Система охлаждения судового дизеля как объект регулирования температуры

Какие системы охлаждения имеют судовые дизели?

Мощные тихоходные судовые дизели обычно оборудуют автономными системами охлаждения для цилиндров, крышек, поршней и форсунок. В некоторых случаях, как, например, у вспомогательных двигателей или главных двигателей средней быстроходности и небольшой мощности, одна система служит для охлаждения группы узлов для двигателя в целом. Каждая автономная система охлаждения рассматривается как объект регулирования.

Что представляет собой принципиальная схема системы охлаждения двигателей?

При замкнутой системе (рис. 88) через зарубашечное простран­ство 2 насосом / прокачивается пресная вода, циркулирующая по внутреннему замкнутому контуру. Для компенсации расширения жидкости и удаления воздуха из замкнутого контура предусмотрена расширительная цистерна 3. Процесс отвода теплоты осуществляется последовательно через два теплообменных устройства: от газов через стенку цилиндровой втулки к пресной воде (первый теплообменник) и от пресной воды через теплообменник 4 (холодильник) к забортной воде. Забортная вода прокачивается через холодильник насосом 5. Температурное состояние стенки определяется также температурой воды на выходе из двигателя t г, которая принимается в качестве регулируемого параметра. На стороне подвода объекта регулирования тепловой поток поступает от рабочего тела (газа) через цилиндровую втулку к воде, циркулирующей в зарубашечном пространстве. Количество теплоты, передаваемой воде в единицу времени через стенку цилиндровой втулки,

Q под. = Q дв. = k дв Fдв Δ t cp,

Где: k дв — коэффициент теплопередачи от газов к воде, кВт(м^{2 0} С);

Fдв — площадь теплообмена цилиндров двигателя, м²;

Δ t cp — средний температурный напор, С.

Какие методы применяют для регулирования температуры охлаждающей среды?

Применяют два метода регулирования температуры охлаждающей среды: первый — изменением количества прокачиваемой воды через двигатель, второй — изменением температуры. Первый в судовых дизельных установках самостоятельно не применяется. Это объясняется тем, что при малых количествах

воды, а следовательно, и малых ее скоростях возможны нарушение циркуляции потока и появление местных перегревов стенок.

Какие способы применяют для регулирования температуры воды на входе в двигатель?

Изменения условий отвода теплоты путем регулирования температуры воды на входе в двигатель t могут быть реализованы следующими конструктивными способами (рис. 89): перепуском во внутреннем контуре, дросселированием, обводом и перепуском в контуре забортной воды.

В чем заключается способ перепуска во внутреннем контуре?

Способ перепуска во внутреннем контуре (рис. 89, а) дает возможность в разомкнутой системе изменять температуру воды t, поступающей в двигатель. При этом через двигатель прокачивается постоянное количество воды G. Это достигается путем смешения подводимой холодной воды с горячей, выходящей из двигателя, в приемном патрубке насоса (в точке А).

Регулирующий орган распределяет поток воды, выходящий из двигателя, на два, направляя (перепуская) одну часть его в контур циркуляции, а вторую Gел за борт. Условия материального и теплового баланса при этом определяются выражениями

G = Gп + Gсл и G t1 =G n t 2 + G cn(t 2 — t1)

где t 2 — температура воды на выходе из двигателя,°С.

При замкнутей системе охлажденная вода внутреннего контура Gсл не сливается за борт, а направляется в холодильник внешнего контура. Из холодильника она забирается насосом Для смешения в точку А поступает вода с температурой tnp2 из холодильника. На отвод теплоты будут оказывать влияние свойства холодильника и процесс теплопередачи в нем, так как они определяют температуру t пр2.

Зависимость между перепадом температуры воды на двигателе t2—t1 и перепадом температуры пресной воды на холодильнике tпр1— t np2 или t2—tпр2получим из уравнения теплового баланса:

из уравнения баланса: t2—tпр2 = G/ Gсл (t2—t1) Как осуществляется способ дросселирования?

Способ дросселирования в контуре забортной воды представлен на рис. 89, б. Внутренний контур замкнут. Количество пресной воды, прокачиваемой через двигатель и через холодильник, одинаково и равно G. Для изменения температуры воды t i, поступающей в двигатель, регулирующий орган, установленный на магистрали подвода забортной воды, изменяет количество воды, прокачиваемой через холодильник,путем дросселирования.

Перепад температуры пресной воды на холодильнике равен перепаду на двигателе tпр1— t np2 = t2—tпр2.. При этом tпр1= t2 и tпр2=

Каким образом осуществляется способ обвода?

Способ обвода в контуре забортной воды (рис. 89, в) отличается от способа дросселирования лишь принципом действия регулирующего органа. В рассматриваемой схеме РО установлен также на напорной магистрали насоса. Он изменяет количество забортной воды, прокачиваемой через холодильник, путем сброса части воды за борт, минуя холодильник. Соотношение между перепадами температуры пресной воды на двигателе и на холодильнике такое же, как и при дросселировании.

В чем заключается способ перепуска в контуре забортной воды?

Особенность способа перепуска в контуре забортной воды (рис. 89, г) заключается в том, что количество циркулирующей воды не изменяется как в контуре пресной воды G, так и в контуре забортной воды Gx. Количество отводимой теплоты изменяется за счет регулирования температуры забортной воды, поступающей в холодильник. Регулирующий орган, как и в случае перепуска во внутреннем контуре, возвращает часть нагретой забортной воды Gn в приемный трубопровод насоса. Нагретая вода смешивается (в точке А) с холодной забортной водой, и в холодильник поступает забортная вода с температурой t xi >t3. Перепад температуры пресной воды в холодильнике равен перепаду температур в двигателе, т. е. t np — t np- 2 = t 2 — t1.

Во всех трех способах регулирования воздействием на внешний контур (см. рис. 89, б, в, г) перепад температуры пресной воды в холодильнике пропорционален перепаду температур забортной водыв нем

tnp — tnp-2 = Gr / G (t xi - t3)

Отношение расходов воды в контурах Gx/G при способе перепуска постоянно.

Что является общим в разных способах регулирования?

При регулировании способом перепуска как в контуре пресной воды (см. рис. 89, а), так и в контуре забортной воды (см. рис. 89, г) регулирующий орган выполняет роль разделителя потока. Можно его расположить и в точке А смещения потоков. При этом принципиальных изменении в условиях передачи теплоты и охлаждения судового двигателя не наблюдается.

Установленныйтаким образом регулирующий орган называют смесителем потоков.

Анализируя полученные зависимости для перепадов температуры пресной воды в двигателе и холодильнике для всех трех способов регулирования по воздействию на контур забортной воды, можно заметить, что перепады этих температур равны между собой. Равны также и температуры. По перепадам температур можно судить о тепловой нагрузке двигателя. Так как на установившихся режимах G= const. то эти перепады пропорциональны количеству отводимой теплоты.