柴油发电机冷却系统布置程序

如不加以适当的冷却，会使柴油机发热，充气系数下降，燃烧异常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨耗加剧，引起柴发机组的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是，如果冷却过强，柴油机混合气形成不佳，机油被燃油稀释，柴油机作业粗暴，散热损失和摩擦损失增加，零件的磨损加剧，也会使柴油机作业变坏。

      在水冷柴油机上，选用一个循环水泵迫使防锈水流过汽缸套和气缸盖需要冷却的部分，通过适当布置导水管或选择其他导流方案，可以对热负荷很严重的部分（气门间的鼻梁区、气缸套上缘等）实现高效的冷却。内燃机的发明人奥托（O tto）就是选择水作为冷却气缸的介质。水具有良好的热容量（比热大），与壁面之间的换热系数较高，而且通常说来，也是比较便宜和随手可得的，这也就是水冷方式目前得到广泛应用的原由。但水冷方式也存在一些缺点，因为不是任何一种水都适合于作冷却剂，因此，现代发动机利用防过热防锈水（如弗列加预混合水箱宝）来代替水作为冷却介质。

      在开式冷却装置中，利用水的汽化潜热（其值在100℃时为2258kJ/kg）可以达到良好的冷却效果。根据燃油耗率和通过防冻液所带走的热量比例，可以估算出这种冷却方式需消耗的冷却液量为1~3L/kW·h。这种冷却程序主要用于一些老式的小型柴油机上。

      在开式循环水冷却方式中，冷却水连同带走的热量重新流回江湖中去。由于自然界的水一般处于低温状态（较高35℃），为了避免热应力过度，柴油机的进出口温度又不允许偏高（仅允许20℃左右），引起在这种冷却方法下柴油机总是在比较冷的状态下运转。因此实际上经常运用的是一种属于半开式循环的混合冷却步骤，在这种冷却方式中，为了保持预先规定的温度状态，只有一部分水参与开式循环。

      柴油发电机大部分选用此种冷却型式。其机理是水泵从散热水箱内吸入低温水，升高压力后，送到机油冷却器康明斯室外柴油发电机，然后流经汽缸体和气缸的冷却水套，带走热量后经问水管流回散热水箱进行降温。冷却水不断地循环流动，使柴油机的作业温度保持在一定范围内。通常防锈水出门温度为343~363K。闭式系统中，水在密闭装置内循环，冷却装置的蒸压力大于大气压力，由于防冻液温与外界气温温差加大，因而提升了整个冷却系统的散热能力。

      当散热器和贮水箱都与大气相通时，冷却介质处于大气压力的作用下，压力式冷却方式的特点是可以通过提高冷却液温度（如120℃）来缩小散热器的尺寸。它的缺点是密封比较困难，而且降低了柴油机进出口水的温差，这种冷却型式具体运用在飞机内燃机上。

      单缸风冷柴油机是一种较为简易的内燃机，由机体、主轴、连杆、活塞、气门、喷油咀、供油装置、点火装置、排烟装置、冷却系统等组件结构。其中，机体是内燃机的核心零配件，缸内活塞与曲轴相连，气门控制着进气和排气步骤，而喷油咀则负责将燃油喷入缸内。

      其作业机理是燃油与空气通过喷油器和气门进入缸内，在活塞上升流程中进行压缩，在活塞到达顶点时喷油泵喷出燃油，燃油在发烫高压气体的作用下瞬间燃烧，产生高温高压气体推动活塞向下运动康明斯发电机组价格一览表，从而带动主轴旋转，发生机械动力。

      为了保证缸内气体的充分混合和燃烧，单缸风冷柴油机还配备了气门和喷油嘴。气门负责进气和排气，喷油咀则负责将燃油直接喷入缸内。在活塞下行时，缸内气体排出，同时喷油咀向缸内喷射燃油，在发热高压气体的用途下自燃燃烧，推动活塞向上运动，完成一个工作循环。

      活塞顶部从燃烧室接受的热量，大部分是通过活塞环传给气缸壁的（缸壁外圆受到冷却），还有一小部分热量则通过活塞裙传到气缸壁或由飞溅至活塞底面的机油带走。虽然随着柴油机强化程度的提高，对活塞耐热性能的要求愈来愈高，但是对于热负载过高的柴油机活塞，必须加强冷却策略。

      在闭式循环冷却程序中（如图1所示），防冻液在水泵的压力下进行封闭循环，水泵出来的冷却液经机油冷却器，有时还有液力传动油散热器和增压空气中冷器，进入机体各个汽缸周围，再由此向上冷却气缸盖以后经出水总管流出，从出水总管流出的水先流到节温器，当水温较低时，节温器控制水流不经过散热器而直接返回水泵的吸水端；当水温过高时，则使防锈水经过散热器后再返回水泵吸水端，节温器起功用的温度约为85℃~90℃。当散热器尺寸足够时，通过节温器的自动调节功能，可使防冻液温度在上述温度范围内基本维持恒定，而不受发动机负载的影响。防冻液在通常蜂巢式散热器（水箱宝箱）中受到空气的再冷却，当用空气冷却时，用风扇将冷却空气吹过散热器，此风扇可由发动机直接驱动。整个水冷步骤如图2所示。

      在小型发动机上，水箱宝泵大多用三角皮带驱动，发电机亦由此三角皮带驱动并同时用来调整皮带的张紧程度，能选用三角皮带驱动的条件是水泵规划在发动机前上方的缸体端面上。水泵这种规划办法的优点是，防冻液能够以较短的路程由水泵直接流入机体而毋需专门的管道，此外在这种措施中，风扇叶片正好可以装在水泵的三角皮带轮的轮毂上而不需要另外的支承。但是水泵装在缸体的前端面上以后会影响发动机的长度。若我们要点尽量缩短发动机长度时，则只能将水泵设计在发动机侧面，这样一来发电机十大品牌，前述省管道和设计风扇比较方便的两项特征也就不存在了，但将风扇与水泵装在一起也是有弊端的。因为这样一来水泵和风扇的转速完全一样。为了使噪声不至于过度，风扇叶尖的圆周速度不允许超过75~80m/s，风扇的转速因此受到一定的限制，引起水泵的转速不可能得到有利的发挥。

    备用发电机组带载运转时，大小约为发电机组输出功率71.43%的燃烧热需要冷却装置从发动机本体带出，因此，备用电源装置要按其装机容量正常发电，就必须在项目前期设计流程中考虑应急电源的机房设计，并在备用发电机组购买时根据环境温度、机房较大容许进风量等用户环境条件，确定发电机组较合适的冷却系统规划对策，以确保发电机组发电过程中20%～40%的燃烧热量能高效带出冷却，否则应急电源装置无法满足用户环境下负荷的起动运转需求。

      其中联机式冷却系统即一体式冷却系统，在发电机组的开发阶段验证定型，可靠性和冷却效率都很高，性价比高且现场装配简易，损坏率低且故障排除容易，但对发电机房的进风量要求大，发电机组运转时水箱/散热器风扇噪音大。如进风量不够时，很容易发生高水温状况，因此，若有必要可加装热交换器装置（如图3所示）。

      具体加装防冻液塔和热交换器同时操作，如图4所示。发动机冷却装置与热交换器低温端形成内循环，热交换器过热端与防冻液塔连接形成外循环。

     当机房的温度偏高而遇通气系统不畅时，可以考虑冷却水塔作为冷却系统。防冻液塔的工作机理和远置水箱机理差不多，不过后者循环水是全封闭式，而水塔的水会经过室外的空气进行冷却，室外空气中的尘埃及酸性雨水会对水塔循环水造成污染，因此操作水塔时，应注意对循环水做排除。

      远置式冷却系统即分体式冷却装置，其水箱/散热器远置于柴油机房外，冷却系统主要方法在机房布置阶段定型，属于客户化规划，故可靠性和冷却效率都比过低，且现场安装复杂，故障率高且故障排除难度大，但发电机组运行对机房的进风量要点较小，发电机组运转时机房内噪音较小。

      安装布置如图5所示。当远置式散热器与发动机的距离和高度产生的压阻不超过允许值时，发动机的冷却装置可以直接与远置散热器连接形成内循环。立式水箱的优势是构造简易、占地面积小和成本低。但是，在商业中心和住宅区需要进行严格的噪声控制。

      装配规划如图6所示。当远置式散热器与发动机的距离和高度出现的压阻超过允许值时，发动机的冷却系统与热交换器低温端直接形成内循环，热交换器发热端与远置散热器连接形成外循环。

      安装设计如图7所示。当远置式散热器与发动机的距离和高度产生的压阻不超过允许值时，发动机的冷却装置可以直接与远置散热器连接形成内循环。卧式远置散热器的优势是散热效果好、噪音容易控制。缺陷是占地面积大、成本高。

      安装设计如图8所示。当远置式散热器与发动机的距离和高度出现的压阻超过允许值时，发动机的冷却系统与热交换器低温端直接形成内循环，热交换器发烫端与远置散热器连接形成外循环。

      应急电源的冷却步骤，即柴油发电机组采用何种冷却系统，受制于发电机组发动机进气方法，应在备用发电机组选定和机房土建布置时确定。

3、如果应急发电机组选用其它进气程序，且机房满足所有发电机组满载运转的进风量需求，则发电机组应当优先采用联机式冷却装置，但如果机房需要进一步降噪，则可以考虑选用远置式冷却系统。

4、如果机房进风量无法通过土建规划设计满足发电机组满载运转的进风量需求，则必须选择远置式冷却系统，此时无法选用涡轮增压空空中冷的备用发电机组，也不建议选择涡轮增压单泵双循环空水中冷发电机组。

5、应急电源采取跌机式冷却方法时，机房布置不需要考虑冷却系统设计，直接使用发电机组联机式冷却装置即可，但机房的进风量，一定得按用户环境（海拔高度和环境温度）下各用系统满载运转时的总进风量需求布置。

6、应急电源选择远置式冷却方式时，装配于机房外的水箱/散热器与发电机组的相对位置，决定应急电源装置采取哪种冷却系统规划对策。

柴油发电机组在运转中常处于发烫状态，太高的温度不仅蕴藏着危险，因燃烧空气的膨胀也会引起运转效率的下降。因必须用防锈水对不断对发动机、润滑油和燃烧空气进行冷却。使防冻液保持低温的对策，通常有内循环空气冷却和其它外循环低温水冷却二种。对它们的选择，根据发电机组安装场所和运转环境而定。对于柴发机组而言，较简单也是相对可靠的莫过于闭式内循环装置。因为闭式冷却系统的一个独特之处就是相对于外界是独立的装置，如果因某些不可抗拒要素致使公用电源损坏，这亦可能切断了供水，使所有靠公共供水冷却的柴发机组产生重大安全隐患。

除了上文所述因素外，冷却方式的采取也有其他方面的危害。首先，在寸土寸金的今天，设备的规划必须考虑较有效的空间利用；其次是商业中心地段和住宅区等对噪声的抑制的高要求，以及投资的经济性。故而，有些项目的冷却系统解决步骤，有很大的挑战性，而cummins公司对于迎接挑战具有天然的优点。