第六章冷却系统

• 3、冷却器 • 即热交换器，淡水冷却器用海水去冷却淡
水；滑油冷却器是用水去冷却滑油；空气 冷却器是用水去冷却增压后温度升高的空 气。
• 4、 调温器
• 调温器是柴油机冷却系统中的温度自动
调节设备。柴油机运转时，要求冷却水温 能维持在一定范围。冷却水的循环路线和 流量由自动调温器来控制：当水温较低时， 使冷却水不去淡水冷却器冷却，只进行有 利于提高进水温度的“小循环”；当水温 升高到一定数值时，再使冷却水全部通过 淡水冷却器，进行有利于降低进水温度的 “大循环”；或者是一部分冷却水作大循 环，另一部分作小循环，使冷却水汇合时 得到适宜的进水温度。
• 而冷却过度，过冷：
• 冷却液所带走的热量过多致使柴油
机热效率和经济性下降； • 同时温差过大致使热应力增大； • 此外，缸内温度低，易产生酸蚀。
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为了保证柴油机可靠工作，必须对 柴油机受热机件，滑油及增压后的空 气等进行冷却。然而从能量利用观点 来看，柴油机的冷却是一种能量损 失。 • 冷却系统的主要任务应是保证柴油机 在最适宜的温度状态下工作，达到既 能避免零件的损坏和减小其磨损，又 能充分发出它的有效功率。
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柴油机冷却有以下作用： 首先，冷却可以保持受热件的工 作温度不超过材料所允许的限值，从 而可保证在高温状态下受热部件的足 够强度； • 其次，冷却可以保证受热件内外壁面 适当的温差，减少受热件的热应力； 此外，冷却还可以保证运动部件如活 塞与缸套的适当间隙、缸壁工作面滑 油膜的正常工作状态。
• 中央冷却系统较前述传统的冷却水系统有以下
明显优点： （1）海水管系及中央冷却器的维修工作减至最低 限度； • （2）气缸冷却水温度稳定，不受工况变化的影 响，因而使柴油机始终在最佳冷却状态下运转； （3）淡水循环可多年保持清洁，维修工作量极少。 • 中央冷却系统同时也存在以下缺点： • 增加了中央冷却器及其辅助设备与管系，因而 投资费用较高；由于附加管系的阻力损失，使泵 送耗功也有所增加。
• 大型低速柴油机的冷却系统一般是由几个
独立的管系组成，分别输送介质去冷却气 缸套和气缸盖、活塞、喷油器、增压器、 增压后的管路等等。 • 其中活塞可以用淡水也可以用滑油来冷却。 喷油器可以用淡水也可以用柴油去冷却。
• 3．中央冷却系统
• 这种冷却系统的基本特点是使用不同工作
温度的两个单独的淡水循环系统：高温的 热淡水（约80℃～85℃）和低温的温淡水 （约30℃～40℃）闭式系统。前者用于冷 却主机，后者用于冷却热淡水和各种冷却 器。受热后的温淡水再在一个中央冷却器 中由开式的海水系统进行冷却。由此，可 只使用一个用海水作为冷却液的冷却器。
• 2．闭式淡水冷却系统
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在闭式淡水系统中，淡水流动 路线可以有两种方案。两者的区别 在于淡水泵供应的淡水在（a）方 案中先进主机，然后再去淡水冷却 器。可防止缸套穴蚀和冷却水的汽 化；而在（b）方案中则先去淡水 冷却器，然后再去主机。
• 由于受热部件工作条件不同，所要求 的冷却液温度、压力和系统的基本组 成也各不相同。因而各受热部件的冷 却系统通常由几个单独的系统组成。 一般分为缸套和气缸盖、活塞、喷油 器三个闭式冷却系统。缸套和气缸盖 用淡水冷却，活塞和喷油器则有用淡 水冷却的，也有用滑油冷却活塞，用 柴油冷却喷油器的系统。
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第六节 冷却系统
在柴油机中燃油燃烧放出的热量约 有30～40％要经过气缸、气缸盖和活 塞等部件散向外界。为了能散出这些 热量，需要有足数量的冷却介质强制 连续流经受热部件，通过冷却保证这 些受热部件的正常稳定温度。因而在 多数柴油机中均设置冷却系统，保证 足够而连续的冷却介质流量以及适当 的冷却介质温度。
• 冷却设备系统 • 1、海水泵 • 一般设两台，一台备用。有些船上
把备用泵兼作备用淡水泵。海水泵 排量很大，通常在吸入管接一应急 舱底吸口，以备机舱进水时应急排 水之用。海水泵一般均采用大排量 离心泵。缺点是吸头低，扬程小。
• 2、膨胀水箱 • 缸套冷却水系统中均设高置膨胀水箱。
其作用有： • 膨胀，使系统中的淡水受热后有膨 胀的余地；补水，补充系统中因蒸发 和漏泄而损失的水量；保证淡水泵有 足够的吸入压头；排放系统中的空气； 投药，可在此投化学药剂以对冷却水 进行化学处理；加热，可对冷却水加 热以暖缸（如在其中设置加热装置）。
• 为了控制淡水温度，设有自动调温器，可
使淡水温度自动控制在规定的范围内，柴 油机进机最高温度为76 ℃.出口最高温度为 86 ℃. • 为了保证工作可靠，设有备用淡水泵和备 用海水泵。
• 保证柴油机的冷却设有应急冷却管路 • 当淡水缺乏或者淡水泵故障时，通过转动
三通旋塞改变水流路线，使海水流过滑油 冷却器后改道，直接进入柴油机去冷却缸 套和缸头，再从备用排出阀排到舷外。 • 应急的冷却管路是开式的。
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• 一、冷却的作用和方式
• 柴油机受热部件过热会导致: • （1）材料的机械性能下降，产生较
大的热应力与变形，导致产生疲劳 裂纹或塑性变形； • （2）破坏运动部件之间的正常间隙， 引起过度磨损，甚至发生相互咬死 或损坏事故；
• （3）燃烧室周围部件温度过高，
使进气温度升高，密度降低，从 而减少进气量；增压后的空气温 度也会升高，并影响进气量； • （4）润滑油的温度也逐渐升高， 粘度下降，不利于摩擦表面油膜 的形成，甚至失去润滑作用。 • (5)冷却不足,缸内温度高,易产生钒、 钠腐蚀。
• 开式循环冷却系统的优点是装置简单、
维护方便，水源充裕，但存在如下缺 点： • （1）水中含有较多的杂质和盐分， 容易生成水垢。 • （2）出水温度不得超过55ْC，否 则将会导致Leabharlann Baidu油机冷却水腔结垢严重， 传热效果降低，零件的热应力增加。 • 开式循环冷却系统仅用于技术指标不 高的中小型柴油机当中。
• 管系中的海水滤器用来拦阻杂物进入管系，
防止管系被堵塞。 • 止回阀用来防止海水倒流，使停车时管路 中能保持满水，以保证泵能正常启动。 • 调压阀用于保证管路中的压头， • 调温阀用于调节进水温度，使柴油机在各 种负荷和不同环境条件下，调节和控制进 水温度，保证柴油机冷却温差和热力状态 稳定。 • 三通旋塞用来控制流过滑油冷却器的水流 量，以控制滑油温度。
• 冷却介质 • 在柴油机强制液体冷却系统中
的冷却剂通常有淡水、海水、滑油 等三种。 • 淡水的水质稳定，传热效果好并可 采用水处理解决其腐蚀和结垢的缺 陷，因而它是目前使用广泛的一种 理想冷却介质。
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柴油机对淡水水质的要求一般为不含杂 质的淡水或蒸馏水。若为淡水要求其总硬 度不超10(1德国度等于10mg/L的CaO，1法 国度等于10mg/L的CaCO3 )、pH值为 6.5~8、氯化物含量不超过50 x10-6。当使 用蒸馏水或离子交换器产生的完全脱离子 水作为冷却淡水时，必须特别注意对淡水 进行水处理，并定期化验，确保水处理剂 的浓度达到规定范围。否则由浓度不够而 产生的腐蚀比使用一般硬水还严重(因无一 般硬水所形成的石灰薄膜沉淀物保护)。
• 腊质调温器结构
• 最严重的情况是海底门被污物
堵塞，这时必须采取坚决措施 予以疏通。当海底门被杂物卡 住或者关不严时，应该拆下加 以修复。拆海底门并不是一件 小事，它直接影响到船舶的安 全，国内外都规定要进坞检修， 必须严肃对待。
• 海水的水质难以控制且其腐蚀和结
垢问题比较突出，为减少腐蚀和结垢 应限制海水的出口温度不宜超过55℃， 因而目前很少使用海水直接对柴油机 进行冷却； • 滑油的比热小，传热效果较差，高 温状态易在冷却腔内产生结焦，但它 不存在因漏泄而污染曲轴箱油的危 险．因而适于作为活塞的冷却介质。
• 二、冷却系统的组成和设备 • 一般柴油机冷却系统是用淡水
• 较常用的是波纹管调温器和蜡质调温器。 • 图6-9是波纹管调温器工作原理图。在波
纹型密封容器2内装有易于挥发的乙醇或 乙醚与蒸馏水溶液（比例为l∶2）。波纹 管浸在冷却水的出水流中，感受着出水温 度的高低，并产生不同的伸长或收缩。
• 当水温低于所要求的数值时，主阀6关
小或关闭，旁通阀3打开，使得一部分 或全部冷却水直接流向循环冷却水泵 的入口，不通过冷却器。如果水温达 最大值时，波纹管膨胀到使主阀全开， 旁通阀全关，致使冷却水全部流向冷 却器。经冷却后再流至循环水泵入口。 波纹管型式调温器结构简单，但是由 薄金属片做成的波纹管工作可靠性差， 使用寿命也短。
• 在管理中应兼顾柴油机冷却的两方面要
求．既不使柴油机因过分冷却而过冷，也 不使柴油机因缺乏冷却而过热。近代，从 尽量减少冷却损失以充分利用燃烧能量出 发，国内外正在进行绝热发动机的研究， 相应发展了一批耐高温的材料，如陶瓷材 料等。 • 目前，柴油机的冷却方式分强制液体冷却 和风冷两种。绝大多数柴油机使用前者。
强制冷却柴油机，然后用海水强制 冷却淡水和其他载热流体（如滑油、 增压空气等）。在系统布置上，前 者属闭式循环，后者属开式系统， 两者组成的冷却系统称闭式冷却系 统。
• 1．开式海水系统 • 开式海水系统是用海水做为冷却剂冷
却淡水、滑油、增压空气和空气压缩 机等。系统的基本组成是海底阀和大 排量海水泵，其系统如图所示，使用 过的海水排至舷外。在系统中装设感 温元件6和自动温度调节阀11，使部分 使用过的海水回流至海水泵进口，保 证进冷却器的海水温度不低于25℃。
• 闭式循环冷却系统具有以下优点： • （1）淡水中所含杂质和盐分较少，腐蚀
和结垢不严重，能保持机件良好的散热。 • （2）出水温度可提高到75º C～90º C， 进水温度也不受自然环境的影响，而且温 度还可以自动调节，使进出口温差较小， 因此机件所受热应力不致过大。 • （3）燃气与冷却水之间的温度降减小，减 小了传给冷却水的热损失，可以提高工作 循环的热效率。 • 缺点是整个系统较为复杂。
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• 一般设两个以上 海底阀，分高位和低位，
分设在船舶的两侧舷旁。高位海底阀（门） 位于空载水线下约300mm处，低位海底阀 设在舱底（靠双层底附近）。船舶进港后， 由于船底下泥沙污物较多，多用高位海底 阀。而在海上航行时，为防止因风浪造成 空吸，多使用低位海底阀。当船舶在码头 停靠时，一般停止使用紧近码头一侧的海 底阀，而改用外侧海底阀，以防污物阻塞。
• 波纹管调温器原理
• 蜡质调温器的一种结构型式。它的感温元
件是由感应器体8及密封在其中的石蜡组成， 为了提高导热性能，常在石蜡中加入铜粉。 石蜡在82.5℃～83℃熔化成液体时体积膨 胀特别大，通过胶管6推动推杆4，控制与 推杆相连的主阀1和旁通阀2。当水温达到 最高值时，主阀1全开，通往循环冷却水泵 入口的旁通阀关闭，冷却水全部进入冷却 器经冷却后至水泵入口。这种调温器对冷 却系统中的工作压力不敏感，工作可靠， 使用寿命较长，但结构比较复杂。