Назначение и описание систем охлаждения

Системы охлаждения предназначены для отвода теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах.

Объектами охлаждения в СДУ являются:

¾ втулки и крышки цилиндров, выпускные коллекторы и клапаны ГД и ДГ, поршни и форсунки ГД, а иногда и ДГ;

¾ рабочие цилиндры воздушных компрессоров;

¾ подшипники судового валопровода;

¾ циркуляционное масло ГД и ДГ, редукторов главных передач;

¾ пресная вода, используемая в качестве промежуточного теплоносителя в ГД и ДГ;

¾ наддувочный воздух ГД и ДГ;

¾ воздух на выходе из цилиндра низкого давления воздушных компрессоров при двухступенчатом сжатии.

В случае применения главных электрических передач к перечисленным выше объектам охлаждения следует добавить и обмотки гребных электродвигателей и главных дизель-генераторов.

Рабочими средами в СДУ бывают: забортная и пресная вода, масло, топливо и воздух.

Вода по сравнению с другими охлаждающими средами имеет большую теплоемкость и при скорости 0,5…2,5 м/с высокие коэффициенты теплоотдачи. Это легкодоступная охлаждающая среда, которая широко применяется в установках всех типов. Однако в воде содержатся растворимые соли, микроорганизмы и другие примеси, которые при нагревании выпадают в осадок. Особенно много солей и примесей в морской забортной воде, поэтому ее подогрев в теплообменных аппаратах выше 45 °С нежелателен. При необходимости нагрева охлаждающей среды выше указанной температуры на судах применяют двухконтурные системы охлаждения с использованием в высокотемпературном контуре другого теплоносителя, например пресной воды.

Пресная вода допускает нагрев в системах охлаждения при атмосферном давлении до 80… 90 °С, а при повышенном – и более. Пресная вода, циркулирующая во внутреннем контуре, проходит предварительную обработку с целью снижения солесодержания, жесткости и удаления различных примесей. В нее вводят ингибиторы – замедлители коррозии.

В зависимости от типа судна, состава СЭУ и условий эксплуатации подсистемы могут охватывать объекты в самых различных сочетаниях, образуя автономные системы охлаждения. Такие системы удобны в управлении и способствуют снижению затрат энергии, но при чрезмерном их числе масса и стоимость системы охлаждения в целом могут возрасти так, что их применение окажется экономически нецелесообразным.

Часто автономными выполняют внутренние контуры охлаждения ГД и ДГ, особенно в случаях, когда циркуляционные насосы пресной воды являются их штатными агрегатами.

Систем охлаждения поршней и система охлаждения форсунок, как правило, выполняются автономными даже тогда, когда в качестве охлаждающей жидкости используется пресная вода. При подключении поршней к общей системе охлаждения пресной воды существенно возрастают энергозатраты, поскольку в системе следует поддерживать более высокое давление 0,5…0,6 МПа (вместо 0,2…0,3 МПа). К тому же возникает опасность загрязнения воды маслом, а в случае охлаждения форсунок – топливом.

В ДУ системы охлаждения обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). В этих системах охлаждение пресной воды и масла осуществляется забортной водой в водо – и маслоохладителях. Температура забортной воды на выходе не должна превышать 55 °С, чтобы из нее не выпадали соли и не осаждались на стенках теплообменных поверхностей в виде накипи. Температура пресной охлаждающей воды поддерживается на входе в двигатель не ниже 55 °С, а на выходе не более 60…75 °С – в главных МОД и 75…85 °С – в главных СОД и ВОД.

Отдельные узлы ГД охлаждаются маслом и топливом. В зависимости от рода жидкости, охлаждающей цилиндры, поршни и форсунки двигателя, различают следующие системы: с охлаждением цилиндров, поршней и форсунок пресной водой; с охлаждением цилиндров и форсунок пресной водой, а поршней – маслом; с охлаждением цилиндров пресной водой, поршней – маслом, а форсунок – топливом.

В системах водяного охлаждения забортная вода поступает через кингстонные ящики. В соответствии с требованиями МРС в каждом МО должно быть не менее двух кингстонных ящиков циркуляционной или охлаждающей воды, через которые можно принять забортную воду при любых условиях эксплуатации. Как правило, один кингстонный ящик размещают в двойном дне, а другой – у борта. Их оборудуют устройствами для подачи пара давлением 0,5 МПа, горячей воды и сжатого воздуха (Р=0,3 МПа), применяемых для подогрева воды в ящиках и для продувания приемных решеток. Кроме того, в верхней части кингстонного ящика предусматривается трубопровод для отвода воздуха, попавшего вместе с водой.

Отвод охлаждающей воды за борт осуществляется через невозвратно-запорные клапаны. Для того чтобы нагретая вода в системе охлаждения при отводе не попадала в приемные отверстия, последние располагают в нос от отливных отверстий.

Упрощенная принципиальная схема системы охлаждения ДУ показана на рисунке 4.1. ГД 1 и ДГ 12 (на рисунке 4.1 показан только один) охлаждаются пресной водой, которая подается в магистраль главным насосом пресной воды 17.

трубопроводы: – забортной воды; --- пресной воды

1 – ГД; 2 – к подшипникам валопровода; 3 – маслоохладитель; 4 – за борт; 5 – охладители масла газотурбонагнетателя; 6 – топлива; 7 – надувочного воздуха; 8 – масла;

9 – пресной воды); 10 – компрессор; 11 – расширительная цистерна; 12 – ДГ (один); 13 – водомаслоохладитель ДГ; 14 – охладитель ДГ; 15 – опреснитель; 16 – деаэратор; 17 – циркуляционный насос пресной воды; 18 – резервный насос; 19 – циркуляционный насос забортной воды; кингстонные ящики (20 – ледовый, 24 – бортовой,

23 – днищевой); 21 – фильтр забортной воды; 22 – кингстонно –распределительный канал

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема охлаждения ДУ

Через водоохладитель 9 пресная вода поступает на охлаждение ГД, а затем, выйдя из него, проходит через деаэратор 16 и опреснитель 15 и подается к приемному патрубку охлаждающего насоса 17. По второй ветви охлаждающая пресная вода поступает через водомаслоохладитель 13 к ДГ 12 и, выйдя из него, – во всасывающую магистраль насоса. Циркуляция пресной воды осуществляется насосом 17 по замкнутому контуру.

В систему включена расширительная цистерна 11, которая служит для пополнения утечек пресной воды. В нее же отводится паровоздушная смесь из полостей охлаждения двигателей и теплообменных аппаратов.

Система забортной воды состоит из отдельных функциональных участков, соединенных между собой с целью резервирования механизмов. На современных судах забортная вода из кингстонных ящиков (ледового 20, бортового 24 и днищевого 23) поступает через фильтры 21 в кингстонно – распределительный канал 22, который расположен в МО судна между соседними днищевыми шпангоутами в пространстве двойного дна.

Благодаря кингстонно-распределительному каналу можно подсоединять многие потребители на большом участке по ширине судна, что позволяет уменьшить длину трубопроводов забортной воды.

Главный циркуляционный электронасос 19 подает забортную воду в общесудовую магистраль, откуда она поступает на охлаждение теплообменников ГД и ВД, компрессоров 10, подшипников валопровода 2 и маслоохладителя 3 уплотнительной системы дейдвуда, а затем сливается за борт 4.

На ГД забортной водой прокачиваются охладители надувочного воздуха 7, масла 8, пресной воды 9, масла газотурбонагнетателя 5 и топлива 6. В ДГ забортная вода подается на охладители надувочного воздуха 14, масла и воды 13, а затем на слив. Циркуляционный электронасос 18 является резервным для насосов 19 и 17.

На рисунке 4.2 показана принципиальная схема системы, включающая в себя автономные системы охлаждения забортной водой, пресной водой главных и вспомогательных двигателей, форсунок ГД. Система охлаждения забортной водой, единая для всех объектов охлаждения СДУ, обслуживается тремя насосами 2, забирающими воду из магистрали забортной воды, подключенной к днищевому и бортовому кингстонам 1. От напорной магистрали насосов отходит несколько параллельных ветвей. По четырем из них забортная вода подается к маслоохладителям 5 и воздухоохладителям 6 дизель-генераторов, а затем поступает в общий трубопровод и далее в охладители пресной воды 8 главных и вспомогательных ДВС.

По другим ответвлениям от напорного трубопровода забортная вода подается к маслоохладителям ГД 9, конденсатору 10 опреснителя 11, охладителю пресной воды системы охлаждения форсунок ГД 12, охладителю масла палубной гидросистемы 13, компрессорам 14, охладителям чистых и грязных конденсатов 3 и 4, охладителям масла подшипников судового валопровода 7. От всех объектов охлаждения забортная вода отводится через невозвратные клапаны за борт.

1 – бортовые и днищевой кингстоны; 2 – насос забортной воды; 3, 4 – охладители чистых и грязных конденсатов; 5 – маслоохладитель ДГ; 6 – воздухоохладитель ДГ;

7 – охладитель валопровода; 8 – охладители пресной воды; 9 – маслоохладитель ГД; 10 – конденсатор опреснителя; 11 – опреснитель; 12 – охладитель пресной воды системы охлаждения форсунок ГД; 13 – охладитель масла палубной гидродсистемы;

14 – компрессор

Рисунок 4.2 – Принципиальная схема охлаждения забортной водой

крупнотоннажного траулера

Количество забортной воды, подаваемой к воздухо- и маслоохладителям, охладителям пресной воды ГД и ДГ, регулируется терморегуляторами, которые в случае недопустимого понижения температуры охлаждающих жидкостей отводят часть забортной воды по байпасным трубопроводам в обход теплообменников.

Система охлаждения пресной водой (рисунок 4.3а), общая для ГД 1 и вспомогательных ДГ 2, включает в себя циркуляционные насосы 6, охладители пресной воды 4, расширительную цистерну 3. Циркуляционные насосы 6 подают воду к охладителям пресной воды 4 и далее по параллельным трубопроводам на охлаждение главных и вспомогательных ДВС. Нагретая вода от двигателей вновь поступает к приемным патрубкам насосов. В системе предусмотрено использование тепла охлаждающей воды для производства пресной воды в опреснительной установке. С этой целью нагреватель забортной воды опреснителя 5 подключается к системе охлаждения параллельно охладителям пресной воды 4. При полном закрытии клапанов на входе в охладитель пресной воды их роль будет выполнять нагреватель опреснителя. Если при этом пресная вода будет охлаждаться недостаточно, то некоторую ее часть направляют в охладитель пресной воды. Тепло охлаждающей воды вспомогательных ДВС используется и для подогрева мытьевой воды в подогревателе 7, включенным параллельно в систему охлаждения. Контуры системы охлаждения всех двигателей с помощью дренажных трубопроводов связаны с расширительной цистерной 3, которая компенсаторным трубопроводом соединена с приемным патрубком циркуляционным насосов.

а – ГД и вспомогательного ДГ:

1 – ГД; 2 – вспомогательные ДГ; 3 – расширительная цистерна;

4 – охладитель пресной воды; 5 – опреснитель; 6 – циркуляционный насос;

б – форсунок главного ДВС:

1 – ГД; 2 – форсунки; 3 – охладитель воды; 4 – циркуляционный насос;

5 – расширительная цистерна

Рисунок 4.3 – Принципиальная схема охлаждения пресной водой

на крупнотоннажном траулере

Циркуляция пресной воды в системе охлаждения форсунок ГД (рисунок 4.3б) осуществляется по контуру: циркуляционные насосы 4; охладитель воды 3; форсунки 2; ГД 1; расширительная цистерна 5; циркуляционные насосы 4.

Такие развитые системы, охватывающие практически все объекты охлаждения, характерны обычно для судов относительно небольшого водоизмещения. На крупных рыбодобывающих судах, рыбообрабатывающих базах и транспортных рефрижераторах большее распространение получили системы, включающие в себя несколько подсистем с автономными контурами циркуляции.