P.2.14.

INSTALAŢIA DE RĂCIRE. ASPECTE FUNCŢIONALE, SISTEME DE RĂCIRE, ELEMENTE COMPONENTE

(POMPE, RĂCITOARE, VALVULE TERMOREGULATOARE)

1. GENERALITĂŢI PRIVIND RĂCIREA M.A.I.

Gradul de răcire a cilindrilor, precum şi organizarea raţională a procesului de răcire influenţează sensibil performanţele dinamice, economice şi de durabilitate ale m.a.i. Contactul fluidului proaspăt cu pereţii calzi ai cilindrului micşorează gradul de umplere; în schimb o temperatură prea scăzută a pereţilor cilindrilor amplifică pierderile de căldură şi micşorează randamentul indicat. La MAC, o temperatură mai ridicată a pereţilor camerei de ardere uşurează autoaprinderea iar motorul funcţionează mai “liniştit”, cu o economicitate sporită. La MAS, o temperatură prea ridicată a pereţilor favorizează apariţia diferitelor forme de ardere anormală.

Temperatura pieselor motorului influenţează, de asemenea, pierderile mecanice. Dacă nu se organizează raţional circuitul fluidului de răcire, pot apare creşteri locale de temperatură care duc la fisuri în chiulasă sau blocul motor sau la arderea unor piese, precum pistonul şi supapele. Atât la temperaturi înalte, cât şi la temperaturi joase, pelicula de ulei îşi pierde consistenţa: în primul caz datorită reducerii viscozităţii, iar în al doilea caz din cauza diluării uleiului cu fracţiunile grele din combustibil, condensate pe oglinda cilindrului. În ambele cazuri, se intensifică uzura pieselor prin frecare şi se reduce durabilitatea motorului.

Instalaţia de răcire reprezintă totalitatea agregatelor, aparatelor şi dispozitivelor care asigură evacuarea unei fracţiuni din căldura dezvoltată în cilindri prin arderea combustibilului. Sistemul de răcire utilizat se clasifică în funcţie de natura fluidului de răcire:

a) cu aer;b) cu apă.

şi după modul de vehiculare a acesteia în instalaţie:a) naturală;b) forţată.

1

În domeniul motoarelor navale, se utilizează în exclusivitate sistemul de răcire forţată, cu lichid. La rândul său, acesta poate fi:

a) cu circuit deschis (cu un singur circuit);b) cu mai multe circuite.Sistemul de răcire cu circuit deschis foloseşte ca fluid

de răcire apa din afara bordului. Utilizarea acestui sistem este limitată la navele fluviale de puteri mici, datorită acţiunii corozive a fluidului asupra pieselor motorului şi a diferenţelor mari de temperatură între piese şi fluid. Cea mai largă răspândire (aproape generală) o are sistemul cu unul sau mai multe circuite închise şi un circuit deschis. La acestea, fluidele din circuitele închise (apa, uleiul, combustibilul) sunt răcite la rândul lor în cadrul circuitului deschis de către apa din mediul în care navigă nava.

Larga utilizare a acestui sistem este datorată următoarelor avantaje:

a) posibilitatea ca temperatura apei la intrarea în motor să fie menţinută în jurul a 65…700C, ceea ce asigură obţinerea indicilor economici optimi ai motorului;

b) răcirea uniformă a motorului, ca urmare a diferenţei de temperatură redusă între ieşirea şi intrarea din şi în motor a apei;

c) posibilitatea preîncălzirii motorului la pornire;d) mărirea durabilităţii organelor răcite ale motorului,

ca urmare a folosirii apei desalinizate;e) posibilitatea realizării unui bloc motor comun pentru

toţi cilindrii.

Realizarea instalaţiilor de răcire ale m.a.i. trebuie să asigure următoarele deziderate:

a) menţinerea unei temperaturi aproximativ constante a apei în instalaţie;

b) greutate şi gabarite reduse;c) consum redus de putere (cca. 10…13% din puterea

dezvoltată de motor);d) simplitate constructivă;e) fiabilitate ridicată.

2.INSTALAŢIA DE RĂCIRE CU MAI MULTE CIRCUITE

2

În cazul motoarelor navale de puteri mici şi mijlocii, se utilizează instalaţii de răcire alcătuite dintr-un circuit închis – care asigură răcirea motorului - şi un circuit deschis –care realizează răcirea apei din circuitul închis. La motoarele navale lente, de puteri ridicate, pe lângă circuitul deschis se utilizează mai multe circuite închise. O astfel de instalaţie este prezentată în figura 2.111.

Apa din mediul în care navighează nava intră prin una din cele două prize 1 şi filtrele 2 în magistrala de apă de mare. De aici este aspirată cu una din cele două pompe 3 ale circuitului deschis şi refulată prin răcitoarele de aer 4 şi de apă 5,6 şi 7. Tot cu apă de mare este răcit şi uleiul de ungere, răcire care se realizează în schimbătorul de căldură 15 (există şi instalaţii în care răcirea uleiului se asigură de către apa din circuitul închis). După preluarea debitelor de căldură de la cele cinci schimbătoare, apa din circuitul deschis este evacuată peste bord prin intermediul valvulelor de sens unic 8.

Pentru răcirea pistoanelor este folosit un circuit închis, compus din tancul de expansiune 9, de unde apa desalinizată este aspirată de către una din pompele 10. În funcţie de temperatura apei, controlată de către valvula termoregulatoare 19, refularea se realizează direct către motor sau indirect, prin intermediul schimbătorului de căldură 5, unde este răcită. Apa ajunge astfel la pistoane, preia căldura de la acestea şi revine în tancul de expansiune 9 prin traseul 18.

Răcirea cilindrilor motorului se realizează, la rândul ei, prin intermediul unui circuit închis în care apa este vehiculată de către una dintre pompele 12. Ele aspiră apa care a efectuat răcirea prin traseul 21 şi o refulează spre valvula termoregulatoare 20. Aceasta reglează traseul în funcţie de temperatura apei: în cazul temperaturilor ridicate, apa trece în răcitorul 6, micşorându-şi temperatura; în cazul temperaturilor scăzute, apa trece direct spre colectorul de la baza cilindrilor. De aici, apa intră în motor, realizează răcirea cilindrilor şi chiulaselor şi reintră în circuit prin traseul 21. Circuitul apei prin motor se alege astfel încât el să nu se opună circulaţiei libere a lichidului. Aceasta constă în deplasarea lichidului de jos în sus deoarece, pe măsură ce se încălzeşte, îşi micşorează masa specifică şi se ridică spre partea superioară a circuitului. Totodată, alegerea sensului de circulaţie de sus în jos ar determina tensiuni termice ridicate, deoarece apa care ar intra

3

în motor cu temperaturi reduse ar veni în contact cu zonele cele mai calde ale motorului.

În timpul funcţionării, în circuit se pot forma bule de vapori şi aer din diverse cauze:

a) şocuri ale coloanei de lichid;b) întreruperea coloanei de lichid în pompă;c) aspirarea aerului prin neetanşeităţi;d) vaporizarea datorită temperaturilor şi presiunilor

ridicate.Formarea acestor pungi de vapori şi aer este periculoasă, deoarece ea duce la supraîncălziri locale, cu formarea fisurilor şi la zone calde în camera de ardere. Fenomenul este evitat prin sensul de circulaţie adoptat şi prin intermediul tubulaturilor 16 care asigură eliminarea vaporilor şi aerului din instalaţie. Prin intermediul tancului de expansiune 11, gazele pot ajunge astfel în atmosferă. Pierderile de lichid prin vaporizare sau neetanşeităţi sunt completate cu apă din tancul 11 prin traseul 22. Din acest motiv, tancul este frecvent denumit şi tanc de compensă.

În sfârşit, în schema din figura 2.111 este prezentat şi circuitul închis de răcire a pulverizatoarelor injectoarelor de combustibil. Acesta este format din tancul de expansiune 13, pompele14 şi schimbătorul de căldură 7. În timpul funcţionării motorului, una dintre pompe refulează lichidul de răcire prin răcitor spre pulverizatoare, după care, prin traseul 17, lichidul de răcire ajunge din nou în rezervorul 13. Ca lichide de răcire, la motoarele în doi timpi de puteri mari, alimentate cu combustibil greu, se foloseşte apa distilată. La motoarele de puteri medii, în doi sau patru timpi, se foloseşte combustibil cu viscozitate medie sau ulei din instalaţia de ungere a motorului.

La instalaţia prezentată, motoarele auxiliare au instalaţii de răcire proprii. Există şi instalaţii având un singur circuit închis atât pentru M.P., cât şi pentru M.A. Şi în cazul instalaţiilor separate există însă posibilitatea interconectării circuitelor. Astfel, prin intermediul valvulelor 23, se poate realiza legătura cu instalaţia de răcire a motoarelor auxiliare (pentru preîncălzirea motorului principal) sau cu instalaţiile mecanice de bord (santină, balast, incendiu etc.), în caz de avarie.

În situaţia în care tancul de expansiune comunică direct cu atmosfera, temperatura apei din circuit nu trebuie să depăşească 85-900C. Creşterea acestei temperaturi are efecte benefice asupra economicităţii şi durabilităţii motorului. Ca

4

urmare se adoptă în unele cazuri (la motoarele rapide îndeosebi) soluţia menţinerii în tancul de expansiune a unei presiuni de cca. 1,2-1,3 bar, ceea ce asigură posibilitatea creşterii temperaturii apei până la cca. 1050C (Temperatura de fierbere, în asemenea situaţii, poate fi determinată cu relaţia tf

= 100 ).Diferenţa de temperatură între ieşirea şi intrarea în

motor nu trebuie să depăşească 10-150C. În sfârşit, lichidele de răcire utilizate în circuitele închise trebuie să posede următoarele proprietăţi:

a) punct de îngheţare redus;b) temperatură de fierbere ridicată;c) dependenţă redusă a viscozităţii faţă de

temperatură;d) stabilitate fizico-chimică;e) proprietăţi anticorosive bune;f) căldură specifică ridicată.Circuitelor instalaţiei de răcire trebuie să li se asigure

o etanşeitate perfectă. În acest scop, îmbinarea conductelor se realizează elastic, pentru preluarea deformaţiilor termice, a vibraţiilor şi şocurilor (se utilizează îmbinări din cauciuc şi coliere de strângere). De asemenea, etanşarea rotoarelor pompelor se realizează prin intermediul unor dispozitive speciale.

5