2.3. Система охлаждения

Современные судовые двигатели внутреннего сгорания имеют двухконтурную систему охлаждения, в которую входят насосы забортной воды, насосы пресной воды, охладители пресной воды. Насосы забортной воды прокачивают водоохладители, маслоохладители и охладители наддувочного воздуха. Применяются как последовательная, так и параллельная схемы системы забортной воды. В первом варианте забортная вода проходит последовательно через воздухоохладитель, вакуумный опреснитель, масляный охладитель и охладитель пресной воды. Во втором варианте первоначальный поток забортной воды разветвляется на два, один из которых проходит последовательно через воздухоохладитель и вакуумный опреснитель, а второй – последовательно через масляный и водяной охладители. Поэтому первоначально следует выбрать схему, по которой будут работать системы охлаждения, и оценить значения температур забортной воды на выходах из каждого теплообменника. С забортной водой должно быть отведено тепло трения q_тр, тепло, передаваемое через втулки и крышки q_ц, через поршни q_п, тепло наддувочного воздуха q_н.

Тепло, передаваемое через втулки и крышки и отводимое пресной водой, кДж/ч:

q_ц =a_ц q ,

где: - a_ц – доля тепла, передаваемого через втулки и крышки; а_ц= 0,08 – 0,1.

Подача насоса пресного контура, м³/ч:

,

Где: - с_пв =4,187 кДж/(кг°К) – теплоёмкость пресной воды;

- _пв=1000 кг/м³ – ее плотность;

- Т_пв =(6 – 10) °К – разность температур пресной воды на выходе и входе двигателя.

Давление насоса пресного контура принимается на (30 – 50) кПа выше, чем забортного, во избежание попадания забортной воды в пресный контур в случае нарушения плотности.

Подача насоса забортной воды, м³/ч:

,

Где: - с_зв = 4 кДж/(кг°К) – теплоемкость забортной воды;

- Т_зв = (10 – 15) °К – разность температур забортной воды на выходе и входе системы;

- _зв=1025 кг/м³ – плотность забортной воды.

Теплота, вносимая с наддувочным воздухом, кДж/ч:

,

Где: - G₀ – теоретически необходимое количество килограммов воздуха для сжигания 1 кг топлива, может быть принято 14,3;

- α – коэффициент избытка воздуха при сгорании;

- _а – коэффициент продувки, имеющий значения:

- для четырёхтактных двигателей _а = 1,05 – 1,35;

- для двухтактных _а = 1,35 – 1,6, причём в последнем случае меньшие значения относятся к двигателям с прямоточными схемами газообмена [10];

- i"_во – энтальпия воздуха до воздухоохладителя, кДж/кг топлива, i'_во – то же, после него:

і"_во = (0,91406 + 2,776*10^-4*Т_тн – 5,411*10^-8*Т²_тн) Т_тн;

і'_во = (0,91406 = 2,776*10^-4*Т_s – 5,411*10^-8*Т²_s)Т_s ,

где: Т_s и Т_тн – температура наддувочного воздуха и температура воздуха после турбонагнетателя (°К), определяемая по формуле

,

причём Т₀ – температура воздуха на входе в турбонагнетатель (293 – 300 °К);

р_s и р₀ – давления наддува и окружающей среды соответственно;

n_K – показатель политропы сжатия в турбонагнетателе, принимаемый 1,6 – 1,7.

Коэффициент r принимается в зависимости от глубины утилизации тепла воздуха, сжимаемого в газотурбонагнетателях, и составляет от 0,5 (глубокая утилизация) до 1 (отсутствие утилизации).

Для контроля правильности расчета подачи насоса забортной воды можно ориентироваться на приближенную зависимость (м³/ч/кВт)

Q_зв = (0,035 – 0,045)Р_е.

Давление воды, создаваемое насосом, Н_зв= (0,2 – 0,4) МПа.

По подаче и давлению определяется потребляемая мощность и выбираются насосы.

Система охлаждения пресной водой одного главного двигателя должна быть оборудована двумя насосами, один из которых резервный. Подача резервного насоса должна быть не менее подачи основного насоса. Один из насосов должен иметь независимый привод.

Система охлаждения главного двигателя забортной водой должна удовлетворять этим же требованиям. Допускается иметь один общий резервный насос с независимым приводом для пресной и забортной воды, подача которого должна быть не менее подачи основных насосов.

В системе охлаждения забортной водой двух и более главных двигателей, обслуживаемых каждый отдельным насосом охлаждения, должен устанавливаться один резервный насос с независимым приводом. Система охлаждения пресной водой должна удовлетворять этим же требованиям.

Охлаждение нескольких двигателей допускается производить одним насосом с независимым приводом. В этом случае подача насоса должна быть достаточной для одновременного охлаждения всех двигателей. При этом должен быть предусмотрен один резервный насос, подача которого должна быть не менее подачи основного насоса, охлаждающего одновременно все двигатели.

В качестве резервных охлаждающих насосов могут применяться балластные, осушительные или другие насосы общесудового назначения.

Поверхность водоохладителя, м², определяется по формуле

A_охл=q_ц/(к_в Т_в),

Где: - к_в – коэффициент теплопередачи от пресной воды к забортной, может быть для чистого кожухотрубного теплообменника принят равным 5000 кДж (м²ч°К), при среднем загрязнении к_в = (3500 – 4000) кДж (м²ч°К);

Т_в = (Т_пв.– Т_зв.) – разность средней температуры пресной и забортной воды в охладителе, Т_пв=(335 – 350) °К; Т_зв принимается в зависимости от схемы системы забортной воды (290 – 300) °К.

При водяном охлаждении поршней имеется автономная циркуляционная система, куда входят насосы пресной воды (один рабочий, один резервный) и два охладителя. Насосы и охладители этой системы рассчитываются аналогично расчёту водяного охлаждения цилиндров, исходя из q_п.