Instalacja chłodzenia silnika – temat nr 13 (1)
A/
Istota chłodzenia i zadanie czynnika chłodzącego.
B/
Instalacja chłodzenia tłoków.
C/
Parametry czynników chłodzących.
D/
Instalacja chłodzenia wtryskiwaczy.
Ad.A)
Chłodzenie silnika wynika z potrzeby ( powoduje straty 25-30% energii doprowadzonej w paliwie):
•
utrzymania temperatury elementów tworzących komorę spalania a wiec: głowicy, tłoka, tulei
cylindrowej na poziomie gwarantującym ich poprawne działanie, niezawodność i trwałość,
•
korpusy i gniazda zaworów (siedziska), korpusy turbodoładowarek, wtryskiwacze
•
chłodzenie łożysk i prowadnic wodzika nagrzewających się z w wyniku tarcia.
•
chłodzenie powietrza doładowującego.
Czynnikiem chłodzącym jest:
•
woda słodka – chłodzenie cylindrów, powietrza i tłoków,
•
olej – chłodzenie tłoków i łozysk (korbowych, ramowych, oporowych, wodzikowych, wałów i
przekładni, łozysk linii wałów, końcówek wtryskiwaczy),
•
olej napędowy – w ograniczonym stopniu do chłodzenia końcówek wtryskiwaczy,
•
woda morska – chłodzenie powietrza, obiegi chłodnic wody słodkiej – strona wody morskiej.
Celem chłodzenia jest:
•
utrzymanie stałych dopuszczalnych wartości (niezależnie od obciazenia),
•
wyrównanie temperatur w różnych punktach chłodzenia.
Czynniki ograniczające maksymalna temperaturę elementów chłodzonych są:
•
spadek wytrzymałosci materiałów,
•
wzrost naprężeń cieplnych,
•
rozszerzalność materiałów i wynikający stąd zanik luzów,
Zespół urządzeń służących do chłodzenia silnika, powiązany funkcjonalnie siecią rurociągów wraz z
przynależną siecią rurociągów i armatura nazywa się instalacją chłodzenia siłowni okrętowej.
Dobrze działająca instalacja zapewnia stałość parametrów chłodzących, niezależnie od chwilowych lub
okresowych zmian obciążeń.
Funkcją pomocnicza instalacji chłodzacej jest:
•
podgrzewanie silnika przed rozruchem (para wodna lub woda chodząca pobierana z innego pracującego
silnika – starsze rozwiazania siłowni),
•
utrzymywanie zadanej temperatury podczas postoju w porcie,
Woda słodka, używana do chłodzenia współczesnych silników musi odpowiadać odpowiednim wymogom
jakościowym:
•
nie może powodować powstawania osadów kamienia kotłowego i szlamów,
•
powodować korozji na omywanych powierzchniach,
•
zawierać odpowiedniej jakości inhibitory korozji.
W zależności od zadań, jakie spełnia instalacja (obiegi) chłodzenia, instalacje dzielimy na:
1.
tulei cylindrowych i głowic,
2.
tłoków,
3.
wtryskiwaczy,
4.
turbosprężarek,
5.
powietrza ładującego.
Systemy chłodzenia:
•
chłodzenie bezpośrednie,
•
chłodzenie pośrednie.
Uproszczony schemat instalacji chłodzenia tulei, głowic i turbin – rys.11.6.
Ad.B).
Instalacje chłodzenia tłoków – wpływ intensyfikacji chłodzenia na budowę konstrukcyjną
podzespołów.
Ze względów wytrzymałościowych i wypalania materiału denek wszystkie tłoki współczesnych silników
okrętowych o średnicy powyżej 250-300 mm są prawie zawsze chłodzone.
Celem chłodzenia jest ograniczenie temperatury denek do wartości gwarantującej wytrzymałość materiału.
Tłoki nie chłodzone przekazują ciepło wodzie chłodzacej obiegu chłodzenia tulei, głowic przez pierścienie
tłokowe, płaszcz tłoka i tuleję cylindrową.
Tłoki chłodzone cześć tego ciepła oddają bezpośrednio czynnikowi chłodzącemu.
Efektywność chłodzenia powinna wynikać z zamierzonego celu.
Zbyt intensywne chłodzenie może powodować:
•
nadmierne duże różnice temperatur i dodatkowe naprężenia w ściankach tłoka,
•
dodatkowe straty ciepła, a w rezultacie spadek sprawności efektywnej i wzrost jednostkowego zużycia
paliwa,
•
obniżenie temperatury denka poniżej temperatury punktu rosy spalin, zwłaszcza przy obciążeniach
częściowych.
Czynniki chłodzące tłok:
•
olej smarowy – używany do chłodzenia tłoków silników wodzikowych i bezwodzikowych(rys.11.14)
Zaletą jest prostota rozwiazania układu doprowadzenia oleju do przestrzeni chłodzącej.
Wadą jest tworzenie się osadów, przyspieszenie się starzenia oleju obiegowego i mały skutek
chłodzenia 3,5- 4 razy mniejszy niż wody.
•
woda słodka
Zalety: duży skutek chłodzenia, brak osadów w przestrzeniach wodnych tłoka umożliwia znaczne
obniżenie temperatury tłoków, zapobiegając wypalaniu się denek i wpływa na zmniejszenie temperatury
górnych partii tulei cylindrowej. Obniża koszty inwestycyjne – zmniejszenie wymiarów pomp o
chłodnic w stosunku do pomp olejowych i chłodnic oleju oraz umożliwia zastąpienie pomp olejowych
(drogich i skomplikowanych) pompami odśrodkowymi.
Wada – możliwość awaryjnego zanieczyszczenia oleju obiegowego wodą oraz erozja chłodzonej
powierzchni tłoka spowodowana uderzeniami strugi wody.
Sposoby chłodzenia – chłodzenie natryskowe (rys.11.15) i przepływowe ( rys.11.16)
Sposoby doprowadzania czynnika chłodzącego do tłoków:
•
kanałami w wale korbowym i korbowodzie- rys.11.23 a,b, ciśnienie oleju 0,4 – 0,6 MPa,
•
rurami teleskopowymi – rys.11.17; 11,18;1 1.19 – doprowadza się zarówno olej jak i wodę chłodzącą,
•
układem rur połączonych przegubowo- rys.11.22 – olej chłodzący z instalacji smarowania łozysk.
Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych – rys.11.23; 11.24; 11.25; 11.26; 11.27;
Instalacja chłodzenia tłoków:
•
instalacja olejowa – olej z instalacji smarowania silnika doprowadzany przegubami lub teleskopami
oraz przez łożyska układu korbowo-tłokowego, cisnienie 0,35 – 0,5 MPa.
•
instalacja wodna – rys.11.28; 11,29:
–
obieg niezależny od obiegu chłodzenia tulei cylindrowych i głowic,
–
wspólny z tymi obiegami.
Ad.C/ Parametry czynników chłodzących – tabela 12.2 (wykaz parametrów kontrolnych).
Ad.D/ Instalacje chłodzenia wtryskiwaczy.
Wtryskiwacze silników okrętowych zasilane paliwem ciężkim wymagają chłodzenia ze względu na duże
obciążenie cieplne.
Do chłodzenia wtryskiwaczy stosuje się: olej smarowy, olej napędowy lub wodę słodką.
W najnowszych rozwiązaniach eliminuje się oddzielne obiegi chłodzenia wtryskiwacza – rys.9.60 ( wtryskiwacz
chłodzony przepływającym przez niego paliwem podgrzanym do temperatury wtrysku).
Instalacje chłodzenia wtryskiwaczy:
•
olej smarowy – olej z obiegu smarowego silnika, stosowany w silnikach małych mocy i silnikach
zespołów prądotwórczych.
•
paliwo – stosowane w silnikach średniej i dużej mocy- rys.11.33,
•
woda słodka – silniki dużej mocy – rys.11.34.