主机冷却水温差异原因分析及相应措施Word格式.docx

主机冷却水温差异原因分析及相应措施Word格式.docx

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在船上我们一般设有高位和低位两种海底阀，就设在船的两边。

在空载水线下差不多300mm的地方，高位海底阀就设立在那边。

低位海水阀就设立在船的底部。

通常靠岸的地方水下的泥沙还有一些垃圾比较多，这时用高位海底阀。

在海上上面航行是风浪比较大，使用低位海水阀这样不会出现空吸。

靠岸时，一般都是不用靠岸那边的海底阀的，那样才不容易造成堵塞。

船上通常都设有两台海水泵，有一台是作为备用的。

但是有些船会把它当成是淡水泵来用。

1.3中央淡水冷却系统

中央冷却系统是近70年代出现的一种新的冷却系统。

我们可以根据它工作时使用的不一样的温度把它看成是由高温淡水（80~85℃）回路和低温淡水（30~40℃）回路组成。

高温淡水是用来冷却主机，低温淡水却是用来冷却高温淡水和其他一些冷却器。

等冷却完各个冷却器后，低温淡水再进入开式海水系统，由开式海水系统来对它进行冷却。

这样可以让它得到一个循环，确保只要用一个冷却器就行。

1.3.1高温淡水回路（缸套冷却水回路）

高温淡水系统也可以说是缸套水冷却系统，为了让燃烧室的一些零件温度不会过高或过低，可以用缸套冷却水系统来冷却它，这样也可以保证主机各设备能正常工作。

冷却水从主机出来我们能通过出口处的温度调节阀进行调节让它的温度维持在70℃左右。

接下来进入除气柜用来去掉水里含有的空气，然后就进入造水机。

进行淡水的制造，就是利用高温蒸发海水获得淡水，这样又能让废热循环使用，提高了它的利用率。

再下去是出来的高温淡水进入缸套冷却器用低温淡水来冷却它，把它的温度降低到可以进入主机的进口温度时，最后进入主机，对主机燃烧室进行冷却，然后就是一直这样循环下去。

缸套冷却水回路主要是由主机缸套、高温淡水系统三通阀和造水机这几个部分组成的。

（1）主机缸套冷却

冷却水进入主机的缸套、气缸盖、还有排气阀并对其进行冷却，我们把这叫主机的缸套冷却。

首先，淡水会从缸套的中央进入缸套，然后对缸套进行冷却，再从下往上进入气缸盖，来冷却气缸盖，再来从气缸盖内的冷却水运行路线进入排气阀，对排气阀这边的温度较高的零件冷却，等冷却的淡水出了主机，就会进去除气柜。

（2）高温淡水系统三通阀

要想掌控冷却的淡水进入主机时的温度，我们可以通过调控高温淡水系统三通阀来，控制它进入缸套冷却器的淡水的流量。

如果进入主机时冷却水的温度比较高，那么就要增加进入缸套冷却器的淡水量；

相反的，要是进入的温度比较低，就要降低进入里面的淡水量。

（3）造水机

造水机的原理是高温加热海水，从而获得水蒸气。

主要是高温淡水进入造水机对海水进行加热蒸发，获得的水蒸气是不含盐分，也就是我们说的蒸馏水。

这些被蒸发的水汽会在上方经过过滤然后进入热交换器，通过海水来对它冷却就可以得到淡水。

这些淡水会被水泵泵到淡水的储水柜，剩下的那些海水则就被排到污水柜。

（4）造水机系统旁通阀

高温淡水的质量好坏是会影响其进去冷却器的温度的，我们可以通过调控旁通阀来控制。

扩大旁通阀打开的角度，那么流到造水机的高温淡水的水量会降低，缩减旁通阀的角度，就会相应的变多。

1.3.2低温淡水回路

低温淡水进入中央冷却器是由中央淡水泵泵送进去的。

在中央冷却器中用海水来冷却低温淡水，让它的温度下降下来。

再下来用三通阀调节水温，让它达到所要求的温度，就是把温度降低下来低温淡水和没有处理过低温淡水进行混合调节。

再来呢低温淡水就通过它专用的管道进入到各种需要交换热量的装置对滑油、缸套冷却水或者是空气等冷却，出来后在经过热交换的装备，出来后进入中央冷却器。

最后就是这样重复循环。

低温淡水回路是由低温淡水冷却器、主机滑油冷却器、主机高温淡水冷却器，主机空气冷却器、空压机、中间轴承和冷藏装置等这些设备组成的。

（1）主机滑油冷却器

主机滑油冷却器的功能是用来冷却主机滑油。

在主机中，滑油润滑各个工作部件中会吸收热能，从而温度升高，这个时候就要对滑油进行冷却，才可以保证主机的正常工作。

当低温淡水进入滑油冷却器中就可以对滑油进行冷却。

主机滑油冷却器跟中央冷却器的工作原理是一样的都是用温度高的与温度低的进行热交换，从而达到冷却的作用，不一样的是它们内部的结构和数据。

某些大学的实习船使用的主机滑油冷却器的型号为:

BR0.67-0.8-71-N

主要换热计算系数如表2.2所示。

（2）高温淡水冷却器

高温淡水冷却器的主要功能是当低温淡水进入到主机缸套冷却器时，会从高温淡水那边吸收热量，也就是对高温淡水冷却高温淡水冷却器跟主机滑油冷却器的工作原理是一样的，都是用温度高的与温度低的进行热交换，从而达到冷却的作用。

不一样的是它们内部的结构和数据。

（3）低温淡水冷却器

低温淡水冷却器是版式热交换器中的一种。

它有很多好的特点，比如传导热的能力很好，很节约能源，卸掉零件和按上都很容易操作，装置里的面的零件能很好地衔接在一起，经济性好等这些方面。

这些都很好的运用于化工、石油、冶金、电力、造纸、船舶、机电、集中供、余热利用、核工业、食品饮料、医药、纺织等工业领域。

板式热交换器一般有用来进行热能交换的板，还有一个外围的框架，再加上用来固定的螺栓等。

而且为了不让不同的密封液融在一起两个相近的板上都安装有密封圈。

冷却水和还没冷却液会从板的两面上的凹槽流过，两个压力板会把它们中间的好几个热交换板给挤压在一起，板板间会形成一些空间，两板是通过两边的连接孔连在一起由密封圈分隔开。

冷却水流进热交换板中，被冷却液则是从另一面的相对的方向流进来，这样就能很好的进行冷却。

这种交换器中，如果是水跟水的导热的话，那么它的系数能到7000YV/（m2·

K），每立方米体积的传热面积可达40-150m2，卸下零件和安装都比较方便，也便于清洗，所以多用于容易结垢的液体的热交换。

板跟板间的空间是并在一起的，所以可以通过加减板数来调整冷却的程度大小。

低温淡水冷却器里通常是用海水来冷却淡水。

这中冷却器也是少有的有海水流进的冷却器。

某些大学的实习船使用的低温淡水冷却器的型号为:

BR0.67-0.6-160-N

主要换热计算系数如表2.1所示。

（4）主机空气冷却器

主机空气冷却器属于肋管式换热器。

跟上面板式换热器是不一样，为了让它的热传导的阻力降低而让导热能力变强，通常会在管的外面添加辅助的垫片。

空气冷却器的功能是对加压以后的新鲜空气进行降温，一般进入空气冷却器的空气温度是55℃左右，排出口处的温度是35℃左右。

当冷却水进入空气冷却器中就吸收管外空气所散发出来的热量，从而对空气进行冷却。

（5）其他冷却设备

除上面说到的几种设备是用低温淡水冷却的，我们另外的还有尾轴管滑油冷却器、空压机、冰机冷凝器和空调冷凝器等淡水冷却设备都是用同样的方法冷却。

3.船舶主机冷却水温度控制系统故障及分析

3.1主机冷却水温异常的原因分析

冷却水温度偏高，冷凝效果不良。

冷水机组要求的冷却水额定工况在30~35℃，水温高，散热不良，必然导致冷凝压力高，这种现象往往发生在高温季节。

造成水温高的原因可能是：

冷却塔故障，如风机未开甚至反转，布水器不转，表现为冷却水温度很高，而且快速升高；

外界气温高，水路短，可循环的水量少，这种情况冷却水温度一般维持在较高的水平，可以采取增滘储水池的办法予以解决。

3.1.1高温的原因

温度表或传感器故障、冷却水水量不足、冷却水系统有空气、中冷器堵塞、温控阀故障、主机长期高负荷运行、冷却水泵故障、缸套水加热器运行。

案例一

厦门的一家工厂所造的22,000DWT集装箱船是采用MANB&

W7G80ME-C9.2型号的主机，在第一次测试航行时，当主机运转由94%负荷提高到100%负荷时，我们能观察到主机高温淡水温度出现异常，进入主机的高温淡水温度72℃，出去时的高温淡水温度在95~96℃之间徘徊，不符合主机厂家要的规定值99℃，也就是说高温淡水冷却装置后温差不足。

这说明这个时候主机在全负荷运转时没有得到足够的冷却，主机缸套水高温报警，为了免除更加严重后果，主机应该减速运行。

然后检查出原因，是因为主机在较高的负荷运行下，负荷突然发生变化，高温淡水三通阀失去了对冷却水温度的控制，主机缸套没有按规定进行冷却，主机缸套冷却水出口处温度过高造成。

原因分析

主机缸套冷却器一般设有两个感应温度的传感器，在冷却器的入口处设一个，在出去口也设一个，这样就很容易的从传感器中读出冷却水在进去和出来时的温度和压力等各种数据。

现在在高温淡水进入缸套要对它进行冷却时，可以调节三通阀打开的角度的大小，来增大或降低高温淡水的流量，这样能控制冷却水和待冷却的水的比值，就能控制好冷却水温度。

某条船使用的就是温控三通阀，经由在冷却水排出口出的感应温度的元件，可以将它所感应到的水的温度数值通过分压器处理，把它转化为一个以电压形式存在的信号。

电位器处理后的信号跟这个分压器处理后的电压信号相互比较，能算出两个信号的偏差值，然后经PD\P工\P}传导出去，这个信号会被脉冲宽度调制器所接收，这个调制器会把原本连续信号转变成断断续续的脉冲信号，通过这个脉冲信号就能指挥相应的设备（如温控的三通阀）运行工作。

本船温控三通阀均采用PID控制方法。

（1）高温淡水回路中温控三通阀是在有淡水的情况下才能正常工作，工作压力6bar，规定正常温度为90℃，温度传感器的型号为PT-100。

（2）本船三通阀的感应温度的元件是设在缸套冷却水系统的排出口处。

这个时候排出口的温度我们要控制在给定值或规定值左右。

它的整个流程是：

在刚开始时的排出口温度为给定值，在工作中机械的负荷会持续增大，导致气缸内的温度跟着升高，排出水温度也就跟着升高，所以前后的温度差值会变大，调节器也应该加大工作，这些都要反应给能改变它们的设备即三通阀，这时就要加大其打开角度使冷却水量变多，旁通水量就变小，入口处的温度也随之变小。

很明显，这次冷却水温异常的原因是PID三通阀没有及时的进行调节，反应不灵敏所造成的冷却不能及时的进行冷却导致的。

3.1.2低温

压力表或传感器故障、冷却水水量不足、冷却水管线泄漏、中冷器堵塞、冷却水泵故障。

4相应维护及措施

4.1案例一的故障解决措施

在对PID三通阀不能及时的调节导致冷却水温度过高原因的分析后，如今有下面两种方法对其改进。

（1）对PID三通阀控制系统各个系数有效的调动（如图1所示）没有调动之前：

比例系数为10，积分50，微分0；

调动后：

比例系数为6，积分60，微分15；

处理了精准度还有调过多等问题。

图1对PID三通阀控制系统比例增益、微分系数、积分系数的调整

（2）为了降低迟滞，我们可以把三通阀放在离冷却水的排出口较近的地方，这样就能是管路短一点。

如果有根据上面的方法进行调整，那么再做机械负荷实验，冷却水温度就会正常，不会再出现案例中所出现的水温过高的现象。

4.2相应的维护

要让冷却系统工作正常，我们可以通过调整以下几点工作参数来完成。

（1）要调整淡水泵的出口压力，使其处在能正常运行。

（2）要调整淡水温度，使其处在厂家规定的额定范围内。

（3）要让它正常的传热，应保证出口温度不会高于45~50℃，也可以避免盐度过高，析出盐分。

（4）在工作中，我们可以通过调节旁通阀来控制海水量（或淡水量），从而也就是控制海水温度（或淡水温度）。

（5）根据每个缸的冷却水运行情况，可以调整各个缸的出口阀，来控制进出水量的多少。

（6）如果我们调节冷却水的压力，但压力却没有改变的话，那可以是因为漏气造成的，这时候我们就应该检查出原因并解决。

我们也要按规定进行定期的检查，看膨胀水箱的水位和淡水循环柜的水位是不是处在正常的水位上，如果不是应尽快检查出原因，解决问题。

参考文献

[1]陈逸明，《船舶主机冷却水温度控制系统的故障分析及设计改进》.《中国水运》.2015,7.

[2]许正福,《轮机动力装置系统实验冷却水系统设计研究》.

[3]许晓彦,《船舶主机冷却水系统的建模与节能型控制研究》.

[4]马量,《船舶主机冷却水系统的建模与仿真》.

[5]黄少竹,《船舶柴油机》.《大连海事大学出版社》.