某V型柴油機冷卻水溫度低案例介紹

荀向紅

摘要：某V型柴油機運行時冷卻水溫度呈現偏低現象，初步判斷為A排恒溫閥過早打開，造成系統淡水溫度偏低。勘驗時通過關閉相應閥門，檢測相關接口溫度變化，確認A排恒溫閥工作正常，出現了違背直覺判斷的情況。隨著試驗和檢測的深入進行，確認故障原因為B排恒溫閥溫包失效。

關鍵詞：恒溫閥;蝶閥;匯集水箱;正對沖射流;夾角

0 ?引言

柴油機冷卻水恒溫閥的核心部件是傳感器，即溫包。本案例采用內置式，溫包內充有感溫介質，能夠感應環境溫度，隨感應溫度的變化產生體積變化，帶動調節閥產生位移，進而調節至冷卻器的通水量來改變冷卻器的散熱量。

1 ?冷卻水系統

某船采用兩臺V型柴油機作為推進主機，柴油機在工作時冷卻水分別由A、B排機帶水泵將冷卻水經兩側的滑油冷卻器壓入柴油機A、B兩側的冷卻水進水管路，然后再進入發動機機體冷卻水腔。冷卻水在發動機內自下而上冷卻氣缸套并經過渡孔進入氣缸蓋的冷卻水腔。從各氣缸蓋中來的冷卻水匯集到兩側出水總管內，如圖1所示，在自由端的匯集水箱內匯流后再分兩路至兩側的A、B排冷卻水恒溫閥。恒溫閥根據其溫度狀況將冷卻水直接送到淡水泵泵前或旁通至淡水冷卻器再輸送回至冷卻水泵泵前。

2 ?現場描述

兩舷柴油機推進至進一工況運行約半小時后，左機匯集水箱冷卻水溫度TW約73℃，右機約78℃，左機冷卻水溫度偏低。現場檢查A、B排恒溫閥旁通和回水管段溫度，手感檢查閥F1、F2管段溫度，閥F1處溫度較高，F2處溫度明顯低于F1;閥F3、F4管段溫度高，且基本一致，由此可知左機A排恒溫閥有顯著經過冷卻的回水，恒溫閥已打開;B排恒溫閥無回水，未打開。右機兩側恒溫閥均打開，均有溫度較低的回水，工作正常。推進至進六工況后，左機冷卻水溫度TW為76℃，滑油溫度TL為83℃，B排恒溫閥仍未打開;右機冷卻水溫度為80℃，滑油溫度84℃，兩側恒溫閥工作正常。

3 ?初步判斷

該型柴油機所采用冷卻水恒溫閥設定值為75℃打開，90℃全開，動作狀態如圖2、圖3所示。初步判斷左機A排冷卻水恒溫閥開啟溫度設定值偏低，因過早打開，造成柴油機冷卻水溫度偏低，B排恒溫閥因達不到開啟溫度而保持關閉狀態。

4 ?恒溫閥工作示意圖

冷卻水溫度低于75℃時，見圖2，調節閥保持閉合狀態，冷卻水直接回至泵前。

冷卻水溫度達到90℃時，見圖3，調節閥全開，冷卻水全部旁通至板式淡水冷卻器。

5 ?排查和試驗

5.1 關閉閥F3、F4

柴油機帶軸運行至進一低工況，關閉碟閥F3和F4，即B排恒溫閥的回水和旁通蝶閥。隨著水溫上升，用點溫槍檢查測點T1和T2溫度變化。經檢測，確認A排恒溫閥在75℃時打開，設定值標定準確。

5.2 關閉閥F2

上述試驗后，打開碟閥F3和F4，然后關閉碟閥F2，此時F3管段處溫度迅速降低，確認B排恒溫閥至淡水冷卻器的管路沒有污堵情況。

5.3 試驗小結

上述試驗結果違背了原因分析時形成的初步共識。那么左柴油機冷卻水溫度較低問題的原因趨向由B排恒溫閥故障所致，這初看起來可能是個錯誤。

6 ?深入進行的排查

6.1 繼續進行試驗，關閉F1

關閉碟F1，使F1和F2同時處于關閉狀態。測點TW溫度逐步上升至77℃，測點T3、T4同步上升至約77℃，表明B排恒溫閥仍未能打開。

再打開F1、F2，測點溫度TW逐步降低，然后回復到初期的73℃。

6.2 進行全面的冷卻水系統溫度檢測

如圖1所示，檢測時增加了四個測點溫度，即柴油機A、B排恒溫閥進水溫度TA和TB;板式淡水冷卻器淡水進、出口溫度T5和T6。以下是加載至進六工況時各參數記錄如表1。

結合表1數據分析，A排冷卻水壓力0.29MPa，而B排為0.33MPa，當前僅A排恒溫閥正常打開，說明A排恒溫閥旁通出的冷卻水因受到板式冷卻器的管路阻力，造成A排冷卻水壓力低于B排。

結合各測點溫度進行分析，匯集水箱水溫TW=76℃，A排恒溫閥進口、旁通、回水溫度TA、T1、T2分別為78℃、78℃、46℃，B排TB、T3、T4分別為76℃、75℃、76℃，板式冷卻器進、出口溫度T5、T6分別為77℃、47℃。對比右機參數，是否可以推斷出由于B排泵出口壓力略大于A排，匯集水箱內壓力、溫度略高的B排冷卻水在與A排冷卻水匯合后其主力部分進入A排冷卻水管道;同理，A排壓力、溫度較低的冷卻水主力部分則進入了B排恒溫閥，然后直接回流至泵前。

6.3 匯集水箱內兩股射流匯合后的狀態分析

匯集水箱A、B排進口的兩股射流在同一軸心線上，系正對沖射流。兩個噴口直徑相等，如果兩股射流動量相等，射流相互撞擊后，有一個擠壓和轉向的過程，向著與初始射流軸心線垂直的方向均勻流去，而且很對稱，這是在一個很大的自由空間內的理想流動過程。

在實際匯集水箱內，由于兩股射流壓力的偏差，B排射流壓力略大于A排，流速也大于A排。射流相互撞擊后，經擠壓和旋轉后匯合流不再垂直初始射流方向，而是向A排偏移呈軸對稱的傘狀體。

設兩個噴口直徑同為d，匯合后總流量Q合等于兩個射流的流量Q1和Q2之和。

即Q合=Q1+Q2=（V1+V2）×πd2/4

根據動量方程，可以反應出夾角θ與密度ρ及流速V合、V1、V2的關系。

ρQ合V合cosθ-[ρQ1V1-ρQ2V2]=0

→（πd2/4V1+πd2/4V2）V合cosθ=πd2/4（V12-V22）

→cosθ=（V1-V2）/V合

這樣，如圖4所示，在匯集水箱內的兩股正對沖射流因流速的差異，射流相互撞擊后，匯流方向與初始軸心線形成夾角θ。B排冷卻水的主力部分隨夾角θ流入對側A排恒溫閥進口管;由于受到上部和右側水腔側壁的限制，匯合流的其余部分形成強烈的紊流進入左側B排恒溫閥進口管。

6.4 結合射流分析確定問題原因

兩股正對沖射流因動量不同，匯合流角度不再垂直于軸心線，發生偏移后壓力、溫度較高的B排冷卻水主力部分進入A排冷卻水管道至A排恒溫閥，而溫度較低的A排冷卻水主力部分則進入B排管道。從而形成了在A排恒溫閥能夠正常打開工作，B排恒溫閥始終關閉條件下，實際進行著“A B排一線式串聯”循環冷卻狀態，即B排冷卻水→匯集水箱→A排恒溫閥→板式冷卻器→A排淡水泵→A排冷卻水→匯集水箱→B排恒溫閥→B排淡水泵→B排冷卻水。

7 ?拆檢、處置和驗證

拆下B排恒溫閥，經檢查未發現調節閥移動的相關部位有銹蝕、卡滯痕跡。將溫包加熱至95～100℃，調節閥仍不能打開，確認溫包已失效。

隨后更換了B排恒溫閥，經后續航行驗證，左機各工況冷卻水溫度恢復正常。

8 ?結束語

利用關閉相應閥門的方法作為恒溫閥工作狀態的檢查手段在低工況時短時間運行是可行的。本案例介紹了V型柴油機在只有一個恒溫閥正常工作情況下，并沒有出現冷卻水溫度過高的情況，反而出現略低于鄰機的情況。此案例作為特殊個案介紹，后續有待進一步研究探討。

參考文獻：

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