Вода для охлаждения главного двигателя

Вода для охлаждения главного двигателя

Главное меню

Судовые двигатели

Охлаждающая вода, так же как топливо и масло, требует обработки и наблюдения, в противном случае на внутренних поверхностях системы охлаждения появляются коррозия, эрозия, кавитация и внутренние отложения, приводящие к увеличению термического сопротивления теплообмену. Качество воды оценивается следующими харак­теристиками.

Общая жесткость — суммарное количество ионов кальция и магния (мг-экв/л), определяется титрованием воды раствором трилона Б в присутствии индикатора (хрома темно-синего). Общая жесткость должна быть 1,5—3,0 кг-экв/л, содержание хлоридов — не более 100 мг/л (солесодержание «стандартной» морс­кой воды — 35 г/л); 1 мг-экв/л = 2,804° dН (немецких градусов солесодержания). Жесткость воды увеличивается на 1° dН, если на 1000 л воды добавить: 40 г сульфата магния (MgSO ₄ ), 40 г нитрата кальция Са(NН ₃ ) ₂ и 30 г сульфата кальция — гипса (СаSO ₄ ). Общая жесткость охлаждающей воды должна состав­лять не более 10° dН (1 мг/л СаСO ₃ эквивалентен 0,02 мг-экв/л или 0,056° dН).

Рекомендуется применять дистиллят (например, из опреснителя) или пол­ностью обессоленную воду. Эти воды не содержат извести и соли, не вызывают отложения, но они более коррозионно-активны чем нормальная жесткая вода, так как на стенках не может образоваться тонкий известковый слой, обеспечи­вающий антикоррозионную защиту. В связи с этим водяные дистилляты следует подготовлять особо тщательно.

Водородный показатель (pH) характеризует концентрацию водородных ионов и является также показателем агрессивности воды. Его определяют индикатор­ной бумагой, рН-метрами, жидким индикатором или электронным измеритель­ным прибором.

Водородный показатель для воды должен составлять 6,5—8 при 20 °С. Зна­чение 7 является нейтральным между кислым и щелочным состоянием воды. Если водородный показатель лежит ниже указанного значения, то его можно повы­сить прибавлением нитрата натрия NаNO ₃ или едкого натрия NаОН. Водород­ный показатель приготовленной охлаждающей воды должен находиться в диапа­зоне 7,5—8,5. Химикаты предварительно растворяются в воде, а затем посте­пенно примешиваются в уравнительной цистерне при работающем дизеле. Обычно очень мягкая вода имеет повышенное содержание угольной кислоты, которая уменьшает водородный показатель. При нагревании воды выше 80 °С угольная кислота выделяется, что повышает водородный показатель.

Содержание хлоридов контролируется следующим образом: хорошо пере­мешать в стеклянном сосуде 350 см 8 воды с 10 см 2 10 %-ного раствора нитрата серебра АgNО ₃ и прибавить 5—8 капель 5 %-ного раствора хромата калия К ₂ СrO ₄ . Если появится покраснение, содержание хлорида составляет менее 100 мг/л. При слишком высоком содержании хлоридов прибавить хлоридо-сбедненную воду (дистиллированную воду, конденсат), пока не появится покраснение. После этого опять проверить жесткость воды и ее водородный показатель. Содержание хлоридов должно быть не более 100 мг/л (для среднеоборотного дизеля не более 50 мг/л).

Антикоррозионные присадки. Концентрация антикоррозионных присадок устанавливается до 0,5—1 % объема воды в малооборотный дизель. При первом заполнении но­вого дизеля концентрация немного выше (1,5—2 % объема), что обеспечивает образование на стенках полостей достаточной защитной масляной пленки. При первом заполнении и после каждой смены жидкости необходимо проверить кон­центрацию через несколько часов после ввода дизеля в эксплуатацию, так как эмульсия может истощиться образованием на стенках охлаждающих поверхно­стей масляной пленки.

Антикоррозионные присадки следует добавлять не в чистом виде, а в виде концентрированной эмульсии: 1 л масла на 3—5 л воды. Концентрированная эмульсия вводится в систему охлаждения, где обеспечивается хорошее переме­шивание ее с водой, например, через воздушный кран на всасывающей полости насоса.

Стойкость эмульсии зависит от жесткости воды. В слишком жесткой воде масло быстро выделяется из эмульсии и его защитное действие снижается. Наибо­лее стойкая эмульсия получается, если жесткость находится в пределах 8—29 мг СаСО ₃ на 1 л воды; при жесткости 29—57 мг рекомендуется смягчать воду, а при жесткости свыше 57 мг смягчение воды обязательно. Чрезмерно мягкая вода (меньше 8 мг СаСО ₃ на 1 л воды) способствует вспениванию.

Одной из причин появления термоусталостных трещин в крышках цилиндров и перемычках между клапанами являются отложения на поверхностях охлажде­ния солей компонентов масляных присадок. Они ухудшают отвод теплоты от поверхности металла в охлаждающую среду, в результате чего температура в указанных местах повышается на 50—70 °С и более по сравнению с температу­рой в начальный период работы дизеля.

Присадки на органической основе создают на охлаждаемых поверхностях адсорбционную пленку, защищающую металл от коррозионно-эрозионных раз­рушений, Присадки на масляной основе «Шелл Дромус» и ВНИИНП-117/Д при хонцентрации 1 % и более образуют пленку, толщина которой в течение 500— 1000 и работы дизеля может достигать 0,3—0,5 мм. В ней под действием высокой температуры (выше 170 °С) и в результате каталитического действия металли­ческой поверхности развиваются деструктивные процессы с образованием про­дуктов уплотнения, способствующих возникновению перегревов дизелей, что может привести к отказу или аварии дизеля.

Оценку термостойкости эмульсионных присадок осуществляют методом тер­мографометрического анализа на дериватографе системы «Паулик-Эрдей» (ВНР). Для испытаний отбирается 0,10—0,12 кг присадки и помещается в платиновый тигель с крышкой; затем присадка нагревается со скоростью 10 °С/мин до 500 °С. Время экспозиции 50 мин. В процессе анализа газообразные продукты разло­жения отсасываются. На рис. 7.24 показаны дериватограммы испытанных при­садок ВНИИНП-117/Д, «Шелл Донакс», «Шелл Дромус», Н1, «Ароста», «Эмакс-1». Термостойкость оценивается по температуре, соответствующей максимальной скорости разложения на кривой В путем проектирования ее вершины на кривую Т.

Наибольшую температуру разложения имеет присадка «Эмакс-1» (380 °С), а наи­меньшую — «Ароста» (220 °С).

Защитная масляная пленка при разрушении вновь не растворяется в воде, а накапливается на поверхности воды в расширительной цистерне. Причинами разрушения пленки могут быть: добавление в систему слишком жесткой воды, наличие тонкой пленки накипи или шлама на поверхности охлаждения до при­менения масла, естественное разрушение пленки из-за давности ее образования. При высокой концентрации эмульсии масло может скапливаться в расшири­тельной цистерне, но это не свидетельствует о разрушении пленки.

Для проверки концентрации антикоррозионной присадки необходимы опре­делитель эмульсии, небольшой сосуд для взятия пробы воды (рис. 7.25) и кон­центрированная соляная кислота.

Пробу охлаждаю­щей воды берут только из хорошо протекаемого тру­бопровода после небольшого продувания (нельзя брать пробу из уравнительного бака). Порядок проведения анализа следующий:

— влить воду (100 см 3 ) через ватный тампон в определитель эмульсии;

— долить концентрированную соляную кислоту до отметки В;

— закрыть определитель эмульсии стеклянной пробкой и хорошо взболтать (подогрев в теплой воде ускоряет отделение воды от масла);

— поставить определитель эмульсии и, если раз­деленные жидкости становятся ясными, определить по шкале объемную долю масла в процентах;

— содержание определителя эмульсии вылить, хорошо промыть его и просушить.

Частое дополнение антикоррозионной присадки, большое количество выделенного в уравнительном баке масла и малая стабильность эмульсии являются сигналом необходимой очистки циркуляционной си­стемы охлаждения.

Защитное действие химических присадок в охлаждающей воде обеспечивается только в случае, если их концентрация поддерживается точно в соот­ветствии с инструкциями изготовителя. При откло­нениях (выше или ниже) может появиться усилен­ная коррозия омываемых водой деталей. Это требует проверки концентрации в указанные заводами про­межутки времени с учетом соответствующих ин­струкций.

На судовых дизелях широко применяют следующие масляные присадки к пресной воде систем охлаждения (в скобках фирма-изготовитель): «Энергол СВ4» (вспомогательного дизеля), «Солюблойл Ц» («Ексако»), «Дикул-1» («Кастрол»), «Кутвел-40» («Эссо»), «Гульфакт-51А» («Гулф»), «Сольфак-2», «Сольфак-1535», «Мобил дизел гидротон» (соль хромовой кислоты) («Мобил Ойл»), «Шелл Дромус», «Шелл До-накс» («Шелл»), «Нораст» (СЕКА СА), «Ароста» («Визура»). Из отечественных присадок можно назвать: ИНК-8, ВНИИНП-117, хроматную, хроматно-нитритную. В последнее время появились новые присадки, такие как Н1 (ПНР), оте­чественные ВНИИНП-117/Д и «Экстрол».

Зарубежные фирмы предлагают 1—2 %-ные концентрации присадок с ви­зуальным контролем их содержания. Проверка концентрации в лабораторных условиях производится методом разложения концентрированной серной кислотой.

В случае отсутствия присадок черные металлы, входящие в систему охлаж­дения, интенсивно корродируют даже при охлаждении чистым конденсатом (или дистиллятом). При использовании присадок продукты коррозии вымываются (тем интенсивнее, чем выше концентрации присадки) и забивают (зашламляют) охладители. Повышенная концентрация присадки приводит к отложениям на горячих поверхностях крышек и втулок цилиндров, местным перегревам и термо­
усталостным трещинам. Отсюда вытекает необходимость промывки системы

охлаждения дизельной установки рабочей эмульсией со сливом через 25—50 ч работы. Начальная концентрация присадки в системе охлаждения среднеоборотного дизеля не долж­на превышать 0,20—0,25 %, а конечная концентрация может достигать 0,02 %.

Источник

Охлаждение дизелей. Системы: проточная и замкнутая

При рассмотрении теплового баланса двигателя было установлено, что только часть тепла, выделяемого при сгорании топлива внутри цилиндров дизеля, превращается в индикаторную работу (до 47%). Из оставшегося тепла примерно 25% уносится с отходящими газами, а остальное тепло (25—28%) для предотвращения перегрева деталей двигателя отводят охлаждающей водой. Для отвода тепла в основных деталях двигателя (цилиндр, цилиндровая крышка, поршень, корпус выпускного клапана) устраивают специальные полости или зарубашеч-ные пространства, через которые пропускают охлаждающую воду.

Для охлаждения судовых дизелей применяют две системы: проточную и замкнутую. При проточной системе охлаждения специальный насос забирает воду из кингстона и прокачивает ее через зарубашечное пространство дизеля; при замкнутой системе через зарубашечное пространство дизеля прокачивается пресная вода, которая затем в специальном теплообменнике (охладителе) охлаждается забортной водой и снова направляется в двигатель. Проточная система значительно проще замкнутой, однако имеет ряд существенных недостатков, поэтому для охлаждения дизелей на судах, построенных в последние годы, не применяется.

Основные недостатки проточной системы охлаждения дизеля: возможность засорения зарубашечного пространства дизеля илом и другими взвешенными частицами, содержащимися в морской воде; интенсивное отложение солей в зарубашечном пространстве и образование накипи, плохо проводящей тепло и резко ухудшающей теплообмен, в результате чего происходит перегрев деталей и даже их разрушение. Для того чтобы предотвратить образование накипи в зарубашечном пространстве, приходится снижать температуру воды на выходе из дизеля до 50—55° С и тем самым ухудшать температурный режим двигателя и полезное использование тепла. При низкой температуре забортной воды для уменьшения температурных напряжений на входе воды в двигатель устраивают специальные смесители, куда подается вода из кингстона и часть воды, выходящей из двигателя. Минимальная допустимая температура воды на входе в двигатель +15° С. Однако необходимый перепад при охлаждении двигателя забортной водой составляет 10—20° С, таким образом, температура воды на входе составляет 35—45° С.

При замкнутой системе охлаждения применяют пресную воду, которая проходит техническую обработку и не содержит солей, в результате удается поддерживать высокий температурный режим двигателя (температура воды на выходе из систем, сообщенных с атмосферой, — до 85° С, а при наличии паровоздушного клапана у некоторых напряженных четырехтактных дизелей—до 105° С). Необходимый перепад при охлаждении двигателя пресной водой 7—15° С. Для того чтобы предотвратить засоление воды в случае нарушения плотности водоохладителя, давление в системе пресной воды устанавливают несколько большим, чем в системе забортной воды.

Для контроля пресной воды из системы периодически проводят анализ проб воды для определения содержания солей, и если соленость достигает критических значений, воду в системе заменяют.

Следует также отметить, что при охлаждении двигателя пресной водой масляный холодильник, как правило, охлаждается забортной водой.

Для предотвращения коррозии охлаждаемых деталей и трубопроводов в пресную воду добавляют различные присадки (например, бихромат калия) или антикоррозионные масла.

При охлаждении двигателя пресной водой система должна предусматривать аварийное охлаждение забортной водой. Переход на аварийное охлаждение должен осуществляться постепенно, чтобы не вызвать резких температурных напряжений, при этом необходимо соблюдать требования в отношении температур, рекомендуемых для проточных систем (не ниже 15° С на входе и не выше 50—55° С на выходе).

Некоторые фирмы в целях страховки рекомендуют при аварийном охлаждении еще более низкие температуры на выходе воды из двигателя (до 45° С). Если учесть, что двигатель, как правило, работает на аварийном охлаждении короткое время и потери тепла незначительны, эти рекомендации целесообразно выдерживать.

Схемы проточной и замкнутой систем охлаждения

При проточной системе охлаждения (рис. 68, а) забортная вода от кингстона насосом 1 прокачивается через масляный холодильник 2 (часть воды прокачивается мимо масляного холодильника) и смеситель 3, подается через регулировочные вентили 4 в нижнюю часть за-рубашечного пространства цилиндров 5. Из зарубашечного пространства цилиндров вода по патрубкам переходит в цилиндровые крышки 6, а оттуда в сливной коллектор 9 и из него через невозвратный клапан 10 сливается за борт.

Часть воды через терморегулятор 8 направляется в смеситель 3, который необходим для поддержания минимально допустимой температуры воды на входе. Импульс на терморегулятор 8 поступает от сливного коллектора 9, и поэтому он работает автоматически: чем выше температура воды на выходе, тем меньше воды терморегулятор направляет в смеситель 3. Индивидуальное регулирование температуры воды, выходящей из цилиндров, осуществляется вентилями 4 и 7.

При замкнутой системе охлаждения (рис 68, б) пресная вода, подаваемая насосом 5 из расширительного бака 14 через входные вентили 6, поступает на охлаждение цилиндров 7 и цилиндровых крышек 8, через вентили 9 индивидуальной регулировки горячая вода стекает в коллектор 10 и направляется в холодильник пресной воды 15, откуда поступает в расширителный бак 14, с которым связан коллектор 10.

Забортная вода из кингстона забирается насосом 1, прогоняется через масляный холодильник 2 и прокачивается далее через холодильник пресной воды 15 и невозвратный клапан 16 за борт.

Для автоматического поддержания постоянной температуры в замкнутую систему включают терморегулятор 12, который при низкой температуре пропускает часть воды мимо холодильника 15. Импульс на терморегулятор поступает от трубопровода горячей воды. Во время работы дизеля часть воды испаряется, а часть уходит через сальники насосов. Для пополнения утечек предусмотрен трубопровод и насос подачи воды из запасных танков, а также отвод воды из расширительного бака обратно в танк в случае ее перекачки.

Система предусматривает аварийное охлаждение двигателя забортной водой. Переход на забортную воду осуществляется поворотом трехходовых кранов 4 и 11 на 90°, а также отключением вентилями 3 и 13 расширительного бака 14 и водоохладителя 15. При этом температуру воды, выходящей из двигателя, регулируют вручную при помощи вентилей 6 и 9.

Недостатки замкнутой системы охлаждения: наличие дополнительного оборудования и трубопроводов. С целью предупреждения засоления пресной воды при нарушении плотности водоохладителя в системе пресной воды поддерживают более высокое давление.

Источник