高速客船发动机淡水冷却水系统设计要点

莫宁健 广东珠江船务集团有限公司

我国内河水域面积广阔，高速客船作为内河航线旅游的民用船舶，拥有很高的技术含量，需满足严格的安全标准和建造规范，所以设计建造这样的船舶难度很大。船上的推进系统功率高，另外不少为旅客旅行过程服务的设备，该船所附属的设备种类繁多，动力系统更显得较为复杂，其中发动机冷却水系统更是与传统船相比有较大的差异性，下面就结合笔者的个人经验对发动机冷却水系统设计展开讨论。

1.冷却水系统的基本原理

冷却水系统分为海水系统和冷却淡水系统，基本运行原理是：冷却淡水泵将淡水系统进行内循环，低温淡水沿着管路运行到每个需要冷却的设备，发生热交换冷却作用后淡水变热回流至中心冷却器，在冷却器中进行与这里的低温海水进行热交换；冷却海水泵将海水外循环持续进行，从主海水管抽取海水泵到中心冷却器，通过热交换器和海水的持续循环，将船上多余热量带出船外。

2.冷却水系统的组成

一般来说，几乎所有的航行船舶的冷却系统都是采用海水系统和冷却淡水系统来构建的。高速客船也不例外，一般柴油发动机都是属于内燃机，利用中心冷却方式，主要包括高温冷却水系统、低温冷却水系统和海水管系，具体相关的配置具体如下：

高速客船高温冷却水系统。柴油机中气缸、活塞、喷油器、增压器等都是直接接触燃烧室或高温排气的部件，温度相当高，为了防止关键部件因过热而损坏，需对它们进行冷却。如在气缸壁内设冷却水腔，让冷却水在腔内流动，将热量带出机体。由于气缸内壁温度很高，如果冷却水的温度太低，会对气缸壁会产生强烈的热应力，致使气缸体产生裂纹。因此高温冷却水的温度不宜太低，一般进水温度介于40℃-50℃，排水温度介于为60-80℃。高速客船一般是以柴油机作为主机，同时配置柴油发电机组。因为柴油机是属于内燃机较多，高温冷却水需求量很大，所以通常会设计一个高效的高温冷却水系统，用以冷却柴油机中高热部件。

高速客船低温冷却水系统。高速客船的发动机系统当中有很多部件不接触燃烧室或高温排气，所以一般不会产生高温，一般可以利用低温冷却水系统来完成冷却。大部分机械设备如空压机、滑油冷却器、中间轴承等，由低温冷却水进行冷却即可，低温冷却水的温度一般为36℃-60℃。因高速客船需要冷却的设备太多，低温冷却水的需求量很大，且低温冷却水还要护责传递高温水管系的热量，所以专门设置一个低温冷却水管系，对机械设备进行冷却。

高速客船海水系统，一般情况下，船上淡水资源是相对较为宝贵的，所以高、低温水系统利用的闭式循环方式节省水资源。所以，被冷却设备的热量都由低温冷却水带至中央热交换器，在中央热交换器中低温冷却水将热量传送给海水，由海水将热量带出船外。另外压载、消防等其他系统也需要海水，因此专门设置一个海水管系，以满足船上对海水的需求，海水管系采用开式循环。

3.高、低温冷却水系统的技术要求

3.1 合理设计温控阀和循环泵，实现高温冷却水与低温冷却水热量交换

高速客船高温冷却水系统是开式的，高温水的进口温度由温控阀进行调节。冷却设备后的高温水汇集到高温水总管，少部分高温水进入三通温控阀，大部分高温水通过旁通管路直接进入低温水回水系统。三通温控阀一端接高温回水，一端接低温水，还有一端为出口端，与高温冷却水循环泵的入口相连。温控阀的传感器设在高温水回水端，设定好高温水的温度后，温控阀可自动调节高、低温水进口开度大小，从而调节高、低温水的入水量，让高温水与低温水在温控阀内混合，保证高温冷却水进口温度恒定，从而保证系统温度恒定。

在主机全负荷工况下，两台高温水循环泵和两台低温水循环泵中各有1台工作1台作为备用。在停泊状态下，主机不工作，只有发电机工作时，只需使用高、低温水岸泵即可。这样设计一方面更能适应主机的多工况工作，另一方面泵浦起动时对电网的冲击将大大减小。泵浦启动时对电网的冲击是相当大的，这样设计每台泵工作电流小，其启动电流也相应地成倍减小，所以对电网的冲击大大减小。多台泵可分先后起动，对电网的平稳性更有利，但更能适应多工况工作，对冷却水系统和电站更有利。

3.2 合理布置高、低温冷却水系统的管路

高速客船要认真做好高、低温冷却水系统做好热平衡计算。高温水从泵的出口端开始分去发动机和发电机。管路设计要注意保证主、辅机冷却水大户得到充足的冷却水，其他设备也能得到应得的冷却水，使得冷却水分配均匀，不会产生循环水不足。在技术改造过程中要事先考虑好管路的大小、走向、布置。

低温冷却水系统也设置气水分离器且体积较大。高、低温水系统构成了封闭的冷却水循环系统，由循环泵驱动冷却水在循环管路中流动。系统在工作过程中会产生大量的气泡、蒸汽，如果这些气体混在水中运行，系统会产生压力波动、振动、噪音、运行不平稳。因此，设计时将气水分离器布置在回水总管。

高速客船通过温控阀将高、低温水系统连通，高、低温水系统可视为一个整体，因此高、低温水系统可用同一只膨胀水箱。淡水膨胀水箱能够对高温冷却水循环泵和低温冷却水循环泵进行补水和保持淡水泵的吸入压头，而且不影响系统循环水的温度。系统中还设有一台淡水输送泵。设计时膨胀水箱的布置要按照发动机厂的要求。一般布置在离主机中心6-8米高的围井区，循环泵进行补水和保持保证循环泵吸入压力。

在冷态下启动主机，也会使气缸、活塞等部件热应力过大。因此启动主机前必须将淡水加热进行暖缸。一旦主机启动后，缸套水预热器就停止工作。设计时将缸套水预热器置于高温淡水回水管上。

4.海水系统的技术要求

海水泵将海水总管内的海水打入中央冷却器，经过中央冷却器后，热的海水经温控阀排入大海或海低门。在这个系统中，最重要的核心设备主要包括海水泵、中央冷却器、温控阀。

传统的中心冷却是在中冷器的淡水出口侧设置温控阀，通过自动调节温控阀的开度，让一部分热水进入中冷器冷却，一部分热水旁通，经过冷却的水与旁通的热水混合，从而保证冷却水出口温度恒定。高速客船在中冷器的淡水出口侧设置温度传感器，用于控制海水泵的变频装置。因变频装置可以无限调整泵的流量，让全部热淡水进入中冷器冷却，通过调节变频装置来调节海水泵的流量，使进入中冷器中的海水量得到调整，冷却量也就随着变化，从而保证淡水出口温度恒定维持在38℃。也就是说装有变频装置的海水泵可以取代温控阀的作用。

加装变频装置泵的流量可以无限调整，便于适应主机的各种工况。即使是船在停泊时，主机不工作，海水需求量少，装有变频器的海水泵排量可以调到很低，从而取代停泊海水泵。

不装变频器的海水泵的电功率仍比高温淡水泵要大很多，启动时对电网的冲击很大，而装变频器后泵浦启动电流非常平稳。对电网的冲击大大减小。所以给海水泵加装变频装置虽然泵的成本提高，但可省去一只三通温控阀和一台停泊海水泵，综合成本变化不大，且对电网的冲击大大减小，系统外部管路也变简单，系统的自动化程度提高。

高速客船的三通温控阀设置在中央冷却器的海水出口侧。在此处温控阀的作用，不是调整海水进入中央冷却器的流量，而是调整排出的热海水进入海水箱的流量。。

5.结束语

在狭小机舱布置的淡水冷却系统设计中，按照机舱布置的实际情况，将整个冷却水系统进行分析，更加合理的完善淡水冷却系统，不断完善系统运行综合效果。希望通过文章的简单分析，能够进一步高速客船升级改造提供更有价值的参考。