“海巡 1640 船”卡特彼勒C32 主机冷却系统在使用中存在问题研究及改造

东海航海保障中心宁波航标处所属“海巡1640 船”，主要承担辖区内1,500 座航标灯浮的巡查、起吊维修保养，确保辖区内航标的正常工作，具有相当高的任务质量要求和在航率要求。

为更好适应工作需要，满足任务需要，我处在对“海巡1640 船”卡特C32主机存在的问题进行分析后，将空气中冷器冷却系统改造为淡水闭式循环系统。

事实证明，此次改造达到了降低主机故障率，提升在航率的预期目的。

本文就此次改造浅谈几点想法。

1．“海巡1640船”的主要参数

“海巡1640 船”制造时间为2010年12月，由武汉南华船厂制造。

总长61.8m，型宽12m，型深5.1m，总吨 1,277t。

主机型号为卡特彼勒C32，额定功率 969×2ＫＷ，额定转速1,800RPM。 

2．卡特彼勒 C32 主机存在的缺陷

卡特彼勒C32 主机的空气中冷器原配采用开式循环系统，它是直接把海水（即舷外水）泵入随机的空气中冷器，经主机中冷器冷却后分两路：

一路经ZF齿轮箱冷却后冷却尾排主机排气管，另一路直接排出舷外。

开式循环系统的优点是结构简单，水源充裕。

但在船舶使用过程中，我们发现主机运转1,000h 后，空气中冷器冷却管出现漏水现象，致使活塞组件卡缸，主机无法正常启动。

经检查分析得出问题在于卡特彼勒C32主机开式循环冷却系统中冷器破损漏水。

在此次检查分析的基础上，我们进一步研究论证了开式循环冷却系统存在的缺陷。

（1）水垢淤积导致局部热应力，主机金属材质易裂。

在辖区内，海水中含有较多的泥沙、杂质和盐份，容易生成水垢。 

水垢不但会因其热阻大妨碍冷却散热，使机件工作时的平均温度升高，而且它的生成和增厚还使水容积和冷却管路通道变小，管阻增大，水流不畅，至使机件产生局部过热，而易造成局部热应力，进而容易导致主机金属材质开裂。

例如，“海巡07008船”在2011年10月，由于水垢长时间淤积，产生局部热应力，导致中冷器开裂，海水进入主机的汽缸内，发生 了机体打破，造成主机严重的机损事故。

（2）海水含沙冲刷腐蚀空气中冷器内芯，易导致机件破损。

浙江辖区沿海水域为高含沙区，含砂属极细粉砂和粗粘土。

如在玉环华能电厂海水淡化装置的取水口附近垂线平均含沙量实测结果，大潮为 0.214kg/m³，中潮为0.260kg/m³，小潮为 0.041kg/m³。

海水含砂的冲刷，易腐蚀空气中冷器芯，一旦中冷器芯子被泥沙冲刷穿孔，海水随着空气一起进入主机的气缸内造成“液压机”，会引起顶碎铝合金活塞、连杆失去导向使缸套碎裂，机体打破（即伸腿），造成主机严重的机损事故。

例如，“海巡1640船”在2013年9月，右主 机在仅仅运转1,000h 后，由于受含砂量高的海水冲刷，使空气中冷器被腐蚀穿孔，海水进入主机的汽缸内。

发生了主机无法启动，所幸主机在停车状态，避免一次严重的机损事故。

但却提前进行了一次彻底大修，造成经济损失。

1．淡水闭式循环系统简介及优点 

（1）淡水闭式循环系统简介

为提高“海巡1640船”主机空气中冷器的使用寿命，提高主机工作的效率，确保机械安全和保障船舶航行安全，我处把原海水冷却的开式循环系统改为淡水冷却的闭式系统。

该系统是用定量的防冻冷却剂在冷却空间与管路之间形成闭合循环，而海水只是用来冷却已受热的冷却剂，以维持冷却液的冷却效能，海水对空气中冷器起间接冷却作用。

冷却系统实图如图 1、图 2 所示。

图1  冷却系统外围实图

图 2  主机冷却系统实图

（2）淡水闭式循环系统优点 

1）防冻冷却液中所含杂质较少，腐蚀和结垢不严重，能保持机件良好的散热。 

2）便于维护保养，只要定期对海淡水管式热交换器清洗保养，一旦海水的泥砂冲刷或腐蚀烂穿海淡水管式热交换器，只是更换海淡水管式热交换器芯即可，不会造成主机损伤，提高了主机使用寿命。

2.“海巡1640船”主机空气中冷器淡水闭式循环系统改造方案

（1）系统原理图

图 3 系统原理图

（2）正常工作情况下 

1）保留原机带海水泵和进海水泵的原有管路，折除机器上的海水出口管路，用减振胶硅胶管和通径Φ65mm 外径Φ76mm 的无缝钢管连接至海淡水管式热交换器海水进口，海淡水管式热交换器海水出口用无缝钢管及减振软管连接主机原中冷器进口，主机原板式热交换器（中冷器）出口管路分两路：

一路排出船外，另一路冷却ZF2560 齿轮箱后至艉排气管冷却；

2）海淡水管式热交换器经冷却后的淡水出口无缝钢管通径Φ65mm 外径Φ76mm 连接电动淡水泵进口，淡水泵出口通径Φ65mm 外径Φ76mm 无缝钢管连接减振软管接空气中冷器的进口； 

3）中冷器的出口管接减振硅胶胶管连接无缝钢管通径Φ 65mm 外径Φ76mm 至管式海淡水管式热交换器的进口； 

4）左右电动淡水泵在海淡水管式热交换器最近的下方加工底座安装，海淡水管式热交换器加工底座安装在左右两侧的舷墙肋骨上；

5）淡水冷却系统管路最高点上方连接Φ22mm 镀锌管加装球阀至膨胀水箱透气用，膨胀水箱容量为20L，并有液位计、透气管、加液管口和淡水泵吸入补水管等；

6）淡水泵进口管路和海淡水管式热交换器经冷却后出口管路的连接管上至膨胀水箱下方安装1根带球阀的Φ26mm 镀锌补水管路； 

7）在机带海水泵出口至海淡水管式热交换器海水进口管上和海淡水管式热交换器海水出口管上各安装1只0~100℃ 防振温度表；

8）在管式热交换器经冷却后至淡水泵管路上和经空气中冷器出口管至海淡水管式热交换器进口管路上各安装1只 0~100℃防振温度表T3、T4； 

9）在机带海水泵出口管路和淡水泵出口管上安装防振0~0.4MPa 压力表各1只，在淡水泵进口管上安装防振0~0.4MPa/-0.1 真空压力表 1 只； 

（3）淡水泵故障的应急海水冷却工作情况下 

1）机带海水泵出口管路至海淡水管式热交换器安装截止阀，在阀前和淡水泵出口管上安装截止阀在阀后连接旁通管并安装隔离截止阀。 

2）在海淡水管式热交换器出口管上安装截止阀，在阀前连接管式热交换器出口至主机中冷器的旁通管和安装隔离截止阀，在管式热交换海水出口管上安装截止阀。 

3）淡水泵控制箱有自动和手动功能，自动功能可通过机器运行信号来实现自动启动。

即在主机电控箱2号端子和31号端子取出主机运转信号，淡水泵控制箱继电器接受电信号，实现两者电气联动。

淡水泵控制箱及内部接线如图4、图5所示。

图 4 C32 电控箱及水泵电控箱

图 5 C32 电控箱及水泵电控箱内部接线图

4）在改造过程中，综合考虑水泵排量、扬程及转速等参数，我船选择江苏振华泵业制造有限公司CLH65-50-8.5（Z）型水泵。

其具体参数为：

扬程：20m；转速：2,950r/min；功 率：5.5Kw。

如图 6 所示。

图 6 CLH65-50-8.5（Z）型水泵性能参数

5）在改造过程中，综合考虑水冷器冷却平方数、水温等参数，我船选择大冶添通换热设备有限公司SL10.25 型水冷器其具体参数如图 7 所示。

图 7 SL10.25 型水冷器参数图

6）在系统改造完成后，我船进行了数次试车工作，性能指标达到预期效果。

试车工况参数如图 8 所示。

图 8 试车工况参数

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