Bộ trao đổi nhiệt hàng hải làm mát động cơ trong tàu bằng cách tuần hoàn dung dịch làm mát trong mạch nước ngọt kín qua thân máy và bơm nước biển qua bó ống, nhờ đó nhiệt được truyền ra biển mà nước biển không tiếp xúc với các đường dẫn bên trong động cơ. Hệ thống làm mát đáy tàu thực hiện cùng chức năng bằng cách cho dung dịch làm mát chạy qua các ống hoặc giàn ống bên ngoài thân tàu, còn làm mát bằng nước ngoài mạn, được dùng trên phần lớn động cơ ngoài, đưa nước biển trực tiếp qua động cơ.
Những điểm chính
- Có ba hệ thống làm mát động cơ tàu chính: bộ trao đổi nhiệt (mạch kín cộng với mạch nước ngoài mạn), làm mát đáy tàu (mạch kín qua bộ làm mát bên ngoài thân tàu) và làm mát trực tiếp bằng nước ngoài mạn.
- Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt là lựa chọn thông thường cho động cơ diesel trong tàu thương mại và du thuyền vì hạn chế ăn mòn bên trong và giữ nhiệt độ động cơ ổn định.
- Bộ làm mát đáy tàu không cần bơm nước ngoài mạn cho mạch động cơ, phù hợp với vùng nước bùn, nông hoặc có nhiều rác, nhưng phải được chọn kích cỡ đáp ứng toàn bộ lượng nhiệt thải của động cơ.
- Phần lớn động cơ ngoài được làm mát bằng nước ngoài mạn qua bơm cánh quay ở cụm chân máy phía dưới, với van hằng nhiệt điều khiển nhiệt độ cụm động cơ.
- Cánh bơm nước ngoài mạn, anốt hy sinh, lọc rác nước biển và bó ống trao đổi nhiệt là những hạng mục bảo dưỡng chính.
- Bó ống bị tắc hoặc cánh bơm bị mòn là nguyên nhân phổ biến nhất khiến động cơ hàng hải quá nhiệt.
Hệ thống làm mát động cơ hàng hải hoạt động như thế nào?
Hệ thống làm mát động cơ hàng hải lấy đi nhiệt do cháy và thải nhiệt vào vùng nước nơi tàu đang nổi. Khác với ô tô, hệ thống có nguồn nước lạnh không giới hạn, nên vấn đề thiết kế là cách sử dụng nguồn nước đó mà không để nước có tính ăn mòn hoặc nước bẩn làm hỏng động cơ.
Trong hệ thống dùng bộ trao đổi nhiệt có hai mạch:
- Mạch kín (nước ngọt) — bơm dung dịch làm mát tuần hoàn hỗn hợp nước và chất chống đông/chống ăn mòn qua thân máy và nắp máy. Van hằng nhiệt duy trì nhiệt độ vận hành, còn bình giãn nở hoặc bình nước phía trên, thường tích hợp vào vỏ bộ trao đổi nhiệt, tạo chỗ cho chất lỏng giãn nở và để châm bổ sung.
- Mạch nước ngoài mạn (nước biển) — van thông biển và lọc rác nước biển cấp nước cho bơm nước ngoài mạn, thường là bơm cánh mềm hoặc bơm bánh răng bằng đồng, đẩy nước biển qua các ống trao đổi nhiệt. Cùng dòng nước này thường đi qua bộ làm mát khí nạp tăng áp, bộ làm mát dầu động cơ và bộ làm mát dầu hộp số trước khi xả ra, thường vào cút xả ướt để làm mát khí xả.
Bảng dữ liệu động cơ nêu lượng nhiệt truyền vào dung dịch làm mát và lưu lượng nước ngoài mạn tối thiểu. Các số liệu đó quyết định kích cỡ bộ trao đổi nhiệt và bộ làm mát đáy tàu.
Bộ trao đổi nhiệt, làm mát đáy tàu hay nước ngoài mạn: phương án nào tốt nhất?
Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt là phương án mặc định cho phần lớn động cơ diesel trong tàu; làm mát đáy tàu được ưu tiên cho tàu công tác hoạt động trong nước bẩn hoặc nông và tàu vỏ thép; làm mát bằng nước ngoài mạn chủ yếu dùng cho động cơ ngoài và động cơ nhỏ, đơn giản. Bảng so sánh các phương án chính.
| Yếu tố | Bộ trao đổi nhiệt | Bộ làm mát đáy tàu (ống hoặc giàn ống) | Nước ngoài mạn trực tiếp |
|---|---|---|---|
| Chất lỏng tiếp xúc với thân máy | Chỉ dung dịch làm mát | Chỉ dung dịch làm mát | Nước biển |
| Bơm nước ngoài mạn cho mạch động cơ | Có | Không | Có |
| Cần van thông biển và lọc rác | Có | Không (đối với mạch động cơ) | Có |
| Hệ thống xả | Thường dùng hệ thống xả ướt | Thường dùng hệ thống xả khô, hoặc bơm riêng cho hệ thống xả ướt | Hệ thống xả ướt |
| Ăn mòn và cáu cặn bên trong | Thấp | Thấp | Cao trong nước mặn |
| Nguy cơ tắc nghẽn | Bầu lọc và các ống có thể bị tắc | Rất thấp ở bên trong; cáu bẩn bên ngoài làm giảm khả năng làm mát | Các đường nước và bơm có thể bị tắc |
| Ứng dụng điển hình | Du thuyền, tàu cá, phà, tổ máy phát điện | Tàu kéo, tàu đẩy, tàu đánh cá lưới kéo, phương tiện đường sông | Động cơ ngoài, động cơ trong tàu cỡ nhỏ đời cũ |
Trên tàu lớn hơn, các nguyên lý tương tự được áp dụng ở quy mô lớn hơn: bộ làm mát dạng hộp lắp trong hộp thông biển thay thế các ống làm mát dọc sống tàu, còn hệ thống làm mát trung tâm sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm cỡ lớn để làm mát một vòng tuần hoàn nước ngọt phục vụ tất cả động cơ và máy phụ.
Bộ trao đổi nhiệt hàng hải hoạt động như thế nào?
Phần lớn bộ trao đổi nhiệt động cơ hàng hải thuộc loại vỏ và ống: một bó ống nhỏ, thường bằng hợp kim đồng-niken, nằm bên trong vỏ hình trụ. Nước biển chảy qua các ống, trong khi dung dịch làm mát động cơ chảy quanh chúng trong vỏ, và nhiệt truyền qua thành ống.
Các bộ phận chính cần biết:
- Cụm ống (bó ống) — bề mặt truyền nhiệt. Cáu cặn, vỏ sinh vật, rong và bùn bên trong ống làm giảm khả năng làm mát.
- Nắp đầu và gioăng — có thể tháo ra để kiểm tra và thông ống bằng que.
- Anốt hy sinh (kẽm) — được vặn vào phía nước ngoài mạn để bảo vệ các chi tiết hợp kim đồng khỏi ăn mòn điện hóa; kiểm tra thường xuyên và thay trước khi chúng bị tiêu hao khoảng một nửa, hoặc theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Bình giãn nở và nắp áp suất — trên phần lớn động cơ, bình chứa dung dịch làm mát và nắp châm được tích hợp vào vỏ bộ trao đổi nhiệt.
Các động cơ như động cơ diesel hàng hải D683 và 6CTA8.3-M205 thường được cung cấp với hệ thống làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt theo tiêu chuẩn; hãy xác nhận cấu hình cụ thể trong bảng thông số kỹ thuật.
Khi nào làm mát qua sống tàu là lựa chọn tốt hơn?
Làm mát qua sống tàu là lựa chọn tốt hơn khi nước ngoài mạn có nhiều bùn, cát, rong hoặc băng, hoặc khi người vận hành muốn loại bỏ bơm nước ngoài mạn và van thông biển của động cơ. Dung dịch làm mát đi từ động cơ đến các ống, kênh dẫn hoặc bộ làm mát dạng lưới được bắt bu lông hoặc hàn bên ngoài thân tàu, và nhiệt truyền trực tiếp ra vùng nước xung quanh.
Các điểm cần kiểm tra khi sử dụng hệ thống làm mát qua sống tàu:
- Xác định kích thước — diện tích bộ làm mát phải phù hợp với lượng nhiệt thải của động cơ ở công suất định mức, cộng thêm dự phòng cho nước ấm, tốc độ tàu thấp và cáu bẩn. Tàu kéo và tàu đẩy làm việc nặng ở tốc độ thấp cần bộ làm mát có kích thước đủ lớn.
- Cáu bẩn — hà bám và các lớp sơn trên bộ làm mát làm giảm khả năng làm mát, vì vậy cần vệ sinh và sơn phủ theo hướng dẫn của nhà sản xuất bộ làm mát.
- Bảo vệ — bộ làm mát phải được bảo vệ khỏi hư hỏng do mắc cạn và vật trôi.
- Khí xả — khi không có nước ngoài mạn, động cơ thường cần hệ thống xả khô có cách nhiệt hoặc một bơm nhỏ riêng cho hệ thống xả ướt.
- Thay động cơ — nếu động cơ mới thải nhiều nhiệt hơn động cơ cũ, bộ làm mát qua sống tàu hiện có có thể quá nhỏ, như được nêu trong hướng dẫn thay động cơ cho tàu công tác của chúng tôi.
Hệ thống làm mát động cơ ngoài hoạt động như thế nào?
Hệ thống làm mát động cơ ngoài hút nước qua lưới chắn cửa hút trên vỏ hộp số, sử dụng bơm nước kiểu cánh bơm được dẫn động bằng trục truyền động, rồi đẩy nước lên qua các áo nước của cụm động cơ. Van hằng nhiệt, cùng với van xả áp hoặc van nấm trên nhiều động cơ, kiểm soát nhiệt độ; nước thoát ra cùng khí xả và qua một tia nước chỉ thị nhỏ, còn gọi là tia nước báo.
Vì phần lớn hệ thống làm mát động cơ ngoài sử dụng nước ngoài mạn trực tiếp, nước biển đi qua cụm động cơ. Vì vậy, súc rửa bằng nước ngọt sau khi sử dụng trong nước biển, giữ anốt nguyên vẹn và cánh bơm hoạt động tốt là những việc thiết yếu. Tia nước báo yếu, cảnh báo nhiệt độ cao hoặc hơi nước từ đường xả đều có nghĩa là phải dừng lại và kiểm tra cửa hút cùng bơm. Nhiều nhà sản xuất động cơ ngoài khuyến nghị thay cánh bơm nước theo định kỳ, thường khoảng mỗi một đến ba mùa sử dụng hoặc vài trăm giờ; xem hướng dẫn bảo dưỡng và chuẩn bị động cơ ngoài cho mùa đông của chúng tôi để biết quy trình định kỳ.
Hệ thống làm mát tàu thuyền cần bảo dưỡng những gì?
Phần lớn sự cố làm mát có thể phòng ngừa bằng cách kiểm tra thường xuyên phía nước ngoài mạn và bảo dưỡng dung dịch làm mát định kỳ. Tuân thủ lịch của nhà sản xuất động cơ; danh sách dưới đây phản ánh thông lệ phổ biến.
- Hằng ngày hoặc trước khi khởi hành — kiểm tra mức dung dịch làm mát, bầu lọc nước biển và dòng nước ngoài mạn tại cửa xả.
- Thường xuyên (thường mỗi vài trăm giờ) — kiểm tra anốt; kiểm tra hoặc thay cánh bơm nước ngoài mạn.
- Hằng năm hoặc theo sổ tay — tháo nắp đầu bộ trao đổi nhiệt, kiểm tra và vệ sinh cụm ống, thay gioăng.
- Dung dịch làm mát — thay theo chu kỳ do nhà sản xuất động cơ quy định, sử dụng đúng loại và nồng độ dung dịch làm mát được khuyến nghị.
- Ống mềm và đai siết — kiểm tra nứt, mềm hóa và ăn mòn; sử dụng đai siết kép ở dưới đường nước khi có yêu cầu.
- Bộ làm mát qua sống tàu — kiểm tra và vệ sinh khi đưa tàu lên bờ.
Các nguyên nhân quá nhiệt thường gặp là bầu lọc bị tắc, ống hút bị xẹp, cánh bơm bị mòn, cụm ống đóng cáu cặn, van hằng nhiệt hỏng hoặc bộ làm mát qua sống tàu quá nhỏ. Để biết chu kỳ bảo dưỡng toàn bộ động cơ, xem lịch bảo dưỡng động cơ diesel hàng hải của chúng tôi.
Lựa chọn hệ thống làm mát khi mua hoặc thay động cơ
Hãy quyết định hệ thống làm mát trước khi đặt hàng, vì lựa chọn này làm thay đổi cấu hình động cơ, đường ống và hệ thống xả. Nêu loại làm mát, khoảng nhiệt độ nước ngoài mạn đầu vào và mọi dữ liệu về bộ làm mát qua sống tàu trong yêu cầu báo giá. MARS xác nhận cấu hình làm mát trên bảng thông số của từng động cơ và chạy thử động cơ trước khi xuất hàng, kèm báo cáo bằng văn bản và video; gửi thông tin làm mát và lắp đặt của bạn cùng yêu cầu báo giá.
Câu hỏi thường gặp
Bộ trao đổi nhiệt hàng hải là gì?
Bộ trao đổi nhiệt hàng hải là bộ làm mát kiểu vỏ và ống, truyền nhiệt động cơ từ vòng tuần hoàn dung dịch làm mát kín sang nước biển được bơm qua các ống. Thiết bị này ngăn nước biển đi vào thân máy.
Tôi có thể chuyển động cơ làm mát bằng nước ngoài mạn sang dùng bộ trao đổi nhiệt không?
Thường là có, bằng bộ chuyển đổi sang làm mát bằng nước ngọt của nhà sản xuất động cơ hoặc đơn vị chuyên môn, bổ sung bộ trao đổi nhiệt, bơm tuần hoàn và bình giãn nở. Kiểm tra bộ chuyển đổi có phù hợp với mẫu động cơ và có đủ không gian lắp đặt hay không.
Bao lâu nên vệ sinh bộ trao đổi nhiệt tàu thuyền?
Nhiều nhà sản xuất khuyến nghị kiểm tra và vệ sinh cụm ống mỗi năm hoặc mỗi vài trăm giờ, thường xuyên hơn khi hoạt động trong nước ấm, nhiều sinh vật bám hoặc nhiều bùn. Tuân thủ sổ tay động cơ.
Động cơ ngoài có bộ trao đổi nhiệt không?
Phần lớn động cơ ngoài sử dụng làm mát trực tiếp bằng nước ngoài mạn, không có bộ trao đổi nhiệt riêng. Kiểm tra thông số của nhà sản xuất nếu bạn cần xác nhận bố trí hệ thống làm mát của một mẫu cụ thể.
Nguyên nhân nào khiến động cơ hàng hải quá nhiệt?
Các nguyên nhân thường gặp là bầu lọc nước biển hoặc cửa hút bị tắc, cánh bơm nước ngoài mạn bị mòn, bộ trao đổi nhiệt đóng cáu cặn hoặc bám bẩn, van hằng nhiệt hỏng hoặc thiếu dung dịch làm mát. Kiểm tra phía nước ngoài mạn trước.
