第六章冷却系统
第一节冷却系统的功用、组成和布置
一、冷却系统的功用
柴油机工作时的燃气温度高达1800℃左右，使与燃气直接接触的气缸盖、气缸套、活塞、气阀、喷油器等部件严重受热。严重的受热会造成：
①材料的机械性能下降，产生较大的热应力与变形，导致上述部件产生疲劳裂纹或塑性变形；
②破坏运动部件之间的正常间隙，引起过度磨损，甚至发生相互咬死或损坏事故；
③燃烧室周围部件温度过高，使进气温度升高，密度降低，从而减少进气量；增压
后的空气温度也会升高，并影响进气量；
④润滑油的温度也逐渐升高，粘度下降，不利于摩擦表面油膜的形成，甚至失去润
滑作用。
综上所述，为了保证柴油机可靠工作必须对柴油机受热机件，滑油及增压后的空气等进行冷却。
然而从能量利用观点来看，柴油机的冷却是一种能量损失，过分冷却将导致燃油滞燃期延长，产生爆燃和燃烧不完全，增加加散热损失；机件内外温度差过大，以致热应力超过材料本身的强度而产生裂纹，润滑油粘度变大而增加摩擦功的消耗；在燃用含硫量较高的重油时，将产生低温腐蚀，使缸套严重腐蚀等。
因此，在管理中应既不使柴油机因缺乏冷却而导致机件过热，也不使柴油机因过分冷却而造成不良后果，应有所兼顾。冷却系统的主要任务应是保证柴油机在最适宜的温度状态下工作，达到既能避免零件的损坏和减小其磨损，又能充分发出它的有效功率。近代，从尽量减少冷却损失以充分利用燃烧能量出发，国内、外正在进行绝热发动机的研究，相应发展了一批耐高温的受热部件材料，如陶瓷材料等。
目前，柴油机的冷却方式分为强制液体冷却和风冷两种，绝大多数柴油机使用前者。
而液体冷却的介质通常有淡水、海水、滑油等三种。
淡水的水质稳定，传热效果好并可采用水处理解决其腐蚀和结垢的缺陷，因而它是目前使用最广泛的一种理想冷却介质；
海水的水源充裕但水质难以控制且其腐蚀和结垢问题比较突出，为减少腐蚀和结垢应限制海水的出口温度不应超过55℃；
滑油的比热小，传热效果较差，在高温状态易在冷却腔内产生结焦，但它不存在因漏泄而污染曲轴箱油的危险，因而适于作为活塞的冷却介质。
二、冷却系统的组成和布置
柴油机冷却系统一般是用海水强制冷却淡水和其它载热流体（如滑油、增压空气等）。在系统布置上，海水系统属开式循环，淡水及滑油等属于闭式循环，两者组成的冷却系统称“闭式冷却系统”。
（一）开式循环冷却系统
开式循环冷却系统是直接利用舷外水（海水或河水）冷却各受热部件，然后再排至舷外。
图6-1所示为135系列柴油机的开式循环冷却系统。淡水泵1将舷外水泵经滑油冷却器3冷却滑油后，一路由机体进水管4进机，冷却气缸套和气缸盖；另一路去冷却增压器。冷却过柴油机和增压器的冷却水，经出水管8排至舷外。为了控制冷却水进机温度，缸盖出水管6末端内装有调温器7用以旁通已升温的淡水，使它从回水管5至淡水泵进口。
图6-2是6300C 型船舶柴油机的开式循环冷却系统线路图。
柴油机前端盖板上装有可逆转离心式水泵5，由曲轴齿轮直接冲动。海水经机舱统海阀1、进水阀2、海水滤器3和止回阀4由冷却水泵5吸入后，经三通旋塞20被输送滑油冷却器18，再经柴油机的进水总管6进入机体冷却水腔，冷却气缸套后由弯管接入气缸盖，最后经调节旋塞11转入排气总管的冷却水腔，汇集于出水总管16排出舷外。 在滑油冷却器后，有一支路海水通往单环式推力轴承底部的滑油冷却器，推力轴承因摩擦产生的热量经滑油传给冷却水带走。
管系中海水滤器3用来拦阻杂物进入管系，防止管系被堵塞。止回阀4用来防止水泵吸入管路的水倒流，使停车后仍能保持满水，以保证水泵起动可靠。调压阀21用来保证管系所需压头，压头可以通过调节调压阀弹簧压力（即启阀压力）来达到。当压力超过时，调压阀开启，一部分出水又流回水泵入口，从而使系统的压力限制在一定的数值。调温阀22用来调节进水温度，它使从柴油机排出的部分热水经旁通管直接回到水泵进图6-1 135系列柴油机的开式循环冷却系统
1-淡水泵；2-滑油冷却器进水管；3-滑油冷却器；4-机体进水管；5-回水管；6-气缸盖出水管；7-调温器；8-出水管；9-增压器出水管；10-增压器进水管 图6-2 开式循环冷却系统线路图 1-通海阀；2-进水阀；3-海水滤器；4-止回阀；5-冷
却水泵；
6-进水总管；7-压力表；8-遥测温度计；9-出水支管；10-水银温度计；11-调节旋塞；12-出水
观察器；
13-单环式推力轴承；14-调压阀；15-轴承出水管；
16-出水总管；17-防水阀；18-滑油冷却器；19-旁观管；20-三通旋塞；21-调压阀；22-调温阀
口，这样就可以在各种负荷和不同的环境条件下，调节和控制进水温度，以保持发动机冷却温差和热力状况稳定，同时，在起动后的短时间内，发动机即能达到正常的热力状况。三通旋塞20用来控制流过滑油冷却器的水流量，以控制滑油的温度。当滑油不需要冷却时，可利用三通旋塞转换水的通路，冷却水就会绕开冷却器直接进入冷却机体的进水总管。调节旋塞11用来调节各缸的出水量，从而控制水温。压力表7，水银温度计10和遥测温度计8分别用来测量进水压力，各缸出水温度和排气总管出水温度。
开式循环冷却系统的优点是装置简单、维护方便，水源充裕，但存在如下缺点： 1．水中含有较多的杂质和盐分，容易生成水垢。水垢不但会因其热阻大妨碍冷却散热影响冷却效果。而且水垢的生成和增厚还会使水容积和水通道变小，阻力增大，流水不畅，致使机件产生局部过热。
2．用海水作冷却水源时，为了防止盐分大量析出，出水温度不得超过55℃，否则将会柴油机冷却水腔结垢严重，传热效果降低，零件的热应力增加。
所以，开式循环冷却系统仅用于技术指标不高的中、小型柴油机中。随着船用柴油机强化程度的不断提高，很少再采用开式循环冷却系统。
（二）闭式循环冷却系统
图6-3 闭式循环冷却系统循环示意图
1-压力表；2-出水调节阀；3-温度计；4-监视器；5-放气旋塞；6-膨胀水箱；7-废气涡
轮增压器；8-备用排出阀；9-排出阀；10-压气机；11-通海阀；12-滤器；13-备用海水
阀；14-滑油冷却器；15-海水活塞泵；16-三通旋塞；17-备用淡水离心泵；18-预热供给
水泵；19-淡水离心泵；20-预热供给水管；21-自动调温器；22-淡水冷却器
为了克服开式循环冷却系统的缺点，在闭式循环冷却系统中用经过处理的淡水冷却柴油机受热部件，并在冷却系统内形成封闭循环线路。作封闭循环的冷却淡水再由一个开式循环的舷外水通过淡水冷却器进行冷却。
