摘 要摘 要柴油机功率不断提高伴随的热负荷问题越来越不容忽视，动力装置系统的安全运行直接影响柴油机的正常工作，其中对冷却系统的研究与设计必须引起重视。当柴油机工作时，气缸内燃气的燃烧温度最高可达2000℃，一台上万千瓦的柴油机需要的冷却水量每小时可高达600～700t。相关受热部件长期处于过热或受热不均匀的情况下，使得柴油机的机械性能下降，并且产生很大的热应力，引起零件的磨损，导致柴油机的安全系数下降、功率降低。因此受热部件的合理冷却对于保证柴油发动机安全可靠运行十分关键。同时，在全工况范围内对冷却系统设备进行测试运行和优化设计，并在适当范围内选择系统主要参数并进行重要设备的选型，不仅能很好的提升柴油机的经济性和可靠性，而且能满足日益严格的节能减排要求。然而，设计建造和运行的经济性在设计过程中也是我们应该考虑的重要问题，即在满足柴油机可靠性的前提下，最大限度节约材料制造成本和设备运行费用，并且能兼顾运行过程中装置和零件的维修保养。所以,合理的冷却水系统设计不但在动力装置的技术经济性能方面，而且在制造成本和维护管理方面都有着十分重要的影响。轮机工程专业学员通过实船进行实践学习资金是高投入的，为了让学员在实验室熟悉机舱布置、机舱操作及了解机舱的各个系统,加强学员对船舶动力系统方面的感性认识，所以我们应当充分利用有限实验室资源的综合利用效能，改善轮机工程专业实验室教学资源，为培养出具有创新能力的轮机工程专业人才提供有利的环境和保障。本文以一台LNG/柴油双燃料6210ZLC型发动机为研究对象设计冷却水系统，通过研究，了解冷却管系的功用组成和类型，掌握冷却管系在设计时的要求，从实际出发，对主机冷却水闭式循环冷却系统和开式循环冷却系统原理进行设计，并对主机冷却水系统设备进行合理的选型，管路进行合理的布置，来达到满足主机冷却的要求。 关键词6210ZLC柴油机；冷却系统；设备选型；管路计算
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 冷却水系统的国内外研究现状 2
1.2.1 整机热平衡研究 2
1.2.2 优化冷却水流动 3
1.2.3 调节温度设定点 3
1.2.4 存在的问题 4
1.3 独立回路实验设计的主要内容 4
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1.4 本章小结 5
第二章 船舶冷却水系统的基本概述 6
2.1 开式海水冷却系统 6
2.2 闭式淡水冷却系统 7
2.3 中央冷却水系统 8
2.4 本章小结 9
第三章 6210ZLC型柴油机开式海水冷却回路设计 10
3.1 开式海水冷却回路系统原理 10
3.2 海水冷却系统设备的设计 11
3.2.1 海水冷却泵 11
3.2.2 滑油冷却器 13
3.2.3 空气冷却器 15
3.2.4 淡水冷却器 16
3.3 管路的计算 17
3.4 本章小结 18
第四章 6210ZLC型柴油机闭式淡水冷却回路设计 19
4.1闭式淡水冷却回路系统原理 19
4.2 淡水冷却系统设备的计算 20
4.2.1 淡水冷却泵 20
4.2.2 淡水膨胀箱 22
4.2.3 淡水舱 22
4.3 管路的计算 23
4.3.1 材质 23
4.3.2 流速 24
4.3.3 管径 24
4.3.4 管壁厚度 25
4.3.5 管路附件 25
4.4 本章小结 26
第五章 基于轮机综合实验室的回路设计 27
5.1 轮机实验室的概况 27
5.2 基于轮机实验室的设计 27
5.3 冷却系统设备选型 28
5.4 本章小结 30
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附 件 34
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
柴油机在工作时，燃油燃烧最高温度可达2000℃，所放出的热量很大部分要从气缸、活塞等部件散出[1]。为了输散一部分多余的热量，让柴油机在最适宜的温度下正常工作，通常就要让一定量的冷却介质连续流经受热部件进行冷却，把这些热量携带出设备外。柴油机的功率要求越高，热负荷越严重，工作环境愈恶劣，冷却则更为重要。未充分冷却会使燃烧室的壁部有过高的温度，造成润滑油膜不正常，活塞环胶结等害处[2]。研究发现，可以通过以下方式来改善柴油机的工作情况。一方面，通过保证柴油机受热部件的工作温度比该零件材料所允许的最大温度范围低，使其在高温状态下保持正常工作；另一方面，将受热部件内外壁面的温差控制在合理范围内，减小高温部件的热负荷和热应力，防止部件损坏；最后，还可以通过保证柴油机各运动部件之间的正常间隙，使气缸壁面滑油膜正常工作。
柴油机未充分冷却将造成：
①机械设备的材料受热不均匀，部件过热，材料产生热应力，进而发生热疲劳，导致零件机械性能降低产生裂纹，甚至损坏；
②内部零件受高温膨胀变形，运动部件间的正常间隙变小，导致运动部件剧烈摩擦和磨损，最后发生活塞和气缸咬死等故障；
③气缸与活塞之间的润滑油因温度过高，其粘度下降，致使摩擦表面的油膜难以形成，滑油烧焦变质；
④冷却水温度过高，致使活塞、气缸套、气缸盖等部件的工作温度随之升高，进而燃烧室内充气不足，燃烧不正常，引起敲缸、爆燃等故障。
柴油机过分冷却将造成：
①冷却介质带走受热部件过多的热量，导致柴油机启动困难，做功能力下降；
②燃油吸收热量不充分，雾化能力变差，滞燃期延长，导致燃烧不充分或者爆燃，能量损失加剧，柴油机的经济性变差；
③受热部件的内外温差过大，产生热应力，当零件本身强度不够适应热应力时，零件将产生裂纹，甚至损坏；
④冷却介质过度冷却，气缸润滑油温度过低，滑油流动性变差，摩擦损耗功率增加，柴油机机械效率降低。
通过实践证明，从提高柴油机循环效率的观点出发，柴油机冷却无论是过热还是过冷，其使用性能都会下降，使用寿命也会缩短，进而引发一系列的机械设备故障，引起主机性能的慢性恶化[3]。因此，要保证柴油机受热部件的温度安全可靠，必须对柴油机进行适当的冷却。
1.2 冷却水系统的国内外研究现状
国内外学者正在充分利用柴油机现代设计理念，通过新的技术和手段改进柴油机冷却系统的设计。通过分析柴油机的工作特性和冷却系统特点发现，柴油机燃烧室的部件性能和总体结构布置与冷却系统管路设计参数有着密切联系，设计一个良好的冷却系统有助于简化部件结构，能最大程度地减小设备的体积和质量，从而提高柴油机的可靠性和耐久性。而从设计的经济性、动力性方面来看,柴油机整机热平衡研究、优化冷却水流动和调节温度设定点是进一步提高冷却效果的有效手段。
1.2.1 整机热平衡研究

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