主机冷却水温差异原因分析及相应措施【摘 要】在船上冷却水系统是非常重要的的谩备同样冷却水的温度是否正常对柴油机的正常运行影响 极深，所以为了提升柴油机工作性能、史充分有效的做功，提高燃料的利用率答各个方面，我们可以通过 准确的控制冷而水的温度来实现.如果不能有效的控制冷却水温度，那么要是温度高于正常运行所离温度 的话，是会使泗滑油的老化的速度变得更快，各个部件之间的磨损速度也会变得更快；要是冷却水温度低 于正常运行所需的温度的话，会使冷却水的酸性增强，从而造成气缸的腐蚀，也会让它磨损速度加快.精 准的控制冷却水温可以使主机能很好的运行.所以为了能泡确的控制好冷却水温度，我们应该要从平时做 起，定期地做好保界工作，已经发现冷却水温度有问题应及时查明原因，并快速的解决问题.本论文根据一个实除的例子进行分析讨论，并针对可能造成冷却水温度异常的一些原因提出解决的办 法，并让我们平时也对冷却系统进行维护保界关键词】主机冷却水系统；温度差异分析；措施保养1 .引言在船舶主机工作的过程中，产生的能量不能完全的转化为机械能，一次会产生大量的热能, 当这些热能大到一定的程度时，润滑油就不能很 有效的润滑还有机械也会过度疲劳和金属也会 变脆。
与它相反,如果我们要让设备正常的工作,要让它更稳定的运行，那么就要确保主机在被冷 却的时候没有过度的冷却：因为材料的燃烧没有 完全燃烧，所以一氧化碳和其他的一些碳氢化合 物等这些废气就会大量产出；滑油的粘度如果比 较大的话，那么相应的摩擦力也会增大，所消耗所消耗的能量也会增加，也就不利于热的传导, 冷却的作用就没有那么大，气缸受到的损坏也会 比较大润滑油无法正常的润滑导致缸套与活塞 之间的不正常摩擦是导致主机缸套的故障的主 要来源现在主机冷却水系统应该根据说明来正 常有效的来冷却缸套，这样就能很好的避免它受 到的损坏，同样的，这时的缸套温度也可以准确 的掌控，同样的一些低温腐蚀、高温腐蚀等问题 就会减少我们也可以在某些情况中说，主机冷 却水系统运行的良好可以决定主机运行的良好2 .主机冷却水系统的组成在柴油机中，我们通常依据冷却方式和工作 特点的不一样，把冷却系统分成闭式淡水冷却水 系统、开式海水冷却水系统和中央冷却水系统三 种传统中的主机冷却系统是把淡水强行来冷却 柴油机，再用海水来强行冷却淡水和其他一些的 载热液体冷却水系统开式冷却水系统1.1 闭式淡水冷却水系统根据每个部件的受热条件不一样，所以需求 的冷却液体的温度、压力和其基本的组成也是不 一样的。
因此每个受到加热的部件的冷却系统一 般也就是有几个单个的系统组成，通常是缸套和 缸盖、活塞还有喷油嘴三个在缸套的冷却系统布置方案中一般是有两种（如 5-7-1）：种是淡水先进入主机，然后再去淡水冷却器；另一种是先进入淡水冷却器再 进入主机中正常情况，我们的这个淡水是应该 先进入主机，这样可以很有效的防止缸套发生穴 蚀和冷却水发生汽化，但是现在我们用的冷却水 压力都是很高的，所以两者其实并没有多大的区 别1一主机；2—膨胀水箱；3—淡水 冷却器;4—淡水泵1.2 开式海水系统开式海水系统中，海水是作为它的冷却剂般是用来冷却淡水、滑油、增压空气还有空气 压缩机它是由海底阀和比较大排量的海水泵组 成的（如图5-7-4）把是用过的海水排到外面像图中的系统中就装有感温元件和自动温度调 节器，这样可以让一些已经用过的海水回流到海 水泵的进口处，可以确保要进入冷却器的海水水 温比25℃来的低阀;4 一海水诧器；5 一海水及； 冷却靠|9一活塞水冷却 “3—温海水回图574开式灌水冷却系垸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O(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 说的蒸储水。
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:BRO. 67-0. 8-71-N主要换热计算系数如表2. 2所示表2.2主机滑油冷却黑主要换热计算参数Tab2.2 The main heal transfer parameters of main engine lubricating oil cooler工艺条件冷便热侧介质名称低温淡水滑油流量m3/h60.0112.0热负荷kW405.0温度进T出℃36.0 t41.86S2.61 t 45.0流体类型液液密度t/m50.9930.883比热kJ/kgK4.181.940导热系数W/mK0.630.126粘度cP0.6755.0对数平均温差℃9.85计算换热面积m270.8理论/计算传热系数W/m?K679.6/581.8换热富裕量：%18.88板片材料304板片数108压力降MPa0.0050.06流程组合counter flow1 x 53 HW1 x54HW框架设计压力MPa0.8试验压力MPa1.2设计温度℃no外形尺寸(长乂宽乂高)mm1330 x 660 x 1920设宿净重/充水重量kg1540.0/1790.0(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4()-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:BRO. 67-0. 6-160-N主要换热计算系数如表2.1所示表2.1低温淡水冷却器主要换热计算参数表Tab2.1 The main heat transfer parameters of low-temperature water cooler工艺条件冷侧热一介质名称海水低温淡水流量m3/h225.0226.0热负荷kW3475.0温度进f 出℃32.0 f45.549.36 T 36.0流体类型液液密度t/m31.010.992比热kJ/kgK4.084.18导热系数W/mK0.610.63粘度cP0.720.64对数平均温差℃3.93计算换热面积m2159.7理论/计算传热系数W/m2K6368.40/5536.78换热富裕量%15.02板片材料Ti板片数241压力降MPa0.0470.046流程组合counter flow1 x 120H1 X120H框架设计压力MPa0.6试验压力MPa0.9设计温度℃110外形尺寸(长X宽X高)mm2150x 660x 1920设备净重/充水重斌kg2295.0/2830.0冷侧热侧pos. 类型pos.类型进A PN0.6DN150进 cPN0.6 DN150出B PN0.6DN150出DPN0.6 DN150(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,般进入空气冷却器的空气温度是55c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,可以采取增潜储水池的办法予以解决o3.1.1 图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MAN B&W 7G80ME-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-1002)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《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》.。