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船舶主机-5

2020-06-23 22:48

  船舶主机-5_兵器/核科学_工程科技_专业资料。船 舶 主 机-5 张维竞 上海交通大学 第5章 润滑与冷却系统 5.1 润滑系统的组成和作用 柴油机的滑油循环系统通常由气缸油润滑、曲轴箱 强制润滑和曲轴箱油分油净化等系统组成。 柴油机润滑系

  船 舶 主 机-5 张维竞 上海交通大学 第5章 润滑与冷却系统 5.1 润滑系统的组成和作用 柴油机的滑油循环系统通常由气缸油润滑、曲轴箱 强制润滑和曲轴箱油分油净化等系统组成。 柴油机润滑系统的作用是保证供给柴油机动力装置 各运动部件的润滑和冷却所需的润滑油,减少零件的磨 损和摩擦功的消耗。 润滑系统对柴油机的可靠工作和延长使用寿命具有 重要的作用。 某柴油机润滑系统示意图 主要组成设备有: 滑油泵 滑油泵常设有两台,其中一台备用。为保证滑油压力稳定和 流动均匀,常采用螺杆式油泵。在泵的吸入端管上一般装有真空 表,泵的排出管上装有安全阀和调节压力、流量的旁通阀。 主要组成设备有: 滤器 滑油泵的进口端和出口端分别设有粗、细 滤器,滤器一般为双联式。装在进口端的 一般为粗滤器(有时还用磁性粗滤器), 装在泵出口端的为细滤器,其前后装有压 力表。 滑油冷却器 滑油冷却器通常采用管壳式或板式热交换 器。 滑油分油机 滑油分油机一般采用离心分离,它是曲 轴箱油分油净化系统最重要的设备。 右上、下图是阿法拉伐( ALFA-LAVAL ) 分油机。 5.1.1 润滑的作用 1)润滑作用 在相互运动表面保持一层油膜以减小摩擦,减小 摩擦功耗,提高机械效率;减小机件磨耗量,延长使 用寿命,这是润滑油的主要作用。 2)冷却作用 带走两运动表面因摩擦而产生的热量或外界传来 的热量,保证工作表面的适宜温度。 3)清洁作用 清洗摩擦表面,带走磨损下来的金属细末及其它 微粒,防止出现磨粒磨损。 5.1.1 润滑的作用 4)密封作用 产生的油膜同时可起到密封作用,如活塞与缸套间的油膜 除起到润滑作用外,还有助于密封燃烧室空间。 5)防腐作用 润滑油膜隔绝了空气及酸性物质与零件表面的直接接触, 从而减免了它遭受氧化,腐蚀的程度。 6)消振隔声作用 形成的油膜可起到缓冲作用,避免两表面直接接触,减轻 振动与噪声。 7)传递动力作用 如推力轴承中推力环与推力块之间的动力油压。 5.1.2 润滑的分类 5.1.2.1 边界润滑 一个加工良好的机器零件,沾上滑油后再用布 把油揩去,即使擦得非常干净,零件上仍然遗留有 一层牢固地吸附在金属表面上的极薄的油膜,它可 以承受一定的压力而不破坏。组成边界油膜的是一 些具有极性的分子,它们与金属结合很牢固,不像 润滑油中的其他分子能随意移动。由于工作条件的 限制,靠边界油膜进行的润滑叫做边界润滑。 5.1.2.2 液体润滑 两运动表面上被一层一定厚度(通常为1.5μ m~ 2μ m以上)的油膜完全隔开,由液膜的压力平衡外载 荷,此时两运动表面不直接接触,摩擦只发生在液膜 内部,使干摩擦变成液体摩擦。其润滑性能完全取决 于液膜流体的粘度而与两表面的材料无关,它的摩擦 阻力低、磨损少,可显著延长零件使用寿命。这是一 种理想的润滑状态。通常,液体润滑可分为液体动压 润滑与液体静压润滑两类。 1. 液体动压润滑 动压润滑由摩擦表面的几何形状和相对运动, 借助液体的动力学作用来实现。 ?当轴静止时,在自重的作用下,轴颈与轴承直接 触。 ?若轴颈以一定转速回转,借助轴颈与滑油间粘附 力的作用,润滑油从上部较宽进油空间携带到窄狭 空间,会产生挤压,而使楔形油膜压力骤增。 ?当转速达到某一定值时,楔形空间的油压就会使 轴颈稍微抬起,使轴颈与轴承之间形成一层完整的 润滑油膜,实现液体润滑。 图5-1 楔形油膜的形成 油楔的形成与其产生的压力主要与以下因素有关: 1)摩擦表面的运动状态 转速越高,愈容易形成油膜,油膜 压力也高,而在柴油机刚起动或低速运转时,难以形成完整的 油膜。 2)滑油粘度 粘度过小滑油不易被轴颈携带,且易从轴承的 轴向两端流出,粘度过大,则难以涂布。 3)轴承负荷 负荷不能过高,若轴承负荷过高,楔形油膜压 力难以抬起轴颈,冲击性负荷过大,也可能将已建立好的楔形 油膜破坏。 4)轴承间隙 间隙应合适:若轴颈与轴承的间隙太小,滑油 不易楔入接触面之间;若间隙过大,则滑油容易从轴承两端漏 泄,所以轴承间隙必须适当。 5)表面加工粗糙度 工作表面加工精度高,很薄的油膜就能完 全隔开两个摩擦面,容易形成楔形油膜。 2.液体静压润滑 在某些机械的轴承中,由于转速太低,负荷太高, 或者运动不连续,因此很难“自然”地形成完整的楔 形油膜。这时可采用液体静压润滑方式,即从外部向 摩擦表面供给有一定压力的滑油,借助滑油的静压力 产生油膜以平衡外载荷。让一个或几个进油孔通至压 力区中一定形状的油槽中,用滑油的静压力形成油膜 把轴颈浮起来。十字头轴承常采用静压润滑,由一个 专设的高压滑油泵产生高压油。 3.混合润滑 摩擦表面上同时存在着液体润滑和边界润滑 (称半液体润滑)或存在着干摩擦和边界润(称半 干摩擦)都叫混合润滑。在柴油机中多指前者,如 气缸润滑即属此类。 5.1.3 润滑的方法 1.人工润滑 这种方法是用人工将滑油定期加到某些摩擦表面,如摇臂 轴承、气阀导管、传动杆接头等。这种方法简单,但耗油量大, 费工,不能保证良好润滑。 2.飞溅润滑( Splash lubrication ) 这种方法是利用曲轴,连杆大端等零件在高速旋转时的飞 溅作用,把连杆大端两侧溢出、刮油环刮落和冷却活塞后掉下 来的滑油溅到某些摩擦部位。一般用于油道输送难以达到或承 受负荷不大的摩擦部位,如气缸套、凸轮、齿轮等,中高速筒 形活塞式柴油机的气缸套润滑一般都采用飞溅式润滑。 飞溅润滑不需要油泵,但对机件的润滑不能控制,润滑效 果较差,耗油量大,滑油容易氧化与变质。 3.压力润滑 (Pressure lubrication) 这种方法是利用润滑油泵把滑 油强压循环输送到柴油机所需的润 滑部位。适用于负荷较大的摩擦部 位,如各个轴承和轴套等处。 压力润滑的优点是:能保证滑 油连续循环供应,使摩擦件的工作 安全可靠,并有强烈的清洗作用, 可通过润滑系统的压力表和温度计 掌握控制润滑情况,便于实现自动 控制,可使用粘度较低的滑油,使 用期长,耗量少。因此压力润滑在 各类柴油机中得到最广泛的应用。 4.高压注油润滑 通过专门的注油器 建立2MPa左右的高压, 定时、定量地将滑油经 缸套上的注油孔供给气 缸套与活塞之间进行润 滑。这种润滑方法主要 用于大型低速十字头式 柴油机中缸套和活塞的 润滑。 5.2 润滑油的性能及质量指标 5.2.1润滑油的性能指标 为了能够正确地选用润滑油,必须对其性能有所 了解。润滑油的性能指标主要有粘度、粘度指数、闪 点、凝点、残炭、灰分、酸值(总酸值与强酸值)、腐 蚀性、抗氧化安定性、热氧化安定性、总碱值、抗乳 化度、机械杂质和水分等十余种。这些指标均按国家 规定的试验方法进行测定。它们基本上反映出滑油品 质的优劣,在选择和使用滑油时有着重要作用。滑油 的有些性质与燃油相同,下面仅介绍与润滑性能密切 相关的几个指标。 1.粘度和粘度指数 粘度是滑油最重要的指标。它在很大程度上决定 着两个摩擦表面油膜的形成。 长期以来,国外广泛使用按滑油的粘度进行分类 的SAE分类法,把发动机用滑油按粘度分成10个等级, 如表5-1所示。ISO(The International Standardization Organization)把滑油按40℃时的 运动粘度cSt(mm2/s)的数值分成18个等级:ISOV G(Viscosity Grade),如表5-2所示。 滑油的粘度随温度升高而降低,这种性能称滑 油的粘温特性。 船舶通常要在不同的季节航行于不同的纬度航 区,环境温度变化很大。此外,柴油机在冷车起动 和正常运转时,滑油的工作温度不同,其粘度大小 也不相同。这将对保证可靠润滑造成不利影响。 因此仅以常温下的粘度来判断滑油的品质是不 够的,还必须注意粘度随温度的变化规律。 若滑油的粘度随温度变化程度小,它就能在比 较大的温度范围内满足使用要求,则此种滑油的粘 滑特性就好。 在国外,常用粘度指标( VI )来说明滑油的粘 温特性。粘度指数大,则表明温度变化时其粘度变 化小。一般,粘度指标在在 80 以上为高粘度指数, 小于 35 为低粘度指数,介于 35 ~ 80 之间称中间粘度 指数。加入添加剂(增粘剂)的滑油其粘度指数可 高达200以上。 我国曾用粘度比来评定粘温特性,它是该滑油 在50℃和100℃时的运动粘度的比值。粘度比小,表 示它在规定温度范围内的粘度变化小,质量好。 2.酸值和水溶性酸或碱(总酸值和强酸值) 滑油中的酸可分为有机酸和无机酸两种。有机酸含量少时, 对金属无多大腐蚀作用。但含量较多时,它会对一些轴承材料 (特别是铅)产生腐蚀作用。无机酸指硫酸,它对金属有强烈 腐蚀作用,滑油中一般不允许有硫酸存在。使用中的滑油由于 含硫燃油的燃烧产物漏入曲轴箱,而可能出现硫酸。我国用 “酸值”表示滑油中的有机酸含量,其计量单位为mgKOH/g, 表示中和1 克滑油中的酸所需要的氢氧化钾毫克数。另用“水 溶性酸或碱”表示无机酸或强酸的有无,它能融入水中的无机 酸或因污染而生成的碱,它只说明油品呈酸性或碱性,仅用于 定性检查。 国外用总酸值TAN(Total Acid Number)表示有机酸和无机 酸的总和,用强酸值SAN(Strong Acid Number)单独表示无机 酸的含量。总酸值和强酸值的单位均为mgKOH/g。 3.抗乳化度 海水或淡水漏入滑油经搅拌后使滑油形成乳浊 液并生成泡沫,这个过程叫乳化。乳浊液影响润滑 性能,加速滑油变质,并在两相界面上吸附机械杂 质,污损摩擦表面,加剧部件磨损,影响滑油压力。 所以抗乳化性能是滑油的重要品质之一。滑油的抗 乳化度系指滑油在乳化后自动分层(油层和水层) 所需的时间(以分计),即滑油的破乳化时间。破 乳时间短,抗乳化度就好,反之则差。 4.热氧化安定性和抗氧化安定性 滑油在循环系统中不断地与空气接触,并被空 气中的氧逐渐氧化而变质。滑油氧化后的生成物为 有机酸,胶质和沥青状物质。有机酸使滑油酸值增 加,胶质和沥青状沉淀物使油色变深,粘度增加。 这些物质能附着在金属表面上(例如在活塞表面上 形成漆膜)或填塞油路和滤器。滑油的温度对氧化 速度有很大的影响。 5.腐蚀度 腐蚀度是衡量高温条件下工作的滑油在与氧气充 分接触时,对金属(铅)的腐蚀程度。柴油机中的铜、 铅等合金轴承材料对腐蚀十分敏感,只要滑油中有少 量酸就能严重腐蚀轴承。我国标准规定腐蚀度试验时 把试油加热到140℃,用特制的一定面积的金属片以每 分钟15~16次的速度交替的浸在油中和暴露在空气中, 经过50h后,测定金属片减少的重量(g/m2),金属 片减少重量越大,滑油的腐蚀性越强,品质较差。 5.2.2 润滑油的质量等级 国外有些国家和有关学会曾经根据滑油的性能特 点和工作状态把滑油分成若干质量等级。比较通用 的是美国SAE、ASTM和API三方联合公布的一种质量 分类方法,称为API分类法。这种分类方法按油品质 量和适用机型特点把滑油分为CA、CB、CC和CD四个 质量等级。 CA 轻载荷柴油机润滑油。燃用优质燃料并在温和 到中等程度条件下运转的柴油机使用。在非增压和 优质燃料条件下具有抗轴承腐蚀和防止高温生成沉 淀物(漆膜、积炭)的性能。 CB 一般负载的柴油机润滑油。用于温和到中等条 件下运转的柴油机。在非增压和使用含硫燃料时, 具有抗轴承腐蚀和防高温下形成沉淀物的性能。 CC 中等负载柴油机润滑油。用于中等到苛刻条件 下工作的高增压柴油机。具有防高温形成沉积物和 防锈防腐蚀的性能。 CD 重载荷柴油机润滑油。用于增压、高速、高功 率并要求能非常有效地抑制磨损和防止形成沉积物 的柴油机。在使用各种质量燃油的增压柴油机中具 有抗轴承腐蚀和防高温形成沉积物的性能。 目前,这种分类法已经得到国际上的承认和使 用。由于高增压柴油机的发展,使用 CD 级油已不能 满足要求。近年来又研制出比 CD 级更高的油品,但 还未正式命名为 CE 级。此外,船用气缸油和大功率 中速机油仍由各油公司自行研制,自行评定,尚无 统一规格标准。船舶柴油机使用的润滑油种类繁多, 这就要轮机人员能正确地选择滑油,管好用好滑油。 下面介绍柴油机润滑的品种和选择方法。 1.曲轴箱油 曲轴箱油又叫柴油机油或系统油。通常,曲轴 箱油润滑主要指对柴油机曲轴箱内各轴承的润滑, 在筒形活塞柴油机中还可兼作气缸润滑油(飞溅润 滑)和活塞冷却液,有时它还用作液压控制油。这 种润滑油在使用中的最大特点是循环使用,故它在 使用中将逐渐污染变质。 柴油机曲轴箱油按使用条件不同有十字头式和 筒形活塞式柴油机曲轴箱油两种。 1)十字头式柴油机曲轴箱油 十字头式柴油机中的曲轴箱与气缸是隔开的, 所以曲轴箱油的工作条件比较好,它主要用来润滑各 轴承和导板等,在某些柴油机中还用来冷却活塞或兼 作操纵机构液压控制油使用。 2)筒形活塞式柴油机曲轴箱油 这种曲轴箱油还要兼作气缸润滑油使用,故 其工作条件较十字头式柴油机曲轴箱油恶劣。十字头 式柴油机和筒形活塞式柴油机曲轴箱油的工作条件不 同,因而要求的质量等级也不同,具体见表 5-3所示。 5.3 气缸润滑 在十字头式柴油机中,气缸下部设有横隔板和活塞杆填料 函,把气缸与曲柄箱隔开,因此轴承的润滑和气缸的润滑均自 成系统。其润滑设备,滑油品质以及运转管理均需特殊考虑。 在当代柴油机高强化、燃油劣质化的发展中,对气缸润滑提出 了愈加苛刻的要求。 5.3.1气缸润滑的工作条件 气缸润滑的特殊性首先体现在高的工作温度。由于气缸壁 与高温燃气接触,一般气缸套上部表面温度约为180℃~220℃, 缸套下部表面温度为90℃~120℃,活塞环槽表面温度根据测点 位置不同和活塞顶的设计差异约在100℃~200℃之间。高温会 降低滑油的粘度,加快滑油氧化变质速度,并使缸壁上的部分 油膜蒸发。 其次,活塞在往复运动时,其运动速度在中部最大, 在上、下止点处为零。因此,只有在活塞行程的中部能 实现液体动压润滑,而在上、下止点处则不可能。尤其 在上止点处,气缸中的温度最高,活塞环对缸壁的径向 压力最大,即使滑油能承受住这里的高温,也仅能有一 层吸附的油膜来保证边界润滑条件。 柴油机使用劣质燃油后对气缸润滑带来了新问题。 由于劣质油的高硫分,高灰分,高残炭值和沥青值将导 致气缸产生低温腐蚀、固体颗粒磨损、结炭增多以至引 起活塞环胶着和气口堵塞等故障。因此,气缸套特别是 它的上部,很难形成连续完整的油膜,缸套上部磨损特 别严重。 右图所示是一台二冲程直流扫 气柴油机的气缸套磨损量随行 程变化规律曲线。该柴油机使 用劣质含硫燃油。下曲线表示 使用高碱性气缸油;上曲线表 示使用低碱性气缸油。可见, 气缸套最大磨损量均发生在缸 套上部。高碱性气缸油可大大 降低气缸套腐蚀量,两曲线之 间的斜线部分即表示因酸性腐 蚀所引起的磨损。 5.3.2 气缸润滑的作用及方式 气缸润滑的作用 ?减少摩擦损失和防止气缸套及活塞的过度磨损; ?带走燃烧残留物和金属磨粒等杂质; ?帮助密封燃烧室空间; ?在金属表面形成油膜,可防止燃气与金属接触,以 免产生腐蚀; ?减轻噪声。 气缸润滑一般可分为飞溅润滑和气缸注油润滑两 种方式。 1.飞溅润滑 这种润滑靠从连杆 大端甩出并飞溅到缸壁 上的滑油来实现,不需 专门的润滑装置,所用 油品即曲轴箱内滑油。 飞溅的油量不可控制, 在活塞下部需装设刮油 环,以刮除缸壁上过多 的滑油。此种润滑方式 仅适用于中、小型筒形 活塞式柴油机。 2.气缸注油润滑 气缸注油润滑使用专用的润滑系统及设备(气缸 注油器、注油接头),把专用气缸油经缸壁上的注油 孔(一般均布8~12个)喷注到气缸壁表面进行润滑; 其注油量可控,注出的气缸油不予回收,为“一次过 润滑”。这种润滑方式可保证可靠的气缸润滑,且可 选择不同质量的气缸油以满足不同要求。目前在十字 头式柴油机中均使用此种润滑方式。 右图系某柴油机的气缸注 油润滑系统图。 在某些中速筒形活塞 柴油机中,气缸润滑除采 用飞溅润滑方式外,同时 采用注油润滑作为气缸润 滑的辅助措施。 图5-3 气缸注油润滑系统 1-主机;2-气缸油贮存柜; 3- 气缸油滤器;4-气缸油输送泵; 5- 手动泵;6-气缸油日用油柜; 7气缸油注油器 5.3.3 气缸油的选择和应用 1.对气缸油的要求 随着大型低速柴油机广泛采用废气涡轮增压和使用低质燃料油, 对气缸油的要求愈来愈严格。良好的气缸油应具有如下性能: 润滑性 粘度及粘度指数 应有适当的粘度和较高的粘度指数。 洁净分散性 气缸油应能抑制活塞和活塞环上形成漆膜和沉淀物。 中和性能 气缸油应能中和燃用劣质高硫燃料时生成的硫酸。 抗氧化性 从上述要求可以看出,没有哪一种纯矿物油能够完全满足这些 要求。所以,现代的气缸油都是选用优质矿物润滑油作为基础油, 再加入各种效能的添加剂而制成。其中,碱性添加剂占有最重要的 地位。 2.气缸油的选择 选择气缸油时,一般是根据所用燃油的含硫量来选 择气缸油的总碱值TBN。当使用高硫燃油时,应选用高 碱性气缸油,这时滑油不仅可将燃烧产物中的酸中和掉, 而且能有效地保护油膜,减少漏气,并保证气口和活塞 的清洁。 目前,石油公司一般都生产高、中、低几种不同总 碱值的气缸油以备选用,使用高硫分(S2.5%)的燃 油,选用总碱值为65~75的气缸油;当使用硫分S2.5 %燃料油时,选用总碱值为40的气缸油;使用低硫分的 船用柴油时,选用总碱值为10~14的气缸油(多用国产 14号柴油机油代替)。 5.4 润滑系统 5.4.1 润滑系统的型式和组成 润滑系统按照润滑油贮存的位置不同,可分为湿曲轴箱式 (湿油底壳式)润滑系统和干曲轴箱式(干油底壳式)润滑系 统二大类。 1.湿曲轴箱式润滑系统 润滑系统设有专门的润滑油箱,油底壳起着循环油柜的作 用。润滑油泵直接从油底壳中把滑油送到各摩擦表面,经过润 滑后的滑油全部流回油底壳中。这类润滑系统比较简单,但润 滑油与漏到曲轴箱中的燃气接触机会增多,容易使滑油变质; 在强化柴油机中,油底壳中的润滑油会形成很多泡沫,滑油泵 吸入泡沫就不能保证良好的润滑和工作的可靠性;在船舶摇摆 较大时,滑油泵有时吸不上油,影响到润滑油供给的连续性。 另外,清洗和检查油底壳很不方便,因此,这种润滑系统在小 型柴油机用得比较普通,在中大型柴油机中很少采用。 1-油底壳;2-粗滤器;3-油温计;4-加油口;5-滑油泵;6-离心式滑油精滤器 7-调压阀;8-旁通阀;9-刮片式滑油粗滤器;10-水冷式滑油冷却器; 11-齿轮系;12-装于盖板上的喷嘴;13-摇臂;14-气缸盖;15-顶杆套筒; 16-压力表;17-活塞销;18-曲轴颈;19-主轴颈 2.干曲轴箱(干式油底壳)式润滑系统 这种型式的润滑系统设有专门的滑油箱储存滑油, 由油底壳或机座收集的滑油经循环油泵不断地抽出 (或依靠重力)送至滑油箱;再由压力油泵把滑油箱 中的滑油送到各摩擦表面。这种系统能减少滑油与燃 气的接触机会,防止滑油变质,曲轴箱的容积和高度 可以减小;滑油积集于单独的循环油箱中,保证船舶 摇摆倾斜时不会中断供油,同时便于滑油的检查和更 换,放出滑油中的气泡;对于大型柴油机来说,便于 工作人员进入曲轴箱内拆装或检查零件。大、中型船 舶柴油机广泛采用干曲轴箱式润滑系统。 1-过滤器;2-手摇泵;3-调压阀;4-压力泵; 5-滑油箱;6、7-滑油冷却器 右图是6160A柴油机干 曲轴箱式润滑系统简图。由 齿轮滑油循环泵8将油底壳 中的滑油抽出,经滑油冷却 器6冷却后进入滑油箱5中。 再由滑油压力泵4将滑油经 滑油过滤器1,冷却器7油道 抽送到各摩擦表面。油泵调 压阀3是控制油路中最高压 力的,能起到保护作用。另 外,该机还装有手摇泵2, 以供开车前预先向摩擦表面 供油。 5.5 冷却系统 柴油机的冷却系统根据冷却介质的不同,其冷却方 式可以分为风冷和水冷两大类。 ?风冷又叫空气冷却,用空气作为冷却介质,这种系统 结构简单,重量轻,维护方便,气缸平均温度高,热效 率较高,但冷却效果差,多数用在小型发动机上。 ?水冷系统,用水作为冷却介质,根据冷却水循环方法 的不同,又可以分为蒸发式、自然循环和强制循环的方 式。大中型船舶柴油机一般都采用强制循环方式的水冷 系统。 通常,柴油机冷却系统是用淡水强制冷却柴油机, 然后用海水强制冷却淡水和其他载热流体(如滑油、增 压空气等)。在系统布置上,前者属闭式循环,后者属 开式系统。两者组成的冷却系统称闭式冷却系统。 5.5.1 柴油机冷却系统的作用 柴油机冷却有以下作用: ? 使受热件的工作温度不超过材料所允许的限值,从 而可保证在高温状态下受热部件的足够强度; ? 使受热件内外壁面温差适当,减少受热件的热应力; ? 可使运动部件如活塞与缸套的适当间隙、缸壁工作 面滑油膜的正常工作状态。 ? 防止进气系统零部件温度过高,以保证进气密度。 5.5.2 冷却介质 在柴油机强制液体冷却系统中的冷却剂通常有淡 水、海水、滑油等三种。 ?淡水的水质稳定,传热效果好并可采用水处理解决 其腐蚀和结垢的缺陷,因而它是目前使用广泛的一种 理想冷却介质。 ?海水水质难以控制且其腐蚀和结垢问题比较突出, 为减少腐蚀和结垢应限制海水的出口温度不超过45℃, 因而人们很少用海水直接对柴油机进行冷却。 ?滑油的比热小,传热效果较差,高温状态易在冷却 腔内产生结焦,但它不存在因漏泄而污染曲轴箱油的 危险,因而适于作为活塞的冷却介质。 5.5.3 冷却系统的组成和设备 1.闭式淡水冷却系统 由于柴油机受热件工作条件不同,所要求的冷 却液温度、压力和基本组成也各不相同。因而各受热 件的冷却系统通常由几个单独的系统组成。 一般分为: ?缸套和气缸盖; ?活塞; ?喷油器三个闭式淡水冷却系统。 在缸套水冷却系统中,淡水流动路线可以有两种方案: ?主机→ 膨胀水箱→ 淡水泵→主机→淡水冷却器 ?主机→ 膨胀水箱→ 淡水泵→淡水冷却器 →主机 两者的区别仅仅在于淡水泵供应的淡水是:先进主 机,然后再去淡水冷却器;或先去淡水冷却器,然后再 去主机。 一般来说,淡水泵供应的淡水应先进主机,这可以 防止缸套穴蚀和冷却水的汽化,但由于目前冷却水压力 较高,两者实际区别不大。 上图为MAN B&W MC系列柴油机缸套冷却水系统。 缸套冷却水泵出口的淡水由缸套水进口总管进入各缸套 下部,沿缸套→气缸盖→增压器路线进行冷却。各缸出 水管汇总后,一路经造水机和淡水冷却器冷却,重新进 入缸套冷却水泵进口;另一路进入淡水膨胀水箱。在淡 水膨胀水箱和缸套冷却水泵之间设有平衡管用于给系统 补水并保持淡水泵吸入压头。 系统中有温度传感器检测冷却水出口温度的变化, 并通过热力控制阀控制其进口温度。 缸套冷却水系统中均设高置膨胀水箱。 其作用有: ?膨胀 使系统中的淡水受热后有膨胀的余地; ?补水 补充系统中因蒸发和漏泄而损失的水量; ?排气 排放冷却水系统中的空气; ?投药 在此投放化学药剂以对冷却水进行化学处理; ?加热 可对冷却水加热以暖缸 ?保证淡水泵有足够的吸入压头。 2.开式海水系统 开式海水系统是用海水做 为冷却剂冷却淡水、滑油、 增压空气和空气压缩机等。 系统的基本组成是海底阀和 大排量海水泵。 其系统如右图所示,使用 过的海水排至舷外。在系统 中装设感温元件 6 和自动温 度调节阀11,使部分使用过 的海水回流至海水泵进口, 保证进冷却器的海水温度不 低于25℃。 1-主机;2-低位海底阀;3-高位海底阀; 4-海水滤器;5-海水泵;6-感温元件; 7-滑油冷却器;8-增压空气冷却器; 9-活塞水冷却器;10-缸套水冷却器; 11-温度调节阀;12-出海阀; 13-温海水回行管;14-通气管 开式海水系统一般设两个以上海底阀,分高位和 低位,分设在船舶的两侧舷旁。高位海底阀(门)位于 空载水线mm处,低位海底阀(门)设在舱底 (靠双层底附近)。船舶进港后,由于水面下泥沙污物 较多,多用高位海底阀。而在海上航行时,为防止因风 浪造成空吸,多使用低位海底阀。当船舶在码头停靠时, 一般停止使用紧近码头一侧的海底阀,而改用外侧海底 阀,以防污物阻塞。 海水泵一般设两台,一台备用。有些船上把备用泵 兼作备用淡水泵。海水泵排量很大,通常在吸入管接一 应急舱底吸口,以备机舱进水时应急排水之用。海水泵 一般均采用大排量离心泵。 3.中央冷却系统 从上世纪70年代初期开始,出现了一种新型的柴 油机冷却系统,即近代的中央冷却系统(central cooling system )。这种冷却系统的基本特点是使用 不同工作温度的两个单独的淡水循环系统: ?高温淡水(约80℃~85℃)闭式系统; ?低温淡水(约30℃~40℃)闭式系统。 前者用于冷却主机,后者用于冷却高温淡水和各种 冷却器。受热后的低温淡水再在一个中央冷却器中由 开式的海水系统进行冷却。由此,可保证只使用一个 用海水作为冷却液的冷却器。 下图为SULZER RTA-T系列柴油机使用的中央冷却系统 主机缸套冷却水为高温淡水循环系统,发电辅机缸套 水为低温淡水系统。低温淡水由中央冷却水泵泵出分别冷 却主机空气冷却器的低温循环、各台发电柴油机及其它冷 却器,并且部分低温淡水通过混水阀进入高温淡水系统以 调节高温淡水系统和温度。高温淡水系统主要用来冷却主 机缸套水和空冷器的高温循环。 在港泊期间,发电副机缸套冷却水可用来给主机暖机。 受热后的低温淡水可在中央冷却器中由主海水泵泵出的海 水进行冷却。由此,简化了船舶海水管系,使海水管系最 短。此外在系统中上有多个温度传感器以及相应的热力控 制阀,可根据水温的变化调节旁通水量大小。 中央冷却系统较前述传统的冷却水系统有以下明显优点: ?海水管系及中央冷却器的维修工作减至最低限度; ?气缸冷却水温度稳定,不受工况变化的影响,可使柴油 机始终在最佳冷却状态下运转; ?淡水循环可多年保持清洁,维修工作量极少。 中央冷却系统同时也存在以下缺点: ?增加了中央冷却器及其附助设备与管系,因而投资费用 较高; ?由于附加管系的阻力损失,使泵的耗功也有所增加。 在近代建造的现代化船舶中,大多采用中央冷却系统。 关于船舶中央冷却系统节能技术的研究 一、传统船舶动力装置设计存在的问题: 1.考虑要最高的海水温度(夏季、赤道) 2.考虑动力装置老化 →设计趋于保守 对同一台离心泵,若转速变化(小于 20 % ),其特性 曲线也将发生变化。设转速改变后,叶轮出口速度三角形, 泵的效率近似保持不变,可得到流量、压头和功率和转速 的变化关系: Q1 n1 H 1 ? n1 ? ; ?? Q2 n2 H 2 ? n ? 2 ? N ; ? ? N ? 2 1 2 ? n1 ? ?? ? ?n ? ? 2? 3 习题五 1.简述柴油机润滑系统的组成和作用。 2.润滑系统油楔的形成与其产生的压力主要那些因素有关? 3.柴油机润滑的方法有那些,用在什么场合? 4.什么是滑油的粘温特性,为什么要考虑这个特性? 5.简述柴油机冷却系统的作用。 6.缸套冷却水系统中为什么要设置膨胀水箱,有何作用? 7.开式海水系统为什么要设高位和低位海底阀? 8.何为柴油机中央冷却系统,系统的基本特点是什么?其优、 缺点是什么? 9.自编客观题3题,单选(四选一),一周内电子作业递交。 作业(附件)名:学号姓名+序号 发 →

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