Автоматическое регулирование температуры в системах

Охлаждения дизеля

 

Большая часть теплоты, выделяемой при сгорании топлива в цилиндрах, превращается в полезную работу, а остальная идет на нагрев его элементов и должна быть отведена в охлаждающую среду. Поддержание определенного температурного режима обеспечивается охлаждением водой и маслом, что определяет эффективную мощность двигателя, его износ и т. п. Температурный режим в системах охлаждения отражается на технико-экономических показателях работы двигателя.

В дизельных установках охлаждаются цилиндры и крышки цилиндров, поршни, форсунки, а также смазочные масла двигателей и турбонагнетателей и продувочный воздух.

При использовании тяжелых сортов топлива осуществляется его подогрев, автоматически регулируется его температура при сепарации и контролируется вязкость.

Для процессов и объектов регулирования температуры в дизелях характерны следующие особенности:

- большая инерционность объектов и измерителей;

- физическая сложность процессов теплообмена;

- зависимость распределения потоков охлаждающей жидкости от гидродинамических характеристик системы охлаждения и регулирующих органов.

На теплообмен оказывают влияние такие факторы, как загрязненность поверхностей, конструктивные параметры двигателей и теплообменных устройств, состояние и режим работы двигателей, состояние регулирующего органа, а также внешние условия (например, температура забортной воды).

В дизельных установках транспортных судов применяются исключительно замкнутые системы охлаждения, в которых рабочей средой служат пресная вода и масло, а забортная вода используется для охлаждения рабочей среды замкнутого контура. Охлаждение различных элементов двигателя может осуществляться самостоятельными контурами с независимым теплообменником (охладителем). Следует отметить, что с повышением температуры охлаждающей воды эффективная мощность двигателей малой и средней мощности увеличивается. В ряде случаев можно определить зону оптимальной температуры, при которой удельный расход топлива будет минимальным.

В качестве охлаждающей среды используют в основном пресную воду, поскольку она обладает наименьшей коррозионной активностью и накипеобразующей способностью. В замкнутом контуре циркуляции воды в системе охлаждения поддерживать качество воды на необходимом уровне можно путем ее химической обработки. В мощных СЭУ для охлаждения масла и пресной воды, циркулирующих по замкнутым контурам, используется забортная вода. В замкнутом контуре пресной воды дизели не подвержены коррозии, а повышение температурного режима в системе не вызывает усиления накипеобразования. Из контакта с морской водой были выведены сами дизели, но оставалась разветвленная сеть трубопроводов морской воды, охладителей масла и воздуха, которые подвергаются усиленной коррозии.

Для снижения коррозии и повышения надежности оборудования стали применять централизованные системы охлаждении. В такой системе участок забортной поды ограничен кингстонами, главными насосами и центральным водо-водяным охладителем с пластинами из титана. Циркуляционная система пресной воды разбита на два контура: низкотемпературный (35-45°С) с насосом и высокотемпературный (55-80°С) с насосом и смесительными клапанами, с помощью которых регулируется температура воды этих контуров. Вода низкотемпературного контура охлаждает воздухоохладители, компрессоры, маслоохладитель, конденсатор испарителя, охладитель топлива, форсунок. Вода высокотемпературного контура охлаждает цилиндры главного и вспомогательного дизелей.

Температурный режим в системе охлаждения цилиндров и форсунок у мощных МОД достигает 60-85°С, поэтому система терморегулирования главных судовых дизелей должна поддерживать постоянной (в пределах заданного статизма) температуру охлаждающей воды (не выше 65-70°С) при различных нагрузках и температурах забортной воды. Температура воды на выходе двигателя 65°С считается приемлемой. При такой температуре обеспечивается нормальный режим охлаждения. На вновь строящихся современных судовых дизелях с применением тяжелых сернистых топлив температуру воды рекомендуется повысить до 70—75° С, а в дизелях с высоким наддувом - до 75 -80°С и даже до 125°С. Это стало возможным при интенсивном охлаждении деталей цилиндропоршневой группы.

Особое внимание уделяется температурному режиму воздухоохладителей дизелей на судах арктического плавания. Отрицательные температуры наружного воздуха вызывают необходимость увеличения давления наддува р_н и максимального давления цикла р_ц,что может стать причиной механических повреждений дизеля. Поэтому при наружном заборе воздуха на турбокомпрессоры в Арктике его необходимо предварительно подогревать, а это влечет за собой большие потери энергии.

Температуру охлаждающей среды можно регулировать двумя способами: изменением количества прокачиваемой воды через двигатель и изменением ее температуры, т.е. терморегулированием. Первый способ в судовых дизельных установках обычно не применяется.

В системах регулирования температуры используются принцип регулирования по отклонению параметра регулирования температуры охлаждающей жидкости на выходе из дизеля  (рисунок 3.2, а), комбинированный способ - регулирование по отклонению температуры  охлаждающей жидкости на выходе из дизеля и по отклонению температуры , охлаждающей жидкости па входе в дизель (рисунок 3.2, б), разновидность комбинированного способа - регулирование по отклонению температуры стенки цилиндра  со стороны подвода охлаждающей жидкости в дизель и по отклонению температуры  потока после охладителя во внешнем контуре охлаждения ГД (рисунок 3.2, в). Для регулирования применены два статических терморегулятора прямого действия — основной 12 и корректирующий 13.

 

 

      

 

Как следует из рисунка 3.2, в системах регулирования температуры имеются два контура регулирования: внешний 7 и внутренний 5. Возможна реализация следующих конструктивных способов терморегулирования: перепуском во внутреннем контуре, дросселированием, обводом и перепуском в контуре забортной воды.

В представленной на рисунке 3.2 (а) схеме регулирование осуществляется методом перепуска во внутреннем контуре. Температура воды, поступающей в ГД 9, при постоянном ее количестве, изменяется за счет смешения подводимой холодной воды из водоохладителя 6 с горячей водой, выходящей из двигателя на приемном патрубке насоса 8 (в точке А). Терморегулятор меняет количество горячей воды в зависимости от температуры . Чем выше , тем меньше количество горячей воды направляется в точку А.

На рисунке 3.3, а показан способ дросселирования в контуре забортной воды. Терморегулятор, установленный в магистрали подвода забортной воды, изменяет количество воды, поступающей через водоохладитель. Способ обвода в контуре забортном воды (рисунок 3.3, б) отличается от способа дросселирования принципом работы терморегулятора. Он изменяет количество забортной воды, прокачиваемой через водоохладитель, путем перепуска ее за борт, минуя водоохладитель. Способ перепуска в контуре забортной   воды,   как  это   видно  из  рисунка 3.3 в,   регулирует температуру забортной воды, поступающей в водоохладитель, за счет ее части, нагретой в ГД.

 

 

 

 

Рисунок 3.3 - Способы регулирования температуры охлаждения двигателя

1 - водоохладители; 2 - насос внутреннего контура; 3 - охлаждающий насос;

  4 - терморегуляторы: 5 - ГД

 

       Во всех случаях регулируемым параметром является температура .

Отметим, что при регулировании способом перепуска как в контуре пресной воды (рисунок 3.2, а), так и в контуре забортной воды (рисунок 3.3, в ) терморегулятор используется в качестве разделителя потока. В схеме регулирования, представленной на рисунке 3.2, а, терморегулятор может быть установлен в точке А, выполняя роль смесителя потоков.

На установившихся режимах количество охлаждающей воды, проходящей через ГД неизменно, поэтому по перепаду температур на входе и выходе можно судить о тепловой нагрузке дизеля.

 

 

Вопросы для самопроверки:

 

1. Для чего необходим определенный температурный режим при работе двигателя?

2. Какие системы охлаждения применяют в дизельных установках транспортных средств?

3. Назначение системы охлаждения холодной водой.

4. Какой принцип регулирования температуры используется в системах охлаждающей жидкости?