第一章_船舶动力装置系统_第三节_冷却系统分析

第三节冷却管系

一、冷却管系的任务及组成

内燃动力装置中有许多机械设备，在正常运行过程中不断地散发出热量，这些热量如不及时散发，机械设备的温度就不断上升以至超过容许界限而不能继续工作，造成严重事故，冷却系统的主要使命就是要解决这些机械设备的散热问题，从而保证各种机械设备正常工作。

在舰船上需要散热的机械设备有：

①主、辅柴油机，包括气缸盖、气缸壁、活塞、增压器等。

②主、辅机的滑油冷却器、淡水冷却器、及增压空气中间冷却器等热交换器。

③轴系的轴承、尾轴管和传动设备。

④空气压缩机等。

另外，压缩机等排出的气体以及废汽和凝结水等也都需要给以冷却，以适应工作过程的需要。

由于在上述机械设备中，以主机散发出的热量为最多，冷却管路规模也最大。

为了保证气缸工作容积壁部不受高温的影响，并保持气缸工作表面上润滑油膜，需要在其受热的壁部施行有效的冷却。此外，由于运动部件摩擦所产生的热量，必须从它的产生处，直接地与间接地通过润滑油将热量传递到冷却剂中，否则这些部分将大量积聚热量而引起损坏。发动机的单位功率提得愈高时，冷却则更加重要。

不良的冷却将使气缸与燃料室的壁部有过高的温度，其后果将造成润滑油碳化、活塞环胶结，活塞过度磨蚀与咬合和排气阀过热等害处。

二、冷却管系设计的一般要求

钢质海船的冷却管系的设计要求见有关规定及本书有关章节介绍，而军用舰艇冷却管系的设计与布置应满足如下要求：

（1）每台主机应有独立的冷却管系及循环水管系。

（2）辅机一般应有独立的冷却水管系。若几台辅机共用一台海水冷却泵时，应设有备用泵或代用泵。

（3）采用自流式冷却及循环水管系，除应满足主机各种正车工况外，还必须满足主机空车和倒车工况的要求。

（4）登陆舰艇应考虑登滩前后一段时间内的主、辅机海水冷却。若采用压载水舱作为海水冷却循环水舱时，该舱的容量应满足上述时间内的主、辅机的冷却需要，并应有和舷外海水的转换装置。

（5）滑油冷却器中的冷却水压力应低于滑油压力。

（6）采用自流式循环水系统的主汽轮机组，必须设有一台循环水泵以满足主汽轮组最大倒车功率及舰船备航和低速航行时的需要。

（7）采用泵流式循环水系统的主汽轮机组，其主循环水泵应有代用泵，代用泵的排量应满足巡航功率时的需要。若主循环水泵系由二台独立动力泵组成时，则可免设代用泵。

（8）循环水管路进、排水管与主机冷凝器的连接应有膨胀接头。

（9）循环水管路一般应设有可调节海水流量的挡板装置。

（10）辅冷凝器应有独立的循环水管系。管系中应有一台独立的循环水泵，并应有代用泵。

（11）主汽轮机组滑油冷却器所需的冷却水一般应由主循环系统供给。若采用独立的海水泵供给时，则应设有备用泵或应急补水管路。

（12）柴油机应采用闭式冷却水管系。

（13）标准排水量在1000t以上的柴油机舰船，每一主机舱中至少应设有主机备用冷却的电动海、淡水泵各一台，其排量应满足一台主机最大功率时的需要。

（14）柴油机的淡水冷却管系应设置能自动调节淡水进机温度的恒温器，并应设有手控装置。

（15）柴油机的淡水冷却管系一般应设置高温警报装置。

（16）柴油机的淡水冷却管系应有单独的淡水膨胀箱。采用封闭压力式的淡水膨胀箱应装设安全阀。

（17）柴油机的淡水冷却管系中采用乳化防锈油作为淡水添加剂时，淡水管系内的橡胶件应采用耐油橡胶。

（18）主柴油机的淡水冷却管系应备有海水应急接管，且有避免平时淡、海水相混的可靠措施。

三、冷却管系的冷却方式

由于所用冷却剂的不同而有不同的冷却方式，在舰船内燃动力装置中主、辅机最常用的，大致有水冷却和油冷却二种。

1. 水冷却方式

采用水作为冷却剂，在内燃机上占很大比重，一般有开式冷却与闭式冷却二种。

（1）开式冷却方式

采用舷外水直接进行冷却，这种形式比较简单，海水泵自海底门经过通海阀，滤器吸入海水。

从海水泵排出的海水则经过滑油冷却器，吸收滑油从柴油机带来的热量，然后进入发动机，经过气缸水套及气缸盖，排气管后，带走了它们的热量，最后汇集于总管推开单向阀而排至舷外去。水温调节阀根据离开发动机的海水温度自动调节回流管的热水流量，以保持发动机不致过热或过冷。油温调节阀则根据油温度的变化，自动调节流过滑油冷却水流量，以保持滑油温度基本不变。

这种冷却方式所需设备最简单， 一般应用于小功率的舰船上。但 这种海水直接冷却有很大的缺点： 由于从舷外引进的海水中所 质和盐含有的杂份将增加机件的 腐蚀。沉积污垢后更减低传热功 能，影响发动机运转。污垢的沉 积与冷却水温度的提高有关，当

海水温度高过50℃后，盐垢的沉 图1-7 开式冷却管系原理图 积将迅速增长。由于季节或航区

变化等原因，而过分降低海水温度时，缸壁等处内外温差大而且又不利于发动机的燃烧和润滑性能，大大降低柴油机的经济性。

当海水温度高达50~55℃时，水垢就大量析出而积附在高温的传热表面上，比如，气缸盖、气缸套的冷却壁面上，而在局部死角、转弯等处也易形成积垢，这种积垢是不良热导体，妨碍了热量向海水的传导，工作时间越长，积垢就越厚，传热阻力就越大，引起局部过热，以致使气缸套壁内表面温度过高而发生破裂，因而开式冷却的海水温度被限制在55℃以下。

对于中、大功率柴油机，要求气缸套等高温部件本身温度分布均匀，即温差要小，以保持高负荷时部件工作的安全可靠以及能有较高的热效率。所以通常都不采用这种开式冷却方式，只有在一些冷却温度较低的部件，如轴承空压机等采用此种方法。

（2）闭式冷却方式

由淡水去冷却发动机的高温部件后带走热量，然后再有海水去冷却淡水。也就是由舷外水冷却发动机的闭式淡水循环冷却系统。

闭式冷却的优点是：

① 循环在主机内的水是清洁的淡水，因此不易产生水垢而发生管道堵塞的现象。 ② 淡水不会产生积盐现象，因而能 保证良好的传热效果，同时冷却水温可以 不受盐分自海水中析出的温度限制，可以 达到65~85℃，甚至在某些船上可高达95 ~110℃，这样高温件热表面与冷却水之间 温差减小，被冷却水带走热量就减少，有 利于提高热效率和热负荷。

③ 暖机时关上舷外水，便能很快用 图1-8 闭式冷却管系原理图 淡水加热循环滑油。

闭式冷却系统的缺点就在于设备和管路比开式冷却系统复杂多了。