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船舶主机的冷却水,为何要搞两个循环?

船舶使用的主机,无论是军用舰艇使用的燃气轮机、核动力装置、汽轮机动力装置,还是民用船舶广泛使用的柴油机,它们在运转时都会产生大量的热量,而为了保证它们的正常运行,就必须给它们设置相应的冷却系统。总的来说,主机冷却系统有以下作用:保持受热件的工作温度不超过材料所允许的限制,从而保证在高温状态下受热部件有足够的强度;保证受热件内外壁面适当的温差,减小受热部件的热应力;还可以保证运动部件工作表面润滑油膜的正常工作状态。

船用燃气轮机

船舶主机冷却的基本形式

在舰船上,主机可根据所使用的冷却剂的不同而采用不同的冷却方式,不过总体而言,在舰船上主机所使用的冷却剂主要以水为主。而水冷却系统,一般可分为开式冷却和闭式冷却两种。

水面舰艇排出的冷却水

开式冷却系统:

开式冷却就是指主机本身直接用舷外水(海水或江河水)进行冷却的方式。其具体的工作原理是冷却水由海水泵从海底门、过滤器吸入,从海水泵排出的冷却水经过油温调节阀,再进入滑油冷却器和主机,冷却有关部位后汇集于排出总管,然后经水温调节阀、单向阀排至舷外。温度调节阀则根据油温的变化,自动调节流过冷却水量,以保持主机不至于过冷或过热。

开式冷却系统简易图

开式冷却的主要缺点:

第1点, 舷外水水质差,冷却系统很容易吸入各种杂质和浮油,造成管路堵塞或附着在冷却表面影响传热效果。

第2点, 海水中的各种氯化物对金属壁面起腐蚀作用并且在冷却空间沉积成水垢,也使传热效果变坏。

第3点, 防止海水中盐类的析出,海水温度应当控制在50~55℃,这样高温部件不能用。

第4点, 舷外水温度受季节、航行区域的影响比较大。如果直接吸入水温温度过低的冷却水进入主机,容易造成冷却部件内外温差大,使热应力过大而导致冷却部件碎裂。同时,过低的温度也会带走更多的热量,从而降低主机的热效率。

简单的开式循环容易吸入舷外杂质

闭式冷却系统:

闭式冷却系统则是在开式冷却系统基础上发展出来的,能消除舷外水对主机的不利影响。闭式冷却系统相较于开式冷却系统的单冷却回路,多了一个回路,这样我们就可以用内循环的淡水去冷却机器,然后外循环的海水再通过冷却器来冷却内循环的淡水。当然还有一个另类,就是内循环采用淡水,而板式冷却器直接装在船舷外面,直接用舷外水冷却,不过这类设计的船舶并不常见。

闭式冷却系统简易图

闭式冷却的优点:

第1点,循环在主机内的水是清洁的淡水,不易发生堵塞。

第2点, 清洁的淡水不易发生积垢,保证良好的传热效果能有效延长部件的使用寿命。

第3点, 不受海水析出盐分的温度限制,可采用较高的冷却水温,提高热效率。同时,较高的冷却水温能降低冷却部件内外温差大,减小热应力。

第4点, 暖缸时,淡水不经过冷却器或关闭外循环的海水泵,缩短暖缸时间,提高机动性。

实船冷却系统淡水部分

结语

开式冷却方式虽然具有管系设备少、管路简单、维护方便、水源丰富的优点,但是也存在着易结垢、易堵塞、腐蚀金属壁面、冷却效果差等“致命”缺点,因此仅用在一些小型船舶上。而更加复杂,拥有两路循环水的闭式冷却系统,因为可靠性高、冷却效果好而逐渐成为船舶的主流冷却形式。

实船冷却系统海水部分

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作者:小船人的梦想 2019年7月7号

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