(jī)器和設(shè)備的需求是：
① 主副柴油機(jī)。包括氣缸，活塞，噴油器和增壓器。
② 主，副柴油機(jī)油冷卻器，淡水冷卻器等熱交換器。
③ 軸承等。
④ 空壓機(jī)，冷凝器等設(shè)備。
⑤ 其他機(jī)械設(shè)備或熱交換器。如空調(diào)，制冷機(jī)組，甲板機(jī)械，液壓系統(tǒng)等。
在這些機(jī)械和設(shè)備中，主機(jī)需要更多的散熱。因此船舶冷卻系統(tǒng)構(gòu)成以主冷卻管為中心的冷卻系統(tǒng)，其他機(jī)械設(shè)備冷卻管，以及各種冷卻輔助設(shè)備。
2.冷卻水系統(tǒng)的基本形式
2.1開放式冷卻水系統(tǒng)
開放式冷卻水系統(tǒng)是指柴油發(fā)動機(jī)直接由外側(cè)水或河水冷卻。
開放系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是該單元易于管理和維護(hù)。缺點(diǎn)是舷外水的質(zhì)量差，河水中含有雜質(zhì)，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(chǎn)生水垢，降低熱效率。對于鹽的沉淀，海水溫度應(yīng)低于50~55℃，高溫部位不能使用。由于柴油機(jī)冷卻水溫度一般在60℃以上，高速機(jī)應(yīng)達(dá)到80 ℃ ~90 ℃ 。所以現(xiàn)在除了河船，開放系統(tǒng)不適用。
2.2閉式冷卻水系統(tǒng)
對應(yīng)于開放系統(tǒng)，封閉式冷卻水系統(tǒng)是柴油發(fā)動機(jī)本身用淡水冷卻，并且淡水由熱交換器通過外側(cè)水冷卻。也就是說，系統(tǒng)中的淡水進(jìn)行閉合循環(huán)，關(guān)閉冷水的冷卻由另一個開放式冷卻系統(tǒng)完成，而不是柴油機(jī)本身冷卻。所以它有很多優(yōu)點(diǎn)
⑴ 在機(jī)器中循環(huán)清潔淡水，不易堵塞。
⑵ 清水不易結(jié)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(jī)動性。當(dāng)水箱溫暖時，淡水不會通過冷卻器或關(guān)閉海水。
2.3。中央冷卻水系統(tǒng)
為了使除主機(jī)之外的機(jī)械設(shè)備也使用淡水，并用系統(tǒng)冷卻以形成中央冷卻水系統(tǒng)。如果某些設(shè)備僅用海水冷卻，則稱為混合冷卻系統(tǒng)。
在柴油淡水冷卻系統(tǒng)中，有高溫水回路和低溫水回路。例如，使用高低溫水系統(tǒng)參數(shù)，它是混流式中央冷卻系統(tǒng);如果高低溫電路分開，它是獨(dú)立的中央冷卻系統(tǒng)。在獨(dú)立的中央冷卻系統(tǒng)中，如果高溫水換熱器用低溫水冷卻冷卻，則是獨(dú)立的Ⅰ 型 ，如果采用海水冷卻高溫水，則稱為獨(dú)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(shè)計(jì)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(tǒng)，是獨(dú)立式I的特殊形式。
3.冷卻水系統(tǒng)原理
冷卻水系統(tǒng)可分為海水冷卻系統(tǒng)，淡水冷卻系統(tǒng)。而淡水冷卻系統(tǒng)可分為低溫水冷卻系統(tǒng)和高溫水冷卻水系統(tǒng)（又稱汽缸水冷卻系統(tǒng)）。大型船舶大多使用中央冷卻水系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)也可以組合在一起稱為冷卻水系統(tǒng)。這里我們介紹傳統(tǒng)的海水冷卻系統(tǒng)和獨(dú)立的中央冷卻水系統(tǒng)。
3.1常規(guī)海水冷卻系統(tǒng)
傳統(tǒng)的海水冷卻系統(tǒng)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(jī)，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(jī)空氣冷卻器的排出水一起流動后，通過三通恒溫器直接進(jìn)入海水泵入口或返回海水泵入口。
由于季節(jié)或航行區(qū)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(dāng)海水溫度低于設(shè)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(guān)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(cè)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(shè)有三個海水門，一個高海水門，兩個低水門。
海水應(yīng)首先冷卻潤滑油，然后用淡水冷卻器冷卻淡水。這是因?yàn)橛蜏氐陀诘?，粘度高，其熱交換性能比淡水差。
3.2 獨(dú)立中央冷卻水系統(tǒng)Ⅰ
獨(dú)立式Ⅰ 型 中央冷卻水系統(tǒng)的工作原理 是該系統(tǒng)由三個獨(dú)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(dāng)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(tǒng)），是一個閉環(huán)系統(tǒng)。兩個高溫淡水泵將高溫淡水送入氣缸主機(jī)，活塞和噴油器冷卻，然后從主機(jī)的最高點(diǎn)排出，經(jīng)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(jī)淡水排放管道中，安裝平行的水機(jī)或輕型系統(tǒng)，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(jié)能設(shè)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(jī)淡水出口溫度，一般要求主機(jī)淡水出口溫度控制在80 ℃ 左右?？梢酝ㄟ^三種不同方式實(shí)現(xiàn)主機(jī)淡水溫度的調(diào)節(jié)。 ① 調(diào)整進(jìn)入冷卻器的淡水量。② 調(diào)節(jié)進(jìn)入主機(jī)的淡水量。 ③ 調(diào)節(jié)進(jìn)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(diào)節(jié)淡水的溫度，但實(shí)際上后兩種方法會導(dǎo)致主機(jī)進(jìn)出水溫過大或過慢反應(yīng)，這在船上很少使用。此外，三通溫控閥可安裝在冷卻器進(jìn)水管中，也可安裝在出水管內(nèi)。該系統(tǒng)還配有高溫水膨脹水箱，可以：
1）當(dāng)溫度變化導(dǎo)致體積變化時，允許淡水在封閉的循環(huán)管路中流動引起膨脹
2）由于系統(tǒng)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(diǎn)通常連接一個通風(fēng)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(nèi)低壓汽化，保持壓力穩(wěn)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(zhì)
⑶低溫淡水回路
低溫淡水回路也是閉環(huán)系統(tǒng)。整個回路與傳統(tǒng)的海水冷卻系統(tǒng)相同，但它也必須用海水冷卻。在實(shí)際船舶中，低溫水也分為幾種方式：柴油發(fā)電機(jī)空氣冷卻器，空氣壓縮機(jī)，空調(diào)，制冷，大氣冷凝器等冷卻。該系統(tǒng)要復(fù)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常控制在36℃。它還安裝了一個特殊的低溫水膨脹箱。
如果系統(tǒng)位于兩個泵中，其中一個泵是備用的，需要自動啟動并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
獨(dú)立Ⅱ 型 中央冷卻水系統(tǒng)與 Ⅰ 型的區(qū)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(tǒng)基本相同。另外，冷卻泵和閉式循環(huán)系統(tǒng)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(qū)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(jìn)入主發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口，這可以保持主機(jī)內(nèi)的冷卻水保持高壓，因此氣缸冷卻室內(nèi)的冷卻水不易蒸發(fā)，這可以保證良好的冷卻效果。柴油機(jī)的效果。這種布置的缺點(diǎn)在于，來自進(jìn)入冷卻器的主體的冷卻水的壓力已經(jīng)降低，并且海水可能泄漏到冷卻器管板中發(fā)生的淡水中。淡水通過冷卻泵出來，先進(jìn)入淡水冷卻器，然后將主機(jī)的組件冷卻，最后返回冷卻泵吸入口。這種安排的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)正好相反。
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