Что такое ? Чиллер – это холодильный агрегат, применяемый для охлаждения и нагревания жидких теплоносителей в центральных системах кондиционирования, в качестве которых могут выступать приточные установки или фанкойлы. В основном чиллер для охлаждения воды используют на производстве - охлаждают различное оборудование. У воды лучше характеристики по сравнению со смесью гликоля, поэтому работа на воде более эффективна.

Широкий диапазон мощности дает возможность использовать чиллер для охлаждения в помещениях различных размеров: от квартир и частных домов до офисов и гипермаркетов. Кроме того, он применяется в пищевой промышленности для и напитков, в спортивно-оздоровительной сфере – для охлаждения катков и ледовых площадок, в фармацевтике – для охлаждения медикаментов.

Существуют следующие основные типы чиллеров:

• моноблок, воздушный конденсатор, гидромодуль и компрессор находятся в одном корпусе;
• чиллер с выносным конденсатором на улицу (холодильный модуль располагается в помещении, а конденсатор выносится на улицу);
• чиллер с водяным конденсатором (используют когда нужны минимальные размеры холодильного модуля в помещении и нет возможности использовать выносной конденсатор);
• тепловой насос, с возможностью нагрева или охлаждения теплоносителя.

Принцип работы чиллера

Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, кондиционеров, холодильных установок, является второе начало термодинамики. Охлаждающий газ (фреон) в холодильных установках совершает так называемый обратный цикл Ренкина - разновидность обратного цикла Карно . При этом основная передача тепла основана не на сжатии или расширении цикла Карно, а на фазовых переходах - и конденсации.

Промышленный чиллер состоит из трех основных элементов: компрессора, конденсатора и испарителя. Основная задача испарителя – это отвод тепла от охлаждаемого объекта. С этой целью через него пропускаются вода и хладагент. Закипая, хладагент отбирает энергию у жидкости. В результате этого вода или любой другой теплоноситель охлаждаются, а холодильный агент – нагревается и переходит в газообразное состояние. После этого газообразный холодильный агент попадает в компрессор, где воздействует на обмотки электродвигателя компрессора, способствуя их охлаждению. Там же горячий пар сжимается, вновь нагреваясь до температуры в 80-90 ºС. Здесь же он смешивается с маслом от компрессора.

В нагретом состоянии фреон поступает в конденсатор, где разогретый холодильный агент охлаждается потоком холодного воздуха. Затем наступает завершающий цикл работы: хладагент из теплообменника попадает в переохладитель, где его температура снижается, в результате чего фреон переходит в жидкое состояние и подается в фильтр-осушитель. Там он избавляется от влаги. Следующим пунктом на пути движения хладагента является терморасширительный вентиль, в котором давление фреона понижается. После выхода из терморасширителя холодильный агенент представляет собой пар низкого давления в сочетании с жидкостью. Эта смесь подается в испаритель, где хладагент вновь закипает, превращаясь в пар и перегреваясь. Перегретый пар покидает испаритель, что является началом нового цикла.

Схема работы промышленного чиллера

# 1 Компрессор (Compressor)
Компрессор имеет две функции в холодильном цикле. Он сжимает и перемещает пары хладогента в чиллере. При сжатии паров происходит повышение давления и температуры. Далее сжатый газ поступает в где он охлаждается и превращается в жидкость, затем жидкость поступает в испаритель (при этом её давление и температура снижается), где она кипит, переходит в состояние газа, тем самым забирая тепло от воды или жидкости, которая проходит через испаритель чиллера. После этого пары хладагента поступают снова в компрессор для повторения цикла.

# 2 Конденсатор воздушного охлаждения (Air-Cooled Condenser)
Конденсатор с воздушным охлаждением представляет собой теплообменник, где тепло, поглощаемое хладагентом, выделяется в окружающее пространство. В конденсатор обычно поступает сжатый газ - фреон, который охлаждаются до и, конденсируясь, переходит в жидкую фазу. Центробежный или осевой вентилятор подают поток воздуха через конденсатор.

# 3 Реле высокого давления (High Pressure Limit)
Защищает систему от избыточного давления в контуре хладагента.

# 4 Манометр высокого давления (High Pressure Pressure Gauge)
Обеспечивает визуальную индикацию давления конденсации хладагента.

# 5 Жидкостной ресивер (Liquid Receiver)
Используется для хранения фреона в системе.

# 6 Фильтр-осушитель (Filter Drier)
Фильтр удаляет влагу, грязь, и другие инородные материалы из хладагента, который повредит холодильной системе и снизить эффективность.

# 7 Соленоиндный вентиль (Liquid Line Solenoid)
Соленоидный клапан - это просто электрически управляемый запорный кран. Он управляет потоком хладагента, который закрывается при остановке компрессора. Это предотвращает попадание жидккого хладагента в испаритель, что может вызвать гидроудар. Гидроудар может привести к серьезному повреждению компрессора. Клапан открывается, когда компрессор включен.

# 8 Смотровое стекло (Refrigerant Sight Glass)
Смотровое стекло помогает наблюдать поток жидкого хладагента. Пузырьки в потоке жидкости свидетельствуют о нехватке хладагента. Индикатор влажности обеспечивает предупреждение в том случае, если влага поступает в систему, указывая, что требуется техническое обслуживание. Зеленый индикатор не сигнализирует никакого содержания влаги. А желтые сигналы индикатора, что система загрязнена с влагой и требует технического обслуживания.

# 9 Терморегулирующий вентиль (Expansion Valve)
Терморегулирующий вентиль или ТРВ - это регулятор, положение регулирующего органа (иглы) которого обусловлено температурой в испарителе и задача которого заключается в регулировании количества хладагента, подаваемого в испаритель, в зависимости от перегрева паров хладагента на выходе из испарителя. Следовательно, в каждый момент времени он должен подавать в испаритель только такое количество хладагента, которое, с учетом текущих условий работы, может полностью испариться.

# 10 Горячий Перепускной клапан газа (Hot Gas Bypass Valve)
Hot Gas Bypass Valve (регуляторы производительности) используются для приведения производительности компрессора к фактической нагрузке на испаритель (устанавливаются в байпасную линию между сторонами низкого и высокого давления системы охлаждения). Перепускной клапан горячего газа (не входит в стандартную комплектацию чиллеров) предотвращает короткое циклирование компрессора путем модуляции мощности компрессора. При активации, клапан открывается и перепускает горячий газ холодильного агента с нагнетания в жидкостной поток хладагента, поступающего в испаритель. Это уменьшает эффективную пропускную способность системы.
# 11 Испаритель (Evaporator)
Испаритель это устройство, в котором жидкий хладагент кипит, поглощая тепло при испарении, у проходящего через него охлаждающей жидкости.

# 12 Манометр низкого давления фреона (Low Pressure Refrigerant Gauge)
Обеспечивает визуальную индикацию давления испарения хладагента.

# 13 Предельное Низкое давление хладагента (Low Refrigerant Pressure Limit)
Защищает систему от низкого давления в контуре хладагента, чтобы вода не замерзла в испарителе.

# 14 Насос охлаждающей жидкости (Coolant Pump)
Насос для циркуляции воды по охлаждаемому контуру

# 15 Ограничение температуры замерзания (Freezestat Limit)
Предотвращает замерзание жидкости в испарителе

# 16 Датчик температуры
Датчик, который показывает температуру воды в охлаждающем контуре

# 17 Хладагент манометр (Coolant Pressure Gauge)
Обеспечивает визуальную индикацию давления теплоносителя, подаваемого на оборудование.

# 18 Автоматический долив (Water Make-Up Solenoid)
Включается когда вода в емкости снижается ниже допустимого предела. Соленоидный клапан открывается и происходит долив в емкость от водопровода до нужного уровня. Далее клапан закрывается.

# 19 Резервуар Уровень поплавковый выключатель (Reservoir Level Float Switch)
Поплавковый выключатель. Открывается когда уровень воды в емкости снижается.

# 20 Датчик температуры 2 (From Process Sensor Probe)
Датчик температуры, который показывает температуру нагретой воды, которая возвращается от оборудования.

# 21 Реле протока (Evaporator Flow Switch)
Защищает испаритель от замерзания в нем воды (когда слишком низкий проток воды). Защищает насос от сухого хода. Сигнализирует отсутствие потока воды в чиллере.

# 22 Емкость (Reservoir)
Для избежания частых пусков компрессоров используют емкость увеличенного объема.

Чиллер с водяным охлаждением конденсатора отличается от воздушного - типом теплообменника (вместо трубчато-ребристого теплообменника с вентилятором используется кожухотрубный или пластинчатый, который охлаждается водой). Водяное охлаждение конденсатора осуществляется оборотной водой из сухого охладителя ( , драйкулера) или градирни. В целях экономии воды предпочтительным является вариант с установкой сухой градирни с водяным замкнутым контуром. Основные преимущества чиллера с водяным конденсатором: компактность; возможность внутреннего размещения в маленьком помещении.

Вопросы и ответы

Вопрос:

Можно ли чиллером охлаждать жидкость на проток более, чем на 5 градусов?

Чиллер можно использовать в замкнутой системе и поддерживать заданную температуру воды, например, 10 градусов, даже если возврат будет с температурой 40 градусов.

Есть чиллеры, которые охлаждают воду на проток. Это в основном используется для охдаждения и газирования напитков, лимонадов.

Что лучше чиллер или драйкулер?

Температура при использовании драйкулера зависит от температуры окружающей среды. Если, например, на улице будет +30, то хладоноситель будет с температурой +35…+40С. Драйкулер используют в основном в холодное время года для экономии электроэнергии. Чиллером можно получать заданную температуру в любое время года. Можно изготовить низкотемпературный чиллеры для получения температуры жидкости с отрицательной температурой до минус 70 С (хладоносителем при такой температуре является в основном спирт).

Какой чиллер лучше - с водяным или воздушным конденсатором?

Чиллер с водяным охлаждением имеет компактные размеры, поэтому могут размещаться в помещении и не выделяют тепло. Но для охлаждения конденсатора требуется холодная вода.

Чиллер с водяным конденсатором имеет более низкую стоимость, но может дополнительно потребоваться сухая градирня, если нет источника воды - водопровод или скважина.

В чем отличие чиллеров с тепловым насосом и без него?

Чиллер с тепловым насосом может работать на обогрев, т.е не только охлаждать хладоноситель, но и нагревать его. Необходимо учитывать, что с понижением температуры нагрев ухудшается. Наиболее эффективен нагрев когда температура опускается не ниже минус 5.

На какое расстояние можно выносить воздушный конденсатор?

Обычно конденсатор можно вынести на расстояние до 15 метров. При установке системы отделения масла выснок конденсатора возможен до 50 метров, при условии правильного подбора диаметра медных магистралей между чиллером и выносным конденсатором.

До какой минимальной температуре работает чиллер?

При установке системы зимнего пуска работа чиллера возможно до окружающей температуры минус 30…-40. А при установке вентиляторов арктического исполнения - до минус 55.

Виды и типы схем установок охлаждения жидкости (чиллеры)

Применяется в случае, если перепад температур ∆Т ж = (Т Нж – Т Кж) ≤ 7ºС (охлаждение технической и минеральной воды)

2. Схема охлаждения жидкости с использованием промежуточного хладоносителя и вторичного теплообменного аппарата.

Применяется в случае, если перепад температур ∆Т ж = (Т Нж – Т Кж) > 7ºС или для охлаждения пищевых продуктов, т.е. охлаждение во вторичном разборном теплообменнике.

Для этой схемы необходимо правильно определить расход промежуточного хладоносителя:

G х = G ж · n

G х – массовый расход промежуточного хладоносителя кг/ч

G ж – массовый расход охлаждаемой жидкости кг/ч

n – кратность циркуляции промежуточного хладоносителя

n =

где: C Рж – теплоёмкость охлаждаемой жидкости, кДж/(кг´ К)

C Рх – теплоёмкость промежуточного хладоносителя, кДж/(кг´ К)

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 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.

Но она не является единственной. Судовому дизельному двигателю внутреннего сгорания необходимо быть в меру разогретым. Во-первых, эффективная работа двигателя обеспечивается температурными зазорами его частей, рассчитанными для горячего состояния. Во-вторых, нагретое смазочное масло становится более текучим и лучше выполняет свои функции.Конечно, речь идет только о рабочем диапазоне температуры судового дизельного двигателя, который должен поддерживаться исправной работой системы охлаждения. Перегрев двигателя может привести к тяжелым последствиям в яхтинге. Нет ничего удивительно в том, что яхтенные моторы охлаждаются забортной водой.

Система охлаждения судового двигателя.

В редких случаях эта вода подается прямо в блок цилиндров, после чего сбрасывается за борт. Такая система охлаждения называется одноконтурной, ее простота имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Практически все современные судовые дизельные двигатели на парусных и моторных яхтах оснащены двухконтурной системой охлаждения.

Через вентиль (1) забортная вода поступает на фильтр (2). Прокачка забортной воды производится помпой (3), которая подает эту воду в теплообменник (5), после чего происходит сброс ее в выхлопную трубу судового дизельного двигателя (7). Насос внутреннего контура (4) прокачивает через теплообменник антифриз, циркулирующий внутри блока цилиндров с целью их непосредственного охлаждения. Если выпускной коллектор двигателя расположен ниже ватерлинии, для предотвращения попадания в него забортной воды через выхлопную трубу остановленного двигателя, на трубопроводе сброса забортной воды устанавливается сифонный клапан (6).

Такова принципиальная схема системы охлаждения судового дизельного двигателя. На практике она дополняется необходимыми элементами, в число которых могут входить:

Датчик температуры внутреннего контура охлаждения, обеспечивающий показания стрелочного прибора и включающий звуковую и световую сигнализацию в случае перегрева;

Термостат, подключающий циркуляцию забортной воды в теплообменнике только после того, как температура внутреннего контура достигнет рабочих параметров;

В некоторых случаях — сигнализатор превышения температуры выхлопных газов, который в первую очередь должен предупредить о неисправности в системе подачи забортной воды на охлаждение судового дизельного двигателя.

Несмотря на относительную сложность конструкции, эта система имеет существенные преимущества: в судовом дизельном двигателе циркулирует не морская вода, агрессивная по отношению к конструкционным материалам, а специальная охлаждающая жидкость — смесь пресной воды и хладагента, не вызывающая коррозию металла и засорения осадками и накипью очень тонких каналов системы охлаждения. Кроме того, охлаждающая жидкость не замерзает при минусовых температурах, что также увеличивает срок службы и надежность судового двигателя.

Сиcтемы воздухозабора и выхлопа судового двигателя.

Если открытие входа в моторный отсек сопровождается повышением оборотов судового двигателя (и такое бывает!) — ему не хватает воздуха. Свободный приток воздуха из салона к мотору даже способствует ускоренной вентиляции помещений, т.к. работающий судовой двигатель в этом случае играет роль мощной вытяжки.

Стерильность морского воздуха не только полезна для здоровья, но и позволяет не усложнять системы воздухозабора и очистки его на входе в дизель. Воздушный фильтр (air filter) (1) обычно выполнен из поролона, который периодически просто промывается и сушится.

Через впускной коллектор (2) воздух поступает к впускным клапанам цилиндров (3), обеспечивая сгорание топлива.
Выхлопные газы через выпускные клапаны (4) и выпускной коллектор, смешавшись с водой внешнего контура охлаждения, через выхлопную трубу (5) сбрасываются в водяной замок/глушитель (6) и через гусек (7) выводятся за борт.

Система электрооборудования судового дизельного двигателя.

На всех яхтах запуск судового дизельного двигателя производится электроэнергией аккумулятора (1), предназначенного исключительно для этой цели, не допуская возможности его разрядки на любых других потребителях. При неработающем судовом двигателе размыкатель (2) обрывает случайные токи утечки. Реле электромотора стартера срабатывает поворотом ключа в замке зажигания (4) и приводит в действие стартер (3). Работающий судовой двигатель вращает навешенный на него генератор (5), который производит зарядку стартерного аккумулятора и батарей бытовых потребителей через выход (6) в систему электрооборудования самой яхты.

Для повышения надежности в бортовой системе постоянного тока предусмотрена возможность подключения батарей бытовых потребителей в режим запуска двигателя, на случай, если со стартерным аккумулятором произошла неприятность. Все современные моторы снабжены приборами контроля рабочих параметров: число оборотов, температура, давление. Иногда и управление судовым дизельным двигателем производится посредством электроники.

На этом обзор систем судового дизельного двигателя закончим. А в следующей статье поговорим еще об одном неотъемлемом элементе современной яхты.

Система охлаждения судовой энергетической установки предназначена для охлаждения деталей главных и вспомогательных двигателей, нагревающихся от теплоты сгорания топлива (так называемые «огневые поверхности) с тем, чтобы снизить их температурную деформацию и повысить прочность, а также для отвода теплоты от рабочих сред (масла, топлива, воды и наддувочного воздуха). Кроме того, с помощью системы охлаждения обеспечивается отвод теплоты от других различных механизмов, устройств, приборов, размещенных в машинно-котельном отделении.

Режим охлаждения двигателя оказывает влияние на эффективность его работы. С повышением температуры охлаждающей воды индикаторный КПД двигателя падает, что объясняется уменьшением коэффициента наполнения, периода задержки воспламенения и скорости нарастания давления. Вместе с тем благодаря снижению вязкости масла уменьшаются потери на трение (механический КПД растет) и износ деталей двигателя. В результате при изменении температуры воды от 50 о до 150 о С наблюдается незначительное увеличение эффективного КПД дизеля.

Температурный уровень охлаждения влияет на количество и характер лако- и нагарообразования, выпадения осадка и окисления масла. С ростом температуры ускоряется окисление масла, однако лакообразование уменьшается. Таким образом, повышение температуры охлаждающей воды в двигателе сопровождается некоторым улучшением его показателей. Кроме того, наблюдается благоприятное с точки зрения утилизации теплоты перераспределение потоков вторичных энергоресурсов: количество теплоты, отводимой отходящими газами, возрастает, а охлаждающей водой - уменьшается.

Система охлаждения состоит из следующих основных элементов: насосов пресной и забортной воды, фильтров, расширительных и сточных цистерн и цистерн для приготовления присадок, охладительной пресной воды, подогревателей пресной и забортной воды, приемных и отливных устройств, трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой и контрольно-измерительных приборов. Охладители предназначены для отвода в воду избыточной теплоты от охлаждающих жидкостей и наддувочного воздуха. Расширительная цистерна служит для компенсации изменений объема воды в системе вследствие изменения ее температуры, для восполнения потерь воды в системе из-за утечек и испарения, а также удаления из системы воздуха и водяных паров. Терморегуляторы должны автоматически поддерживать температуру воды и охлаждаемых жидкостей в заданном диапазоне.

В настоящем проекте применяется трехконтурная система охлаждения с центральным охладителем пресной воды. Такой выбор обусловлен стремлением повысить надежность всего охлаждаемого оборудования, где для отвода тепла используется только пресная вода, обладающая меньшей коррозионной активностью. В связи с тем, что в заданном проекте фидерного контейнеровоза укомплектована дизелем 5G50ME - B9, имеющих два контура охлаждения (низкотемпературный и высокотемпературный), то и контур пресной воды состоит из двух частей. Согласно технической документации на дизель 5G50ME - B9 фирмы MAN B&W для охлаждения втулок цилиндра с целью снизить тепловые потери с охлаждающей водой используется пресная вода с температурой на входе в зарубашечное пространство 75°С и 85°С на выходе из него. Для обеспечения этого требования в контуре пресной воды системы охлаждения выделяется специальный высокотемпературный контур, который имеет сообщение с низкотемпературным контуром пресной воды через регулировочный клапан с термостатом. Во избежание вскипания воды в зарубашечном пространстве и охлаждающих каналах крышки цилиндров, где охлаждаются огневые поверхности, в контуре поддерживается давление не менее 0,25 МПа.

Устойчивая циркуляция пресной воды достигается благодаря постоянному отводу паровоздушной смеси из полостей охлаждения, обеспечению полного заполнения водой циркуляционного контура (периодическим пополнением воды) и возможности изменения объема воды из-за динамичности процессов охлаждения во время эксплуатации. Для этого в каждой системе последовательно с основным контуром циркуляции воды (или параллельно ему) устанавливают дренажно-компенсаторный контур с расширительной цистерной, связанной с атмосферой. В этой цистерне происходит выделение паровоздушной смеси из воды. Она служит для пополнения утечек воды и является буферной емкостью при изменении объема воды.

Согласно требованиям Регистра каждое машинное отделение должно иметь не менее двух кингстонных ящиков циркуляционной или охлаждающей воды, обеспечивающих приём забортной воды в любых условиях эксплуатации. В настоящее время, предусматривают кингстонно-распределительный канал, в который вода поступает из кингстонных ящиков, а затем через клинкетные задвижки - в систему охлаждения. Отвод воды за борт осуществляется через невозвратно-запорные клапаны. Во избежания попадания нагретой воды в приёмные отверстия, отливные и приёмные отверстия разносят по длине судна, располагая последние в нос от отливных. Отливные забортные отверстия размещаются на днище или на борту, как правило, не менее 300 мм ниже ватерлинии наибольшей осадки.

Принцип действия и состав системы охлаждения ГД.

На рисунок 7 изображена схема системы охлаждения ГД, состоящая из трех контуров (два контура пресной воды, имеющих сообщение, и контур забортной воды). Забортная вода поступает в систему охлаждения через днищевые (поз. 2) и бортовые (поз. 1) кингстонные ящики. Затем забортная вода, пройдя через кингстонный клапан (поз. 3) и фильтр грубой очистки (грязевые коробки) (поз. 4), поступает в кингстонный канал (поз. 5), в который забортная вода может поступать от другого кингстонного ящика. Из кингстонного канала очищенная вода забирается насосом забортной воды (поз. 6) и подается в центральный охладитель пресной воды (поз. 7), где она нагревается и отводится в отливной ящик (поз. 8). В случае очень низкой температуры забортной воды часть нагретой забортной воды после центрального охладителя с помощью терморегулятора возвращается в кингстонный ящик, поддерживая таким образом требуемую температуру забортной воды на входе центрального охладителя.

В свою очередь пресная вода после охлаждения в центральном охладителе поступает на вход циркуляционного насоса низкотемпературного контура (НКТ) пресной воды (поз. 10), где получив необходимую энергию, идет на параллельно включенные охладитель масла ГД (поз. 11) и охладитель наддувочного воздуха (поз. 12). Пройдя через указанные теплообменные аппараты подогретая пресная вода после слияния разделяется на два потока. Один поток через дроссельную шайбу (поз. 13) проходит в усреднительный узел (поз. 14), где смешавшись с излишками пресной воды высокотемпературного контура (ВТК) возвращается к центральному охладителю, замыкая таким образом низкотемпературный контур. Для регулирования температуры воды низкотемпературного контура часть ее после усреднения с помощью автоматического клапана (поз. 15) направляется в обход центрального охладителя пресной воды. Второй поток пресной воды после слияния подходит к клапану терморегулятора температуры пресной воды высокотемпературного контура (поз. 16), который дозирует количество воды низкотемпературного контура, поступающей на разбавление нагретой воды ВТК. После терморегулятора (поз. 16) пресная вода высокотемпературного контура поступает к циркуляционным насосам ВТК (поз. 17). Эти насосы, сообщая воде необходимую энергию, подают ее к главному двигателю (поз. 18) для охлаждения цилиндров. Нагретая вода из главного двигателя поступает в пароотводящий клапан (поз. 19), установленный с целью удаления из системы паров воды и воздуха, которые образуются в незначительном количестве на огневых поверхностях двигателя и могут накапливаться в системе. Выделившийся в этом клапане воздух и пар отводятся в расширительную цистерну (поз. 22) по трубопроводу (поз. 24). Выйдя из пароотводящего клапана, вода, разделившись на два параллельных потока, идет частью через утилизационную опреснительную установку (поз. 20) и частью через дроссельную шайбу (поз. 21), которая создает необходимый перепад давления для работы опреснительной установки. Указанные параллельные потоки воды, пройдя дроссельную шайбу и опреснительную установку, сливаются и подходят к клапану терморегулятора температуры пресной воды высокотемпературного контура, который пропускает необходимую часть горячей воды на смешение с водой НТК, а излишки направляются в усреднительный узел.

Для компенсации объема воды в замкнутом контуре пресной воды при ее нагреве в период работы двигателя и ее охлаждении в период стоянки устанавливается расширительная цистерна (поз. 22), которая с помощью трубопровода компенсационной воды (поз. 23) подключается на вход циркуляционного насоса ВТК, надежно обеспечивая таким образом ему необходимый кавитационный запас.

Кроме того, при помощи специального трубопровода (поз. 25) через расширительную цистерну в систему вводится дополнительная вода, компенсирующая утечки и испарение, а также вводятся различные присадки. При прогреве двигателя перед пуском в системе охлаждения цилиндров используется паровой подогреватель (поз. 26).

Определение параметров основного оборудования для комплектации системы охлаждения.

В расчёт системы охлаждения в объеме данного проекта входит определение основных параметров для ее комплектации следующим оборудованием - насосами пресной и забортной воды, теплообменными аппаратами.

Производительность насоса пресной воды.

Производительность насоса забортной воды.

где W 4 =41,7

По производительности из типоразмерного ряда подбираем насос забортной воды марки НЦВ 315/10А-1-11 производительностью 315м 3 / час

Определение количества теплоты отводимого водой.

Отвод теплоты от пресной воды - ;

Отвод теплоты с маслом - ;

Отвод теплоты от продувочного воздуха - 5685 = 2840 .

Расчет охладителя пресной воды.

где: = 1100 кВт - отвод теплоты от пресной воды;

= (25003500) Вт/ - коэффициент теплопередачи от пресной воды к забортной, для пластинчатого охладителя;

Принимаем 3000 Вт/.

Температурный напор, .

где: - разность температур пресной и забортной воды на том конце теплообменника, где она имеет большее значение;

Температура пресной воды на входе в охладитель;

Температура пресной воды на выходе из охладителя,

=(30 - 35) - температура забортной воды после охладителя;

принимаем 35

=(40 - 45) - температура забортной воды после охладителя;

Принимаем 45

70 - 35 = 35

60 - 45 = 15

Расчет маслоохладителя

Определение площади теплопередающей поверхности

где: - отвод теплоты маслом;

350 Вт/ - коэффициент теплопередачи от масла к забортной воде, для пластинчатого охладителя;

Температурный напор, .

где: - большая разность температур;

Меньшая разность температур.

Температура масла на входе в охладитель;

Температура масла на выходе из охладителя,

35 - температура забортной воды после охладителя.

55 - 30 = 25

45 - 35 = 10

Расчет воздухоохладителя

Определение площади теплопередающей поверхности

где: - отвод теплоты от продувочного воздуха;

=(5075) Вт/- коэффициент теплопередачи от воздуха к забортной воде;

Принимаем 60 Вт/.

Температурный напор, .

Где: - большая разность температур;

Меньшая разность температур.

Температура воздуха на входе в охладитель;

Температура воздуха на выходе из охладителя.

30 - температура забортной воды после охладителя;

40 - температура забортной воды после охладителя.

Объём расширительной цистерны.