柴油发电机冷却装置改善和效果提高的手段

摘要：对柴油发电机发烫进行冷却能大大降低冷却水和机油的散热量，减小柴油发电机的热损失，改进柴油发电机工作程序状况。冷却机构作为柴油发电机的重要结构部分，其用途效果不仅危害柴油发电机工作的可靠性，更直接影响其经济性能。康明斯公司通偏高温冷却试验和试车试验，结果表明冷却水温度对燃油经济性的影响极大。因此，提高冷却系统的效果会使柴油发电机动力性和经济性得到了充分发挥，可满足柴油发电机在各种工况下使用。

       四冲程柴油发电机通过空气与燃料在汽缸内部的混合、燃烧，把燃料的化学能转变为热能，推动曲柄连杆机构运动，向外输出功率，并把废气排入大气中。在此步骤中，有相当一部分热量通过汽缸壁传给冷却水装置，由冷却液循环向周围的环境散热。易发的柴油发电机冷却系统由防锈水泵、柴油发电机冷却腔、调温器、散热水箱、冷却风扇等构成。

      当冷却效果良好，柴油发电机能够运转在较佳作业温度时，柴油发电机汽缸内吸进的新鲜空气量充足，喷入汽缸的燃油能与涡动的空气充分混合并完全燃烧，输出较高动力；各部件受热均匀，变形小；各相对运动部件间的间隙符合规划要求、润滑油的润滑性能得到充分的发挥，润滑油不易变质，相对运动部件的磨损减少；排出的废气中对大气环境污染的成分减轻。

      衡量现代柴油发电机运转的经济性能，除了指示耗油量、高效耗油率、指示效率、有效效率等经济性能指标，还必须考虑在运转程序中各相对运转部件的过量磨耗引起的零件损坏的损失，恶劣的工作环境引起润滑油提前变质而缩短操作周期的损失，柴油发电机在作业流程中因不完全燃烧生成的HC、NOx、SO2、CO等污染物造成对机件的腐蚀破坏，排放废气造成的环境污染等。无论是经济性能指标，还是柴油发电机在运行流程中引发的各种损失，都直接与柴油发电机的冷却效果有关。

      柴油发电机的冷却装置水温偏低，容易增加废气排放、加剧零部件磨耗、减小功率输出，缩短柴油发电机的使用寿命及增加使用费用；水温太高同样会引起柴油发电机新的磨损。对水冷式柴油发电机较佳冷却液工作温度的试验结果表明，柴油发电机全工况较佳防锈水作业温度为86.3 ℃。有探讨表明，当水箱宝温度从80 ℃降到30 ℃时，零件的磨损转速会增加1～2倍。

      在正常运转状态下，冷却水温度维持在80～90 ℃，柴油发电机的经济指标比过高。因为农用柴油发电机的工作受环境影响比较大，工作因素比较恶劣，对冷却液的循环路径及冷却强度的调节一般操作机械的调节方式，不能及时地根据柴油发电机的热负荷调节柴油发电机冷却效果，造成柴油发电机的运行功率不能充分发挥、额外损失增大；另外，使用者的使用管理错误，使冷却装置不能真正发挥其功用，进一步恶化柴油发电机工作条件，增加柴油发电机的额外损失，甚至危害到柴油发电机作业的可靠性。冷却系统对柴油发电机的危害主要表现在以下方面：

（13）柴油发电机供油时间不正确，增长或提前过多致使在缸内燃烧不充分，在排气管燃烧发生发烫，危害冷却；

      如果冷却机构中已经形成水垢，将严重影响康明斯发电机的冷却效果，应及时地进行处理。其清洁方法有两种。

      清洁剂的配制与操作程序对于铝合金气缸盖的发电机，无法用酸碱性较大的清洁剂。

      在缺少酸碱清洗剂的情形下，亦可使用有压力的清水来冲洗，但冲水压力不能超过0.3MPa（3kgf/cm2）。其步骤如下：

① 放出冷却液箱的水箱宝，拆下散热器进、出水管，汽缸盖出水管、节温器，然后装回汽缸盖出水管。

② 用压力不超过0.3MPa（3kgf/cm2）的清水从汽缸盖出水管灌进，冲洗水套，将积垢消除，直至水泵流出水不浑浊为止。

      风扇皮带不能过紧或过松。过紧会加载皮带磨损，缩短使用寿命，增大了充电机和水泵的拉力，加载了充电机和水泵轴的磨损，同时也增加了内燃机功率的消耗；过松会使皮带打滑，充电机、水泵和风扇的速度减少，危害散热效率，使充电电压降低。因此，皮带过紧或过松时，必须进行调节。

      风扇皮带松紧度的检查步骤，若不符合规定值，可旋松充电发电机支架上的固定螺钉，向外移动发电机时，皮带变紧，反之则变松。调好后，将固定螺钉旋紧，再复查一遍，如不符合要求，应重新调节，直至完全合格为止。

      在发电机组中修、大修及水泵、风扇等处轴承润滑油脂不足时，应及时向水泵、风扇等处轴承注入润滑油脂（黄油），以减轻轴承的磨损。

      应急康明斯发电机组冷却水换热装置，系统包括第一换热器、第二换热器、水泵、控制阀、滤清器、温度计和压力探头，冷却用中间水经过滤清器、水泵和控制阀后通过第二换热器、发电机组水道、第一换热器后回流冷却再循环，已持续对发电机组冷却；所述第一换热器可选的接入发电机组水道；控制阀、所述温度计、压力传感器设置在水管上且与控制箱电讯连接。

      在整体构成上，该防冻液装置换热装置采用两套板式换热器、一台离心泵、及相对应仪器仪表和控制箱，在作业过程中，通过离心泵将中间水导入冷却水机构换热模块进行冷却，再将冷却后的水箱宝送回柴油发电机防锈水装置，以保证冷却水的流量、压力和温度，从而整个装置的用电负载，增加冷却液系统可靠性。通过两套板式换热器，能够减轻空间占用，提升转配安装灵活性，便于修复且对发电效率危害小。

（1）冷却液尽量使用自来水等杂质少的软水。含盐分多的水，矿山或温泉附近的水对缸体和恒温器等有腐蚀功用，尽量不要操作。

② 补充冷却水时，打开散热器端盖，将水缓缓灌入至端盖位置，（10L/MIJ）。这时，要注意预防杂质的混入，加水速度太快会混入空气，这也是致使发电机发烫的起因，发电机运转后水位可能会下降，怠速运转数分钟后可验看一下水位，不足时加以补充。

④ 排除水箱宝装置内的空气时，松开发电机的出口水管或恒温器上的冷却液温度传感器的话，效果会更好。

      提升柴油发电机的经济性能，不仅要提升柴油发电机的有用容量，减小柴油发电机的有效耗油率，还要减小柴油发电机在各种负载状况下的额外损失，减小对环境的污染。通过采用新型的冷却技术，对冷却系统进行改进，改善冷却机构的冷却性能，有利于提升能源的利用率，减轻污染物的排出，获得良好的经济效益。

      通过对柴油发电机冷却水温度等实施实时监测，将水温等信号转变为电信号经柴油发电机ECM排除后，控制电控调温器电磁线圈的供电情况，及时、正确地获得与柴油发电机防冻液温度要求相匹配的阀门开度，控制冷却系统的水流循环手段；适时启动、关闭电动风机及改变风机速度，改进冷却强度，使柴油发电机获得良好的燃烧性能，提高能源的利用率。周天翼等[7]模糊控制机构的实机试验结果表明，设定控制温度为90 ℃，环境温度为15 ℃时，防冻液温可控制为（90±4） ℃，获得良好的控制精度。对柴油发电机冷却装置模糊控制讨论表明：冷却机构智能控制机构实现了散热能力控制的智能化，可以精确自动地调节冷却液的温度，把柴油发电机的工作温度限制在较佳阶段，增长了使用寿命，提升了工作效率，降低了损坏率。该控制机构可根据康明斯发电机组的运行转速、柴油发电机的防锈水温来综合控制冷却系统，从而达到减少电耗、减轻油耗的效果。具有性能稳定、工作可靠、节能潜力大等优势。

       改变普通蜡式调温器的温度-升程曲线固定不变的情形，以获得能根据柴油发电机负载、转速等条件灵活控制的温度-升程曲线。通过在普通蜡式调温器的感应体中嵌入电控加温元件，采用柴油发电机ECU对防锈水温等数据测定、解除后，按原先设置在柴油发电机ECU内的温控map图，输出信号控制电控加温器的端电压，使石蜡融化的步骤不再是以柴油发电机的水箱宝温为主导，大大提高调温阀门的动作灵敏度。可以根据柴油发电机负荷、速度、水温高低要求，由柴油发电机ECM自动实现对加温器两端电压的控制，使其在0、4、9、12 v的范围内变化，电控蜡式调温器的反应时间由普通蜡式调温器的4.38 s降低到1.16 s，从而提前达到较佳工况，减轻损失。

      采用电控阀门和电喷水泵取代传统的节温器和直驱水泵。改变水泵直接受柴油发电机驱动的限制，冷却装置效能不仅受柴油发电机速度控制，还受到柴油发电机的散热损失等危害。通过柴油发电机电喷单元对柴油发电机温度进行实时监测，对水箱宝流量及在不一样回路中的流量分配进行精确控制，满足不一样工况下柴油发电机的冷却要求，使柴油发电机冷起动时间缩短，不一样工况下柴油发电机工作温度波动小、工作效率高。对柴油发电机电喷冷却系统探求认为：与传统冷却系统冷却方式相比，清除水泵与曲轴间的耦合关系，通过精确控制水泵速度及电控阀门开度，在满足柴油发电机冷却需要的同时防锈水循环流量降到较小，使水泵平均功耗由1.50 kw降低至0.56 kw；柴油发电机水温在效率较高点小幅波动，从而有助于减小燃油消耗率和有害气体的排放。

      柴油原理想的作业状态是汽缸盖温度低于汽缸套温度，偏低的缸盖温度有利于汽缸吸气和排气；偏高的气缸套温度有利于润滑油膜的形成，减小损伤。通过对柴油发电机冷却腔构成进行改善，采用分流式冷却设计，可以分别使汽缸盖和汽缸套获得合理的冷却液流量、压力和流场分布。 气缸盖底部喷油器孔与进、排烟阀座孔间是热负载较大的部位，必须优先得到高效的冷却保证，可以在气缸盖的冷却腔中设置一块带孔的隔板，这样在汽缸盖的冷却腔下部采用“横流水”设计以利于对高热负载部位的冷却；在冷却腔的上部采用“纵流水”设计以利于减小流动阻力。对于进入气缸套冷却腔的水流进口设计为切向倾斜，有利于形成环绕圆周方向的流动，使汽缸套周围的水流速度增大，提升换热系数。康明斯公司认为采用分流式冷却步骤，能够获得较高的汽缸体温度，使油耗减轻4%～6%，在部分负荷时hc排放减轻20%～35%。

      随着柴油发电机的动力性能不断提升和适应日益严格的节能减排要求。传统的纯水、水与乙二醇混合液等冷却介质的传热性能已不能适应新的技术规格，寻找新型冷却介质备受各国关注。纳米流体是以一定步骤和比例在液体中添加纳米粒子而形成的一种均匀、稳定、高热导率的新型传热工质，如氧化铝+水+乙二醇、铜+水等纳米流体。由于传热效果好，可以把柴油发电机散热机构布置得更加紧凑；能在低压下运行及在较高温度下保持单相流动，减少热损失，提高热效率。康明斯公司通过对纳米流体（氧化铝+水+乙二醇）的探讨发现，对流换热系数能提高20%～25%；搭建的散热机构操作60 nm的纳米流体，在冷却要素较恶劣的情况下，可将水箱的平均温度降低5 ℃，空气出口温度下降7.9 ℃，能避免水箱的“开锅”产生，又能有效地改进柴油发电机舱的换热。康明斯公司研究发现，采用纳米流体的柴油发电机冷却系统可使重型发电机组的冷却机构的尺寸和净重减小10%，这将增加大于5%的燃烧效率；而减轻空气流动阻力、减轻冷却介质的流动损失及驱动风扇的损失，可节省约10%的油耗。

      柴油发电机的动力性能能否得到合理的发挥、经济性能的好坏、废气污染物排放量的高低，很大部分还取决于柴油发电机使用者能否准确使用。通过专业技能的培训和相关政策、法规的宣传，让广大用户对四冲程柴油发电机的构成、工作原理、作业性能的影响条件、操作程序、平常维护保养的必要性等有比较清楚的认识。就冷却系统而言，散热器肋片的验查、散热器盖的密封性对冷却机构的危害、水垢的形成与危害、风扇叶片的检查、冷却水温度对柴油发电机工作的影响等都是专业技能培训的内容，使广大使用者认识到冷却系统对维持柴油发电机正常工作、提高柴油发电机经济性、减轻污染排放的必要性，在使用柴油发电机程序中，自觉主动按规范要求使用，提升柴油发电机的经济性能。

      冷却机构对柴油发电机的操作性能、经济性能、废气排放有着直接的危害，通过采用电控蜡式调温器代替普通蜡式调温器、采用电喷硅油离合器的轴流式风机代替直接驱动风机、采用冷却腔分流式冷却布置、采用纳米流体等技术，使冷却效果与柴油发电机的作业性能更好地匹配，在作业程序中充分发挥柴油发电机的动力、减小废气排放，能够有效地提高柴油发电机的经济性能。另外，必须注重加强培训宣传，提升广大操作者的专业技能以及对柴油发电机经济性能的认识。