34. Система охолодження суднового дизеля як об’єкт регулювання температури
Які системи охолодження мають суднові дизелі?
Потужні тихохідні суднові дизелі зазвичай обладнують автономними системами охолодження для циліндрів, кришок, поршнів та форсунок. У деяких випадках, як, наприклад, у допоміжних двигунів або головних двигунів середньої швидкохідності та невеликої потужності, одна система служить для охолодження групи вузлів двигуна в цілому. Кожна автономна система охолодження сприймається як об'єкт регулювання.
Що є принципова схема системи охолодження двигунів?
При замкнутій системі (рис. 88) через зарубашковий простір2насосом / прокачується прісна вода, що циркулює по внутрішньому замкнутому контуру. Для компенсації розширення рідини та видалення повітря із замкнутого контуру передбачено розширювальну цистерну3.Процес відведення теплоти здійснюється послідовно через два теплообмінні пристрої: від газів через стінку циліндрової втулки до прісної води (перший теплообмінник) і від прісної води через теплообмінник4(холодильник) до забортної води. Забортна вода прокачується через холодильник насосом5.Температурний стан стінки визначається також температурою води на виході з двигунаtг, яка приймається як регульований параметр. На стороні підведення об'єкта регулювання тепловий потік надходить від робочого тіла (газу) через циліндричну втулку до води, що циркулює в зарубіжному просторі. Кількість теплоти, що передається воді в одиницю часу через стінку циліндрової втулки,
Q під. = Q дв. = k дв Fдв Δ tcp,
Де:kдв- коефіцієнт теплопередачі від газів до води, кВт(м 2 0 С);
Fдв- площа теплообміну циліндрів двигуна, м 2;
Δtcp- середній температурний напір, С.
Які методи застосовують для регулювання температури охолоджуючого середовища?
Застосовують два методи регулювання температури охолоджуючого середовища: перший - зміною кількості води, що прокачується через двигун, другий - зміною температури. Перший у суднових дизельних установках самостійно не застосовується. Це тим, що з малих кількостях
води, а отже, і малих її швидкостях можливі порушення циркуляції потоку та поява місцевих перегрівів стінок.
Які способи застосовують для регулювання температури води на вході в двигун?
Зміни умов відведення теплоти шляхом регулювання температури води на вході в двигунtможуть бути реалізовані наступними конструктивними способами (рис. 89): перепуском у внутрішньому контурі, дроселюванням, обведенням та перепуском у контурі забортної води.
У чому полягає спосіб перепуску у внутрішньому контурі?
Спосіб перепуску у внутрішньому контурі (рис. 89, а) дає можливість у розімкнутій системі змінювати температуру водиt,що надходить у двигун. При цьому через двигун прокачується постійна кількість води G. Це досягається шляхом змішування холодної води, що підводиться з гарячої, що виходить з двигуна, в приймальному патрубку насоса (у точці А).
Регулюючий орган розподіляє потік води, що виходить з двигуна, на два, направляючи (перепускаючи) одну частину його в контур циркуляції, а другу Gел за борт. Умови матеріального та теплового балансу при цьому визначаються виразами.
G = Gп + Gсл і Gt1 = Gnt2 + Gcn (t2 - t1)
де t 2-температура води на виході з двигуна, °С.
При замкнутій системі охолоджена вода внутрішньогоконтураGслне зливається за борт, а прямує в холодильник зовнішнього контуру. З холодильника вона забирається насосом Для змішування в точку А надходить вода з температуроюtnp2з холодильника. На відведення теплоти впливатимуть властивості холодильника і процес теплопередачі в ньому, так як вони визначають температуруtпр2.
Залежність між перепадом температури води на двигуні t2-t1 і перепадом температури прісної води на холодильнику tпр1-tnp2або t2-tпр2 отримаємо з рівняння теплового балансу:
з рівняння балансу: t2-tпр2 = G / Gсл (t2-t1) Як здійснюється спосіб дроселювання?
Спосіб дроселювання у контурі забортної води представлений на рис. 89, б. Внутрішній контур замкнутий. Кількість прісної води, що прокачується через двигун і через холодильник, однакова і дорівнює G. Для зміни температури водиti, що надходить у двигун, регулюючий орган, встановлений на магістралі підведення забортної води, змінює кількість води, що прокачується через холодильник шляхом дроселювання.
Перепад температури прісної води на холодильнику дорівнює перепаду на двигуні tпр1— tnp2= t2—tпр2..При цьому tпр1= t2 і tпр2=
Яким чином здійснюється спосіб обведення?
Спосіб обведення в контурі забортної води (рис. 89 в) відрізняється від способу дроселювання лише принципом дії регулюючого органу. У схеміРОвстановлений також на напірній магістралі насоса. Він змінює кількість забортної води, що прокачується через холодильник шляхом скидання частини води за борт, минаючи холодильник. Співвідношення між перепадами температури прісної води на двигуні та на холодильнику таке ж, як і при дроселюванні.
У чому полягає спосібперепуску в контурі забортної води?
Особливість способу перепуску в контурі забортної води (рис. 89, г) полягає в тому, що кількість циркулюючої води не змінюється як в контурі прісної води G, так і в контурі забортної води Gx.Кількість теплоти, що відводиться змінюється за рахунок регулювання температури забортної води що надходить у холодильник. Регулюючий орган, як і у разі перепуску у внутрішньому контурі, повертає частину нагрітої забортної води Gn приймальний трубопровід насоса. Нагріта вода змішується (у точці А) з холодною забортною водою, і в холодильник надходить забортна вода з температуроюtxit3.Перепад температури прісної води в холодильнику дорівнює перепаду температур у двигуні , тобто. .
У всіх трьох способах регулювання впливом на зовнішній контур (рис. 89, б, в, г) перепад температури прісної води в холодильнику пропорційний перепаду температур забортної води в ньому
Відношення витрат води в контурахGx/Gза способу перепуску постійно.
Що є загальним у різних способах регулювання?
При регулюванні способом перепуску як у контурі прісної води (рис. 89, а), так і в контурі забортної води (рис. 89,г)регулюючий орган виконує роль роздільника потоку. Можна його розташувати і в точціАусунення потоків. При цьому принципових змін в умовах передачі теплоти та охолодження суднового двигуна не спостерігається.
Встановлений таким чином регулюючий орган називають змішувачем потоків.
Аналізуючи отримані залежності для перепадів температури прісної води в двигуні та холодильнику для всіх трьох способів регулювання впливу на контур забортної води, можнаЗауважимо, що перепади цих температур рівні між собою. Рівні також температури. За перепадами температур можна судити про теплове навантаження двигуна. Так як на встановлених режимах G = const. то ці перепади пропорційні кількості теплоти, що відводиться.