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柴油发电机风冷系统的布置与原理 |
柴油发电机风冷式冷却系统采用空气作为冷却介质，故又称空气冷却，由风扇产生的高速运动的空气直接将高温零件的热量带走，使柴油机在最适宜的温度下工作。在汽缸和汽缸盖外壁都布置了散热片，用以增加散热面积，还布置了导风罩、导流板，用以合理地分配冷却空气和提高空气利用率，使冷却效果更有效和均匀。风冷系统主要由散热片、风扇、导风罩和导流板等组成。与水冷系统相比，风冷系统具有零件少、结构简单、整机重量较轻、使用维修比较方便和对地区环境变化（如缺水、严寒和酷热等）适应性好等优点；但风冷系统也有噪声较大、热负荷较高、风扇消耗功率较大和充气系数较低等缺点。
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柴油发电机风冷系统结构图 |
1、风冷系统的布置
根据柴油机汽缸的排列、风扇类型和安装位置，风冷系统的布置常有以下几种。
（1）采用离心式风扇的单缸柴油机
单缸柴油机的离心式风扇往往与飞轮铸在一起，布置在柴油机后端，由曲轴直接驱动。空气由进风口轴向吸入，从风扇蜗壳流出的气流由导风罩引向汽缸和汽缸盖进行冷却。这种布置结构简单、紧凑，没有专门的风扇驱动机构，冷却气流转弯少，流动阻力较小。小型风冷柴油机多采用这种布置形式。
（2）采用轴流式风扇的直列式多缸柴油机。
轴流式风扇通过三角带由曲轴驱动，风扇布置在柴油机前端。空气轴向流动，由风扇吸入并压进由导风罩组成的风室中，分别冷却各个汽缸后经分流板流出。设置风流板是为了合理地组织空气流动的路线，以达到提高冷却效果和使各缸冷却较均匀的目的。
（3）采用轴流式风扇的v型柴油机
轴流式风扇布置在柴油发电机前端的两排汽缸夹角中间，通过三角带由曲轴驱动。冷却后的空气分别由两排汽缸的下侧排出。
2、风冷系统冷却强度的调节
风冷柴油发电机的冷却强度取决于流经其散热片的空气流速。改变冷却空气的流速，便可改变冷却强度。调节冷却强度常用的方法如下。
（1）改变风扇转速
风扇的转速提高，扇风量增加，其冷却效果加强；反之，其冷却效果减弱。在热负荷低时，减小风扇的转速，既能降低冷却强度，又能降低风扇噪声，而且还节省了风扇消耗的功率，是一种比较好的调节方法。一般采用液力偶合器传动来实现风扇的无级调速。通常是利用装在排气管或排风口处的感温元件，控制进人液力偶合器的油量，实现风扇的转速调节。
（2）节流控制
通过在风扇进口处设置的感温元件'控制可变百叶窗或者节流阀开度的大小，即可改变冷却空气进口、流通通道或出口的面积，从而改变流经散热片空气的流速和流量，以达到控制柴油发电机冷却强度的目的。这种方法比较简单，但由于风扇转速不变，不能减少风扇消耗的功率，使流动阻力增大，从而影响柴油机的经济性。
3、风冷冷却系统的原理
虽然现代柴油机以水冷式为主，但风冷式在小功率柴油机上使用较广泛，工程机械（如发电用）上应用较大功率的风冷柴油机也有应用实例，比如我国引进生产的康明斯6LTAA8.9-G2风冷柴油发电机组就是一例。
该机为直列6缸涡轮增压的四冲程柴油机，1500转/分钟时最大输出功率为235.4kW。增压后的空气经过中间冷却。由于热负荷较高，润滑油也由机油散热器进行冷却。
轴流式风扇布置在柴油机前端的v形夹角之间，由曲轴功率输出端通过齿轮系统、弹性联轴器及液力偶合器驱动，康明斯6LTAA8.9-G2柴油机冷却系统。轴流式风扇的动叶轮将空气压入导流罩组成的风室中，一部分空气流经汽缸和汽缸盖上的散热片，冷却左、右两排汽缸，另一部分空气流经中冷器、机油散热器1和液力变扭器油散热器，以冷却从增压器出来的空气以及柴油机润滑系统的润滑油和传动系统中的液力变扭器油。
该机冷却风扇的结构在动叶轮前设置了导流用的静叶轮，动叶轮有8个叶片，静叶轮有21个叶片，静叶轮叶片与风扇外圈压配。静叶轮的轮毂内安装有液力偶合器，液力偶合器的传动介质是柴油机的润滑油。在泵轮前端，安装有离心式机油滤清器外壳，从主油道引出的润滑油由进油管进入壳内，油在壳中被带着旋转，其中的杂质在离心力的作用下积附在外壳壁上，清洁的润滑油从泵轮上的六个进油孔进入液力偶合器中。涡轮和风扇动叶轮安装在从动轴上，泵轮由风扇驱动轴驱动时，风扇叶轮便由涡轮带动，使其同向旋转。流到液力偶合器外面的油，经回油孔返回油底壳中。
柴油机在标定工况1500转/分钟、235.4kW工作时，风扇的转速为5000~5500r/min，压风量约为14500m3/min，每小时消耗的功率为15kW左右。
该机的冷却强度是通过改变风扇的转速来调节的。改变从进油管进入的油量便可改变风扇（涡轮）的转速。利用装在排气管中的节温器油阀来控制进人液力偶合器的油量。节温器油阀的构造在阀体中装有线胀系数较大的纯铜芯杆，芯杆受热后伸长，顶开上部的单向阀，使从主油道来的润滑油进入进油口，从出油口流出进入液力偶合器中。排气温度越高，球阀被芯杆顶开的开度越大，流入液力偶合器中的润滑油也越多，风扇的转速也就越高，从而使柴油机的冷却效果加强。芯杆中部开有冷却用的纵向直槽，风室中的空气由进气孔引入，通过纵向槽冷却芯杆，冷却后的空气从出气孔流出。
冷却芯杆的目的是为了提高节温器油阀的灵敏度，使其在排气温度下降后能够很快地收缩，及时地降低柴油机的冷却强度。在吹风冷却芯杆后，排气温度每上升100℃，芯杆伸长量增加0.07mm。
为了保证在启动和怠速运转时柴油机也可以得到适当冷却，在出油口和球阀上部的油腔间，开有旁通油路，以保证在排气温度不足以使球阀开启时，也有少量的润滑油进入液力偶合器，维持风扇以较低的转速旋转。
当柴油发电机在固定工况下工作，不需要自动调节冷却强度时，可以减薄或取消调整垫片，拧进调整螺钉，使球阀固定在某一开度，风扇的转速可基本保持不变。
在汽缸盖进风侧，装有温度报警传感器，当此处温度超过210℃时，发出报警信号，表示柴油机过热，此时应降低柴油机负荷，以免发生故障。
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