Система охлаждения пресной водой. Системы холодоснабжения, принципиальные схемы В чем отличие чиллеров с тепловым насосом и без него
Охлаждение ГД производится пресной водой по замкнутому контурам. Система охлаждения каждого двигателя автономная и обслуживается навешанными на двигателях насосами,а так же отдельно установленными охладителями пресной воды и общей для обоих двигателей расширительной цистерной.
Система охлаждения оборудована терморегуляторами,автоматически поддерживающие заданную температуру пресной воды за счет перепуска её помимо водоохладителей.Предусмотрена также возможность ручной регулировки температуры воды.
В каждый контур пресной воды включён маслоохладитель,в который вода поступает после водоохладителя и терморегулятора. Заполнение расширительной цистерны предусмотрено от системы водоснабжения открытым способом.
Охлаждение вспомогательного двигателя производится пресной водой по замкнутому контуру. Система охлаждения вспомогательного двигателя автономная и обслуживается, навешанным на двигатель насосом, водоохладителем и термостатом.
Расширительная цистерна ёмкостью 100 л оборудована указательной колонкой,сигнализатором нижнего уровня, горловиной.
Система охлаждения забортной водой
Для приёма забортной воды предусмотрены два кингстонных ящика, соединенных через фильтр и клинкетные задвижки кингстонной магистралью.
Системы охлаждения главных и вспомогательных двигателей автономные и обслуживаются навешанными насосами забортной воды. Навешанные насосы главных двигателей принимают воду из кингстонной магистрали прокачивают её через водоохладители и через невозвратно-запорные клапаны, расположенные ниже ватерлинии,за борт.
Насос вспомогательного двигателя принимает воду из кингстонной магистрали,прокачивает её через водоохладитель и через невозвратно- запорный клапан за борт ниже ватерлинии. Предусмотрена также подача воды в приёмный трубопровод насоса вспомогательного двигателя от напорного трубопровода насоса забортной воды главного двигателя правого борта. Для возможности регулирования температуры охлаждающей воды вспомогательного двигателя предусмотрен перепускной трубопровод.
От напорных трубопроводов насосов забортной воды каждого главного двигателя предусмотрены отборы воды на охлаждение упорных и дейдвудных подшипников соответствующего борта.
От отливных магистралей главных двигателей предусмотрены отборы воды на рециркуляцию в соответствующие кингстонные ящики.
Охлаждение компрессора сжатого воздуха забортной водой осуществляется от специального электронасоса с отливом воды ниже ватерлинии за борт.
В качестве насоса охлаждения электрокомпрессора установлен центробежный горизонтальный одноступенчатый электронасос ЭЦН18/1 с подачей 1 м3 при напоре 10 м вод.ст.
Система сжатого воздуха
В МКО установлены 2 баллона сжатого воздуха ёмкостью по 60 кгс/с м2 .
Из одного баллона воздух используется для пуска главных двигателей,для работы тифона и на хознужды, другой баллон является резервным и воздух из него используется только для пуска главного двигателя. Общий запас сжатого воздуха на судне обеспечивает не менее 6 пусков одного подготовленного к пуску главного двигателя без подкачки воздуха в баллонах. Для понижения давления сжатого воздуха установлены соответствующие редукционные клапаны.
Заполнение баллонов сжатым воздухом предусмотрено от одного автоматизированного электрокомпрессора.
Баллоны сжатого воздуха емкостью по 40 л, снабжены головками с необходимой арматурой, манометром и устройством для продувания.
Система холодоснабжения с одним чиллером наружной установки с осевыми вентиляторами - одна из самых распространенных и достаточно простых систем. В качестве теплоносителя в системе, как правило, используется вода, в отдельных случаях возможно применение теплоносителей с низими температурами замерзания (раствор этиленгликоля, рассолы и т.д.).
Циркуляция теплоносителя в системе осуществляется с помощью насосной группы. На схеме показанной в качестве примера, насосная группа состоит из двух насосов, один из которых основной, второй резервный.
Расширительный мембранный бак служит как для предотвращения гидравлических ударов при работе насосов, так и для компенсации изменения объема теплоносителя вследствие изменения его температуры.
Бак - аккумулятор предназначен для увеличения тепловой инерционности системы и сокращения количества циклов пуска/остановки холодильной машины.
При использовании потребителей с переменным расходом теплоносителя (например, фанкойлов с регулированием холодопроизводительности изменением расхода двухходовыми клапанами) необходимо обеспечить постоянный расход жидкости через теплообменник испарителя холодильной машины. На схеме показан вариант с установкой регулятора перепада давлений на перемычке между распределительными коллекторами для обеспечения постоянного расхода на испарителе. В случае использования потребителей с постоянным расходом (трехходовые клапаны с байпасом на теплообменниках потребителей) перемычки с регулятором перепада не требуется.
Недостатки рассматриваемой схемы системы холодоснабжения:
- отсутствие резервирования холодильного оборудования,
В ряде случаев (при значительной холодопроизводительности системы, необходимости частичного резервирования холодильного оборудования) возникает необходимость в установке нескольких холодильных машин, работающих на одну систему холодоснабжения. В качестве примера приведена схема с установкой двух чиллеров с воздушным охлаждением конденсаторов .
Принцип работы системы аналогичен принципу работы системы с одним чиллером .
Недостатками рассматриваемой схемы системы холодоснабжения являются:
- необходимость частичного сезонного слива/заправки теплоносителя (в случае использования воды) и как следствие - повышенная коррозия трубопроводов и арматуры.
- колебания температуры теплоносителя при включении/ отключении одной из холодильных машин.
- невозможность круглогодичной эксплуатации системы.
Система охлаждения обеспечивает отвод тепла от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах. В судовых энергетических установках распространены системы водяного охлаждения из-за целого ряда преимуществ. К ним относится и высокая эффективность (теплопроводность воды в 20 - 25 раз выше чем, у воздуха), меньшее влияние внешней среды, более надежный пуск, возможность использования отводимого тепла.
В дизельных установках система охлаждения служит для охлаждения рабочих цилиндров главных и вспомогательных двигателей, газовыпускного коллектора, наддувочного воздуха, масла циркуляционной смазочной системы и воздухоохладителей компрессоров пускового воздуха.
Система охлаждения в паротурбинных установках предназначена для отвода тепла от конденсаторов, маслоохладителей и других теплообменных аппаратов.
Система охлаждения газотурбинных установок используется для промежуточного охлаждения воздуха при многоступенчатом сжатии, охлаждения маслоохладителей, деталей газовых турбин.
Кроме того, в установках любого типа система служит для охлаждения опорных и упорных подшипников валопровода, для прокачки дейдвудных труб, используется в качестве резерва противопожарной системы. В качестве рабочего тела судовые системы охлаждения применяют забортную и пресную воду, масло и воздух. Выбор теплоносителя зависит от температур теплоотвода, конструктивных особенностей и размеров охлаждающих узлов и аппаратов. Самое широкое применение в качестве теплоносителя находит пресная и забортная вода. Масло применяется в системах охлаждения довольно редко, например, для охлаждения поршней двигателей внутреннего сгорания. Это объясняется его существенными недостатками по сравнению с водой (высокой стоимостью, малой теплоемкостью). В то же время масло как охлаждающая жидкость обладает ценными свойствами, высокой температурой кипения при атмосферном давлении, низкой температурой застывания, малой коррозионной активностью.
Воздух в качестве охлаждающей среды используется в газотурбинных установках. Для охлаждения деталей ГТУ воздух требуемого давления отбирается из напорных трубопроводов компрессоров.
Системы охлаждения разделяются на проточные и циркуляционные. В проточных системах охлаждающее рабочее тело на выходе из системы выбрасывается.
В циркуляционных системах охлаждения по замкнутому контуру многократно проходит постоянное количество охлаждающего вещества, а тепло от него отводится охлаждающему рабочему телу проточной системы. В этом случае в охлаждении принимают участие два потока, а системы носят название двухконтурных.
В качестве циркуляционных насосов пресной и забортной воды используются центробежные насосы.
Системы охлаждения дизельных энергетических установок почти всегда двухконтурные: двигатели охлаждаются пресной водой замкнутого контура, которая, в свою очередь, охлаждается забортной водой в специальном холодильнике. В случае охлаждения двигателя проточной системой к нему будет подводиться холодная забортная вода, температура нагрева которой не должна быть выше 50 - 55°С. При этих температурах из воды могут выделяться растворенные в ней соли. В результате отложения солей затрудняется передача теплоты от двигателя воде. Кроме того, охлаждение деталей двигателя холодной водой приводит к повышенным тепловым напряжениям и снижению экономичности дизеля. Применяемые в ДЭУ замкнутые системы охлаждения позволяют иметь чистые полости охлаждения и легко поддерживать наивыгоднейшую температуру охлаждения воды, регулируя ее в соответствии с режимом работы двигателя.
Каждое машинное отделение согласно требованиям морского Регистра судоходства должно иметь не менее двух кингстонных ящиков, обеспечивающих прием забортной воды в любых условиях эксплуатации.
Приемные кингстоны забортной воды рекомендуется размещать в носовой части машинных отделений, как можно дальше от гребных винтов. Это делается для уменьшения вероятности попадания воздуха в приемные трубопроводы забортной воды при работе винта на заднем ходу.
Расчетная температура забортной воды для судов неограниченного района плавания составляет 32°С, а для ледоколов 10°С. Наибольшее количество теплоты отводится забортной водой в системе охлаждения ПТУ, которое составляет 55 - 65% всей выделенной при сгорании топлива. В этих установках теплота, в основном отводится при конденсации пара в главных конденсаторах.
Режим охлаждения дизелей определяется разностью температур пресной воды на входе в двигатель и на выходе из него. В главных малооборотных двигателях температура на входе в двигатель находится на уровне 55°С, а на выходе 60 - 70°С. В главных среднеоборотных и вспомогательных дизелях эта температура составляет 80 - 90°С. Ниже этих значений температуру не опускают из соображений увеличения термических напряжений и снижения эффективности рабочего процесса, а повышение температур охлаждения, несмотря на улучшение показателей работы дизеля, заметно усложняет сам двигатель, систему охлаждения и эксплуатацию.
Давление воды внутреннего контура охлаждения дизелей должно быть несколько выше давления забортной воды, чтобы исключить попадание забортной воды в пресную в случае течи в трубах охладителя.
На рис. 25 дана принципиальная схема даухконтурной системы охлаждения ДЭУ. Втулки рабочих цилиндров 21 и крышки 20 охлаждаются пресной водой, которая подается циркуляционным насосом 11 через водоохладитель 8. Нагретая в двигателе вода подается по трубопроводу 14 к насосу 77.
Из наиболее высокой точки этого контура отходит труба 7 к расширительной цистерне 5, сообщенной с атмосферой. Расширительная цистерна служит для пополнения водой циркуляционной системы охлаждения и отвода воздуха из нее. Кроме того, из бачка 6 в расширительную цистерну при необходимости может подводиться реактив, снижающий коррозионные свойства воды. Регулирование температуры пресной воды, поступающей к двигателю, производится автоматически термостатом 9, который перепускает большее или меньшее количество воды помимо холодильника. Температура пресной воды, выходящей из двигателя, поддерживается термостатом на уровне 60...70°С для малооборотных дизелей и 8О...9О°С для средне- и высокооборотных. Параллельно основному циркуляционному насосу пресной воды 11 подключен резервный насос 10 такого же типа.
Забортная вода принимается центробежным насосом 17 через бортовой или донный кингстоны 7, через фильтры 19, которые производят частичную очистку охладителей воды от ила, песка и грязи. Параллельно основному насосу забортной воды 77 в системе предусмотрен резервный насос 18. После насоса забортная вода подается на прокачку маслоохладителя 12, охладителя пресной воды 8.
Кроме того, часть воды по трубопроводу 16 направляется для охлаждения наддувочного воздуха двигателя, воздушных компрессоров, подшипников валопровода и на другие нужды. Если предусматривается охлаждение поршней главного дизеля пресной водой или маслом, то, кроме перечисленного, забортная вода охлаждает и теплоотводящую среду поршней.
Рис. 25.
Магистраль забортной воды у маслоохладителя 12 имеет обводной (байпасный) трубопровод 13 с термостатом 75 для поддержания определенной температуры смазочного масла перепуском забортной воды помимо холодильника.
Нагретая вода после водоохладителя 8 отводится за борт через отливной клапан 4. В случаях слишком низкой температуры забортной воды и попадания ледовой шуги в кингстоны система предусматривает повышение температуры забортной воды в приемном трубопроводе за счет рециркуляции нагретой воды по трубе 2. Количество возвращаемой в систему воды регулируется клапаном 3.
Система забортной воды
Трубопровод забортной воды обеспечивает:
прием воды электронасосами охлаждения и опреснительной установки из перемычки, куда забортная вода подается из днищевого или бортового кингстонных ящиков через фильтры;
прокачку холодильников пресной воды, и отвод воды автоматически за борт или на циркуляцию;
подачу воды на опреснительную установку.
Основные технические данные
Система охлаждения забортной водой ГД
Для приема забортной воды в систему охлаждения в МКО предусмотрены днищевой и бортовой кингстонные ящики, из которых вода через фильтры поступает в приемный ящик забортной воды. Система обслуживается двумя охлаждающими насосами RVD-450E, один из которых является резервным. Резервный насос включается автоматически при падении давления воды в системе. Насос принимает забортную воду из приемного ящика забортной воды и подает через регулятор температуры к холодильникам пресной воды.
Этот регулятор, в зависимости от температуры забортной воды на выходе из насосов, направляет воду из холодильников за борт через невозвратно-запорный клапан и на прием к охлаждающим насосам через задвижку и невозвратно-запорный клапан в кингстонный ящик или в приемную магистраль охлаждающих насосов.
К одному из главных охлаждающих насосов подведена магистраль аварийного осушения МО через клапан.
Воздушные трубы из кингстонных ящиков объединены и выведены на открытую часть ВП и заканчивается гуськом.
Для выпуска воздуха из холодильников предусмотрены трубы, которые присоединены к воздушной трубе из кингстонных ящиков.
Рисунок 20. Принципиальная схема охлаждения забортной водой СЭУ
Система пресной воды
В систему охлаждения пресной водой входят:
система пресной воды охлаждения главного двигателя;
система пресной воды охлаждения дизель-генераторов.
Система охлаждения пресной водой предназначена для:
охлаждения главного двигателя и дизель-генераторов;
прогрева неработающего главного двигателя подогревателем пресной воды;
подачи греющей воды на водоопреснительные установки;
Общее описание и основные технические данные
системы охлаждения главного двигателя пресной водой
Заполнение водой системы производится электронасосом перекачки пресной воды из цистерны запаса котельной воды через клапаны и в расширительную цистерну. Вода подается также в цистерну присадок через клапан, а из нее через клапан и кран - в расширительную цистерну.
Из расширительной цистерны через клапан производится заполнение системы водой, а также пополнение утечек во время работы системы.
Система охлаждения главного двигателя обслуживается двумя охлаждающий электронасосами пресной воды, один из которых является резервным. Резервный насос включается автоматически при падении давления воды в системе.
К главному двигателю вода поступает через регулятор температуры воды, подаваемой насосом, регулирует количество воды, проходящей через холодильники, обеспечивая необходимый температурный режим охлаждения двигателя.
Пресная вода из главного двигателя поступает в деаэрационный бак, в котором происходит отделение воздуха и паровоздушной смеси. На магистрали пресной воды после охлаждающих насосов ГД производится отбор греющей воды для опреснительных установок.
Для подогрева неработающего главного двигателя в системе предусмотрен подогреватель пресной воды, к которому подается пар из системы обогревания.
Система охлаждения дизель-генераторов пресной водой.
Заполнение водой системы производится электронасосом перекачки пресной воды из цистерны запаса котельной воды через клапаны.
Вода подается в расширительную цистерну дизель-генераторов оттуда через клапана производится заполнение системы, а также пополнение утечек во время работы системы.
Система пресной воды каждого дизель-генератора обслуживается своим центробежным насосом, навешанным на двигатель.
Подача воды в рубашки дизель-генераторов производится через холодильники пресной воды, задвижки.
Для поддержания постоянной температуры пресной воды, у выпуска охлаждающей воды из двигателей установлен термостатический клапан.
Для постановки неработающего дизель-генератора в "горячий" резерв в системе пресной воды двигателя предусмотрен электрический подогреватель.
Рисунок 21. Принципиальная схема охлаждения СЭУ пресной водой
В случае повреждения системы охлаждения пресной водой дизель-генераторы могут охлаждаться забортной водой при снятии глухих фланцев, разделяющих системы пресной и забортной воды.
Отвод паровоздушной смеси от дизель-генераторов осуществляется в расширительную цистерну дизель-генераторов.
Трубопроводы системы окрашены под цвет помещения. На трубопроводах пресной воды нанесены отличительные знаки два широких кольца зеленого цвета.
Контрольно-измерительные приборы.
Для контроля за работой системы предусмотрены манометры, местные и дистанционные термометры, сигнализаторы нижнего уровня, сигнализаторы давления и температуры.
Система сжатого воздуха
Система сжатого воздуха среднего и низкого давления обеспечивает:
Заполнение сжатым воздухом от электрокомпрессоров баллонов пускового воздуха ГД и ДГ, низкого давления заполнение баллонов аппаратов СО;
подачу сжатого воздуха из баллонов в пусковые устройства двигателей при запуске;
продувание масляных фильтров главного двигателя;
судовые нужды, пневмоинструмент и пневмоцистерны.
Система сжатого воздуха высокого давления обеспечивает:
Заполнение от электрокомпрессора баллонов от пусковых баллонов аварийного дизель-генератора и дизеля мотопомпы баллонов пневмопитания системы и баллонов спасательных шлюпок.
Системы воздухоснабжения и газовыпуска
Все грузовые и отстойные танки оборудованы газоотводной системой, автономной для каждого, танка и предназначенной для обеспечения газообмена между грузовым танком и атмосферой.
Каждый грузовой и отстойный танк оборудован высокоскоростным газовыпускным устройством и вакуумным клапаном с пламяпрерываюшей сеткой. Выпуск газа из танков через высокоскоростное газовыпускное устройство осуществляется со скоростью не менее 30 м/с.
Рисунок 22. Принципиальная схема системы сжатого воздуха СЭУ
Площадь сечения труб автономной газоотводной системы обеспечивает удаление газов из одного танка при грузовых операциях с производительностью не более 1100м3/ч.
Система газовыхлопа главного и вспомогательных двигателей
Система газовыхлопа обеспечивает отвод выхлопных газов от главного двигателя через утилизационный котел, вспомогательных дизель-генераторов, аварийного дизель-генератора и дизеля мотопомпы через глушители в атмосферу. Утилизационный котел и все глушители оборудованы искроулавливателями.
Рисунок 23. Принципиальная схема газовыпускной системы СЭУ
Выхлопные трубы изолированы и обшиты металлическим кожухом.
В системе газовыхлопа предусмотрен постоянный дренаж гудрона и аварийный слив воды от утилизационного котла.
Система охлаждения
предназначена для отвода тепла от деталей двигателя, подверженных нагреву горячими газами и для поддержания допустимых температур, определяемых жаропрочностью материалов, термостабильностью масла и оптимальными условиями протекания рабочего процесса. В зависимости от конструкции ДВС количество тепла, отводимого в охлаждающую жидкость, составляет 15—35 % тепла, выделяемого при сгорании топлива в цилиндрах.
В качестве охлаждающей жидкости используется пресная и забортная вода, масло и дизельное топливо.
Для судовых ДВС используются проточная и замкнутая системы охлаждения. При проточной системе
охлаждение двигателя осуществляется забортной водой, прокачиваемой насосом. Система забортной воды включает следующие основные элементы: кингстонные ящики с кингстонами, фильтры, насосы, трубопроводы, арматуру и приборы управления, сигнализации и контроля. Согласно Правилам Регистра СССР система должна иметь один днищевой и один—два бортовых кингстона. Система забортной воды может иметь два насоса, один из которых является резервным одновременно для пресной и забортной воды. Аварийное охлаждение двигателей может обеспечиваться от насосов холодильной установки или пожарной системы судна.
Проточная система охлаждения проста по конструкции, требует небольшого количества насосов, но двигатель охлаждается относительно холодной забортной водой (не более 50—55 С). Выше температуру поддерживать нельзя, так как уже при 45 С начинается интенсивное отложение солей на поверхности охлаждения. Кроме того, все полости системы, в которых протекает охлаждающая забортная вода, сильно загрязняются шламом. Отложения солей и шлама значительно ухудшают теплопередачу и нарушают нормальное охлаждение двигателя. Омываемые поверхности подвергаются значительной коррозии.
Современные судовые ДВС имеют, как правило, замкнутую (двухконтурную) систему
охлаждения, при которой в двигателе циркулирует пресная забортная вода, охлаждаемая в специальных водяных холодильниках. Водяные холодильники прокачиваются забортной водой.
Одним из основных преимуществ этой системы является возможность поддержания охлаждаемых полостей в более чистом состоянии, так как система заполнена пресной или специально очищенной водой. Это в свою очередь позволяет легко поддерживать наивыгоднейшую температуру охлаждающей воды в зависимости от режима работы двигателя. Температура пресной воды, выходящей из двигателя, поддерживается следующая: для тихоходных ДВС 65—70 С, для быстроходных — 80—90 С. Замкнутая система охлаждения является более сложной, чем проточная и требует повышенного расхода энергии на работу насосов.
Для защиты поверхностей втулок и блоков со стороны охлаждения от коррозионно-кавитационного разрушения и образования накипи применяют антикоррозионные эмульсионные масла ВНИИНП—117/119, «Шелл Дромус ойл В» и другие. Эти масла имеют практически одинаковые физико-химические свойства и методику применения. Они нетоксичны и хранятся в металлической таре при температуре не ниже минус 30 С.
Антикоррозионные масла образуют с пресной водой стойкую непрозрачную эмульсию молочного цвета. Стойкость эмульсии зависит и от жесткости воды. Тонкая пленка антикоррозионного масла, покрывая поверхность охлаждения ДВС, предохраняет ее от коррозии, кавитационного разрушения и отложения накипи. Для сохранения этой пленки на поверхности охлаждения двигателя необходимо постоянно поддерживать рабочую концентрацию масла в охлаждающей воде около 0,5 % и применять воду определенного качества.
Антикоррозионные эмульсионные масла широко применяются в системах охлаждения ДВС, применяемых на промысловых судах. Методы обработки охлаждающей пресной воды приводятся в инструкциях по эксплуатации двигателей.
В системах охлаждения используются центробежные насосы с электроприводом. Иногда встречаются поршневые насосы, которые приводятся в действие от самого ДВС. Насосы охлаждения создают давление 0,1—0,3 МПа. Охлаждение современных среднеоборотных ДВС осуществляется в основном при помощи навешенных центробежных насосов забортной и пресной воды.
Принципиальная схема замкнутой системы охлаждения двигателя приведена на рисунке:
Замкнутый внутренний контур служит для охлаждения двигателя, а проточный внешний — для охлаждения холодильников пресной воды и масла.
Циркуляция воды по замкнутому контуру осуществляется при помощи центробежного насоса 8
, подающего воду в нагнетательный трубопровод 10
, из которого по отдельным патрубкам она подводится к нижней части блока двигателя для охлаждения каждого цилиндра. Из верхней части блока по переливным патрубкам вода поступает в крышки цилиндров, а из них по отводящему трубопроводу направляется в водяной холодильник 4
и далее во всасывающий трубопровод насоса 8
. В системе охлаждения ДВС имеется терморегулятор 3
с термобаллоном 2
, который автоматически поддерживает необходимую температуру воды за счет перепуска части ее мимо водяного холодильника 4
. Первоначальное заполнение водой внутреннего контура производится через расширительный бак 1
. Туда же направляется паровоздушная смесь из отводящего трубопровода двигателя.
Подача воды во внешний контур осуществляется автономным центробежным электронасосом 7
, который забирает воду из кингстона через спаренный сетчатый фильтр 9
с запорными клапанами и подает ее последовательно к масляному 5
и водяному 4
холодильникам. Из водяного холодильника вода сливается за борт. Перед масляным холодильником установлен терморегулятор 6
, который в зависимости от температуры масла регулирует количество воды, проходящее через холодильник.Температура и давление воды в системе охлаждения контролируется приборами местного и дистанционного контроля и системой аварийно-предупредительной сигнализации.
