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性能特点和作用说明 |
柴油发电机的水箱散热器结构和作用 |
散热器作为柴油发电机冷却系中的重要部件，它的散热能力在很大程度上决定了冷却系统的工作温度。康明斯柴油发电机水散热器通常是封闭直流强制循环铜质管带式。散热器芯部结构为管带式，芯管(即冷却水管)呈扁平形，以减少空气阻力，增加散热面积。散热带为波浪形，其上开有按规则排列的许多小窗口，增加了空气紊流，提高了散热效率。
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散热器侧视图 |
散热器芯示意图 |
一、冷却系统气阻的危害
在高速柴油发电机水冷系统的循环水中，往往含有少量的空气和蒸汽。这些空气和蒸汽来源的主要原因包括由于结构设计的限制，柴油发电机水套中和某些零件内部有“死区”存在，积滞了一部分空气在加注过程中，总有部分空气吸附在冷却液中加注进系统；柴油发电机在高负荷工作时，冷却水在高温区产生沸腾而出现蒸汽泡，当蒸汽泡增多连成一片时就形成气囊；水管接头水泵本身密封不良时，空气渗入到冷却系统的内部形成空气泡柴油发电机燃烧时燃烧压力很高，气缸垫稍有密封不良，或缸盖螺栓稍有松动，高压燃气就很容易从气缸内窜入冷却系统中而形成气囊在冷却系统中，若冷却液面太低，在冷却系统的空间也会存在大量的空气。这些气体如果不能排出就会在冷却液循环时产生气阻。气阻对柴油发电机危害是相当大的：
①水泵在工作时，气体和冷却液一起循环而减少了水的流量，引起柴油发电机内部温度升高，至会造成柴油发电机过热，导致柴油发电机水套内局部沸腾，致使局部的热应力猛增。
②在冷却液中残留的空气会造成局部冷却不均匀，以及燃烧的废气溶解在冷却液中易形成酸，引起零件生锈和腐蚀，使零件的寿命缩短。
③渗入的气体会使缸套、水泵产生穴蚀而加速损坏。
二、散热器的分类
1、管片式散热器芯
管片式散热器芯由散热管和散热片构成。散热管是焊在进、出水室之间的直管，作为冷却液的通道。散热管有扁管也有圆管。扁管与圆管对比，在容积同样的状况下有较大的散热表面，并且万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管能够借其横断面变形而防止破碎。铝散热器芯多为圆管。在散热管的表面面焊有散热片以增添散热面积，加强散热能力，同时还增大了散热器的刚度和强度。管片式散热器的长处是散热面积大、气流阻力小、结构刚度好及承压能力强等。管片式散热器因结构刚度较好广为柴油发电机所使用。
2、管带式散热器芯
管带式散热器芯采纳冷却管和散热带沿纵向间隔摆列的方式，散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层，使散热能力提升。这类散热器芯散热能力强，制造工艺简单，成本低，但结构刚度不如管片式大。
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管带式散热器芯示意图 |
管片式散热器芯示意图 |
三、散热器的结构组成
散热器又称为水箱，由上水箱、散热器芯和下水箱等构成。散热器上水箱顶部有加水口，冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖遮住。在上水箱和下水箱分别装有进水管和出水管，进水管和出水管分别用橡胶软管随和缸盖的出水管和水泵的进水管相连，这样，既便于安装，并且当柴油发电机和散热器之间产生少许位移时不会漏水。在散热器下边一般装有减震垫，防备散热器受振动破坏。在散热器下贮水室的出水管上还有放水开关，必需时可将散热器内的冷却水放掉。散热器芯由很多冷却水管和散热片构成，关于散热器芯应当有尽可能大的散热面积，采纳散热片是为了增添散热器芯的散热面积。散热器芯的结构形式有多样，常用的有管片式和管带式两种。
1、膨胀水箱
（1）主要功能
为了解决水泵产生穴蚀，散热器上水室低、去除冷却系统中的空气和水蒸气等问题，康明斯柴油发电机采用了高位后置式强制除气装置——膨胀水箱，膨胀水箱的主要功能是：
① 在冷却回路中提供冷却液的膨胀空间(即作为膨胀室)，使冷却液和空气分离，驱除水路中的气体，消除冷却液的气阻。
② 容纳从散热器溢流出来的冷却液，并使之流回到冷却系统中去，防止冷却系统中冷却液的减少。这对于加注防冻液、防锈剂的冷却系统更为重要，因为一般柴油发电机的冷却系统中如果没有膨胀水箱，水受热膨胀后，水蒸气将通过散热器的蒸汽阀排出；且随着时间的推移，冷却液逐渐减小，而膨胀水箱可减少冷却液的损耗。膨胀水箱也可用于贮存因柴油发电机熄火之后发生的后沸腾而失去的冷却水。柴油发电机在长时间热运转或高速大负荷运转后，立即停止运转或怠速运转时就会发生后沸腾现象。这是因为此时冷却液停止或大大减慢了循环速度，使冷却液的热量散发不出而产生了后沸腾。总之，膨胀水箱能避免冷却液的损失。
（2）布置
膨胀水箱在冷却系中的布置，膨胀水箱与散热器并联在水路中，并高于散热器，其位置越高，对抑制气囊形成的作用越有利，但对系统的耐压性要求也越高，一般膨胀水箱的底部至少高于出水总管600mm。冷却系统的最低压力出现在水泵叶轮进口处，所以膨胀水箱通过平衡管和水泵的进口处相连，以防止该处压力下降。膨胀水箱由于设置的位置比柴油发电机水路中任何一点都高，利用它的水位压力就可以部分甚至全部平衡水泵吸水处可能产生的真空度，这有利于减少水泵叶轮和壳体上的穴蚀，延长水泵的使用寿命。在散热器的上水室容易发生气滞的地方利用除气管与膨胀水箱相连，这有利于把空气引至膨胀水箱，使气水分离。一般在缸盖出水管的一端也接有除气管，该位置是缸盖水套的最高点。冷却系统大循环开始后，水混合物流经除气管进入膨胀水箱，气(汽)水混合物进入膨胀水箱后发生分离，并使气(汽)体排除，维持系统压力在一定的范围。不含气(汽)体的冷却液从水箱底部流经回水管回到水泵进水口，重新参加循环。
（3）工作原理
工作时，被柴油发电机加热的冷却液具有膨胀空间，很少从溢流管滴漏出去，从而避免冷却液的损失。膨胀水箱提供一定量的冷却液储备，可保证长期不需加水，也便于添加冷却液，在这个闭式冷却系统中，冷却液在散热器和膨胀水箱之间来回流动，虽然膨胀水箱中冷却液液面有时升高或降低，但散热器中总是充满冷却液。同时，在强制除气循环中，除气管口径与同水管口径的匹配很重要，除气管口径过大，则除气循环流量增加，回水流量加大，气(或蒸汽)水混合物在膨胀水箱中的除气时间减少，部分气泡未来得及排入膨胀空间又被带回柴油发电机水套中，除气不净；除气管口径过小，则除气循环流量减小，部分气体或蒸汽无法进入除气循环中，而被大循环或小循环带走，同样产生除气不净。因此柴油发电机除气管与回水管是经过多次试验选定的，不能随意用其他口径的管子代替。
带有膨胀水箱的冷却系统中，散热器盖基本上是永久安装而不拆卸的，只有在大修时，彻底清洗冷却系统才可拆开。当仅仅是为了检查冷却液液面高度或添加冷却液时，不应拆下散热器盖。液面高度可在膨胀水箱上检查(一般在膨胀水箱上都作有标记，以指出正常的、热的和冷的冷却液的液面位置)，冷却液可从膨胀水箱加入。
2、散热器盖
柴油发电机多采纳闭式水冷系，当前闭式水冷系宽泛采纳拥有空气-蒸汽阀的散热器盖。柴油发电机热态工作正常时，两阀门封闭，将冷却系与大气分开。防备水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点，改良了冷却效能。当散热器内部压力达到126～137Kpa时，蒸汽阀开启而使水蒸汽从通气孔排出；当水温降落，冷却系内部的真空度低于10～20Kpa时，空气阀翻开，空气从通气孔进入冷却系，以防散热器及芯管被大气压瘪。
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水箱盖原理图 |
3、膨胀水箱
关于加注防冻液的柴油发电机，为了减少冷却液的损失，保证冷却系的正常工作，采纳散热器＋膨胀水箱结构（图8）。膨胀水箱的上方用一根软管通大气，另一根软管与散热器的溢流管相连。当散热器内蒸汽压力高升到某一值时，其盖上的压力阀翻开，冷却液经过压力阀经过溢流管进入膨胀水箱；当温度降落时，冷却液又从膨胀水箱经过真空阀流回到散热器内部。这样能够防备冷却水损失。膨胀水箱内部印有两条液面高度标志线，膨胀水箱内的液面高度应位于这两种刻线之间。
4、风扇
风扇可提升经过散热器芯的空气流速，增添散热成效，加快水的冷却。风扇往常安排在散热器后边，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生抽吸作用，使之沿轴向流动。空气流由前向后经过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加快冷却。柴油发电机的风扇有两种形式，轴流式和离心式。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，部署方便。因此在柴油发电机上获得了宽泛的应用。
5、水泵
水泵的作用是对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。一般使用离心式水泵。它拥有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不阻碍水在冷却系内部自然循环等长处。当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一同旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边沿，而后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到柴油发电机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。这样连续的作用，使冷却水在水道中不停地循环。假如水泵因故停止工作时，冷却水仍旧能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，不致于很快产生过热。
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冷却水泵结构示意图 |
6、节温器
节温器是控制冷却水流动路径的阀门。节温器装在冷却水循环的通路中，依据柴油发电机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调理冷却系的冷却强度，保证柴油发电机在适合的温度范围内工作。节温器一定保持优秀的技术状态，不然会严重影响柴油发电机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟，就会引起柴油发电机过热，当柴油发电机的工作温度过高的话，柴油发电机中的冷却水就会达到沸点从而沸腾，这类现象就是我们平时所说的“开锅”，柴油发电机将没法正常运行，会减少柴油发电机的寿命。主阀门开启过早，就会造成柴油发电机汽缸内的燃油混淆物雾化不良，在启动，特别是冷启动的时候会造成延伸热机时间，在极端的状况下甚至永久没法达到正常的工作温度，这不不单对发动机造成伤害，甚至会危及到运行安全。
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节温器构成图 |
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