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柴油发电机自然和强制循环冷却系统的区别 |
柴油发电机运转时气缸内的燃烧温度达到1800℃到2000℃，瞬时温度高达3000℃，与高温燃气相互接触的零件（如缸盖，活塞，气缸，气阀，喷油器等）受到强烈的加热，如不加以适当的冷却，发动机会过热，充气系数下降，燃烧不正常，发生早燃和爆燃现象，与高温接触零件过热，导致材料机械性能降低，和产生严重的热应力，导致变形和裂纹。另外温度过高会使得机油变质，烧损和结焦失去润滑性能，破坏润滑油膜，零件的摩擦和磨损加剧，从而导致发动机的动力性，可靠性，经济性，耐久性，全面恶化。
一、设置冷却系统的意义
发动机是发电机组的动力源，它将燃料燃烧所释放出的热能装化成为驱动发电机而产生电能，其工作可靠性在很大程度上决定着发电机组有效而可靠的工作，而影响柴油发电机工作可靠性和耐久性的重要因素之一就是热负荷，如果柴油发电机零部件受温度过高超出材料的受热极限，将直接导致柴油发电机零件受到损坏。因此，柴油发电机受热部件的适度冷却是极其重要的。
良好的冷却系统不仅能保证发动机正常工作，而且能够提高发动机的使用寿命，减少受热零部件的热损耗，这也减少了维修和更换受热部件的费用，间接的降低了发电机组的维修成本，而良好的冷却系统也提高了发电机组的发电质量。
如果系统的冷却能力过强，机油被燃油稀释（即因缸壁过冷，可燃混合气体在缸壁冷凝并聚集，冲刷缸筒上的润滑油膜，未蒸发的燃油经缸壁流到油底壳，稀释机油），同时恶化混合气体形成及燃烧，增加机油粘度和摩擦效率，造成零件间的磨损加剧，摩擦损失增加，柴油发电机工作粗暴，另外通过冷却系统带走的热量是燃油燃烧的热量，一般约占燃烧热量的20%-30%，这是一种损失，如果冷却过强，散热损失增加，会降低发动机的经济性。
因此发动机过冷或者过热（即发动机冷却能力过强或者过弱）都会对发动机的动力性，经济性，工作可靠性带来不利的影响。因此设计良好的冷却系统，能够保证发动机始终处于最适宜的温度下工作，已获得较高的发动机经济性能，动力性能，工作可靠性指标等。
冷却系统的功用就是使发动机在各种工况下都保持在适当的温度范围内，冷却系统既要防止发动机过热，又要防止冬季发动机过冷，在冷态下的发动机启动之后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。
二、冷却方式
柴油发电机水冷却方式是用水作为冷却介质，将柴油发电机受热零件的热量传递出去。这种冷却方式具有冷却比较均匀、可使柴油发电机稳定在最有利的水温下工作、运转时噪声小等优点，所以目前绝大多数柴油发电机采用的是水冷式冷却系统。根据冷却水在柴油发电机中进行循环的方法不同，可分为自然循环冷却和强制循环冷却两类。
1、自然循环冷却
自然循环冷却是利用水的密度随温度变化的特性，以产生自然对流，使冷却水在冷却系统中循环流动。其优点是结构简单，维护方便；缺点是水循环缓慢，冷却不均匀，柴油发电机下部水温低，上部水温高，局部地方由于冷却水循环强度不够而可能产生过热现象。并且自然循环冷却系统要求水箱容量较大，故只在小型柴油发电机上采用。自然循环冷却可分为蒸发式、冷凝器式和热流式三种。
（1）蒸发式水冷系统利用水的蒸发带走柴 油机的热量，虽然结构简单，但耗水量大。
（2）冷凝式是指冷却水蒸发后收集到冷凝器里面重新凝结成水，回注入水箱，循环利用冷却水。
（3）对流式散热器的室内温度更均匀、人体感觉舒适而且对流散热器表面温度接近人体体温，避免了可能发生的接触性烫伤。
2、强制循环冷却
强制循环冷却是利用水泵使水在柴油发电机中循环流动。强制循环冷却系统可分为开式和闭式两种。在开式强制循环冷却系统中，冷却介质直接与大气相通，冷却系统内的蒸汽压力总保持为外界大气压，其消耗水量比较多。而在闭式强制循环冷却系统中，水箱盖上安装了一个空气一蒸汽阀，冷却介质与外界大气不直接相通，水在密闭系统内循环，冷却系统的蒸汽压力稍高于大气压力，水的沸点可以提高到100℃以上。其优点是可提高柴油发电机的进、出水口水温，使冷却水温差小，能稳定柴油发电机工作温度和提高其经济性；与此同时，还能提高散热器的平均温度，从而缩小散热面积，减少水的消耗量，并可缩短机油预热时间。其缺点是冷却系统零部件的耐压要求较高。这种冷却方式目前应用最为广泛。
柴油发电机的汽缸体和汽缸盖中都铸造有水套。冷却液经水泵加压后，经分水管进入机体水套内，冷却液在流动的同时吸收汽缸壁的热量并使自身的温度升高，然后流入汽缸盖水套，在此吸热升温后经节温器及散热器进水管进人散热器中。与此同时，由于风扇的旋转抽吸，气从散热器芯吹过，流经散热器芯的冷却液热量不断地散发到大气中去，使水温降低。冷却的水流到散热器底部后，又经水泵加压后再一次流入缸体水套中，如此不断地循环，柴油发电机就不断地得到冷却。当水温高于节温器的开启温度时，回水进人散热水箱进行冷却，完成水循环，这种循环通常称为大循环；当水温低于节温器开启温度时，回水便直接流入水泵进行循环，这种循环通常称为小循环。
柴油发电机转速升高，水泵和风扇的转速也随之升高，则冷却液的循环加快，扇风量加大，散热能力就增强。为了使多缸机前后各缸冷却均匀，一般柴油发电机在缸体水套中设置有分水管或铸出配水室。分水管是一根金属管，沿纵向开有若干个出水孔，离水泵愈远处，出水孔愈大，这样就可以使前后各缸的冷却强度相近，整机冷却均匀。
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强制自循环冷却系统结构图 |
3、其他配置
（1）水冷系统还设置有水温传感器和水温表。水温传感器一般安装在汽缸盖出水管处，将出水管处的水温传给水温表。操作人员可借助水温表随时了解冷却系统的工作情况。
（2）为了防止和减轻冷却水中的杂质对发动机的腐蚀作用，如康明斯N855型柴油发电机在冷却系统中还设有防腐装置。在防腐装置的外壳中装有用镁板夹紧着包有离子交换树脂的零件。其作用是由金属镁作为化学反应的金属离子的来源，当冷却水流经防腐装置的内腔时，水中的碳酸根离子便和金属离子形成碳酸镁而沉淀，在该装置中被滤去，从而减小了冷却水对发动机水套及冷却系统各部件的腐蚀。
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