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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。中央淡水循环泵作为这个系统的动力，把淡水接着输送到中央淡水冷却器。从中央淡水冷却器出来的淡水一部分进入透平发电机滑油冷却器，冷却之后到达辅助发电机。一部分回到中央淡水循环泵，完成一个循环。从中央淡水冷却器出来的另一部分淡水则分别进入配电板单元冷却器，高温冷库和空调单元。淡水从这些冷却单元出来之后又回到中央淡水循环泵，完成整个循环

1.4冷却设备的计算 1.4.1淡水泵

淡水泵为柴油机供应缸套及活塞用的冷却淡水，以此用淡水来冷却柴油机。 1.4.2淡水泵的排量

淡水泵的排量由下面的公式确定：

3

3

10[/]

t H e H

t K Q g N D K m h t C

ρ-=

⨯∆

（2-1）

式中： D t —淡水泵排量[m 3/h]； K t —冷却水带走热量百分比； Q H —燃油的低发热值，[kJ/kg]，取41900；

e

g — 单位功率小时燃油消耗量，[kg/(kW ·h)

N H —柴油机额定功率，[kW]

Δt —冷却水进出柴油机的温度差，[℃]；

i d —淡水密度，[kJ/(kg ·℃)；取1.000；

C —淡水比热，[kJ/(kg ·℃)]；取4.19； K —裕度系数，取1.2-1.3。

所以带入数据得：

C

t N g Q K D H

e H t t ρ∆=

3

10

-⨯K =

3

3

10

59.110

2.119

.40.11231990

207.041900%24⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-]

/[3

h m

30万吨油轮的淡水泵采用系列型号为：ESD ，ESDE (自吸)或者EMD ，EMDE （自吸）的离心泵。性能指标，排量：300-2000m 3

/h

，

压头压力：0.1-0.4MPa，温度：不高于80℃，满足要求。

上述式子中，K t为冷却水带走热量的百分比，根据规定，船用低速柴油机：K t=20%—25%；船用中速柴油机：K t=15%—20%；船用高速柴油机：K t=10%—15%。30万吨油轮主机的额定转速为280r/min，为船用低速柴油机，所以K t的取值范围在20%—25%之间，即取K t=24%[6]。

2 30万吨油轮冷却海水系统设计

2.1概述

冷却海水系统，也是船舶系统的一部分，是船舶上不可缺少的一个系统。可以用它来冷却淡水和一些部件。

2.2系统设计的总体思路

30万吨油轮海、淡供水管路总体分为三条供水管路：

（1）海水管路：用海水泵把海水泵入管路中，以供冲洗厕所用。（2）制淡水管路：为了节省船上的淡水资源，在设计时加入制淡水管路。由制淡机把海水制成淡水送入制淡水舱，经制淡水泵把制淡水舱中的制淡水泵入管路，供浴室，轮机长室、船长室、厨房处用水。[4]

（3）淡水管路：淡水管路的淡水主要供船员饮水用。

2.3冷却海水系统工作原理（如图）

.冷却海水系统管路原理图如所示。首先，海水自左右两舷的海底门吸入主管路，然后分别到达透平发电机冷却海水泵和中央冷却系统海水泵等。这五台泵作为冷却海水系统的动力源泉，可以把海水输送到各个需要冷却的部件。从海水泵出来的海水依次到达透平发电机制冷器，透平发电机空气喷射制冷器，中央淡水冷却器等需要冷却的部件。海水完成冷却任务之后经海水蝶阀排至舷外。

2.4供水管系主要设备的计算和选型 2.4.1海水泵

作为冷却水管系中不可缺少的设备之一， 海水泵在冷却系统中起着至关重要的作用。在船上，海水泵大多采用立式和卧式离心泵。小型船舶上的海水泵常由主机自带或采用卧式离心泵较多，而30万吨油轮则经常采用立式海水泵[5]

。 2.4.2海水泵的排量

海水泵的排量由下面公式来确定[7]

3

3

10[/]

t H e H

t K Q g N D K m h t C

ρ-=

⨯∆

（3-1）

式中： D t —海水泵排量[m 3

/h]； K t —水带走热量百分比（包括由淡水冷却器和滑油冷却器带走的热量）；

Q H —燃油的低发热值，[kJ/kg]，取41900；

e

g — 单位功率小时燃油消耗量，

[kg/(kW ·h)；

N H — 柴油机额定功率，[kW]；

Δt — 冷却水进出柴油机的温度差，[℃]； ρ— 海水密度，[kJ/(kg ·℃)，取1.025； C — 海水比热，[kJ/(kg ·℃)]，取3.94； K — 裕度系数，取1.2-1.3。

所以带入数据得：

C

t N g Q K D H

e H t t ρ∆=

3

10

-⨯K =3

3

1065.110

2.194

.3025.11231990

207.041900%24⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-]/[3

h m

30万吨油轮的海水泵采用系列型号为：ESD ，ESDE(自吸)或者EMD ，EMDE （自吸）式离心泵。性能指标，排量：300-2000m 3

/h ，压头压力：0.1-0.4MPa ，温度：不高于80℃，满足要求。

4 结论和建议

4.1结论

船舶冷却水系统是船舶不可缺少的组成部分，它可以及时有效的对机械设备进行冷却作用，不仅提高了有关机械设备的性能而且延长了使用寿命，从而大大的提高了船舶的使用性能，对船舶的经济运营也有着重大的意义。

4.2建议

由于系统目前的研究现状，以及对相关知

识的掌握程度，设计中难免会出现一些缺点和不足。希望在以后的设计中进一步优化系统的管路设计，从而使系统的性能能够得到最大的发挥，以提高船舶的安全性和经济性。 参考文献

[1] 高鄂,任文江编.船舶动力装置设计[M]. 上海：上海交通大学出版社,1991

[2] 卡尔－海因兹·侯赫毫斯.船用辅助系统

的发展趋势[J].汉堡工业大学学报,2005,18(5): 125～136

[3] 轮机工程手册编委会.轮机工程手册(上、

中、下册)[M].北京:人民交通出版社,1994 [4] Bentham RH ．Routine sampling and the

control of Legion Ella spa in Cooling water systems[J].Current

Microbiology,2000,41：271～275

[5] 蔡振雄,林金表.船用主机缸套水温度控制系统[J].船舶工程学报,2000,7(6):36～43 [6] 朱树文主编.船舶动力装置原理设计[M].北京:国防工业出版社,1980

[7] 陈锡旸.渔船动力装置[M].北京:中国农业出版社,1995

[8] 付锦云主编.船舶管路系统[M].哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社,2006