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.2095-4506.2017.02.002

0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。

2船用中速四冲程柴油机冷却水系统

船用中速四冲程柴油机的淡水冷却系 统原理图以中速机系统为例，见图1，该图包 括两部分内容，高温水冷却和低温水冷却 部分，柴油机之所以需要高温水冷却主要 是由于柴油机在运行期间，气缸内温度太 高，会使气缸盖、缸套等部件承受的温度 高。如果采用常温的淡水冷却，会使由于 温差过大而改变材料的物理性能，缩短使 用寿命，从而有了高温淡水冷却的概念。从图1中可以看出，高温水系统主要是由机 带的高温水泵、高温水备用泵、柴油机缸 套、高温空冷器、三通温控阀以及旁通的 缸套水预热器、管路附件等组成的循环水 回路。其中缸套水预热器4N01的主要作用 就是通常所说的暖缸，即通过加热的高温

水（温度大约50丈）在系统内部循环30 min以上，再进行动车，不过不同的柴油机

作者简介：陈龙(1982--),男，工程师，船舶轮机设计。

厂家对上述温度及循环时间有所差异，目的都是有利于缸内发火，易于起动，防止缸套 的严重磨损以及降低缸壁的热应力。缸套水 预热器工作期间，机带高温水泵及高温水备 用泵都是出于停泵状态，通过两台泵出口的 止回阀进行隔离，一旦起动柴油机，缸套水 预热器将停止工作，此时机带髙温水泵运 行。作为髙温水系统的循环动力，随着柴油 机的持续运行，高温水系统的循环温度逐步 增加，当循环的髙温水温度（柴油机出 口）达到高温水三通温控阀（4V01 )的设 定温度（93丈）时，循环的高温水将旁通出循环管路，进入到中央冷却器（4E08)进行 冷却，髙温水系统的补水通过中央冷却系之 后的三通温控阀（4V08)将恒温的低温水 (36尤）补充入髙温水系统，低温水的循环 系统同髙温水类似，只是低温水出口的三通 温控阀设定温度为44冗，高低温水系统的 内部透气及在柴油机运行期间补水都是通 过膨胀水箱(4T05)来实现。柴油机内部包括 管路系统的水泄放以及膨胀水箱的补水都 可以通过系统要求配置的泄放水舱(4T04)来完成。

图1船用中速四冲程柴油机冷却水系统原理图

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3船用低速二冲程柴油机冷却水系 统

船用低速二冲程柴油机冷却水系统的 高、低温冷却水系统由于冷却部件的不同 而互相比较独立，本文结合我司常用的某 公司的S50ME系列主机进行分析，由于低速 二冲程柴油机的冷却水系统中的高、低温

水相对独立，下面将分别对高、低温水的 系统原理进行简单阐述。

(1)船用低速二冲程柴油机髙温水冷却 系统：通常也称为缸套水冷却系统，该系统 包含有需要暖缸使用的缸套水预热器、髙温 水栗以及柴油机正常运行状态的缸套水冷 却器等主要设备，同时配有膨胀水箱及除气 器等辅助设备。该处的暖缸缘由同上述的四柴油机的正常运行要求，缸套水出口的温度 是不能高于951 (高温报警设定值），否则 会影响到冷却效果。鉴于此要求，该髙温水 循环系统配置有缸套水冷却器，髙温的缸套

水是否需要冷却是通过一个三通温控阀来

实现自动的控制，该温控阀动作的设定值

(80尤）根据柴油机厂家的推荐要求进行 设定。一旦缸套水出口的温度髙于了

80T，该温控阀就会打开到冷却器的位 置，这样循环水就会经过冷却器进行冷却降

温，只要主机缸套水出口的温度不高于 80丈，该温控阀就不会打到冷却器一侧，这 样整个的系统循环水就不会经过冷却器。这 样的设计就能够保证整个的高温水循环系 统在主机的正常运行期间，水温不至于出现 高温报警而影响柴油机的正常运行。由于该

冲程中速柴油机类似。根据柴油机的使用要 求，在启动柴油机之前，必须使该缸套水系 统的水温达到缸套水进机低温报警值(67丈）之上才能正常的启动柴油机。一旦 柴油机正常启动工作，缸套水预热器停止工 作，设计上通常把该预热器旁通。在柴油机 正常运行期间，随着运行时间的增加，该循髙温水系统是一个封闭的循环系统，所以是 需要为该系统设置透气以及水量损失后的 补水，膨胀水箱就是为透气和补充水箱而服 务的，系统的透气可以直接透至膨胀水 箱。随着系统的运行，一旦系统中水量不足 需要进行补充的时候，也可以通过用膨胀水 箱中的水对系统进行补充，见图2。

环高温水系统的水温是在不断的增加，根据

Venting pipe or automatic venting valve to be arranged in one end of discharge pipe. (Opposite end of discharge to pump)

Alarm must be given if excess air

is separated from the water in the

deaerating tank

High level alarm

Expansion tank

Jacket water Freshwater

cooler generator

Water inlet for

cleaning turbocharger

From tracing of fuel oil drain pipe *)

图2船用低速二冲程柴油机高温水冷却系统原理图

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