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柴油发电机水冷散热和风冷系统的优劣比较 |
摘要： 冷却系统，顾名思义，其主要作用就是对柴油发电机进行冷却，保证柴油发电机在一定的温度范围内可靠的工作，根据冷却介质的不同，分为风冷系统和水冷系统两种。下面康明斯发电机公司结合风冷系统和水冷系统的系统构造、振动噪声、冷却效果、低温性能、使用寿命，进行分析比较。
柴油发电机过冷或者过热（即发电机冷却能力过强或者过弱）都会对其动力性，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，能够保证发电机始终处于最适宜的温度下工作，以获得较高的发电机经济性能，动力性能，工作可靠性指标等。冷却系统的功用就是使发电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电机过热，又要防止冬季发电机过冷，在冷态下的发电机启动之后，冷却系统还要保证发电机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。
一、冷却系统的温度影响
柴油发电机工作期间，气缸内燃烧温度高达1800～2000℃，瞬时温度高达3000℃。燃烧所产生的热量只有一部分转化为机械功，使柴油发电机运转并对外输出做功；另一部分热量被排出的废气带走；还有一部分热量(约占燃烧热量的三分之一)经各种传热方式传给柴油发电机组件。
1、高温的影响
（1）直接与燃烧气体接触的气缸盖、活塞、气缸套和气门等零件，使之强烈受热，若不及时加以冷却或冷却不足，柴油发电机会过热、充气系数下降、燃烧不正常，易发生早燃和爆燃现象；
（2）与高温接触零件过热，会导致材料力学性能降低和产生严重的热应力，导致变形和裂纹；
（3）温度过高，会使润滑油变质、烧损和结焦失去润滑性能，破坏润滑油膜，零件的摩擦加剧和磨损加重。
由此可见，机体温度过高易引起柴油发电机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。因此，柴油发电机不能在过高的温度下工作。
2、低温的影响
如果系统的冷却能力过强，亦会影响柴油发电机的工作性能。润滑油有可能被燃油稀释(因缸壁过冷，可燃混合气体在缸壁冷凝并聚集，冲刷气缸壁上的润滑油膜，未蒸发的燃油经气缸壁流到油底壳，稀释润滑油)，恶化混合气体形成和燃烧，增加润滑油粘度和摩擦功率，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产生的热量，一般约占燃烧热量的20%～30%，这是一种损失。冷却强度过大，散热损失增加，会降低柴油发电机的经济性。
因此，柴油发电机过冷或过热(即柴油发电机冷却系统冷却能力过强或过弱)都会对柴油发电机的经济性、动力性、工作可靠性带来不利的影响。冷却系统的功用是用来保证柴油发电机在最适宜的温度状态下工作(通常以气缸盖中冷却水的温度保持在80～90℃为宜)。起动时，应能使柴油发电机尽快加热到正常工作温度，并能在随后的工作中保持这一温度。根据冷却介质的不同，柴油发电机的冷却系统有水冷和风冷两种形式。以空气为介质的冷却系统称为风冷系统，以冷却液为冷却介质的系统称为水冷系统。工程机械和车用柴油发电机普遍使用的是水冷系统。只有少数使用风冷系统。
二、风冷和水冷系统的特点比较
1、系统构造
（1）水冷柴油发电机的气缸套分为干式气缸套（不直接与水接触）和湿式气缸套（直接与水接触），活塞在缸套内往复运动时，将热量传给缸套，缸套又将热量传递给冷却液来实施冷却，需要有水泵、水管、节温器等专用零部件，构造复杂。
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水冷式发动机正视图 |
水冷式发动机斜视图 |
（2）风冷柴油发电机则省去许多部件和环节，结构相对简单，但风冷系统对材料的耐热，耐磨，膨胀系数要求更高，制造起来技术工艺要求也比水冷要高。
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风冷柴油机冷却装置系统图 |
2、振动噪声
（1）水冷系统由于在缸套外侧配备水套，噪音经过水后变小，从而大大降低了发电机内部噪音，相对来说水冷柴油发电机的噪声更小、震动较小，拥有更高的压缩比，爆发力更强，功率更高。
（2）风冷系统需要风扇高速运转来进行抽风与排风，风燥比较大，震动较为明显。
3、冷却效果
（1）水冷系统的缸体和缸盖刚度好，冷却强度高，发电机内部和外部冷却均匀，冷却水路设计自由度大，工作可靠，循环性好，降温迅速，不容易过热，不受环境影响.
（2）风冷系统的冷却介质为空气，空气的比热容大约为水的比热容的1/4左右，空气的传热系数大概为水的传热系数的1/20—1/30左右，空气的降温效果不如水明显，尤其在夏季使用中，水冷系统的优势更为明显。风冷柴油机在使用的过程中容易会出现机体局部过热，设备风冷效果不理想的现象，再就是灰尘粘在柴油机的外侧表面，影响散热，且不易清理。
4、低温性能
（1）风冷系统启动方便、运行经济，启动后气缸的温度上升较快，在短时间内即可进入大负荷工作状态，没有冻裂和过热沸腾的危险，其低温性能优良；使用寿命风冷系统中于气缸壁温度高，升温速度快，酸性腐蚀和磨损在很大程度上降低了，柴油发电机在露点以下的工作时间也大大缩短了，因而风冷系统机件腐蚀、锈蚀程度小，而且缸体、缸盖、散热器、冷却部件上也不会像水冷系统一样存有水垢；
（2）水冷系统启动后，温升比较缓慢，而且冷却液更换不及时容易冻坏发电机，需要定期检查冷却液的质量，低温环境下风冷系统的优势更大。水冷系统时间久了，冷却管道容易受到腐蚀和损坏，相关部件容易老化、开裂，水箱容易产生水垢反而影响冷却效果，风冷系统使用寿命更长。
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