船舶冷却水系统详细设计 指导
主机海、淡水冷却系统详细设计实验
实验二主机海、淡水冷却系统详细设计实验实验学时：8实验类型：综合实验要求：轮机先进设计制造方向必修一、实验目的1.熟悉与掌握海淡水冷却系统的设备组成2.熟悉轮机系统设计手册与相关的规范，掌握冷却系统工作原理、工作要求，会初步完成系统设计计算；3.掌握海水冷却系统中相关设备、附件、管径、壁厚的设计计算方法及选型；4.运用CAD软件绘制燃油日用系统原理图，掌握绘图的方法及格式。
二、实验内容根据6500吨散货轮的设计要求，完成冷却系统的设计计算，相关附件设备的选型，绘制对应的原理图（附件清单、阀件清单、设计要求，系统走向图等）。
三、实验原理、方法和手段通过管路设计基础课程的学习，熟悉6500吨散货轮设计要求（船体，轮机、电气规格书），结合船舶设计手册—轮机分册、入级规范等，完成上述内容。
四、实验组织运行要求根据本实验的特点、要求和具体条件，采用集中授课形式，分组开放运行形式。
五、实验条件1. 微机2. 详细设计软件AUTOCAD3. 6500吨散货轮相关资料4. 附件、阀件标准手册5. 船舶设计手册--轮机分册、入级规范六、实验步骤预备知识（一）、冷却水系统的作用柴油机动力装置中一些机械设备在正常运行中不断产生热量，这些热量必须及时散发，否则发热件温度将继续上升，以致超过容许的限度而破坏机械设备的工作可靠性。
如柴油机气缸内燃烧产生的热量除了对外作功外，其中一部分热量将传到机器的部件上，若不给予适当的冷却，这些部件将因温度过高而不能继续工作。
为了及时而有效地散发这些热量，通常就要让一定量的液体连续流经受热部件，把这些热量带出设备。
冷却系统一般采用淡水或海水（或江河水）作为冷却介质。
冷却系统带走的热量有很大一部分是燃料燃烧做功后所剩余的热量，一般约占燃烧热量的20%~30%。
由于柴油机是一种热机，是依靠燃料燃烧的热量来作功的，所以冷却系统带走的热量是一种损失。
很显然，冷却越强烈，这部分的损失越大，就越明显地降低柴油机的经济性。
船舶冷却水系统设计指导
编制大纲：需要补充的内容：1，水泵（定速离心泵，变频泵）；2，温控阀；3，节流孔板；4，热平衡计算的理论公式，温升热量水量公式；5，特殊案例的区分（温控阀，板冷，变频泵对整个冷却系统形式选定的影响；分离封闭式，高低温混流式，配置变频海水泵没有温控阀的中央式。
） 6，利用目前的实船进行计算公式的验证，还有一些经验系数的反推导（特别是一些厂家自己的经验系数）7，膨胀水箱；8，补充开发设计需要的部分，参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》前言（目的）以《船舶设计实用手册---轮机分册》---国防工业出版社为蓝本，将其中的冷却水系统做了进一步内容扩展和深化描述，提供给详细设计人员参考。
参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》，补充一部分工程计算公式；系统发展核心：1，稳定调节；2，节省能源，余热循环利用；3，节省成本，替代方案的方式；关键词：将冷却水稳定可靠的输送到需要冷却的设备中：这个可靠和稳定来源于几个参数：稳定的压力，稳定的流量，稳定的温度，稳定的水质（这个水质包含化学成分稳定不结垢，物理成分稳定，极少气泡，气泡会影响热交换器的效率）冷却水系统目录1，范围2，冷却水系统的基本形式3，系统形式的选择4，冷却水系统实例5，中央冷却系统热平衡计算6，冷却水系统的主要设备配置要点7，制淡装置（造水机）8，具有冰区航行船级符号船舶的冷却水系统特殊要求9，海水进水阀操纵位置的要求10，冷却水系统的温控阀11，冷却水系统的节流孔板12，冷却水系统的泵13，冷却水系统的膨胀水箱冷却水系统1，冷却水系统的基本形式冷却水系统的基本形式见表1，注解：（1），所谓开式和闭式冷却水系统是指柴油机本身冷却水系统而言。
开式系统是指柴油机本身直接用舷外海水或者江水冷却。
如今除江河小船之外，基本不采用开式系统。
海拖（海洋港口拖轮）还在使用海水直接冷却柴油机。
（潜在问题：船内海水泄露，在与柴油机连接的弹性管配置不正确时容易出现，已有其他公司的海拖因为这个弹性管破裂造成沉船）（2），在闭式系统中，柴油机是用淡水冷却，而淡水在经过热交换器用舷外水冷却。
船舶冷却水系统设计指导(精编文档).doc
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）6，利用目前的实船进行计算公式的验证，还有一些经验系数的反推导（特别是一些厂家自己的经验系数）7，膨胀水箱；8，补充开发设计需要的部分，参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》前言（目的）以《船舶设计实用手册---轮机分册》---国防工业出版社为蓝本，将其中的冷却水系统做了进一步内容扩展和深化描述，提供给详细设计人员参考。
参考《船舶管舾装设计工艺实用手册》，补充一部分工程计算公式；系统发展核心：1，稳定调节；2，节省能源，余热循环利用；3，节省成本，替代方案的方式；关键词：将冷却水稳定可靠的输送到需要冷却的设备中：这个可靠和稳定来源于几个参数：稳定的压力，稳定的流量，稳定的温度，稳定的水质（这个水质包含化学成分稳定不结垢，物理成分稳定，极少气泡，气泡会影响热交换器的效率）冷却水系统目录1，范围2，冷却水系统的基本形式3，系统形式的选择4，冷却水系统实例5，中央冷却系统热平衡计算6，冷却水系统的主要设备配置要点7，制淡装置（造水机）8，具有冰区航行船级符号船舶的冷却水系统特殊要求9，海水进水阀操纵位置的要求10，冷却水系统的温控阀11，冷却水系统的节流孔板12，冷却水系统的泵13，冷却水系统的膨胀水箱冷却水系统1，冷却水系统的基本形式冷却水系统的基本形式见表1，（1），所谓开式和闭式冷却水系统是指柴油机本身冷却水系统而言。
开式系统是指柴油机本身直接用舷外海水或者江水冷却。
如今除江河小船之外，基本不采用开式系统。
海拖（海洋港口拖轮）还在使用海水直接冷却柴油机。
（潜在问题：船内海水泄露，在与柴油机连接的弹性管配置不正确时容易出现，已有其他公司的海拖因为这个弹性管破裂造成沉船）（2），在闭式系统中，柴油机是用淡水冷却，而淡水在经过热交换器用舷外水冷却。
船舶发动机冷却系统方案
第六章冷却系统第一节冷却系统的功用、组成和布置一、冷却系统的功用柴油机工作时的燃气温度高达1800℃左右，使与燃气直接接触的气缸盖、气缸套、活塞、气阀、喷油器等部件严重受热。
严重的受热会造成：①材料的机械性能下降，产生较大的热应力与变形，导致上述部件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。
综上所述，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，过分冷却将导致燃油滞燃期延长，产生爆燃和燃烧不完全，增加加散热损失；机件内外温度差过大，以致热应力超过材料本身的强度而产生裂纹，润滑油粘度变大而增加摩擦功的消耗；在燃用含硫量较高的重油时，将产生低温腐蚀，使缸套严重腐蚀等。
因此，在管理中应既不使柴油机因缺乏冷却而导致机件过热，也不使柴油机因过分冷却而造成不良后果，应有所兼顾。
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。
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受热部件材料，如陶瓷材料等。
目前，柴油机的冷却方式分为强制液体冷却和风冷两种，绝大多数柴油机使用前者。
而液体冷却的介质通常有淡水、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，因而它是目前使用最广泛的一种理想冷却介质；海水的水源充裕但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应超过55℃；滑油的比热小，传热效果较差，在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。
船舶冷却水系统设计与分析
１ 冷 却 水 系统 设 计 的基 本 要 求
（ １ ）系 统 应 满 足 设 计 任 务 书 或 技 术 规格 书 的要 求 。
循环系统。系统应设 淡水高 温报警及 超高温 自动停 车保护 装 置， 主机 淡水 冷 却泵 一般 有 ２台 （ 小 船除 外） 互 为备 用 ， 自动
切换 。
究仍 然是 一个 重 要 的课 题 。
（ １ ）常规的淡水冷却 系统包括 主机、 发 电柴油机及空压 机 淡水冷却系统 。主机淡水冷却系统 由淡水冷却泵 （ 机带泵 或独
立电动泵） 、 冷却器 、 温 度 自动 调 节 阀 、 缸套水加热器及泵 （ 有 时
由电动淡水泵兼 ） 、 膨胀水箱 、 海水淡 化装 置等组成独立 的闭式
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 够 数 量 的冷 却 介 质 强 制 流 经 受 热 部 件 ， 通 过 冷 却 保 证 这 些 受
海水泵 ， 部分设备用海水冷却 ， 称为混合式冷却系统 。
（ ３ ）机舱应设不少于 ２个并尽 可能分布于两舱 的海水门 ， 航行 于浅水航 区的船舶其海 水 门应有 一个 是高位 。２个 （ 或更 多） 海水 门用海水总管 连接 ， 总管上设有海水滤器及 相应阀件 。 海水 门应有透气管 、 蒸汽及压缩空气吹洗管 。 （ ４ ）海水系统包 括海水 门， 应有 防腐 、 防污装置 ， 如牺牲 阳 极、 电解海水防腐 装置等 ， 以防止或减少腐蚀及海生物 附着 。
２ ． ２ 淡 水 冷 却 系统
热部件 的正常稳定温度 。因此 ， 绝 大部分柴油机都设 有冷却水 系统 。随着技术 的持续 发展 ， 到 ２ Ｏ世纪 ７ Ｏ年 代初 期开 始 ， 中 央冷却水系统便逐渐广泛运用起来 。这种 冷却系统 的特点是 ， 利用舷外海水通过一个低温淡水冷却 器对低温淡水 进行冷却 ， 被冷却 的低温淡水 再去 冷却各 种换热 器和船 舶主柴 油机缸套 水冷却器 中的高温淡水 ， 主柴油机是 由高温冷却 水 回路进 行冷 却。在这种冷却系统 当中， 舷外 海水不再接触各 种换热器 和主 柴油机 。这种冷却 系统避免 了海水 引起的腐蚀 问题 ， 提高 了设 备和系统 的安 全可靠性及寿命 。因此 ， 对船舶 冷却水 系统 的研
30万吨油轮冷却水系统设计5页2
30万吨油轮冷却水系统设计兰志新摘要船舶冷却水系统是船舶动力装置的重要组成部分。
它通过冷却水的循环带走了主机和辅机运转过程中散发出来没有转化为机械能的热量，从而避免了因大量热量的积累而造成的金属疲劳脆化和润滑油的失效。
因此，船舶冷却水系统性能的优劣直接影响到船舶主机和辅机的工作性能，想要优化和充分发挥船舶冷却水系统的性能，就需要了解它的工作过程和注意事项。
关键词：冷却淡水系统，冷却海水系统—————————为了使船舶受高温燃气和摩擦作用的部件保持正常稳定的工作性能，必须对这些部件进行冷却。
冷却系统的作用就是把冷却介质送到受热部件，将其多余的热量带走。
船舶动力装置中经常使用的冷却介质主要有：海水、淡水、滑油、燃油和空气等，其中最常用的是海水和淡水。
冷却系统应符合的要求是：确保充足、连续和温度适宜的冷却介质供给柴油机动力装置的各个需要冷却的部位，工作安全可靠，便于维护管理和经济耐用等。
[1]30万吨油轮冷却水系统设计研究的内容，主要包括合理的选择泵、阀和管路材料，合理的布置管路走向。
根据相关资料及相关设计规范，确定泵的排量，管路的管径。
方法是在不违反规范要求的前提下，选择合适的泵、阀和相关材料，设计出合理的冷却海、淡水管路原理图、日用淡水管路原理图和机舱给排水管路原理图。
本设计主要研究的内容有：冷却淡水系统，冷却海水系统，并完成海淡水泵的排量的计算。
1 30万吨油轮冷却淡水系统设计1.1概述冷却淡水系统是船舶系统中不可缺少的重要部分之一。
它对主机、副机进行冷却以保证它们能够正常的运转，更大的发挥它们的价值。
1.2 淡水冷却系统设计的总体思路30万吨油轮的冷却淡水系统主要包括主机冷却、副机冷却。
主机采用闭式冷却，用高温淡水冷却主机缸套活塞，再用低温淡水冷却高温淡水，最后用海水来冷却低温淡水。
1.3淡水冷却管路工作原理（如图）首先淡水泵从中央淡水膨胀柜吸入淡水，然后沿着淡水管路到达两台中央淡水循环泵，一台正常工作，另一台备用。
船舶中央冷却水系统设计改进及发动机高温水温控方案探讨
96.0°C
高温水出机流量
Qo
21.3m3/h
温控旁通流量
Qi
53.7m3/h
温控阀的开度
λ
28.3%
85% 96.0°C 18.1m3/h 56.9m3/h 24.1%
75% 96.0°C 15.9m3/h 59.1m3/h 21.3%
50% 96.0°C 10.6m3/h 64.4m3/h 14.2%
中央冷却水系统设计改进及发动机高温水温控方案探讨 中央冷却水系统简介
典型的船舶中央冷却水系统如下图 1 所示，船舶发动机和船用设备均并联布置，即发动机的高、低 温水泵以及辅助冷却水泵从中央冷却器的出口抽取低温淡水然后输送至发动机以及各种船用设备进 行冷却，最后回水汇集在一起流入中央冷却器和海水系统发生热交换，冷却后再次进入冷却水泵的 吸口。淡水系统为闭式循环系统，而海水为开式循环系统。
SW
SW
SW 循环泵
Ma x. 3 8 ⁰C
船用设备 （如空调， 空压机等）
辅助淡水 FW 循环泵
海水 滤器
海水箱
图 3 中央冷却器水系统（带外部高温温控阀） 图 3 温控阀外部高温温控阀为分流式（mixing）方式，将两路不同温度的水进行混合从而控制水 温，管路接法见下图 4。
图 4 温控阀混流式（mixing）管路接法示意
燃油 冷却器
2#柴油机 发动机
高温 温控阀
滑油 冷却器
Nom. 91⁰C
高温 中冷器
燃油 温控阀
滑油 冷却器
Nom. 91⁰C
高温 中冷器
低温水 高温水
低温 中冷器
缸套
LT
HT
低温 中冷器
缸套
LT
船舶柴油机冷却系统工作原理
船舶柴油机冷却系统工作原理船舶柴油机冷却系统是一个重要的系统组成部分，能有效地控制柴油机的温度，保障机械设备的安全和稳定运行。
本文将阐述船舶柴油机冷却系统的工作原理，包括冷却水的循环流动、热交换和调节机理。
船舶柴油机冷却系统的工作原理是基于热力学原理的，通过对冷却水的循环流动、与柴油机发热零件之间的热交换以及冷却水的温度调节来控制柴油机的冷却效果。
具体结构包括水面冷却系统和内部冷却系统。
水面冷却系统主要是将海水或淡水通过水泵引入船舶柴油机水箱中，由此达到冷却柴油机的目的。
在水箱中，冷却水和柴油机的发动机之间通过一个热交换器来实现热量的转换。
当柴油机内部发热部件的温度升高时，冷却水会吸收这些热量并迅速流回水箱，实现了的循环。
内部冷却系统是柴油机内部直接对高温部件的冷却工作进行调节，与水面冷却系统相辅相成。
其基本结构是水泵、散热器和水管。
当柴油机开始工作时，水泵将冷却水抽入散热器，然后在散热器中排放。
此时，由于高速碰撞和摩擦，发动机内部的摩擦部件和气缸壁上会产生大量的热量。
热量通过壳体和水管传到散热器的壁面，然后通过水管将热量传导到冷却水内部，进而再次进行循环的利用。
在船舶柴油机冷却系统中，调节机理也很重要。
为了控制柴油机的温度，冷却水需要不断地循环流动，并根据柴油机的用途和负载使用船舶柴油机冷却系统中的通断器、调节杆、水温计来控制水温，由此保持柴油机的稳定工作。
在日常维护中，需要对船舶柴油机冷却系统进行定期的检修和清洁，以保证其顺畅地运行。
一旦发现故障，要及时处理，以免造成更多的损害。
特别是在长时间停运的船舶中，冷却水常常滞留在发动机中，因此必须在重新启动发动机前进行清洗和注油的工作以防止冷却水在启动过程中对机器产生影响。
综上所述，船舶柴油机冷却系统是一个复杂且重要的系统。
正常的运转和维护需要有专业的技术人员进行监视和操作。
在航行途中出现故障或者机器过热时，要及时对船舶柴油机冷却系统进行维修和调试，以确保整个船舶的安全、稳定和经济效益。
对船舶冷却水管路系统设计的初探
对船舶冷却水管路系统设计的初探摘要：文章以1750箱集装箱船为研究主题，展开以下探讨。
以供参考。
关键词：船舶；冷却水管路系；统设计一、船舶冷却水系统组成船舶中央冷却系统主要由以下三部分组成：1.海水冷却系统海水冷却系统主要设备有海水滤器、海水冷却泵及中央冷却器，构成较为简单。
海水从高位或低位海底门通过舷外阀进入海水总管，然后通过主海水冷却泵输送至中央冷却器，在中央冷却器内与低温淡水进行换热后从高位海水箱排出。
2.低温淡水冷却系统低温淡水回路中主要设备有低温淡水冷却器、主机空冷器、主机滑油冷却器、主机缸套水冷却器、辅机柴油机、中间轴承、主空压机、集控室空调器、厨房空调器、空调压缩机冷凝器、冷藏压缩机冷凝器、大气冷凝器、低温膨胀水箱等。
低温淡水在经过淡水管路系统支路上各换热设备对滑油、空气、缸套冷却水等冷却后，在干路上汇合，由中低温淡水泵将冷却水输送至中央冷却器淡水侧入口。
在中央冷却器中与海水进行热交换降低冷却水温度。
为达到设定的换热设备进口温度，经温控三通调节阀作用分流一部分低温淡水不经过中央冷却器，另一部分低温淡水从中央冷却器淡水侧排出后再与未经冷却的低温淡水混合。
冷却水经换热设备吸热后回到中央冷却器进行冷却进入下一轮循环。
3.高温淡水冷却系统高温淡水回路的主要功能是冷却主机燃烧室部件，防止燃烧室部件过热或过冷，以保证主机机械处于正常稳定的工作状态。
高温淡水系统主要换热设备有主机缸套、高温淡水三通阀和造水机等。
在主机出口温度调节阀的作用下，冷却水经过主机出来的温度保持在 80℃。
闭式冷却管系内循环的淡水，它的体积随着温度变化而热胀冷缩，为了适应这种变化通常设置淡水膨胀水箱。
船用造水机常用的海水淡化方法有蒸馏法和反渗透法，造水机所产淡水含盐量要求＜10mg/l。
造水机主要是利用主机缸套冷却水的热能汽化冷却主机燃烧室部件，进而循环利用。
二、冷却水系统设计步骤1.熟读船舶建造说明书以及船级社规范，了解说明书和规范对系统以及相关设备的要求，对系统进行设备计算与选型，开始设备订货。
船舶冷却水智能控制系统_
е（ｋ）＝ ０）
ｔｈｅｎ μ（ｋ）＝ μ（ｋ－１）
⑥ ｉｆ （е（ｋ）·Δе（ｋ）＜０） ａｎｄ （Δе（ｋ）·Δе（ｋ－１）＜ ０ ）
ａｎｄ ｜е（ｋ）｜＞ ＝ Ｍ ２
·６３·
ｔｈｅｎ μ（ｋ）＝ μ（ｋ－１）＋ Ｋ １·Ｋ ２·Ｋ ｐ·е（ｋ－１）
⑦ ｉｆ （е（ｋ）·Δе（ｋ） ＜ ０） ａｎｄ
引起阀位的改变，此时若达到工况转换的条件，海水泵 就会向更高流量的运行方案转换。
根据海水泵的控制过程， 可以在智能控制系统中 增 加 控 制 规 则 （例 如 增 加 规 则 ：Ｉｆ 三 通 阀 达 到 海 水 泵 转 换位置 ， ｔｈｅｎ 转换海水泵 至相应的 运 行 方 案 ）， 实 现 ＰＬＣ 对海水泵运行方案的智能控制。 ４ 结论
显然，若故障消失，说明换下来的部件是坏的；而 若故障未消失，却只能说明还有其它故障，并不能证明 换下来的部件是好的，必须进一步诊断。
＊ 作者：孙洪海．青岛远洋船员学院 工程师． 参考文献
［１］ 初中．轮机自动化．大连海事大学出版社，２００６．１ ［２］ 郑凤阁 李凯．轮机自动化．大连海事大学出版社，１９９９．１１
两种情况：
·主 机 负 荷 增 加 ，中 央 冷 却 器 淡 水 出 口 温 度 上 升 ，
若高于设定值，则改变三通阀位。此时若达到工况转换
的条件，海水泵就会向更高流量的运行方案转换。
·海 水 温 度 上 升 ，低 温 淡 水 的 出 口 温 度 升 高 ，同 样
·６４·
#######################
对于众多的电路板模块， 不能漫无边际地把所有 的模块都测一遍。难以确定故障模块时，检查的思路应 该是：
① 首先，利用上述分析法，排出最可能故障的模 块、次可能故障的模块、第三可能故障的模块……。
培训教程-船舶冷却水控制系统设计与实现
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2. 系统的设计
2.3.1 硬件配置
其它设备的选型
断路器
空开
NSX100NA 主回路的供电
C65N D32 3P
各个电机回路的 供电回路
接触器
LC1-D09M7C 电机主回路和控 制回路
热保护继电器
LRD-08C 电机主回路
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2. 系统的设计
2.3.2 电气原理设计
Page 11
2. 系统的设计
2.1.1 IO测点清单的统计
中央冷却水系统的主要信号采集清单 （1/2）
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
信号名称 冷却水进口温度 冷却水出口温度 换热器进口温度 换热器出口温度
水泵出口压力 冷却水进口压力
海水泵频率 海水泵运行信号
输入输出 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入 输入
控制设备
冷却水出口温度 三通调节阀
泵的启动选择 淡水泵
报警处理
控制描述
利用温度控制器根据设定温度来控制三 通调节阀的开度
根据相关泵的运行时间长短来选择工作 泵。
采集的信号发生异常时，控制柜发出声 光报警，引起操作人员注意
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2. 系统的设计
2.1.2 控制策略的制定
高温冷却水系统自动控制策略
泵的启动选择
海水泵/淡水泵
根据相关泵的运行时间长短来选择工作 泵。
报警处理
采集的信号发生异常时，控制柜发出声 光报警，引起操作人员注意
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2. 系统的设计
2.1.2 控制策略的制定
中央冷却水系统自动控制策略
温度设定值
温度调节器
-
海水泵频率 温度测量
船舶冷却水系统的研究与设计(初稿12)
船舶冷却水系统的研究与设计(初稿12)分类号密级U D C 单位代码船舶冷却水系统的研究与设计X X指导教师职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别硕士学科与专业轮机工程论文完成日期2017年4月5日论文答辩日期2017年4月20日保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于：保密□不保密□(请在以上方框内打“√” )论文作者签名：导师签名：日期：年月日摘要众所周知，船舶中央冷却系统作为保障船舶主机稳定运行重要辅助系统之一，对于船舶的整体性能起着不可替代的作用。
船舶中央冷却系统主要是通过低温冷却水的温度循环，从而在此基础之上带走一部分主机散发出来的的热量，从而避免了因大量热量的积累而造成的金属疲劳脆化和润滑油的失效。
所以可以说主机冷却系统性能将会直接影响到船舶主机的工作性能，当然想要充分发挥船舶主机冷却水系统的性能，就需要了解它在工作时的热力水力动态过程，并且根据其冷却的机制来设计新的更加高效的中央冷却系统。
在本文中正是基于此，从理论层面上，研究出了一种新的冷却系统，这款新的中央冷却系统与以往的冷却系统不同的是，这种冷却系统不仅可以提供其冷却效率，还可以实现船舶能源的利用的最大化，在此基础之上从而进一步实现尽可能大的能源的最大利用效益，从而在能源的可持续发展理论指导下，使得船舶的能源消耗降到最低。
并且本文最后利用计算机仿真系统对该款中央冷却系统进行了系统仿真测试，测试结果进一步显示，本设计可以有效达到一般中央冷却系统设计基本要求，并且可以在经过进一步研究之后正式投入实际生产运用。
本文的研究主要是以实习船的主机中央冷却水系统作为研究的模型参照基础，通过对各换热器和柴油机主机换热的热力分析，在此基础之上再得到主机冷却水系统的热力数学模型，以此实现对于中央冷却系统的综合的了解。
在此基础之上，本文开发出新的中央冷却系统，使得船舶能源可以实现循环使用，将传统的中央冷却系统与船舶的发动系统进行一定程度的挂钩，实现多能源协调发动，进一步在提高中央冷却系统性能同时也进一步提高船舶的能源利用效益。
船用柴油机淡水冷却系统设计
船用柴油机淡水冷却系统设计陈龙(广船国际技术中心）摘要：本文主要介绍船用中、低速柴油机冷却水系统的相关配置以及各自的冷却 原理，以及在船舶设计过程中关于各自的冷却特点。
关键词：船用柴油机；冷却水系统DOI：10.3969/j.issn.2095-4506.2017.02.0020前言船用柴油机堪称船舶心脏，对于船舶 的正常航行起着举足轻重的作用，冷却系 统是一个可以用来考核船舶心脏正常跳动 的一个强有力指标。
冷却系统的好坏能够 直接决定柴油机功率性能能否持续发挥。
对于船用的中速四冲程柴油机和低速二冲 程柴油机而言，虽然做功方式和使用场合 上有些差异，但因为柴油机的缸套、活塞、缸盖以及空气冷却器等部件随着柴油 机的运转大约有30%的燃烧热量需要散出，这些需要散出的热量必须用一个流动的冷 却水系统来进行热量的持续传递，所以都 必须配置有冷却系统提供给柴油机，以保 证受热部件的正常稳定温度，从而使柴油 机能够持续的运转。
1冷却水系统的介绍及相关配置船用冷却水系统从冷却介质上分有海 水冷却系统和淡水冷却系统；从冷却方式 上有开式冷却和闭式冷却；淡水冷却系统 根据被冷却部件的不同可分为髙温冷却和 低温冷却两种冷却方式。
由于淡水的水质稳定，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冷却介质。
海水的水质难以控制且其腐蚀和结垢问题 比较突出，为了减少腐蚀和结垢，海水的 出口温度一般不宜超过45° ,因而目前很 6少使用海水直接对柴油机进行冷却。
现行的船舶冷却水系统设计中一般是 中央淡水循环冷却，用淡水直接对柴油机 进行的闭式循环冷却；海水对淡水进行直 接冷却，采用开式冷却的方式。
柴油机的冷却水系统配置上有高温水 泵、缸套水预热器、缸套水冷却器、低温 水泵、中央冷却器、膨胀水箱等相关设 备。
其中高温水泵及缸套水预热器，缸套 水冷却器属于尚温水系统；低温水栗，中央冷却器属于低温水系统。
船舶冷却水系统设计简介
高新技术船舶冷却水系统设计简介季宏琳 张庆松 王 楠◆摘要：船舶冷却水系统是为全船提供冷却水，保证设备的运行温度要求及空调用户的需求。
为了让更多的人了解船舶冷却水系统的设计并为管路设计者提供一定的设计借鉴。
本篇介绍一下冷却水管路系统的设计要点。
关键词：冷却水系统；设计一、船舶冷却水系统分类及组成常规的冷却水系统按照冷却介质来分可以分为海水冷却和淡水冷却，按照冷却方式来分可以分为：开式冷却（又称直接冷却）与闭式冷却循环（称为间接冷却）。
由于海水或者内河淡水中杂质比较多，而且海水腐蚀性较大，所以一般很少直接用海水或者内河淡水直接冷却。
较常见的是，采用一个闭合的淡水内循环来冷却各个冷却水用户，而海水冷却泵从海底门吸水来冷却热交换器，从而带走用户所散发的热量。
二、海水冷却 海水冷却系统组成：海水冷却系统一般由海底门、海水冷却泵、海水/淡水板式冷却器以及相应的管路阀门附件及仪表组成（一）海底门1.海底门最好位于船中附近并位于船尾，其容积一般按照每750KW主机功率需要1m3来计算； 2.海底门格栅开孔面积：DNV规定海底门最小净开孔面积应至少是海水接入阀门流通面积的2倍，而ABS规定，至少为1.5倍。
对于需要满足冰区规范的船舶，应至少是4倍的接入阀门总流通面积。
3.对于冰区航行的船舶，海底门上应该有足够的高度，保证冰层堆积到海水接入管上方。
另外，应该提供防冻除冰措施，如提供蒸汽或者压缩空气管，至少有一个海底门提供了海水冷却出口循环管，管径应该等于海水主排出管。
4.防海生物(MGPS)： 由于海底门是船上少数几个直接和浸泡在海水的地方，在海水中附着的海洋生物会腐蚀管道、堵塞海水进入口的格栅滤器等，所以海底门需要安装防海生物装置。
常见的防海生物有两种：1）电解海水2) 电解铜、铝/铁。
（二）海水冷却泵。
一般船舶及平台采用离心泵作为海水冷却泵。
离心泵的主要参数有：排量、压头、气蚀余量、马达功率等。
这些参数可以从泵的工作曲线上体现出来,我们应该通过热平衡计算确定以上参数。
浅析船舶冷却水管路系统设计
浅析船舶冷却水管路系统设计摘要：船舶中的许多设备在运行时都会产生大量的热量，如果不能及时排出的话，就会导致设备的温度过高，设备会产生变形或者超负荷，从而缩短了设备的使用寿命。
如果设备长时间处于过热的状态，不仅会对设备造成不良的影响，还会给整个船舶带来一定的安全隐患。
因此，船舶冷却水管路系统能够及时将设备与环境交换的热量排出，以保证设备正常工作，保持船舶的正常航行。
关键词：船舶，冷却水管路，系统设计，探讨0引言船舶是海上运输的主要工具，船舶的排放和废水直接影响到海洋生态的平衡。
冷却水管路系统是船舶中能源消耗最大的系统之一，设计合理的船舶冷却水管路系统，能够有效地减少船舶的能源消耗，从而有效保护环境。
此外，船舶的冷却水管路系统设计不仅考虑到其效率，还要考虑到生产成本和技术先进性。
设计一种更经济和更高效的船舶冷却水管路系统，不仅能够提高船舶的性能，还能够提高我国航运业的盈利水平。
1船舶冷却水管路系统的基本知识1.1 冷却水管路系统的概述船舶冷却水管路系统是船舶最为重要的系统之一，该系统的主要作用是将发动机、润滑油、空调、厨房和淡水等需要冷却的设备中散发出的热量，通过流经冷却水管路的循环水来带走散发出的热量，保证系统的正常运转和维持恒温。
1.2 冷却水管路系统的构成和原理船舶冷却水管路系统的基本构成包括水箱、水泵、冷却器、管道和相关附件等。
其中，水箱作为冷却水的储存容器，水泵是将冷却水送入冷却器内部的动力源，冷却器则是将热量从冷却水传递给周围环境的主要部件，管道将冷却水从水箱输送至冷却器和散热器之中，相关附件如水流调节阀、温度计和压力表等主要用于监测和调节系统中的工作参数。
冷却水管路系统的基本工作原理如下：水泵将水从水箱中抽出，通过管道输送至冷却器，冷却器将热量从水中抽出放入周围环境，并将冷却后水再次输送回水箱中，由水泵继续进行下一步的循环。
1.3 冷却水处理和水质要求冷却水处理是冷却水管路系统管理中的一个重要环节。
实训室中船用柴油机冷却水系统及相关管路设计
(下转第161页)Innovation in Mechanical and Electronic Education机电教育创新1船用柴油机实训室中冷却水系统1.1实训室中船用柴油机要求船用柴油机是轮机动力实训室中主要设备包括柴油机,压缩空气系统,冷却水系统,燃油系统,滑油系统,排烟系统等。
根据《〈中华人民共和国船员培训管理规则〉实施办法》(征求意见稿)意见的通知要求:柴油机要求功率160千瓦以上,可持续运转30分钟以上且要带负载。
柴油机为压缩空气直接作用式启动;其柴油机所含系统能进行柴油机冷却水、燃油、滑油、柴油机增压器温度、排气温度、压力检测;冷却水系统能进行柴油机暖机;监控系统能进行柴油机转速过高、冷却水、滑油温度过高、压力过低等检测报警,并可实现主要安全保护功能[1]。
1.2实际船舶冷却水系统情况实船主机冷却系统情况:为了使冷却效果更佳,设备维护成本降低,现在大多数的船舶设计有三套冷却水系统,即高温淡水冷却系统,低温淡水冷却系统,海水冷却系统。
主机的冷却,涉及高温淡水冷系统,低温淡水系统。
通常的做法是利用低温淡水冷却主机的空气冷却器,利用高温淡水冷却主机的缸套等,在高温淡水冷却系统中,设计高温淡水冷却器(主机缸套水冷却器),用低温淡水冷却高温淡水,此外低温淡水在主机系统中还冷却主机滑油冷却器。
实船发电机(副机)冷却水系统情况:船舶发电机冷却水系统中,利用的是低温淡水系统,利用低温淡水作为发电机冷却水,对发电机的缸套,空气冷却器,滑油冷却器等进行冷却,然后低温淡水在中央冷却器中,通过海水对其进行冷却,此外低温淡水还冷却着除发电机以外诸如空调,空气压缩机,中间轴承等设备[2]。
2船用柴油机实训室中冷却水系统存在的问题现在多数职业院校轮机专业都以船用发电机(副机)的柴油机放在实训室中当做主机来用,这样一方面缩小了占地面积,另一方面对实训设备的造价以及运行成本也相对低一些。
但是也面临了很多难题。
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编制大纲：需要补充的内容：1，水泵（定速离心泵，变频泵）；2，温控阀；3，节流孔板；4，热平衡计算的理论公式，温升热量水量公式；5，特殊案例的区分（温控阀，板冷，变频泵对整个冷却系统形式选定的影响；分离封闭式，高低温混流式，配置变频海水泵没有温控阀的中央式。
）6，利用目前的实船进行计算公式的验证，还有一些经验系数的反推导（特别是一些厂家自己的经验系数）7，膨胀水箱前言（目的）以《船舶设计实用手册---轮机分册》---国防工业出版社为蓝本，将其中的冷却水系统做了进一步详细深化描述，提供给详细设计人员参考。
系统发展核心：1，稳定调节；2，节省能源，余热循环利用；3，节省成本，替代方案的方式；关键词：将冷却水稳定可靠的输送到需要冷却的设备中。
这个可靠和稳定来源于几个参数：稳定的压力，稳定的流量，稳定的温度，稳定的水质（水质稳定在两个方面，一是化学成分稳定，不会结水垢，物理成分稳定，极少气泡，因为气泡会影响设备的热交换效率）冷却水系统目录1，冷却水系统的基本形式2，系统形式的选择3，冷却水系统实例4，中央冷却系统热平衡计算5，冷却水系统的主要设备配置要点6，制淡装置（造水机）7，具有冰区航行船级符号船舶的冷却水系统特殊要求8，海水进水阀操纵位置的要求9，冷却水系统的温控阀10，冷却水系统的节流孔板11，冷却水系统的泵12，冷却水系统的膨胀水箱冷却水系统1，冷却水系统的基本形式冷却水系统的基本形式见表1，冷却水系统开式冷却水系统闭式冷却水系统常规冷却水系统中央冷却水系统混合式中央冷却水系统独立式中央冷却水系统自流式中央冷却水系统混合式冷却水系统注解：（1），所谓开式和闭式冷却水系统是指柴油机本身冷却水系统而言。
开式系统是指柴油机本身直接用舷外海水或者江水冷却。
如今除江河小船之外，基本不采用开式系统。
海拖（海洋港口拖轮）还在使用海水直接冷却柴油机。
（潜在问题：船内海水泄露，在与柴油机连接的弹性管配置不正确时容易出现，已有其他公司的海拖因为这个弹性管破裂造成沉船）（2），在闭式系统中，柴油机是用淡水冷却，而淡水在经过热交换器用舷外水冷却。
这减少了对柴油机的腐蚀和对环境的污染，并提高了可靠性。
（3），为使主机以外的其他机械设备均用淡水，且用一个系统进行冷却，就形成中央冷却系统。
同时，若有部分设备单独用海水冷却，则称混合式冷却水系统。
（蒸汽货泵系统的真空冷凝器还在独立使用海水直接冷却）（4），在柴油机的淡水冷却系统中，有高温水回路和低温水回路。
如采用高低温水的混合来调节参数，则属于混流式。
如高低温回路各自分开，则为独立式。
（5），在独立式中央冷却水系统中，高温水热交换器可以用低温淡水冷却（称为独立I型），高温水热交换器用海水冷却（称为独立II型）。
（6），在独立式中央冷却系统（I型）中，对某些船舶，他的中央冷却器也可以设计为用自流海水冷却（利用船舶航行的速度），这种称为自流式中央冷却系统。
返回目录2，系统形式的选择；对柴油机的冷却水系统形式，各柴油机制造厂都有规定和推荐（MAN和瓦锡兰机型多数在GUIDE指导文件内），设计时应按照厂商推荐的系统并考虑下列因素进行选择。
（1） 低速柴油机的冷却水系统；1）常规冷却水系统和中央冷却水系统均可选用，两种系统的优缺点对比见表2，船东，特别是大型航运公司，毫无例外选用中央冷却水系统。
出于效率，长期航运费用，常规维护都是极为有利的。
2）中央冷却系统中，基本推荐采用独立式中央冷却水系统（瓦锡兰的苏尔寿柴油机也有推荐采用混流式中央冷却水系统）。
独立式中央冷却水系统必须设置高温水冷却器，对高温水的调节比混流式稳定可靠。
3）对航速较高的集装箱船，船东提出或者经过与船东协商，可选用自流式中央冷却水系统，以进一步提高航行的经济性。
（2） 中速柴油机的冷却系统通常按照柴油制造厂的推荐系统进行设计。
大同小异，各个系列的柴油冷却系统各有特色。
大部分中速柴油机制造厂推荐的系统均为主机的中央冷却系统，同时为保证该系统完全符合预定要求，制造厂还能供应系统的附属设备（包含水泵，冷却器等）。
所推荐的系统中有混流式中央冷却水系统，也有独立式中央冷却水系统。
设计时必须符合柴油机制造厂的推荐系统。
（3） 全船动力装置冷却水系统；1）低速机动力装置：a，常规冷却系统，除了为主机设置缸套淡水冷却泵，海水冷却泵；另外需要为辅助柴油机、空压机、空调、冷藏、大气冷凝器、真空冷凝器等装置配置海水泵；b，中央冷却系统，应设计成包括主机在内的整个动力装置的中央冷却水系统，所有设备均用淡水冷却，包括辅助柴油机、空压机、空调、冷藏、大气冷凝器、真空冷凝器等装置；（如今因为真空冷凝器只是在装货卸货时开启，使用频率较低，故设置真空冷凝器为独立的海水冷却，降低淡水冷却的系统负荷和成本）2）中速机动力装置：a，主机采用制造厂推荐的独立的中央冷却水系统，而辅助柴油机和其他机械设备用各自的冷却系统（案例：半潜船，主机独立一套，辅助设备独立一套，各自分开）b，包括主机在内的所有机械设备设计成整套中央冷却水系统，（案例：目前凝析油轮，所有设备采用统一的中央板冷，并且高低温混流，要点是平衡主机和辅助设备之间的水量和出口水压）表2常规冷却系统中央冷却系统优点（1） 主机仅需设置两套冷却水泵，海水冷却泵，缸套水冷却泵；（2） 管路系统简单；（3） 初始投资较低（1） 用海水冷却的冷却器仅需一套（1只，或者2只）（2） 其他冷却器均用淡水冷却，材料要求低，因而价格低；（3） 需要耐腐蚀的海水管路短；（4） 、冷却器维修量小；（5） 传热效果好；缺点（1） 所有冷却器都用海水冷却，因此维修量大；（2） 需要另外配置其他机械设备用的海水冷却泵；（3） 需要耐腐蚀的海水管路长；（1） 有3个冷却回路，因而需要设置3套冷却水泵；海水冷却泵，低温水冷却泵，高温水冷却泵；（2） 初始投资高；返回目录3，冷却水系统实例；手上的实船案例：同样的系统有细微的差别TORM 11.4万吨：独立式中央冷却水系统；OK凝析油船：混流式中央冷却水系统OK5万吨半潜船：分别独立式中央冷却水系统OKHAFNIA 75000（有发电机缸套水为主机停车暖缸）：独立式中央冷却水系统海工拖船：直接海水冷却的系统；OK海工船，中央冷却水系统 OK集装箱船；自流式冷却水系统返回目录4， 中央冷却系统热平衡计算；在初步热平衡计算之后，在中央板冷热交换功率和中央冷却水泵排量，主冷却海水泵排量理论值的基础上，按照规格书要求百分比的量进行订货。
（1） 热平衡计算的基本公式（用于理论计算足够，这个阶段不用考虑系统的自然损失，把整个系统当成对外完全热绝缘）；*H T Q C Δ=其中： 温升/温降T Δ - 度（℃）热交换量H – 千卡（kcal ）介质流量Q – 千克/小时（kg/h ）介质比热C – 千卡/千克*开 （kcal/kg*k ）单位换算常数： 1 kW=860 kcal/h淡水密度1000 kg/m3海水密度1025 kg/m3这个公式用于热平衡计算的总表格，属于理论计算。
（2） 计算步骤，冷却系统形式确定后，需要进行热平衡计算。
步骤如下：1） 确定流程图；（或者是冷却系统流向图）2）将主机及其他设备的已知参数输入流程图；3）输入环境参数；（通常规格书定义的参数）4）进行第一次预算，初步确定其余参数；5）初步确定配套设备的规格；6）由中央冷却制造厂进行详细设计（通常是板冷厂家计算），最终确定冷却器等配套设备的规格；对于中央板冷的污垢系数看规格书要求，通常设置在15%；（3） 计算实例；（计划采用现有船型：凝析油船）（4） 计算要点；1）主机及各机械设备的热交换量及冷却水流量可按照设备厂家规定。
2）轴系中间轴承的热交换量取主机功率的0.5%-1.0%。
3）海水温度32℃（除非规格书另外指定，或者有专门的冬季工况要求），低温冷却淡水温度为36℃（除非主机厂家有特殊要求，MAN机指导文件建议实际调试尽可能低）。
4）中央冷却器，海水冷却泵及低温淡水冷却泵的配置有几种方案，见表：中央冷却器海水冷却泵低温淡水冷却泵常用方案I 2X50% 3X50% 3X50%常用方案II 2X100% 2X100% 2X100%常用方案III 2X50%，或者1X100%2X100%+1X停泊或2X100%变速或2X50%+1X50/100%变速2X100%+1X停泊注意：变速泵因价格问题较贵，除非船东指定，船厂一般不做推荐。
返回目录5，冷却水系统的主要设备配置要点（1） 冷却器通常，在常规冷却系统中多采用管壳式冷却器（也有部分采用板式冷却器），而在中央冷却系统中则采用板式冷却器，但是自流式冷却器为管壳式。
其他设备中的冷却器（如齿轮箱滑油冷却器，大气冷凝器，制冷机组冷凝器等）均采用管壳式。
1）板式冷却器船舶设计时通常由板式冷却器厂家对其进行计算和选型（板数，流动形式，阻力，液泵所需功率等）。
由于所选的板数，流动形式与液流阻力、所需液泵的功率有密切关系，而板数多少与价格相关，阻力大小影响营运费用，故此用户向板冷制造厂家提供有关参数（发热交换量，进出口参数，介质流量）后，制造厂有责任进行计算并作出最佳选择，然后交给设计部门和船厂认可。
对冷却介质为海水的板式冷却器，板材为钛合金。
而非海水则用不锈钢AISI316（American Iron and Steel Institute ）.2） 管壳式冷却器通常，由该设备制造厂进行计算，选型（流向）。
但在估算冷却面积时可用下述公式1000**W Q A h t η=Δ其中 A – 管壳式冷却器冷却面积（m 2）Q W – 热交换量（KW ）η – 清洁系数（另称污垢系数）0.85-0.9h – 传热系数（W/m 3*K ）对淡水冷却器 h=3500-4000对滑油冷却器 h=256-410对各个管壳式冷却器厂家来说，h 的数值不同，可以用最终结果和系统参数反推厂家的h 系数。
△t – 对数平均温差（K ），计算公式如下：()()1222122121''2'2.31*'2t t t t t t t t g t t t +⎛⎫−− ⎪⎝⎭Δ=−+− 多数管壳式热交换器按照混合流设计，上述公式中：t’1 – 被冷却介质出口温度（℃）t’2 – 被冷却介质进口温度（℃）t 2 – 冷却介质出口温度（℃）t 1 – 冷却介质进口温度（℃）△t 也可以用其他公式计算：2121''22t t t t t +−Δ=−t’1 – 被冷却介质进口温度（℃）t’2 – 被冷却介质出口温度（℃）t 2 – 冷却介质进口温度（℃）t 1 – 冷却介质出口温度（℃）（2） 冷却水泵1） 对常规冷却系统，不论海水冷却泵，低温淡水冷却泵，高温淡水冷却泵均以1+1形式配置，即一台常用，一台备用。