Jak działa układ chłodzenia generatora diesla?

Jak działa układ chłodzenia generatora diesla?

W tym rozdziale omówiono najważniejsze części układów chłodzenia silnika Diesla i dlaczego każdy z nich jest ważny dla dobrej pracy silnika.

Mechaniczne chłodzenie silnika
25–30 procent całego ciepła, które pochodzi z paliwa i trafia do silnika, pochłania układ chłodzenia.
Jeśli to ciepło się nie usunie, wewnętrzna temperatura silnika szybko wzrośnie do punktu, w którym części pękną i silnik przestanie działać. Wszystkie komercyjne silniki wysokoprężne mają układ chłodzenia, który zbiera to ciepło i przenosi je do medium, które pochłania ciepło na zewnątrz silnika.
Wiele nowoczesnych silników jest wyposażonych w układy turbodoładowania, które zapewniają wystarczającą ilość powietrza do spalania paliwa i wytworzenia potrzebnej mocy. Mechanizm turbodoładowania sprawia, że ​​powietrze do spalania staje się cieplejsze. Zanim powietrze spalania trafi do cylindrów silnika, musi zostać schłodzone, aby upewnić się, że jest wystarczająca ilość funtów powietrza do spalenia paliwa (aby utrzymać gęstość powietrza). W przewodzie między wylotem sprężarki turbosprężarki a kolektorem powietrza silnika umieszczony jest wymiennik ciepła przypominający chłodnicę. Nazywa się to chłodnicą powietrza doładowującego lub chłodnicą końcową. Zadaniem tego grzejnika jest odprowadzanie ciepła z powietrza do spalania. Ten wymiennik ciepła może wykorzystywać albo system płaszcza wodnego, albo system wody użytkowej, aby uzyskać wodę (najlepszy radiator).
Gdy używana jest woda użytkowa, między układem wody użytkowej a układem wodnym chłodnicy międzystopniowej może znajdować się dodatkowy wymiennik ciepła, który służy do czyszczenia i utrzymywania wody w układzie wodnym chłodnicy międzystopniowej, tak aby nie powodowała uszkodzenia chłodnicy międzystopniowej powietrza.

Podstawy układu chłodzenia
Większość silników wysokoprężnych ma układ chłodzenia, który wygląda jak płaszcz i ma zamkniętą pętlę. Gdy płyn chłodzący przepływa przez silnik, odbiera ciepło z tulei cylindrowych, głowic cylindrów i innych części.

Im chłodniejszy płyn chłodzący opuszcza silnik, tym lepiej będzie pracował silnik. Z drugiej strony zbyt wysoka temperatura płynu chłodzącego może spowodować uszkodzenie konstrukcji, powodując przegrzanie części silnika. Olej smarowy można również schłodzić za pomocą płaszcza wodnego i wymiennika ciepła. Większość silników wysokoprężnych działa najlepiej przy temperaturze wody w płaszczu wylotowym wynoszącej około 180oF i wzroście temperatury w silniku o 8 do 15oF.

Większość silników wysokoprężnych chłodzi się wodą jako płynem chłodzącym. Mimo to sama woda może powodować rdzę, gromadzenie się minerałów i zamarzanie.
Płyn niezamarzający, taki jak glikol etylenowy lub glikol propylenowy, należy dodawać do silników, które mogą być bliskie lub poniżej zera. Najczęstszym rozwiązaniem jest zmieszanie płynu niezamarzającego z wodą, która działa już w temperaturach rzędu -40 stopni F. Dostępny w handlu płyn niezamarzający zawiera substancje chemiczne, które zapobiegają powstawaniu rdzy. Dodanie płynu niezamarzającego utrudnia przepływ ciepła.
Przez większość czasu silniki wysokoprężne używane w reaktorach jądrowych do obsługi awaryjnej nie są narażone na ujemne temperatury. W tych warunkach nie ma potrzeby stosowania płynu niezamarzającego. Mimo to korozję można zatrzymać, mieszając chemikalia, które powstrzymują korozję, z wodą pozbawioną minerałów.

Chemia wody: Woda używana do chłodzenia silnika nie powinna zawierać żadnych substancji chemicznych, które powodują osady lub kamień. Najczęściej używana jest woda zdemineralizowana. PH wody powinno wynosić od 8 do 9,5.
Najlepiej jest dodać inhibitor korozji, taki jak Nalco 2000, aby zapobiec osadzaniu się kamienia na tulejach cylindrowych i głowicach cylindrów. Jedna szesnasta cala skali to to samo, co dodanie jednego cala stali do silnika, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo przepuszczania ciepła. Analiza chemiczna płynu chłodzącego jest przeprowadzana co jakiś czas i dodaje się odpowiednią ilość inhibitora korozji, aby utrzymać właściwy skład chemiczny wody.

Jak chłodzić silnik
W niektórych konfiguracjach woda w chłodnicy międzystopniowej i woda w płaszczu są chłodzone przez różne części chłodnicy. W takich sytuacjach obieg wody w płaszczu jest najczęściej używany do chłodzenia oleju smarowego.
Za pomocą zbiornika wyrównawczego (zwanego także „głowicą” lub „zbiornikiem uzupełniającym”), który jest zainstalowany nad silnikiem, aby utrzymać głowicę w układzie, płyn chłodzący jest przechowywany w samym układzie silnika. Silnik napędza pompę, która zasysa powietrze z układu i przesyła płyn chłodzący do silnika. W większości systemów woda opuszcza silnik przez zawór kontrolowany przez termostat. Jeśli woda jest zbyt zimna, przewód pozwala jej opłynąć wymiennik ciepła. Woda przepływa przez wymiennik ciepła, jeśli jest zbyt gorąca.
Termostatyczny zawór sterujący (TCV) wykrywa, jak gorący jest płyn chłodzący i reaguje na to.

Gdy tylko temperatura płynu chłodzącego silnik spadnie poniżej wartości zadanej zaworu, płyn chłodzący jest przesyłany przez płaszcz wodny wymiennika ciepła. Gdy temperatura chłodziwa jest wyższa niż nastawa, zawór wysyła chłodziwo przez wymiennik ciepła. Nadmiar ciepła jest następnie przesyłany do instalacji wody surowej lub użytkowej. Po uruchomieniu silnika wysokoprężnego przepływ wody użytkowej rozpoczyna się samoczynnie.
Przez wyjście z wymiennika ciepła lub przewód obejściowy woda wraca do pompy wodnej płaszcza i ostatecznie do silnika. W wielu układach układ oleju smarowego jest chłodzony przez wymiennik ciepła w układzie płaszcza wodnego. W przypadku silników, w których ważne jest, aby olej smarowy był chłodniejszy niż woda w płaszczu, ciepło oleju jest przesyłane bezpośrednio do układu wody użytkowej/surowej przez wymiennik ciepła w układzie oleju smarowego.
Kiedy płyn chłodzący dostaje się do bloku cylindrów, przepływa przez wewnętrzne kanały i/lub rury na dno tulei cylindrowych. Gdy ciecz podnosi się, przepływa wokół tulei cylindrowych i do głowic cylindrów. Gdy płyn chłodzący opuszcza głowice cylindrów, trafia do kolektora wylotowego, a następnie do zaworu termostatycznego.
W silnikach z chłodnicami międzystopniowymi lub chłodnicami końcowymi część wody w płaszczu przepływa przez chłodnice międzystopniowe, aby odebrać ciepło z dopływającego powietrza, które nie jest potrzebne. W wielu silnikach z chłodnicami międzystopniowymi lub chłodnicami końcowymi to dodatkowe ciepło jest przesyłane do układu wody użytkowej/surowej przez oddzielny wymiennik ciepła. Jest to dobre, ponieważ woda w chłodnicy międzystopniowej powinna być schłodzona do temperatury niższej niż woda w układzie wodnym płaszcza. Większość silników ALCO wykorzystuje układ wodny płaszcza do chłodzenia wody w chłodnicy powietrza doładowującego.

Zbiornik wyrównawczy - Wiele silników wykorzystuje zbiornik wyrównawczy z zamknięciem ciśnieniowym lub zbiornik wyrównawczy jest zamontowany wystarczająco wysoko, aby utrzymać wymaganą wysokość podnoszenia (nadciśnienie netto - NPSH) w systemie. W większości przypadków zbiornik wyrównawczy jest umieszczony tuż nad najwyższym punktem układu wody chłodzącej płaszcza, a przewody odpowietrzające służą do utrzymania systemu w stanie wolnym od powietrza. Niektóre zbiorniki wyrównawcze można pompować, aby utrzymać wyższe ciśnienie, co pomaga podnieść temperaturę wrzenia płynu chłodzącego.

Rura pionowa to zbiornik, który jest ustawiony pionowo i znajduje się na tej samej wysokości co silnik. Mieści płyn chłodzący silnik i ma miejsce na powietrze, które kompensuje rozszerzanie się płynu chłodzącego, gdy robi się gorąco.
Rury pionowe są zwykle wentylowane do powietrza, tworząc system chłodzenia, który nie jest pod ciśnieniem. Poziom wody w rurze pionowej musi być wystarczająco wysoki, aby osiągnąć wymagane NPSH, lub zbiornik musi być pod ciśnieniem.

Płaszczowa pompa wodna: Silnik napędza jednostopniową odśrodkową pompę wodną płaszcza, która jest napędzana przez wał korbowy silnika poprzez szereg kół zębatych.

Jak widać, woda wpływa do wlotu ssącego pompy. Przekładnia zębata silnika napędza koło zębate napędzające pompę, które z kolei obraca wał pompy i wirnik. Prędkość płynu chłodzącego jest zwiększana przez siłę odśrodkową, gdy wirnik obraca się. Gdy płyn chłodzący dostaje się do obudowy pompy, jego prędkość zmniejsza się, a ciśnienie wzrasta proporcjonalnie. Płyn chłodzący wylewa się z obudowy pompy do kolektora wodnego płaszcza do dolnego końca tulei cylindrowych pod wyższym ciśnieniem.

Płyn chłodzący silnik wypływa przez dolną część termostatycznego zaworu sterującego. Kiedy temperatura płynu chłodzącego jest niska, jak pokazano po prawej stronie diagramu, grzybek zaworu suwakowego pozostaje w górnym położeniu, a płyn chłodzący krąży wokół wymiennika ciepła.
Wraz ze wzrostem temperatury płynu chłodzącego kulki wosku wewnątrz elementów regulujących temperaturę rozszerzają się. To popycha rurkę elementu i grzybek zaworu w dół. Tak więc przepływ przez obejście jest ograniczony lub dławiony, jak pokazano po lewej stronie schematu, a chłodziwo jest przesyłane do wymiennika ciepła.
Podczas użytkowania zawór zmienia swoje położenie w zakresie temperatur od około 10 do 150 stopni Fahrenheita, aby utrzymać dość stabilną temperaturę płynu chłodzącego.

Płaszczowy wodny wymiennik ciepła - Wymienniki ciepła z płaszczem wodnym są zwykle wykonane z płaszcza i rur. Po stronie płaszcza chłodziwo silnika zwykle przepływa przez rury, podczas gdy woda serwisowa przepływa przez rury.

Systemy utrzymywania ciepła w płaszczu wodnym
Gdy silnik jest wyłączony na chwilę, temperatura wewnątrz silnika znacznie spada. Szybkie uruchamianie i szybkie ładowanie zimnego silnika, co jest typowe dla silników wysokoprężnych do zastosowań jądrowych w sytuacjach awaryjnych, powoduje duże obciążenie silnika i szybsze jego zużycie, aż do osiągnięcia normalnej temperatury roboczej.
System utrzymywania ciepła płaszcza wodnego jest pokazany na tym samym planie, co standardowy system chłodzenia wodnego płaszcza. Ta część utrzymuje temperaturę płynu chłodzącego silnika na poziomie lub zbliżonym do normalnej temperatury roboczej. Nie oznacza to, że wszystkie części mają normalną temperaturę.
Ponieważ silniki wysokoprężne wykorzystują ciepło od sprężania do rozruchu, utrzymywanie go w cieple sprawia, że ​​uruchamia się on znacznie szybciej i zmniejsza prawdopodobieństwo, że silnik się nie uruchomi z powodu zbyt niskiej temperatury powietrza dolotowego.

Pompa podtrzymująca ciepło: Pompa podtrzymująca ciepło to jednostopniowa pompa odśrodkowa zasilana energią elektryczną. Jest podobny do pompy napędzanej silnikiem, ponieważ utrzymuje ogrzany płyn chłodzący w ruchu przez silnik, nawet gdy silnik jest wyłączony.

Podgrzewacz Keepwarm: podgrzewacz utrzymujący ciepło płaszcza jest elektrycznym podgrzewaczem zanurzeniowym, podobnie jak podgrzewacz utrzymujący ciepło oleju smarowego.
Umieszcza się go w oddzielnej rurze pionowej lub zbiorniku grzewczym. Jest sterowany przez termostat, który utrzymuje silnik w odpowiedniej temperaturze.

Jak działa system: Gdy silnik znajduje się w trybie gotowości, włącza się system utrzymywania ciepła. Pompa utrzymująca ciepło wytwarza podciśnienie w układzie i przesyła wodę do wlotu wody płaszcza silnika. Gdy silnik pracuje, w systemie utrzymywania ciepła można umieścić zawory zwrotne, aby zatrzymać przepływ w niewłaściwym kierunku. Podgrzany płyn chłodzący przepływa przez silnik, ogrzewając cylindry, głowice cylindrów i inne części chłodzone wodą.

System wody chłodzącej
Układ wodny chłodnicy międzystopniowej doprowadza wodę do chłodnicy międzystopniowej lub chłodnicy końcowej, która jest zamontowana na przewodach wlotu powietrza do silnika. Jest to wymiennik ciepła, podobny do chłodnicy, który chłodzi powietrze do spalania za sprężarką turbosprężarki i przed kolektorem/komorą powietrzną silnika.
Chłodzenie sprawia, że ​​powietrze jest gęstsze, co pozwala większej ilości tlenu spalić więcej paliwa i wytworzyć więcej mocy. Ponadto powietrze do spalania chłodzi denki tłoków.
Woda używana do chłodzenia międzystopniowego musi zazwyczaj mieć temperaturę zbliżoną do temperatury otaczającego powietrza. Z tego powodu zwykle lepiej jest używać wody użytkowej zamiast wody płaszczowej, która ma znacznie wyższą temperaturę (160 do 180oF).
Typowy schemat układu wodnego chłodnicy międzystopniowej i chłodnicy końcowej
Ponieważ te części są takie same, jak te używane w systemie płaszcza wodnego, nie będziemy już o nich mówić.
W niektórych układach wodnych chłodnicy międzystopniowej można zastosować termostat, aby woda w chłodnicy międzystopniowej nie była zbyt zimna, zwłaszcza w chłodne dni lub gdy silnik nie wykonuje zbyt wiele pracy. Zapobiega to skraplaniu się wilgoci w powietrzu do spalania w jak największym stopniu. W niektórych systemach układ wodny płaszcza i układ wodny chłodnicy międzystopniowej są połączone, dzięki czemu chłodnica międzystopniowa może być podgrzewana, gdy jest taka potrzeba.
Jeśli powietrze do spalania wpływające do silnika jest zbyt zimne, uruchomienie silnika może zająć więcej czasu, może on nie działać tak dobrze przy niskim obciążeniu, a tuleja cylindrowa może nie być odpowiednio nasmarowana. Aby złagodzić ten wpływ, kilku producentów termostatycznie ogranicza przepływ wody chłodzącej do chłodnicy międzystopniowej i/lub w razie potrzeby dostarcza ciepły płaszcz wodny.
Zawór termostatyczny w obwodzie chroni wodę w chłodnicy powietrza doładowującego przed nadmiernym ochłodzeniem, dzięki czemu powietrze wpływające do silnika również nie jest zbyt zimne. Gdy powietrze jest zbyt zimne, może dojść do skraplania się pary wodnej w silniku i wydobywania się „białego” dymu z rury wydechowej.

Więcej rzeczy, które sprawiają, że jest fajnie
Przez większość czasu generator diesla jest przechowywany w budynku z kilkoma otworami.
W pomieszczeniu EDG znajduje się kilka źródeł ciepła, takich jak silnik i generator. Aby uzyskać najlepszą wydajność, rozdzielnice, panele kontrolne, sprzęt monitorujący, zbiornik paliwa, sprężarki powietrza i zbiorniki powietrza w tym obszarze muszą być utrzymywane w niskiej temperaturze.
Pomieszczenie EDG nie może być cieplejsze niż 122 stopnie F (50 stopni). Dlatego konieczne jest doprowadzenie wystarczającej ilości chłodnego powietrza (powietrza otoczenia), aby pozbyć się ciepła i utrzymać temperaturę w pomieszczeniu poniżej najwyższego dopuszczalnego poziomu. Chociaż temperatura pokojowa nie ma większego wpływu na sam silnik, bardzo wysoka temperatura pokojowa EDG może mieć wpływ na generator i inne części. Jeśli powietrze do spalania silnika pochodzi z pomieszczenia, gorące powietrze wpadające do silnika może zmniejszyć jego moc.