船舶发动机冷却系统

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。

二、冷却系统的组成和布置

柴油机冷却系统一般是用海水强制冷却淡水和其它载热流体（如滑油、增压空气等）。在系统布置上，海水系统属开式循环，

淡水及滑油等属于闭式循环，两者组成的冷却系统称“闭式冷却系统”。

（一）开式循环冷却系统

开式循环冷却系统是直接利用舷外水（海水或河水）冷却各受热部件，然后再排至舷外。

图6-1所示为135系列柴油机的开式循环冷却系统。淡水泵1将舷外水泵经滑油冷却器3冷却滑油后，一路由机体进水管4进机，冷却气缸套和气缸盖；另一路去冷却增压器。冷却过柴油机和增压器的冷却水，经出水管8排至舷外。为了控制冷却水进机温度，缸

盖出水管6末端内装有调温器7

用以旁通已升温的淡水，使它从

回水管5至淡水泵进口。

图6-2是6300C型船舶柴油机

的开式循环冷却系统线路图。

柴油机前端盖板上装有可逆转离心式水泵5，由曲轴齿轮直接冲动。海水经机舱统海阀1、进水阀2、海水滤器3和止回阀4由冷却水泵5吸入后，经三通旋塞20被输送滑油冷却器18，再经柴油机的进水总管6进入机体冷却水腔，冷却气缸套后由弯管接入气缸盖，最后经调节旋塞11转入排气总管的冷却水腔，汇集于出水总管16排出舷外。

在滑油冷却器后，有一支路海水通往单环式推力轴承底部的滑油冷却器，推力轴承因摩擦产生的热量经滑油传给冷却水带走。

管系中海水滤器3用来拦阻杂物进入管系，防止管系被堵塞。止回阀4用来防止水泵吸入管路的水倒流，使停车后仍能保持满水，以保证水泵起动可靠。调压阀21用来保证管系所需压头，压头可以通过调节调压阀弹簧压力（即启阀压力）来达到。当压力超过时，调压阀开启，一部分出水又流回水泵入口，从而使系统的压力限制在一定的数值。调温阀22用来调节进水温度，它使从柴油机排出的部分热水经旁通管直接回到水泵进口，这样就可以在各种负荷和不同的环境条件下，调节和控制进水温度，以保持发动机冷却温差和热力状况稳定，同时，在起动后的短时间内，发动机即能达到正常的热力状况。三通旋塞20用来控制流过滑油冷却器的水流量，以控制滑油的温度。当滑油不需要冷却时，可利用三通旋塞转换水的通路，冷却水就会绕开冷却器直接进入冷却机体的进水总管。调节旋塞11用来调节各缸的出水量，从而控制水温。压力表7，水银温度计10和遥测温度计8分别用来测量进水压力，各缸出水温度和排气总管出水温度。

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。水垢不但会

因其热阻大妨碍冷却散热影响冷却效果。而且水垢的生成和增厚还会使水容积和水通道变小，阻力增大，流水不畅，致使机件产生局部过热。

2．用海水作冷却水源时，为了防止盐分大量析出，出水温度不得超过55℃，否则将会柴油机冷却水腔结垢严重，传热效果降低，零件的热应力增加。

所以，开式循环冷却系统仅用于技术指标不高的中、小型柴油机中。随着船用柴油机强化程度的不断提高，很少再采用开式循环冷却系统。

（二）闭式循环冷却系统

图6-3 闭式循环冷却系统循环示意图

1-压力表；2-出水调节阀；3-温度计；4-监视器；5-放气

为了克服开式循环冷却系统的缺点，在闭式循环冷却系统中用经过处理的淡水冷却柴油机受热部件，并在冷却系统内形成封闭循环线路。作封闭循环的冷却淡水再由一个开式循环的舷外水通过淡水冷却器进行冷却。

图6-3为6NVD36型柴油机的闭式循环冷却系统示意图。

在其海水系统中，海水由海水泵15经通海阀11和滤器12吸

入，并压送至滑油冷却器14冷却滑油，然后又进入淡水冷却器22冷却淡水，最后经排出阀9排出舷外。海水泵排出管路接出一支管去冷却压气机l0。

在淡水系统中，冷却柴油机的淡水由淡水泵19压入进水总管，由此进入柴油机各气缸的冷却水腔，并上行转入气缸盖中，再经气缸盖上的出水管流至出水总管，然后被引至淡水冷却器22由海水冷却，冷却后的淡水又被淡水泵19吸入，再压送到柴油机中去，形成封闭的循环冷却。

在淡水泵19的出口处另有一支管路将冷却水引至废气涡轮增压器7的涡轮壳体中进行冷却，然后流入出水总管与从气缸盖中流出的淡水汇合，一起进入淡水冷却器。在淡水系统的最高处设置了一个高位膨胀水箱6，其底部用一较细的管子通至冷却水泵入口端附近。为了检视淡水循环是否流畅和放泄系统中的气体，在出水总管最高处设有检视器4和放气旋塞5，放气管通至膨胀水箱上部，气体由此逸出，以免影响水的循环。

为了控制淡水温度，设有自动调温器21，可使淡水温度自动控制在规定的范围内，柴油机进口最高温度为76℃，出口最高温度