Ремонт систем охлаждения судна
Судовые двигатели внутреннего сгорания
Система охлаждения двигателя
Наблюдение и технический уход за системой охлаждения
Технический уход за системой охлаждения осуществляется в сроки, указанные в инструкции по эксплуатации двигателя, и состоит главным образом в периодической очистке от накипи водяных полостей блока, крышек цилиндров, масляных и водоводяных холодильников.
Температура охлаждающей воды, контролируемая с помощью термометров, установленных на отливных патрубках цилиндровых крышек, должна быть примерно одинаковой для всех цилиндров и соответствовать указаниям инструкции по обслуживанию двигателя. При охлаждении морской водой температура ее по выходе из системы должна быть не выше 50° С во избежание интенсивного отложения накипи. Если охлаждение производится пресной водой, то температура воды по выходе из двигателя поддерживается в пределах 70 — 80° С. Разность температур воды, выходящей из крышек различных цилиндров, не должна превышать 5° С.
Для регулирования температуры отходящей воды в каждом цилиндре имеются регулировочные краны, установленные на отливных патрубках цилиндровых крышек.
Повышение, или понижение температуры воды у отдельных цилиндров при одинаковой величине открытия регулировочных кранов указывает либо на неравномерность распределения нагрузки по цилиндрам, либо на нарушение режима охлаждения из-за наличия отложений. При сильном повышении температуры отходящей воды из какой-либо крышки цилиндра увеличивают охлаждение соответствующего цилиндра, проверяют равномерность распределения нагрузки между цилиндрами, а также температуру отработавших газов.
Быстрое повышение или понижение температуры воды, охлаждающей двигатель, не допускается, так как это может привести к появлению температурных напряжений и деформаций деталей и, как следствие, задиров поршней или возникновению трещин в крышках цилиндра. Температура воды одновременно во всех цилиндрах регулируется количеством воды, поступающей в систему охлаждения.
Низкая температура охлаждающей воды может вызвать деформацию цилиндровых втулок и поршней, увеличивает тепловые потери и снижает экономичность двигателя. При температуре поступающей в дизель воды ниже 15° С ее подогревают до температуры не ниже 25° С. Для этого часть нагретой воды из сливного трубопровода через специальный трубопровод с регулировочным клапаном (последний открывают) перепускают в приемный трубопровод насоса и смешивают с холодной водой, в результате чего температура воды, поступающей в систему охлаждения двигателя, повышается.
Для снижения тепловых напряжений в охлаждаемых деталях двигателя, улучшения процесса горения топлива и уменьшения закоксования поршневых колец стремятся к тому, чтобы разность температур входящей и выходящей из двигателя воды была небольшой (7 — 15° С для замкнутых систем и 10 — 20° С для проточных систем). Интенсивность охлаждения повышается за счет увеличения скорости протекания воды в водяных рубашках двигателя. Если давление воды в системе охлаждения ниже 0,75 кгс/см 2 , скорость протекания становится очень малой, что вызывает образование накипи и паровых подушек в застойных местах полостей охлаждения, а следовательно, и местные перегревы.
Повышенный нагрев охлаждающей воды при нормальной температуре отработавших газов и равномерной нагрузке по цилиндрам может происходить вследствие значительного отложения солей и осадков в водяных полостях. Если при полном открытии регулировочного крана температура воды не понижается до нормы, то нагрузка перегретого цилиндра должна быть снижена и при первой возможности должны быть очищены водяные полости дизеля.
Воздух, попадающий в систему охлаждения двигателя, ухудшает охлаждение, и его выпускают через воздушные краны, установленные в верхних частях трубопроводов водяного холодильника.
Вода или масло после охлаждения поршней должны стекать в смотровую воронку беспрерывными струями, без пузырей и с одинаковой температурой для всех поршней, которая измеряется в каждой сливной трубе при помощи термометра. При ухудшении условий охлаждения поршней двигатель останавливают, выясняют неисправность и устраняют ее. Давление в системе охлаждения поршней составляет 2,5 — 4 кгс/см 2 , в системе охлаждения цилиндров 0,75 — 2 кгс/см 2 ; контролируется оно по показаниям манометра и регулируется клапанами, установленными на трубопроводах системы охлаждения.
При замкнутой системе охлаждения двигателя перепад температуры пресной воды в водо-водяном холодильнике регулируется количеством забортной воды, прокачиваемой через него, и должен быть в пределах, указанных в заводской инструкции.
При выходе из строя водяного насоса охлаждение двигателя может быть обеспечено резервным насосом или переводом двигателя на аварийное охлаждение от пожарного насоса. Последний имеет большую производительность и сильный напор. Чтобы вода из пожарного насоса не повредила систему охлаждения двигателя, ее необходимо дросселировать разобщительным клапаном.
При заполнении системы охлаждения двигателей водой обращают особое внимание на ее химический состав, который играет важную роль в обеспечении нормальной работы двигателя. Вода хорошо растворяет соли, щелочи, кислоты и такие газы, как кислород, азот, углекислоту и др.
Соли кальция и магния, находящиеся в растворенном состоянии в воде, придают ей особое свойство, которое принято называть жесткостью. За единицу жесткости принят миллиграмм-эквивалент солей на 1 л воды. Один миллиграмм-эквивалент соответствует содержанию в 1 л воды 20,04 мг Са или 12,16 мг Mg.
Временная, или устранимая, жесткость зависит от содержания в воде бикарбоната кальция Са(НСО3)2 и бикарбоната магния Mg(HCO3)2. При кипячении воды эти соли распадаются на карбонаты, которые выпадают в осадок, и углекислый газ, уходящий в атмосферу. Таким образом, бикарбонаты кальция и магния находятся в воде в растворенном состоянии только до ее кипячения. Постоянная жесткость определяется присутствием в воде солей, которые при концентрации меньше предела насыщения не выпадают в осадок даже при нагревании. К таким солям можно отнести CaSO4, СаСl2, MgSO4 и др. Общая жесткость воды складывается из временной и постоянной жесткости.
Показатели жесткости воды приведены ниже
Жесткость, мг-экв/л
Не более 3
Наиболее мягкой является атмосферная (дождевая) и дистиллированная вода.
Газы, растворенные в воде, вызывают коррозию металлов, а соли кальция и магния образуют в системе охлаждения накипь, которая обладает малой теплопроводностью. Поэтому накипь вызывает перегрев двигателя, перерасход топлива и масла, уменьшение мощности, повышенный износ деталей и появление в них трещин вследствие неравномерного расширения и значительных внутренних напряжений.
Присутствие в воде нефтепродуктов очень вредно влияет на работу двигателя, так как они ухудшают теплопроводность накипи, при работе двигателя могут вызвать вспенивание воды, выброс ее и перегрев двигателя.
Если нет дистиллированной или атмосферной воды, то рекомендуется применять для заполнения замкнутой системы охлаждения речную или озерную воду. Воду для замкнутой системы охлаждения можно умягчить добавлением к ней химических реагентов или пропусканием ее через специальные фильтры. Наиболее простой способ умягчения воды — кипячение ее в течение не менее 30 мин с последующим, пропусканием через плотный фильтр. Если нет возможности получить умягченную воду, то в нее добавляют специальные присадки — антинакипины. В качестве антинакипинов используют эмульсолы (применяемые при механической обработке металлов), мыльную воду, хромпик К2Сr2О7, ВНИИНП-117/119, эмульсол Э-2, ИНК-8, «Шелл Дромус Ойл В» и др. Антинакипины не только уменьшают процесс накипеобразования, но и тормозят процессы коррозии и кавитационных разрушений.
Хромпик добавляют в охлаждающую воду в следующих количествах: при общей жесткости воды 5,5 мг-экв/л добавляют 3 г хромпика на 1 л воды, при общей жесткости 5,5 — 9 мг-экв/л — 10 г на 1 л воды. Хромпик — ядовитое вещество, поэтому при работе с ним следует применять резиновые перчатки и противогаз.
Если замкнутая система охлаждения заполняется водопроводной водой, необходимо помнить, что в ней имеется хлор (обычно в 1 л хлорированной водопроводной воды содержится около 100 мг хлора). Последний вызывает коррозию металлов. Для нейтрализации хлора приготовляют раствор (80 г хромпика на 1 л воды) и заливают его в охлажденную воду .
Для двигателей с чугунными блоками можно применять смесь в пропорции на 1 м 3 воды хромпика 1,5 кг, нитрата натрия 2 кг и каустической соды 0,3 кг.
Для уменьшения электрохимической коррозии различных деталей в системе охлаждения устанавливают протекторы, представляющие собой цинковые пластины. Протекторы крепят на стальных болтах или шпильках. Крепление протекторов на болтах или шпильках из цветного металла запрещается. По мере разрушения протекторы заменяют новыми.
Вода, просачиваясь через уплотняющие резиновые кольца втулки цилиндра, попадает в картер двигателя и, смешиваясь с маслом, делает последнее не пригодным для дальнейшего использования. При повреждении резиновых колец вода может поступить в ресивер продувочного воздуха, а из него в рабочий цилиндр двигателя. При обнаружении воды в ресивере или картере двигателя выясняют, какая из втулок пропускает воду, и заменяют на ней резиновые уплотнительные кольца.
Источник
Судовые системы охлаждения
При сгорании топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания лишь 38—42 % получаемой при этом теплоты превращается в полезную работу. Остальная теплота — это неизбежные тепловые потери. Примерно половина потерянного тепла уходит в атмосферу с продуктами сгорания топлива, остальная часть передается деталям, соприкасающимся с горячими газами. Если эти детали не охлаждать, то работа двигателя станет невозможной и он выйдет из строя. Невозможной станет и смазка двигателя, так как смазочное масло будет сгорать. Во избежание этого все детали и узлы двигателя, соприкасающиеся с горячими газами, необходимо охлаждать. Обязательному охлаждению подлежат цилиндры, крышки цилиндров и выпускной коллектор.
Для обеспечения непрерывной подачи воды (пресной или забортной) для охлаждения двигателей, механизмов или аппаратов и предназначена система охлаждения судовой энергетической установки. На судне эта система обеспечивает подачу охлаждающей жидкости не только к главным двигателям, но и к таким механизмам, аппаратам и устройствам, как подшипники валопроводов, холодильники масла, паро- и электрокомпрессоры, конденсатные насосы и др.
Для перемещения охлаждающей воды по трубопроводам к местам охлаждения необходимы насосы. Их включают в общую магистраль, от которой идут отростки, подводящие воду ко всем потребителям.
Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания являются автономными, т. е. предусматривают наличие насосов пресной или забортной воды, которые обслуживают только данный двигатель.
Системы охлаждения двигателей делятся на открытые (одноконтурные) и закрытые (двухконтурные). Открытая система на морских судах почти не применяется. В этой системе охлаждение двигателя производится забортной водой, которая насосом прокачивается по всей системе охлаждения и отводится за борт. Систему открытого типа допустимо применять там, где температура нагрева выходящей из двигателя воды не превышает 55 °С. При большей температуре растворенные в воде соли становятся нерастворимыми и оседают на омываемых водой поверхностях в виде накипи, ухудшая условия теплоотдачи, а также засоряя проточные каналы и полости охлаждения, особенно в литых конструкциях головок и блоков цилиндров двигателей. Это нарушает нормальное протекание рабочего процесса в двигателе и может служить причиной аварии.
На рис. 3.58 изображена схема открытой системы охлаждения двигателя. Забортная вода при открытом кингстоне 10 поступает в теплый ящик забортной воды 9, снабженный фильтром. Кингстон открывается и закрывается рукояткой 5, выведенной на крышку ящика. При открытом приемном клапане 11 вода для охлаждения забирается насосом 12 и по трубе 13 подается к двигателю. Поступившая в полость охлаждения блока цилиндров 1 вода поднимается вверх и перетекает в крышки 2 цилиндров, откуда через патрубок 3 направляется в полость охлаждения выпускного коллектора 6. Из последнего она отводится за борт по трубе 7. Температура охлаждающей воды, прошедшей через каждый цилиндр, контролируется термометром 4 и регулируется клапаном 5 путем пропуска большего или меньшего количества воды, проходящей через него. Давление воды во время работы системы контролируется манометром 14.
В большинстве современных судовых дизелей применяется закрытая система охлаждения. В этой системе для охлаждения работающего двигателя используется пресная вода, непрерывно циркулирующая в замкнутой системе охлаждения, которая состоит из двух контуров: внутреннего и внешнего. Первый служит для охлаждения двигателя, второй — для охлаждения воды, циркулирующей во внутреннем контуре. Для охлаждения пресной воды устанавливают водо-водяной холодильник, через который прокачивается забортная вода.
На рис. 3.59 приведена схема закрытой системы охлаждения двигателя. Циркуляционным насосом 15 пресная вода по внутреннему контуру подается в блок цилиндров 1. Охладив крышку 2 цилиндра двигателя, вода по патрубку 3 поступает в полость охлаждения выпускного коллектора 5, а оттуда в термостат или в терморегулятор 7, который служит для автоматического регулирования температуры воды, прошедшей через двигатель. Если температура этой воды окажется выше требуемого значения, то термостат большую часть воды пропустит в холодильник 11, а меньшую — в трубу 16, Таким образом, в термостате постоянно происходит перераспределение двух потоков воды: подводимой к насосу 15 и вновь направляемой на охлаждение двигателя.
Температура воды контролируется термометром 6. В связи с высокой температурой воды, выходящей из двигателя, в отдельных точках внутренних полостей, заполненных водой, образуется некоторое количество пара. Пар отводится по трубе 4 в расширительный бак 5, являющийся компенсатором объема, в который по трубе 9 вытесняется избыточное количество расширившейся при нагревании воды. Благодаря этому предотвращается нарушение плотности соединений элементов системы.
Забортная вода через кингстон 13 и приемный клапан 14 забирается насосом 12 и прогоняется через холодильник, где охлаждает пресную воду внутреннего контура, после чего отводится за борт по трубе 10. Такая система охлаждения двигателей предохраняет полости охлаждения двигателя от отложения солей и уменьшает вероятность образования коррозии и электрохимической эрозии. Установленный на приемной ветви фильтр забортной воды предохраняет систему от попадания ила и песка.
В двигателях с высокой средней температурой цикла приходится применять охлаждение поршней путем подвода охлаждающей жидкости в их головки. В частности, это можно осуществить с помощью специального телескопического механизма. Как видно на рис. 3.60, охлаждающая жидкость подается в трубу 1 телескопического механизма поршня, далее переходит в подвижную трубу 5, укрепленную в поршне 4, а затем в полость 5 поршня и охлаждает его головку. Отвод жидкости можно произвести с помощью такого же телескопического механизма, расположенного с другой стороны поршня. Имеющийся на телескопической трубе сальник 2 не допускает пропуска охлаждающей жидкости в картер двигателя.
Литература
Судовые системы и трубопроводы — Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. [1988]
Источник