Эксплуатация судовых энергетических установок. Системы охлаждения судовых дизельных энергетических установок

Черноморское высшее военно-морское

училище имени П.С. Нахимова

В.В. Кузнецов 
С.В. Максимов 

С.И. Толстой

Эксплуатация

судовых энергетических установок.

Системы охлаждения судовых дизельных

энергетических установок

Учебное пособие

Рекомендовано экспертным советом ЧВВМУ имени

П.С. Нахимова в качестве учебного пособия по дисциплине

«Эксплуатация судовых энергетических установок».
Предназначено для студентов специальности 26.05.06
«Эксплуатация судовых энергетических установок»

уровня управления

Севастополь

2018

ББК 39.455я73 УДК 629.12-8(075.8) К 891

Кузнецов В.В., Максимов С.В., Толстой С.И. Эксплуатация судовых 
энергетических установок. Системы охлаждения судовых дизельных энергетических установок: учебное пособие. В.В. Кузнецов, С.В. Максимов, 
С.И. Толстой / Севастополь: ЧВВМУ имени П.С. Нахимова, 2018. - 39 с.

Учебное пособие содержит описание систем охлаждения су
довых дизельных энергетических установок, требования Российского 
морского регистра судоходства к системам охлаждения и их элементам, правила технического использования, технического обслуживания систем охлаждения, характерные неисправности и способы 
их устранения.

Изучение 
перечисленных 
вопросов 
позволит 
студентам 

освоить основы знаний, необходимых для судового механика.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 

«Эксплуатация 
судовых 
энергетических 
установок» 
уровня 

управления.

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями 

"Международной Конвенции о подготовке и дипломировании 
моряков и несении вахты" 1978 года с учетом Манильских поправок 
2010 года.

Рецензент В.В. Ажимов, кандидат технических наук, доцент

© Черноморское высшее военно-морское училище имени П.С. Нахимова, 2018

Оглавление

Обозначения и сокращения...............................................................4

1. Конструкции систем охлаждения.................................................5

1.1. Функциональные схемы систем охлаждения|.......................5

1.2. Требования классификационных обществ к системам  

охлаждения.........................................................................................13

2. Эксплуатация систем охлаждения..............................................17

2.1. Эксплуатация элементов систем охлаждения.....................17

2.2. Подготовка к действию и обслуживание систем             

охлаждения.........................................................................................21

3. Характерные неисправности и методы их устранения.............32

4. Использование системы в аварийных случаях..........................33

5. Техническое обслуживание системы .........................................34

Вопросы для самоконтроля.............................................................37

Литература........................................................................................38

Обозначения и сокращения

ВДГ
– вспомогательный дизель-генератор

ВО
– воздухоохладитель

ГД
– главный двигатель

ГТН
– газотурбонагнетатель

ДА
– деаэратор

КИП
– контрольно-измерительные приборы

МКО
– машинно-котельное отделение

МО
– маслоохладитель

ОВК
– охладитель воздушных компрессоров

ОВТК
– охладитель высокотемпературного контура

ОПВП
– охладители подшипников валопровода

ПРЦ
– подогреватель цилиндров

РЦ
– рубашки цилиндров

ССХ
– служба судового хозяйства

ТНВД 
– топливный насос высокого давления 

ТО
– техническое обслуживание

ЦН ВТК – циркуляционный насос высокотемпературного 

контура

ЦННТК – циркуляционный насос низкотемпературного контура

ЦНПРЦ – циркуляционный насос подогревателя цилиндров

ЦПГ
– цилиндропоршневая группа

ЦО
– центральный охладитель

1. Конструкции систем охлаждения

1.1. Функциональные схемы систем охлаждения|
Системы охлаждения энергетической установки служат для 

отвода теплоты от рабочих втулок, крышек, поршней главных и вспомогательных дизелей, для охлаждения масла и воздуха (в двигателях 
с наддувом). 

В качестве рабочих сред в СЭУ применяются забортная и прес
ная вода, масло, топливо и воздух.

Вода по сравнению с другими охлаждающими средами имеет 

большую теплоемкость и при скорости 0,5–3,0 м/с высокие коэффициенты теплоотдачи. Это легкодоступная охлаждающая среда, которая 
широко применяется в установках всех типов. Однако в воде содержатся растворимые соли, микроорганизмы и другие примеси, которые при нагревании выпадают в осадок. Особенно много солей и примесей в морской забортной воде, поэтому ее подогрев в теплообменных аппаратах выше 55°С не желателен. При необходимости нагрева 
охлаждающей среды выше указанной температуры на судах применяют двухконтурные системы охлаждения с использованием в высокотемпературном контуре другого теплоносителя, как правило, пресной воды.

Пресная вода допускает нагрев в системах охлаждения при атмо
сферном давлении до 80–90°С, а при повышенном – и более. Пресная 
вода, циркулирующая во внутреннем контуре, проходит предварительную обработку с целью снижения солесодержания, жесткости и удаления различных примесей. В нее вводят ингибиторы – замедлители 
коррозии. 

Атмосферный воздух, применяемый в качестве охлаждающей 

среды, имеет теплоемкость по сравнению с водой примерно в четыре 
раза меньшую, в связи с чем в системах охлаждения требуется его увеличенное количество и подача со скоростью до 10 м/с и более. Это создает определенные неудобства из-за повышенного расхода энергии на 
привод нагнетателей воздуха. Поэтому воздух в качестве охлаждающей 
среды применяется только в тех случаях, когда жидкие охлаждающие 
среды использовать затруднительно (в электродвигателях и электрогенераторах).

В современных дизельных установках применяются следующие 

системы охлаждения:

 система охлаждения пресной водой цилиндровых втулок, 

крышек цилиндров и газовых турбин дизелей;

 система охлаждения пресной водой или маслом головок 

поршней;

 система охлаждения пресной водой, маслом или топливом 

форсунок;

– система охлаждения забортной водой пресной воды и масла 

в системах охлаждения и смазки и охлаждения воздуха в системе 
наддува.

Основные элементы системы охлаждения:
 насосы пресной и забортной воды, обеспечивающие непре
рывную подачу пресной воды на охлаждение двигателя и прокачку 
забортной воды через теплообменные аппараты системы охлаждения;

 забортная арматура (кингстонные ящики с кингстонами для 

принятия забортной воды, отливные клинкеты для удаления забортной воды);

 байпасные клапаны, управляемые вручную или от термо
датчика, служат для поддержания постоянного температурного режима в системах за счет перепуска части воды мимо водоохладителя;

 водоохладители, предназначенные для отвода теплоты из 

системы путем охлаждения пресной воды забортной водой;

 расширительная цистерна устанавливается над двигателем и 

обеспечивает подпор воды на всасывающей стороне насоса и служит 
для удаления воздуха и водяных паров из системы и пополнения 
утечек в системе. Она же играет роль компенсатора объема, так как 
дает возможность воде, заполняющей систему, свободно расширяться, а это, в свою очередь, предотвращает повышение давления воды в 
системе.

Функциональная схема системы охлаждения зависит от рода 

жидкости, охлаждающей форсунки и поршни.

Двигатели, у которых поршни охлаждаются маслом, а форсунки 

– топливом, имеют один контур пресной воды, который служит для 
охлаждения втулок и крышек цилиндров и корпусов газотурбонагнетателей. 

Двигатели, у которых поршни и форсунки охлаждаются водой, 

могут иметь два или три автономных контура пресной воды

-- двухконтурные, в которых первый контур охлаждает цилиндры, 

крышки, турбонагнетатели и поршни, а второй – форсунки;

– трехконтурные, в которых первый контур охлаждает цилиндры, 

крышки и турбонагнетатели, второй – поршни, третий – форсунки.

Первый вариант более прост в конструктивном отношении, 

чем второй, в котором наличие трех автономных контуров обусловливает увеличение числа насосов, охладителей, протяженности трубопроводов и количества арматуры.

На рисунке 1 представлена функциональная схема контура 

пресной воды для охлаждения цилиндров и газотурбонагнетателей 
(ГТН). 

Рисунок 1– Функциональная схема контура пресной воды 

системы охлаждения

Она включает циркуляционные насосы 5, расширительную ци
стерну 13, водоохладители 4, включенные параллельно, байпасный 
клапан 3, управляемый термодатчиком, водяные коллекторы 7 и 1. 
Насосы подают воду в коллектор 7, откуда она поступает на охла

ждение цилиндров и корпусов ГТН 8 и выходит в коллектор 1. Вода, 
выходящая из двигателя и корпусов ГТН, проходит через водоохладители или часть воды проходит через байпасный клапан 3 в приемную полость насосов помимо водоохладителя, поддерживая заданную 
температуру на всех режимах работы двигателя. Труба 10 соединяет 
приемные полости насосов с расширительной цистерной, обеспечивая необходимый подпор. Воздух и водяные пары вместе с водой отводятся из полостей охлаждения двигателя и ГТН по трубам 15 в 
расширительную цистерну. Труба 12 служит для пополнения воды в 
системе. По трубе 11, в которой имеется смотровое стекло, вода из 
расширительной цистерны в случае ее переполнения переливается в 
междудонную. Воздух и пары воды удаляются из системы в атмосферу по трубе 14. При подготовке главного двигателя к пуску горячая 
вода, выходящая из системы охлаждения дизель-генераторов, поступает в коллектор 7. При работе главного двигателя дизель-генераторы 
могут охлаждаться водой, которая отводится по трубам 2, 9 или 6.

Система пресной воды, так же как и система забортной воды, 

во время хода может обслуживаться главным насосом пресной воды, 
а на стоянке – портовым насосом пресной воды. Для судов с неограниченным районом плавания в системе охлаждения устанавливают 
два водоохладителя, каждый из которых обеспечивает отвод теплоты при нагрузке главного двигателя 60 %, вспомогательных двигателей 100 % и температуре забортной воды 32 °С.

Давление воды в системе охлаждения для каждого типа уста
новки указывают в инструкции. Оно составляет 0,15–0,25 МПа, причем давление в системе пресной воды должно быть на 0,03– 0,05 
МПа больше, чем в системе забортной воды. Это нужно для того, чтобы при нарушении плотности теплообменников забортная вода не 
могла попасть в систему пресной воды, во избежание коррозии и 
интенсивного накипеобразования рабочих втулок и крышек.

Температуру входящей и выходящей воды также указывают в 

инструкции. Она должна быть в пределах 50–60 °С на входе и 60– 70 
°С на выходе. В высокооборотных тронковых дизелях температура 
воды на выходе из дизеля поддерживается в пределах 75– 90 °С. 
Температура пресной воды в системе охлаждения регулируется перепуском выходящей из дизеля воды мимо водоохладителя во всасывающую магистраль насоса 5. Перепуск воды осуществляется регулятором температуры, который открывает клапан 3 или заслонку для 
перепуска воды мимо водоохладителя.

Однако пресная вода в объединенной системе загрязняется мас
лом, смазывающим телескопические устройства, и образующаяся на 
поверхностях охлаждения масляная пленка значительно снижает теплопроводность омываемых водой деталей. Кроме того, затраты энергии на 
привод циркуляционного насоса охлаждающей воды в объединенной 
системе больше суммарных затрат энергии на привод насосов автономных систем. Это объясняется тем, что сопротивление системы охлаждения поршней превышает сопротивление системы цилиндров, в то время 
как расход воды на охлаждение поршней значительно меньше, чем на 
охлаждение цилиндров.

На большинстве судов система охлаждения вспомогательных 

двигателей соединена с системой охлаждения главных двигателей. 
Обе системы имеют общие расширительные цистерны, водоохладители и общую воду. Это позволяет охлаждать вспомогательные двигатели в море из общей системы, а на стоянке прогревать главный 
двигатель горячей водой, отходящей из системы охлаждения вспомогательных двигателей.

На рисунке 2 представлена функциональная схема двухкон
турной совмещенной системы охлаждения

Рисунок 2– Функциональная схема двухконтурной совмещенной 

системы охлаждения

Каждый контур обслуживается своими циркуляционными 

насосами, теплообменниками и расширительной цистерной.

В низкотемпературном контуре температура достигает значений 

36–45°С, а в высокотемпературном – (55–80°С).

В низкотемпературный контур входят: три циркуляционных 

насоса низкотемпературного контура ЦН НТК; два центральных 
охладителя ЦО, в которых пресная вода охлаждается забортной водой; воздухоохладитель ВО; маслоохладитель МО; охладитель высокотемпературного контура ОВТК; три вспомогательных дизельгенератора ВДГ со своими масло- и воздухоохладителями; охладители подшипников валопровода ОПВП; охладители воздушных 
компрессоров ОВК; расширительный бак; арматура и трубопроводы.

Высокотемпературный контур охлаждает втулки цилиндров, 

выпускные клапаны и корпус ГТН.

В высокотемпературный контур входят: охладитель высоко
температурного контура ОВТК; деаэратор ДА; два циркуляционных 
насоса высокотемпературного контура ЦН ВТК; подогреватель воды 
водоопреснительной установки, используемый для утилизации тепла высокотемпературного контура; расширительный бак; арматура и 
трубопроводы.

Используемые на современных морских судах системы заборт
ной воды подразделяются:

 по способу расположения воздухо-, масло- и водоохладите
лей по ходу воды на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные (рис. 3).

В зависимости от способа подключения к системе охладителей 

наддувочного воздуха, циркуляционного масла и пресной воды изменяются гидравлические и тепловые характеристики систем. Это, в 
свою очередь, влияет на величину необходимой мощности насосов, 
затрату энергии на их привод и на величину поверхности охлаждения 
теплообменников, а значит, на их габариты.

 способу подачи забортной воды к охладителям вспомога
тельных дизелей – на автономные и объединенные с системой главных 
двигателей;

 в зависимости от связи с общесудовыми системами – на 

автономные, используемые только для охлаждения механизмов и 
машинно-котельного оборудования (МКО), и связанные с балластной 
и пожарной системами.

Рисунок 3 – Схемы включения охладителей в систему забортной воды:

1– насос забортной воды; 2 – охладитель продувочного воздуха;

3 – охладитель масла; 4, 6 – охладители охлаждающей пресной воды, 

цилиндров и поршней: 5 – подача забортной воды на охлаждение 

вспомогательных механизмов

Один из вариантов схемы системы забортной воды показан на 

рисунке 4. 

Рисунок 4 – Схема контура охлаждения забортной водой