Konsekwentnie prowadzimy serial marynizacyjny – dziś o dwuobiegowym układzie chłodzenia. To taki luksusowy system, raczej konieczny w nowoczesnych silnikach jachtowych. Używane na jachtach za czasów mojej młodości silniki łodzi rybackich były przewymiarowane, niewysilone, odporne na wszystko, a głównie na brutalność, niedbałość i niechlujność użytkowników. Kto pamięta jeszcze silniki Volvo-Penta MD1 oraz MD2, to wie co mam na myśli. Czy można je było zepsuć? Nie znałem takiego przypadku. Jeszcze poczciwa „przejściówka” MD6A z którą przez lata miałem przyjemność – chłodzona była jednoobiegowo. Ale czasy się zmieniają i jak to mówi aktualne przysłowie – także silniki projektują dziś nie inżynierowie, ale księgowi.
Stąd pewnie troska Tadeusza Lisa, o to aby te silniki służyły nam jak najdłużej. Zaspakajam przy okazji Waszą ciekawość. SSI zamówiła jeszcze u Tadeusza newsy o tym jak zamontować i napędzać pompę wody zaburtowej, jak połączyć skrzynię przekładniową (rewers) z korpusem silnika oraz jak własnoręcznie zrobić remont średni, remont kapitany oraz „mistrzowski tuning” jachtowego silnika wysokoprężnego. Także wkrótce super-niespodzianka.
Żyjcie wiecznie !
Don Jorge
—————————-
P.S. Prywata (dla morskich debiutantów): http://www.youtube.com/watch?v=wlAM5dUuVkM Jeśli docelowa strona nie otwiera się samoczynnie – proszę kopiować i wstawiać do wyszukiwarki. To chyba wina nieporozumień mojego nowego komputera z programem redakcyjnym SSI. Muszę Toma poprosić o interwencję.
——————————————————
Marynizacja silnika – projektujemy dwuobwodowy układ chłodzenia, adaptując gotowy wymiennik
Jeżeli przeczytaliście uważnie poprzednie artykuły, to wykonanie najtrudniejszego elementu – kolektora chłodzonego cieczą – nie powinno być dla Was problemem.
Jednak w silniku mieszkającym pod podłogą kokpitu nie da się zastosować typowej chłodnicy samochodowej (poza bardzo rzadkimi przypadkami łodzi motorowych przystosowanych do pływania po bardzo zanieczyszczonych wodach). Musimy zaprojektować układ, w którym do chłodzenia wykorzystamy wodę zaburtową.
W silnikach jachtowych spotkacie dwa systemy chłodzenia: jedno i dwuobwodowy. System jednoobwodowy polega na tym, że słona woda zaburtowa jest podawana bezpośrednio do bloku silnika. Był używany tradycyjnie. Jego zaletą jest prostota i pewność działania. Wady: korozja bloku i konieczność utrzymywania niskiej temperatury silnika – rzędu 50-60 stopni, ze względu na wytrącanie się soli.
Optymalna temperatura pracy silnika wynosi około 90-100 stopni. Wymaga to zastosowania dwuobwodowego systemu chłodzenia. W układzie wewnętrzny krąży płyn niezamarzający, którego przepływ jest wymuszony przez standardową pompę obiegową, którą jest zamontowana na kupionym przez Was silniku. Płyn trafia do małego wymiennika, w którym medium chłodzącym jest woda zaburtowa.
Schemat instalacji zamieszczono na rysunku nr 1. Jak widać nagrzany w bloku płyn chłodniczy trafia do wymiennika, gdzie przez ściankę jest chłodzony przepływającą wodą morską. Schłodzony płyn trafia do pompy, która podaje go powrotnie do bloku – identycznie jak w układzie z chłodnicą samochodową. Za utrzymanie stałej temperatury odpowiedzialny jest termostat (pominięto go dla uproszczenia na schemacie). Faktycznie w obwodzie istnieje jeszcze jeden mały przepływ – płyn w fazie nagrzewania silnika nie jest kierowany do wymiennika, tylko równolegle do niego krąży nagrzewając się w bloku. Gdy osiągnie właściwą temperaturę termostat otwiera duży obieg i strumień gorącego płynu trafia do wymiennika. Schłodzi się za bardzo? Termostat proporcjonalnie przymknie duży przepływ utrzymując stałą temperaturę silnika. Praktyczna rada: jeżeli kiedykolwiek w Waszym silniku gwałtownie wzrośnie temperatura to sprawdzacie w następującej kolejności przyczyny: najpierw zerwany pasek klinowy napędu pomp wody, potem pęknięty lub rozszczelniony cybant lub pęknięta rura w układzie chłodzenia – na końcu wyjmujecie termostat. Oczywiście to rozwiązanie awaryjne – przechłodzony silnik zużywa się bardzo szybko. Głównie z powodu niedostatecznego smarowania.
Na schemacie (rysunek 1) pokazałem, że projektując Wasze instalacje możecie od razu przewidzieć w układzie gorącym nagrzewnice kabiny (a przynajmniej suszarkę do sztormiaków w łazience albo opcjonalnie bojler do grzania wody użytkowej). Nie jest to skomplikowane – ale opis jak to tanio i pewnie zrobić na małym jachcie – w innym odcinku. Teraz skupimy się na wymienniku ciepła. Jak go wykonać? Odpowiedź – najlepiej kupić gotowy nowy. Chociaż jeśli zbudowaliście sami kolektor i została Wam jeszcze blacha i rurki to wykonanie wymiennika nie jest czymś bardzo trudnym. Nie propagujemy jednak tego z Jurkiem, gdyż oszczędność kosztów nie jest duża, a praca wymaga dużej staranności przy spawaniu. Poza tym przy braku odpowiednio karbowanych rurek trudno jest zaprojektować zwartą konstrukcje. Jeżeli jednak ktoś z Was czuje nieprzepartą potrzebę zrobienia go samodzielnie – zgłaszajcie to do Jurka i opublikujemy wtedy szczegółowe rysunki i wskazówki wykonawcze, a także uproszczone wzory do jego zwymiarowania.
Jaki model kupić? Jako sprawdzony w praktyce morskiej polecam Wam wymiennik basenowy wykonany ze stali 316L. Na fotografii 2 (jest własnością firmy LEDNET z Szydłowca) pokazana jest jego konstrukcja wewnętrzna. Jak widać rdzeń wymiennika tworzą ciasno upakowane, karbowane rurki ze stali nierdzewnej. Płynie w nim glikol ogrzewany w bloku silnika Są zanurzone w płynącej wodzie morskiej, która dopływa przez boczne króćce. Na rysunku nr 3 pokazujemy Wam jak włączyć wymiennik w instalacje. Ważne jest, aby nie pomieszać podłączeń. Jeżeli silnik się grzeje po uruchomieniu i odpowietrzeniu instalacji, to tutaj szukajcie pierwszych podejrzanych. Na fotografii nr 4 pokazano jak wygląda komora termostatu. Jak widać wchodzi do niej podany przez napędzaną paskiem klinowym pompę schłodzony płyn płynąc wprost do bloku (w dół) . Gdy osiągnie właściwą temperaturę termostat otworzy się i płyn popłynie w górę – do specjalnie dorobionego kominka (Foto.5). Tam wyprowadzony poziomym przewodem trafi do wymiennika. Ciśnienie w układzie jest utrzymywane przez zbiornik wyrównawczy, którego nie widać na fotografii. Zbiornik podłączany jest przez króciec wkręcany pionowo w kominek (tam gdzie na fotografii tkwi śruba).
Nasuwa się Wam zapewne pytanie, jak z typoszeregu dobrać właściwy wymiennik. Oto przykład analizy, którą przeprowadzicie dla Waszego konkretnego silnika.
Załóżcie, że 30% mocy Waszego silnika będzie musiało być odebrane przez układ chłodzenia (31% dla silników z zapłonem iskrowym i 27% dla silników z zapłonem samoczynnym).
Każdy opisywany wymiennik ma jako parametr ma podawaną moc nominalną dla zadanej różnicy temperatur. Przykładowo wygląda to następująco:
60 °C = 100%
50 °C = 85%
40 °C = 70%
30 °C = 55%
Te wartości podawane są dla przykładowych parametrów przepływów, to znaczy:
– medium grzewczego – 28 l/min
– medium ogrzewanego – 185 l/min
Jeżeli macie wątpliwości, czy Wasze pompy dadzą taki przepływ to po uruchomieniu silnika po prostu go zmierzcie odłączając węże i używając naczynia o znanej pojemności. Większość pomp spokojnie osiąga takie wydajności.
Przy zastosowaniu jako medium grzewczego glikolu wydajność spada do 90%. Jak zatem dobrać wymiennik? Sugeruje z praktyki, aby przy wyliczaniu jego mocy grzewczej przyjąć współczynnik bezpieczeństwa Wb w przedziale 1.9 do 3.6. Oznacza to, że poszukujemy w typoszeregu gotowego wymiennika płaszczowo-rurowego, którego moc nominalna wynosi
Qw = Q silnika * 0.3 * Wb
W uproszczeniu przyjmujemy, że moc nominalna wymiennika powinna być taka, jak moc maksymalna marynizowanego przez Was silnika. Czy to przesada? Moim zdaniem nie, ponieważ:
a. Proponowany przez nas wymiennik jest na tyle mały i lekki, że bez trudności znajdziecie dla niego miejsce w komorze silnika. Ale nie próbujcie mocować go do bloku tak jak w rozwiązaniu fabrycznym – dlaczego? O tym za chwilę.
b. Sprawność wymiennika będzie z czasem spadać z powodu zamulania się rurek przez osady z wody morskiej. To nieuniknione. Ale dlatego gęsty filtr siatkowy z osadnikiem przed pompą wody morskiej jest niezbędny.
c. Nadwyżka mocy chłodniczej (objętości) działa jak skuteczny bezpiecznik w układzie chłodzenia. Jeżeli zerwie się pasek klinowy napędu pompy obiegowej, temperatura w głowicy zacznie szybko wzrastać, aż do wrzenia. Wrzący glikol wypchnie teraz pewną schłodzoną objętość płynu z płaszcza do głowicy i dla Wam ekstra 1.5 do 2 minut na zgaszenie silnika. Przy średniej wielkości zbiorniku wyrównawczym (0.5 – 0.8l) sytuacja się szybko ustabilizuje po wyłączeniu i prawdopodobieństwo, że zostanie uszkodzona uszczelka pod głowicą lub pęknie głowica jest istotnie niższe. Sprawdziłem to w kilkunastu próbach niszczących na wodzie, których celem było zatarcie eksperymentalnego silnika z powodu przegrzania.
Obserwacja z prób: w przypadku niestosowania współczynnika bezpieczeństwa żaden z 4 skipperów nie był w stanie dostatecznie szybko zareagować i wyłączyć napędu (po zaświeceniu się lampki kontrolnej przegrzania potwierdzonego wskazaniami termometru). Co ciekawe podobną sytuację raportują skipperzy, którzy mieli podobną przygodę z fabrycznymi napędami jachtowymi, w których stosowane są kompaktowe, bardzo małe wymienniki. Przy proponowanym rozwiązaniu problem nie wystąpił w czasie 6 tygodniowych prób.
Na zakończenie kilka uwag praktycznych dotyczących połączenia wymiennika z pompami: wody zaburtowej i obiegowej oraz jego mocowania/ Oto one:
a. Starajcie się projektując spawane przyłącza kolektora i spawane przyłącza do wymiennika zachować tę samą średnicę rurek. Optymalne wydaje się być fi=16 mm. To oznacza, że będziecie mieli w zapasie na jachcie tylko jedną średnicę rury oraz garść jednakowych cybantów.
b. Długość rur nie ma znaczenia – liczy się Wasza wygoda i to, aby nie były narażone na przykład przez przetarcie przez wirujące elementy. Uwaga na pasek klinowy, wentylator alternatora oraz sprzęgło wału.
c. Gdy kupujecie rurę zegnijcie z niej łuk 180st. Przejście powinno być gładkie, jeśli zimna rura się załamuje na zgięciu– nie kupujcie jej.
d. Nie stosujcie typowych, hydraulicznych przyłączy z brązu – spowodują niepotrzebne przyspieszenie korozji.
e. Tam, gdzie to możliwe stosujcie podwójne cybanty ze stali 316L (nie 312 jak na śródlądziu) – projektując króćce uwzględnijcie to.. Nie przesadzajcie z siłą zacisku. Uszczelnienie węża będzie dostatecznie pewne, jeśli będziecie pamiętali o odtłuszczeniu rurek przed montażem (acetonem).
f. Nie montujcie wymiennika na bloku żeliwnym silnika – a jeżeli już musicie stosujcie elastomerowe przekładki separujące. To istotnie ogranicza korozję.
g. Wymiennik łatwo mocuje się standardowymi uchwytami do ścianek bocznych, które bez problemu zamówicie u dostawcy wymiennika. Wyglądają one jak na fotografii nr 6.
h. Wymiennik możecie mocować zarówno w poziomie jak i w pionie. Zmiana jego pozycji nie ma tutaj znaczenia.
i. Nawet jeżeli pływacie wyłącznie latem w obwodzie pierwotnym silnika musi być stosowany płyn niezamarzający na bazie glikolu – ze względu na smarowanie pompy obiegowej. Oczywiście awaryjnie możecie użyć również zwykłej wody słodkiej, którą spuścicie w najbliższym porcie.
j. Jeżeli kupiliście 20-30 letni jacht w Szwecji czy Holandii to będzie on prawdopodobnie w bardzo dobrym stanie. Ale z dużym prawdopodobieństwem po rozebraniu wymiennika zobaczycie coś takiego, jak na fotografii nr 7. Nie czyście i nie naprawiajcie go. Nowy, opisywany wymiennik kosztuje od 250 do 500 zł – a zapewni Wam spokój na następne 20-30 lat. Co 5 sezonów część słoną musicie jedynie przepłukać pod ciśnieniem słodką wodą z detergentem – to usunie osadzone glony i przywróci sprawność działania.
k. W ciasnej przestrzeni pamiętajcie, że dla zwiększenia mocy wymienniki można łączyć równolegle w baterie – ale nie róbcie to jeśli nie jest to konieczne. Raczej minimalizujcie liczbę połączeń, które mogą ciec lub się zapowietrzać.
l. Jeżeli zależy Wam na ultrakompaktowym rozwiązaniu możecie zastosować wymiennik płytowy (foto. 8). Jest tańszy i gabarytowo mniejszy – ale istotnie bardziej podatny na zanieczyszczenia z wody morskiej. Ja nie miałem z nimi problemów – ale na „FRI” musiał być dość często czyszczony. Sądzę, że jest to kwestia jakości filtru wody zaburtowej.
Dla kolegów, którzy chcieliby wykonać samodzielnie wymiennik i zintegrować go z kolektorem chłodzonym wodą zaburtową podaje adres opracowania, gdzie znajdziecie stosowne wzory: http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Kaimch/images/stories/Katedra_AiMCh/wymiennik.pdf
Koledzy – właściciele jachtów stalowych mogą rozważyć układ zamknięty z kadłubem jachtu (keel cooler). Ale to temat na osobny artykuł – rozwiązanie jest pewne, eleganckie i bardzo odporne na ludzką głupotę.
Tadeusz
