2.2.15. Системы охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя служит для поддержания нормального теплового режима работы двигателей путем интенсивного отвода тепла от горячих деталей двигателя и передачи этого тепла окружающей среде. Отводимое тепло состоит из части выделяющегося в цилиндрах двигателя тепла, не превращающейся в работу и не уносимой с выхлопными газами, и из тепла работы трения, возникающего при движении деталей двигателя. Большая часть тепла отводится в окружающую среду системой охлаждения, меньшая часть – системой смазки и непосредственно от наружных поверхностей двигателя (тепловое излучение). Принудительный отвод тепла необходим потому, что при высоких температурах газов в цилиндрах двигателя (во время процесса горения 1800–2400 °С, средняя температура газов за рабочий цикл при полной нагрузке 600–1000 °С) естественная отдача тепла в окружающую среду оказывается недостаточной.

Нарушение правильного отвода тепла вызывает ухудшение смазки трущихся поверхностей, выгорание масла и перегрев деталей двигателя. Последнее приводит к резкому падению прочности материала деталей и даже их обгоранию (например, выпускных клапанов). При сильном перегреве двигателя нормальные зазоры между его деталями нарушаются, что обычно приводит к повышенному износу, заеданию и даже поломке. Перегрев двигателя вреден и потому, что вызывает уменьшение коэффициента наполнения, а в бензиновых двигателях, кроме того, – детонационное сгорание и самовоспламенение рабочей смеси.

Чрезмерное охлаждение двигателя также нежелательно, так как оно влечет за собой конденсацию частиц топлива на стенках цилиндров, ухудшение смесеобразования и воспламеняемости рабочей смеси, уменьшение скорости ее сгорания и, как следствие, уменьшение мощности и экономичности двигателя.

Отвод тепла осуществляется в системах охлаждения и включает охлаждение:

- пресной водой цилиндровых вту­лок, крышек и газовых турбин дизелей;

- пресной водой или маслом головок поршней;

- пресной водой или топливом фор­сунок дизеля;

- забортной водой наддувочного воздуха;

- забортной водой рабочих веществ, циркулирующих в системах дизелей.

Как правило, охлаждение деталей судовых дизелей осуществляется пресной водой, циркулирующей по замкнутому контуру. Это объясняется тем, что проточные системы охлаждения забортной водой имеют ряд недостатков: из-за интенсивного выпадения солей невозможно поддерживать достаточно высокий уровень температуры воды; под влиянием электрохимической коррозии быстро загрязняются и разрушаются зарубашечные полости дизеля; при понижении температуры забортной воды может произойти переохлаждение дизеля; если дизель охлаждается забортной водой, то верхний температурный предел выходящей из дизеля морской воды определяется тем, что при ее нагревании выше 323—328⁰ К (50-55⁰ С) начинают интенсивно выделяться содержащиеся в ней соли хлора, натрия, магния, кальция и др., которые осаждаются в виде плотного слоя накипи на горячих поверхностях втулок цилиндров и препятствуют нормальному теплоотводу. Появление слоя накипи толщиной в 2 мм почти вдвое увеличивает температуру охлаждаемой стенки, что при определенных условиях может привести к появлению в ней трещин. Естественно, пресная вода, а тем более дистиллированная, позволяет поддерживать в дизеле более высокий температурный режим.

В некоторых современных высокоборотных дизелях применяются системы высокотемпературного охлаждения, в которых температуру воды на выходе из дизеля можно поддерживать более 373⁰К (100⁰С). Это возможно осуществить, если в системе поддерживается давление более высокое, чем атмосферное.

При охлаждении поршней маслом система их охлаждения у всех дизельных установок общая с циркуляционной систе­мой смазки. При охлаждении поршней водой система охлаж­дения поршней, как правило, выполняется автономной. Это вы­зывается в основном двумя причинами: различными темпера­турными уровнями и загрязнением воды охлаждения поршней маслом, поступающим на смазку телескопических устройств. Кроме того, объединение систем охлаждения цилиндров поршней приводит также к попаданию масла на наружные по­верхности цилиндровых втулок, что ухудшает теплообмен. В то же время охлаждение поршней водой обеспечивает луч­шую теплоотдачу и является более эффективным. При охлаж­дении форсунок пресной водой система охлаждения форсунок, как правило, также автономная по аналогичным причинам, с той лишь разницей, что вода загрязняется не маслом, а топливом, проникающим через неплотности притертых плоскостей разъе­мов распылителей форсунок. Соединение систем охлаждения цилиндров и форсунок приводит также к загрязнению системы охлаждения форсунок шлаком из системы охлаждения цилинд­ров. При охлаждении форсунок топливом автономная систе­ма применяется в том случае, если главные двигатели работа­ют на тяжелом топливе. При работе дизеля только на дизель­ном топливе форсунки охлаждаются топливом от системы топливоподачи к топливным насосам высокого давления. В совре­менных конструкциях судовых дизелей постепенно уходят от охлаждения форсунок путем уменьшения тепловоспринимающей лобовой поверхности распылителей и интенсификации ох­лаждения зон расположения форсунок в крышках.