柴油发电机冷却机构布置方式

如不加以适当的冷却，会使柴油发电机偏热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，致使柴油发电机组的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是，如果冷却过强，柴油发电机混合气形成不良，机油被燃油稀释，柴油发电机工作粗暴，散热损失和摩擦损失增加，零件的损伤加剧，也会使柴油发电机作业变坏。

      在水冷柴油发电机上，采用一个循环水泵迫使水箱宝流过汽缸套和气缸盖需要冷却的部分，通过适当部署导水管或采用其他导流办法，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）就是采用水作为冷却气缸的介质。水具有良好的热功率（比热大），与壁面之间的换热系数过高，而且一般说来，也是比较便宜和随手可得的，这也就是水冷步骤目前得到广泛运用的起因。但水冷方法也存在一些弊端，因为不是任何一种水都适合于作冷却剂，因此，现代发电机利用防高温防冻液（如弗列加预混合冷却液）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防冻液量为1~3L/kW·h。这种冷却程序主要用于一些老式的小型柴油发电机上。

      在开式循环水冷却方式中，防冻液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℃），为了预防热应力过度，柴油发电机的进出口温度又不允许过高（仅允许20℃左右），致使在这种冷却程序下柴油发电机总是在比较冷的状态下运行。因此实际上经常应用的是一种属于半开式循环的混合冷却程序，在这种冷却程序中，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。

      柴油发电机大部分采用此种冷却型式。其机理是水泵从水箱散热器内吸入低温水，升高压力后，送到机油冷却器，然后流经气缸体和汽缸的冷却水套，带走热量后经问水管流回水箱散热器进行降温。防锈水不断地循环流动，使柴油发电机的作业温度保持在一定范围内。通常防冻液出门温度为343~363K。闭式装置中，水在密闭系统内循环，冷却装置的蒸压力大于大气压力，由于水箱宝温与外界气温温差加大，因而提升了整个冷却装置的散热能力。

      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，压力式冷却步骤的长处是可以通过提升防锈水温度（如120℃）来缩小散热器的尺寸。它的缺点是密封比较困难，而且减少了柴油发电机进出口水的温差，这种冷却型式具体应用在飞机内燃机上。

      单缸风冷柴油发电机是一种较为大概的内燃机，由机体、主轴、连杆、活塞、气门、喷油器、供油机构、点火机构、排烟装置、冷却机构等组件结构。其中，缸体是内燃机的核心零配件，缸内活塞与主轴相连，气门控制着进气和排气流程，而喷油器则负责将燃油喷入缸内。

      其工作原理是燃油与空气通过喷油嘴和气门进入缸内，在活塞上升步骤中进行压缩，在活塞到达顶点时喷油器喷出燃油，燃油在发热高压气体的用途下瞬态燃烧，产生高温高压气体推动活塞向下运动，从而带动曲轴旋转，发生机械动力。

      为了保证缸内气体的充分混合和燃烧，单缸风冷柴油发电机还配备了气门和喷油器。气门负责进气和排气，喷油嘴则负责将燃油直接喷入缸内。在活塞下行时，缸内气体排出，同时喷油嘴向缸内喷射燃油，在高温高压气体的用途下自燃燃烧，推动活塞向上运动，完成一个作业循环。

      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汽缸壁或由飞溅至活塞底面的机油带走。虽然随着柴油发电机强化程度的提高，对活塞耐热性能的要求愈来愈高，但是对于热负荷较高的柴油发电机活塞，必须加强冷却措施。

      在闭式循环冷却方式中（如图1所示），防冻液在水泵的压力下进行封闭循环，水泵出来的防锈水经机油冷却器，有时还有液力传动油散热器和增压空气中冷器，进入机体各个气缸周围，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，当水温偏低时，节温器控制水流不经过散热器而直接返回水泵的吸水端；当水温偏高时，则使水箱宝经过散热器后再返回水泵吸水端，节温器起用途的温度约为85℃~90℃。当散热器尺寸足够时，通过节温器的自动调整作用，可使冷却液温度在上述温度范围内基本维持恒定，而不受发电机负载的影响。水箱宝在通常蜂巢式散热器（冷却液箱）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，此风扇可由发电机直接驱动。整个水冷步骤如图2所示。

      在小型发电机上，防冻液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节皮带的张紧程度，能采用三角皮带驱动的要素是水泵布置在发电机前上方的缸体端面上。水泵这种部署举措的好处是，防锈水能够以较短的时间由水泵直接流入机体而毋需专门的管道，此外在这种举措中，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。但是水泵装在机体的前端面上以后会危害发电机的长度。若康明斯发电机公司要求尽量缩短发电机长度时，则只能将水泵部署在发电机侧面，这样一来，前述省管道和布置风扇比较方便的两项长处也就不存在了，但将风扇与水泵装在一起也是有缺陷的。由于这样一来水泵和风扇的转速完全一样。为了使噪音不至于过度，风扇叶尖的圆周速度不允许超过75~80m/s，风扇的速度因此受到一定的限制，导致水泵的速度不可能得到有利的发挥。

    备用发电机组实载运转时，大小约为发电机组输出容量71.43%的燃烧热需要冷却装置从发电机本体带出，因此，备载电源系统要按其装机容量正常发电，就必须在项目前期规划过程中考虑后备电源的机房布置，并在后备发电机组选择时根据环境温度、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布置方案，以确保发电机组发电程序中20%～40%的燃烧热量能高效带出冷却，否则备用电源装置不能满足用户环境下负荷的启动运行需求。

      其中联机式冷却机构即一体式冷却机构，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，性价比高且现场安装简易，故障率低且故障排除容易，但对柴发机房的进风量要求大，发电机组运行时水箱/散热器风扇噪音大。如进风量不够时，很容易产生高水温现状，因此，若有必要可加装热交换器系统（如图3所示）。

      主要加装水箱宝塔和热交换器同时操作，如图4所示。发电机冷却装置与热交换器低温端形成内循环，热交换器发烫端与冷却水塔连接形成外循环。

     当机房的温度偏高而遇通气机构不畅时，可以考虑冷却液塔作为冷却机构。冷却水塔的作业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，因此使用水塔时，应注意对循环水做解决。

      远置式冷却机构即分体式冷却装置，其水箱/散热器远置于柴油发电机房外，冷却装置详细措施在机房规划阶段定型，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，故障率高且故障处置难度大，但发电机组运转对机房的进风量要求较小，发电机组运行时机房内噪音较小。

      装配布局如图5所示。当远置式散热器与发电机的距离和高度发生的压阻不超过允许值时，发电机的冷却机构可以直接与远置散热器连接形成内循环。立式水箱的优点是组成简单、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音控制。

      装配布局如图6所示。当远置式散热器与发电机的距离和高度产生的压阻超过允许值时，发电机的冷却装置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。

      安装部署如图7所示。当远置式散热器与发电机的距离和高度产生的压阻不超过允许值时，发电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点是散热效果好、噪声容易控制。短处是占地面积大、成本高。

      装配布局如图8所示。当远置式散热器与发电机的距离和高度发生的压阻超过允许值时，发电机的冷却机构与热交换器低温端直接形成内循环，热交换器高温端与远置散热器连接形成外循环。

      备用电源的冷却方法，即柴油发电机组采用何种冷却装置，受制于发电机组发电机进气步骤，应在备用发电机组选定和机房土建规划时确定。

3、如果备载发电机组采用其它进气程序，且机房满足所有发电机组满载运行的进风量需求，则发电机组该当优先采用联机式冷却系统，但如果机房需要进一步降噪，则可以考虑采用远置式冷却系统。

4、如果机房进风量无法通过土建设计设计满足发电机组满载运转的进风量需求，则必须采用远置式冷却机构，此时不能购买涡轮增压空空中冷的备载发电机组，也不建议购买涡轮增压单泵双循环空水中冷发电机组。

5、备用电源采用跌机式冷却程序时，机房布置不需要考虑冷却机构布置，直接操作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）下各用机构满载运行时的总进风量需求设计。

6、后备电源采用远置式冷却方式时，安装于机房外的水箱/散热器与发电机组的相对位置，决定备载电源系统采用哪种冷却机构布置举措。

柴油发电机组在运行中常处于高温状态，过高的温度不仅蕴藏着危险，因燃烧空气的膨胀也会导致运行效率的下降。因必须用防锈水对不断对发电机、润滑油和燃烧空气进行冷却。使冷却水保持低温的方案，一般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。对于康明斯发电机组而言，较简易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机构，如果因某些不可抗拒因素致使公用电源故障，这亦可能切断了供水，使所有靠公共供水冷却的康明斯发电机组产生重大安全隐患。

除了上文所述条件外，冷却方法的选取也有其他方面的危害。首先，在寸土寸金的今天，设备的布置必须考虑较高效的空间利用；其次是商业中心地段和住宅区等对噪音的抑制的高要求，以及投资的经济性。故而，有些项目的冷却装置处理程序，有很大的挑战性，而康明斯公司对于迎接挑战具有天然的优点。