Guide de refroidissement des générateurs diesel pour bateaux : Dimensionnement des radiateurs et des échangeurs de chaleur marins

Un chalutier de 40 pieds utilisant un groupe électrogène de 20 kW pendant huit heures de réfrigération envoie environ 13 kW de chaleur d'eau de chemise dans son circuit de refroidissement chaque heure de fonctionnement. Cette chaleur ne se soucie pas du fait que la salle des machines soit déjà à 48 degrés Celsius, que l'eau de mer à l'extérieur soit à 31 degrés Celsius à la fin de l'été ou que l'évent à persiennes devant le radiateur soit à moitié obstrué par une aile de rechange. Il faut encore qu'il quitte le bateau.

La plupart des pannes de refroidissement sur les navires de petite et moyenne taille sont des pannes de spécifications plutôt que des pannes de moteur : un radiateur ou un échangeur de chaleur choisi dans un catalogue en fonction de sa puissance nominale uniquement, monté là où l'air ne peut pas l'atteindre, revêtu pour un usage intérieur, puis soumis à une décennie de brouillard salin et de vibrations constantes.

Conditions de référence utilisées partout : eau de mer tropicale entre 30 et 32 ​​degrés Celsius, température ambiante dans la salle des machines entre 45 et 50 degrés Celsius, service continu entre 80 et 100 % de la puissance nominale.

Ce qu'un générateur diesel pour bateau exige de son système de refroidissement

Un générateur diesel de bateau doit maintenir la température nominale du liquide de refroidissement à charge continue à l'intérieur d'un espace de machines fermé, humide et chargé de sel, et le refroidissement est donc l'une des causes les plus courantes d'arrêts des groupes électrogènes marins après des pannes de carburant et électriques.

Le profil de service est la première vraie différence par rapport à toute application routière. Une unité de secours dans une marina peut fonctionner 50 heures par an, tandis que la même machine de 20 kW sur un bateau de pêche en activité peut enregistrer 4 000 heures, et l'absorption de chaleur, les cycles de vibration et l'exposition au sel s'accumulent à ce rythme.

• Air ambiant au niveau de la face du noyau : une salle des machines par une journée chaude atteint 48 à 52 degrés Celsius, de sorte que le noyau fonctionne avec une différence de température beaucoup plus petite que ce que suppose son catalogue.
• Chemin du flux d'air : des persiennes, un coude dans le conduit ou une sortie d'échappement à proximité peuvent réduire le flux d'air efficace de 20 à 30 %.
• Espace : les salles des machines couvrent le diamètre du ventilateur et l'épaisseur du noyau, de sorte que la surface frontale, les ailettes par pouce et le type de tube déterminent les performances au-delà de la puissance nominale en kilowatts.
• Corrosion : un noyau chaud sèche des cristaux de sel sur les ailettes, et chaque joint aluminium-acier devient un couple galvanique une fois le revêtement rayé.
• Accès au service : un noyau qui ne peut pas être nettoyé sur place est nettoyé trop tard ou pas du tout.

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Les navires qui travaillent sur les côtes ou au large ont besoin de l'ensemble du système de refroidissement spécifié pour cet environnement, depuis le revêtement du noyau et le matériau du cadre jusqu'au moyeu du ventilateur et aux fixations, plutôt que le radiateur seul.

Mathématiques de charge thermique : pourquoi un groupe électrogène marin n'est pas un moteur de camion

Seulement environ un tiers de l’énergie contenue dans le carburant diesel quitte un groupe électrogène marin sous forme d’électricité ; environ un autre tiers sort avec les gaz d'échappement, le reste doit être évacué par les circuits de refroidissement via un radiateur ou un échangeur thermique.

Un groupe électrogène marin de 150 kW à charge nominale injecte environ 95 kW dans le circuit d'eau de la chemise et environ 38 kW dans le refroidisseur final d'air de suralimentation. Un moteur de camion de même puissance voit l'air circuler sur une autoroute à travers un gros noyau et passe la majeure partie de sa durée de vie à charge partielle ; l'unité marine fonctionne à vitesse fixe, presque à pleine charge, dans l'air calme, souvent pendant des milliers d'heures par an.

Chiffres approximatifs pour un groupe électrogène marin à quatre temps typique à la charge nominale ; les changements de vitesse divisés avec la puissance nominale, le système de carburant et le système de refroidissement final.

Les unités qui semblent généreuses sur le papier échouent souvent précisément à ce stade, car un noyau évalué à 25 degrés Celsius d'air ambiant perd un cinquième ou plus de sa capacité dans une salle des machines à 50 degrés.

Eau brute, refroidissement par quille ou boucle fermée : trois circuits, trois réponses de radiateurs

Un générateur diesel marin évacue sa chaleur à travers l'un des trois circuits, et le circuit choisi décide de la matière à partir de laquelle le noyau doit être construit, du débit d'air dont il a besoin et de la fréquence à laquelle il doit être nettoyé.

Échangeur de chaleur à eau brute

L'eau de mer passe à travers un faisceau de tubes et transporte la chaleur par-dessus bord tandis que le côté moteur reste sur du liquide de refroidissement traité au glycol. Il est compact, ne nécessite pas de grand ventilateur et convient aux coques où le moteur est bas et où le débit d'eau de mer est fiable. Ses ennemis sont l’encrassement, les crépines bouchées, la corrosion des tubes et le gel lors du dépôt hivernal.

Refroidissement de la quille

La chaleur s'échappe à travers une grille de tubes collés à la coque, de sorte qu'aucune eau brute ne pénètre dans le bateau. Les bateaux de travail qui restent à flot toute l'année le privilégient, mais la grille de la coque a besoin d'une protection et d'une inspection annuelle, et les longs tuyaux ajoutent du volume de liquide de refroidissement que la pompe doit déplacer.

Radiateur en boucle fermée avec ventilateur

Un noyau conventionnel, généralement monté à distance ou canalisé, rejette la chaleur dans l'air de la salle des machines. Il maintient l'eau de mer hors de la salle des machines et fonctionne lorsque le navire est stocké à terre, mais il nécessite une véritable zone de ventilation, des conduits disciplinés et un ventilateur capable d'aspirer l'air à travers un espace restreint.

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Brouillard salin, vibrations et coût réel de la corrosion

Le revêtement et le matériau de base déterminent si un radiateur marin atteint sa douzième saison ou tombe en panne lors de sa troisième, et la différence de prix d'achat ne représente généralement qu'une fraction du coût d'une sortie imprévue et d'une journée d'affrètement perdue.

Le brouillard salin se dépose sur les ailettes chaudes, sèche en cristaux et attaque tout bord nu en aluminium ou en acier. Les joints de tube à collecteur et les joints de réservoir rassemblent des métaux différents, et les vibrations de torsion du moteur font travailler ces joints jusqu'à ce que des fissures de fatigue s'ouvrent et que le liquide de refroidissement suinte dans les ailettes.

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La construction compte tout autant. Les noyaux en aluminium-plastique avec réservoirs sertis résistent bien aux vibrations mais dépendent entièrement de la qualité du sertissage et du joint, tandis que les noyaux entièrement en aluminium brasent le réservoir au collecteur et tolèrent mieux les cycles thermiques lorsque le processus de brasage est correctement contrôlé.

Dimensionnement et références croisées d'un radiateur de remplacement

Un remplacement à l'identique est décidé par cinq mesures et un contrôle matériel, jamais par le numéro de pièce imprimé sur l'ancien réservoir.

Fabrication Cie., Ltd de radiateur de Jiangsu Weichuang. construit des radiateurs pour groupes électrogènes en tubes et ailettes, plaques et ailettes, aluminium-plastique et tout aluminium, et fournit à la fois des lignes d'assemblage OEM et des programmes de remplacement, ce qui signifie que la même usine peut répondre avec une référence croisée standard ou un noyau personnalisé construit sur la base d'un dessin.

Foire aux questions sur le refroidissement du générateur diesel pour bateau

Quelle quantité de chaleur un radiateur de générateur diesel de bateau doit-il évacuer ?

À titre de chiffre de travail, le circuit d'eau de chemise transporte environ 0,6 à 0,7 kW de chaleur pour chaque kilowatt de puissance électrique à charge nominale, et le refroidisseur final d'air de suralimentation ajoute environ 0,25 kW par kilowatt sur les unités turbocompressées. Un groupe électrogène de 60 kW demande donc à son système de refroidissement de perdre environ 50 kW.

Puis-je installer un radiateur automobile sur un groupe électrogène marin ?

Non. Les noyaux automobiles sont dimensionnés pour le flux d'air routier et la charge intermittente, utilisent des réservoirs et des dispositions de montage différents, et ne sont pas revêtus pour une exposition constante au sel. L'unité fonctionnera de manière acceptable au quai et surchauffera sous une charge soutenue dans une salle des machines chaude.

Pourquoi mon groupe électrogène surchauffe-t-il uniquement au mouillage ?

Parce que le débit d’air et le débit d’eau de mer diminuent lorsque le navire s’arrête. L'air chaud recircule vers la face centrale, les algues et les débris chargent la crépine et la pompe à eau brute perd son amorçage. Mesurez la vitesse de l’air et le débit de l’eau de mer avant de remplacer tout matériel.

À quelle fréquence faut-il nettoyer le radiateur d’un générateur marin ?

Toutes les 500 à 1 000 heures de fonctionnement pour le service côtier, avec une inspection annuelle du revêtement et un contrôle chimique du liquide de refroidissement. Les unités utilisées en service poussiéreux ou offshore doivent être inspectées à l'extrémité la plus courte de cette plage.