Как работает система охлаждения дизельного генератора?

Как работает система охлаждения дизельного генератора?

В этой главе рассказывается о наиболее важных частях систем охлаждения дизельных двигателей и о том, почему каждая из них важна для хорошей работы двигателя.

Механическое охлаждение двигателя
25–30% всего тепла, поступающего от топлива и поступающего в двигатель, поглощается системой охлаждения.
Если это тепло не избавится от себя, внутренняя температура двигателя быстро повысится до такой степени, что детали сломаются, и двигатель перестанет работать. Все коммерческие дизельные двигатели имеют систему охлаждения для сбора этого тепла и перемещения его в среду, которая поглощает тепло вне двигателя.
Многие современные двигатели имеют системы турбонаддува, которые обеспечивают достаточное количество воздуха для сгорания топлива и создания необходимой мощности. Механизм турбонаддува делает воздух для горения более горячим. Прежде чем воздух для горения поступит в цилиндры двигателя, его необходимо охладить, чтобы обеспечить достаточное количество фунтов воздуха для сжигания топлива (для поддержания плотности воздуха). В трубу между выходом компрессора турбокомпрессора и воздушным коллектором двигателя вставлен теплообменник, похожий на радиатор. Это называется воздушным промежуточным охладителем или доохладителем. Работа этого радиатора заключается в отводе тепла от воздуха для горения. Этот теплообменник может использовать либо водяную систему рубашки, либо систему технической воды для получения воды (конечный поглотитель тепла).
При использовании технической воды может быть установлен дополнительный теплообменник между системой технической воды и водяной системой промежуточного охладителя для очистки и поддержания воды в водяной системе промежуточного охладителя, чтобы она не повреждала воздушный промежуточный охладитель.

Основы системы охлаждения
Большинство дизельных двигателей имеют систему охлаждения, которая выглядит как рубашка и имеет замкнутый контур. Проходя через двигатель, охлаждающая жидкость нагревается от гильз цилиндров, головок цилиндров и других деталей.

Чем холоднее охлаждающая жидкость на выходе из двигателя, тем лучше будет работать двигатель. С другой стороны, слишком высокая температура охлаждающей жидкости может привести к повреждению конструкции из-за перегрева деталей двигателя. Смазочное масло также можно охлаждать с помощью воды рубашки охлаждения и теплообменника. Большинство дизельных двигателей лучше всего работают при температуре воды на выходе рубашки охлаждения около 180°F и повышении температуры в двигателе от 8 до 15°F.

Большинство дизельных двигателей охлаждаются водой в качестве охлаждающей жидкости. Тем не менее, вода сама по себе может вызвать ржавчину, накопление минералов и замерзание.
Антифриз, такой как этиленгликоль или пропиленгликоль, необходимо добавлять в двигатели, температура которых может быть близкой или ниже точки замерзания. Наиболее распространенным решением является смешивание антифриза и воды, что работает при температурах до -40 градусов по Фаренгейту. Коммерческий антифриз содержит химические вещества, которые предотвращают появление ржавчины. Добавление антифриза затрудняет отвод тепла.
Дизели, используемые на атомных реакторах для аварийного обслуживания, большую часть времени не подвергаются отрицательным температурам. В этих условиях нет необходимости в антифризе. Тем не менее, коррозию можно остановить, смешав химические вещества, которые останавливают коррозию, с водой, очищенной от минералов.

Химический состав воды: вода, используемая для охлаждения двигателя, не должна содержать химических веществ, вызывающих образование отложений или накипи. В большинстве случаев используется деминерализованная вода. pH воды должен быть где-то между 8 и 9,5.
Лучше всего добавить ингибитор коррозии, такой как Nalco 2000, чтобы предотвратить образование накипи на гильзах и головках цилиндров. Одна шестнадцатая дюйма шкалы — это то же самое, что добавить один дюйм стали к двигателю, чтобы он меньше пропускал тепло. Время от времени проводится химический анализ охлаждающей жидкости, и для поддержания правильного химического состава воды добавляется нужное количество ингибитора коррозии.

Как сохранить двигатель холодным
На некоторых установках вода в промежуточном охладителе и вода в рубашке охлаждаются разными частями радиатора. В большинстве случаев водяной контур рубашки охлаждения используется для охлаждения смазочного масла в таких ситуациях.
С помощью расширительного бачка (также называемого «напорным» или «подпиточным бачком»), который устанавливается над двигателем для поддержания напора в системе, охлаждающая жидкость накапливается в самой системе двигателя. Двигатель приводит в действие насос, который откачивает воздух из системы и направляет охлаждающую жидкость в двигатель. В большинстве систем вода выходит из двигателя через клапан, управляемый термостатом. Если вода слишком холодная, трубопровод пропускает ее через теплообменник. Вода проходит через теплообменник, если она слишком горячая.
Термостатический регулирующий клапан (ТРК) определяет, насколько горяча охлаждающая жидкость, и реагирует на это.

Как только температура охлаждающей жидкости двигателя падает ниже уставки клапана, охлаждающая жидкость направляется через водяной теплообменник рубашки охлаждения. Когда температура охлаждающей жидкости выше заданной, клапан направляет охлаждающую жидкость через теплообменник. Затем избыточное тепло направляется в систему сырой или технической воды. При запуске дизеля подача технической воды начинается сама собой.
Через выход теплообменника или байпасную линию вода возвращается к водяному насосу рубашки охлаждения и, в конечном итоге, к двигателю. Во многих системах система смазочного масла охлаждается теплообменником в водяной рубашке. Для двигателей, где важно, чтобы смазочное масло было холоднее, чем вода в рубашке, тепло масла направляется непосредственно в систему технической/сырой воды через теплообменник в системе смазочного масла.
Когда охлаждающая жидкость попадает в блок цилиндров, она течет по внутренним каналам и/или трубкам к днищу гильз цилиндров. Поднимаясь вверх, жидкость обтекает гильзы цилиндров и попадает в головки цилиндров. Когда охлаждающая жидкость покидает головки цилиндров, она поступает в выпускной коллектор, а затем в термостатический клапан.
В двигателях с промежуточными охладителями или доохладителями часть воды из рубашки охлаждения проходит через промежуточные охладители, чтобы забрать тепло от поступающего воздушного заряда, который не нужен. На многих двигателях с промежуточными или доохладителями это дополнительное тепло передается в систему технической/сырой воды с помощью отдельного теплообменника. Это хорошо, потому что вода в промежуточном охладителе должна быть охлаждена до температуры ниже, чем вода в водяной рубашке. Большинство двигателей ALCO используют водяную рубашку для охлаждения воды в промежуточном охладителе.

Расширительный бачок — во многих двигателях используется расширительный бачок с крышкой под давлением, или расширительный бачок устанавливается достаточно высоко для поддержания необходимого напора (чистого положительного напора — NPSH) в системе. В большинстве случаев расширительный бак размещается чуть выше самой высокой точки водяного охлаждения рубашки, а вентиляционные линии используются для защиты системы от воздуха. Некоторые расширительные баки можно накачать, чтобы поддерживать более высокое давление, что помогает повысить температуру кипения охлаждающей жидкости.

Напорная труба представляет собой резервуар, который устанавливается вертикально и находится на той же высоте, что и двигатель. Он удерживает охлаждающую жидкость двигателя и имеет пространство для воздуха, чтобы компенсировать расширение охлаждающей жидкости при нагревании.
Стояки обычно вентилируются воздухом, что делает систему охлаждения не находящейся под давлением. Уровень воды в стояке должен быть достаточно высоким, чтобы достичь требуемого кавитационного запаса, или резервуар должен находиться под давлением.

Водяной насос рубашки охлаждения: двигатель приводит в действие одноступенчатый центробежный водяной насос рубашки охлаждения, который приводится в действие коленчатым валом двигателя через ряд шестерен.

Как видно, вода поступает на всасывающий вход насоса. Зубчатая передача двигателя приводит в движение ведущую шестерню насоса, которая, в свою очередь, вращает вал насоса и рабочее колесо. Скорость охлаждающей жидкости увеличивается за счет центробежной силы при вращении крыльчатки. Когда охлаждающая жидкость поступает в корпус насоса, ее скорость уменьшается, а давление пропорционально возрастает. Охлаждающая жидкость вытекает из корпуса насоса в водяной коллектор рубашки к нижнему концу гильзы цилиндра под более высоким давлением.

Охлаждающая жидкость для двигателя поднимается через нижнюю часть термостатического регулирующего клапана. Когда температура охлаждающей жидкости низкая, как показано в правой части диаграммы, тарелка золотникового клапана остается в верхнем положении, и охлаждающая жидкость проходит через теплообменник.
По мере повышения температуры охлаждающей жидкости гранулы парафина внутри терморегулирующих элементов расширяются. Это толкает трубку элемента и тарелку клапана вниз. Итак, поток через байпас ограничивается или дросселируется, как показано в левой части схемы, и теплоноситель направляется в теплообменник.
При использовании клапан меняет свое положение в диапазоне температур от 10 до 150 градусов по Фаренгейту, чтобы поддерживать температуру охлаждающей жидкости довольно стабильной.

Теплообменник с водяной рубашкой. Теплообменники с водяной рубашкой обычно изготавливаются из кожуха и труб. Со стороны кожуха охлаждающая жидкость двигателя обычно течет по трубкам, а техническая вода течет по трубкам.

Системы подогрева воды в куртке
Когда двигатель выключен на некоторое время, температура внутри двигателя сильно падает. Быстрый запуск и быстрая нагрузка на холодный двигатель, характерные для дизелей атомного применения в аварийных ситуациях, подвергают двигатель большим нагрузкам и быстрее изнашивают его, пока он не достигнет нормальной рабочей температуры.
Система подогрева воды в рубашке показана на том же плане, что и стандартная система водяного охлаждения рубашки. Эта деталь поддерживает температуру охлаждающей жидкости двигателя на уровне или близком к нормальной рабочей температуре. Это не означает, что все детали имеют нормальную температуру.
Поскольку дизельные двигатели используют тепло от сжатия для запуска, поддержание двигателя в тепле ускоряет его запуск и снижает вероятность того, что двигатель не запустится из-за слишком низкой температуры всасываемого воздуха.

Насос поддержания тепла: Насос поддержания тепла представляет собой одноступенчатый центробежный насос, работающий от электричества. Он похож на насос с приводом от двигателя в том, что он поддерживает движение нагретой охлаждающей жидкости через двигатель, даже когда двигатель выключен.

Нагреватель для поддержания тепла: нагреватель для поддержания тепла в рубашке представляет собой электрический нагреватель погружного типа, такой же, как нагреватель для поддержания тепла в смазочном масле.
Его помещают в отдельный стояк или нагревательный бак. Он управляется термостатом, чтобы поддерживать нужную температуру двигателя.

Как работает система: Когда двигатель находится в режиме «ожидания», включается система «подогрева». Насос поддержания тепла создает вакуум в системе и подает воду во впускной патрубок рубашки двигателя. Когда двигатель работает, обратные клапаны могут быть установлены в системе поддержания тепла, чтобы остановить поток в неправильном направлении. Нагретая охлаждающая жидкость проходит через двигатель, нагревая цилиндры, головки цилиндров и другие детали, охлаждаемые водой.

Система охлаждения воды
Водяная система промежуточного охладителя подает воду в промежуточный или промежуточный охладитель, который установлен на трубах впуска воздуха для горения двигателя. Это теплообменник, похожий на радиатор, который охлаждает воздух для горения после компрессора турбонагнетателя и перед воздушным коллектором/пленумом двигателя.
Охлаждение делает воздух более плотным, что позволяет большему количеству кислорода сжигать больше топлива и производить больше энергии. Кроме того, воздух для горения охлаждает днища поршней.
Температура воды, используемой для промежуточного охлаждения, обычно должна быть очень близка к температуре окружающего воздуха. По этой причине обычно лучше использовать техническую воду вместо воды рубашки охлаждения, которая имеет гораздо более высокую температуру (от 160 до 180°F).
Типичная схема водяной системы интеркулера и доохладителя
Поскольку эти детали такие же, как те, что используются в водяной рубашке, мы больше не будем о них говорить.
В некоторых водяных системах промежуточного охладителя может использоваться термостат, чтобы вода в промежуточном охладителе не стала слишком холодной, особенно в холодную погоду или когда двигатель мало работает. Это максимально предотвращает конденсацию влаги в воздухе для горения. В некоторых системах водяная система рубашки охлаждения и водяная система промежуточного охладителя связаны, так что промежуточный охладитель можно нагревать, когда это необходимо.
Если воздух для горения, поступающий в двигатель, слишком холодный, запуск двигателя может занять больше времени, он может работать хуже при низкой нагрузке, а гильза цилиндра может быть плохо смазана. Чтобы смягчить это влияние, некоторые производители термостатически ограничивают поток охлаждающей воды к промежуточному охладителю и/или при необходимости подают теплую воду рубашки охлаждения.
Термостатический клапан в контуре предотвращает переохлаждение воды в промежуточном охладителе, что также предотвращает переохлаждение воздуха, поступающего в двигатель. Слишком холодный воздух может привести к образованию конденсата в двигателе и появлению «белого» дыма из выхлопной трубы.

Больше вещей, которые делают его крутым
Большую часть времени дизель-генератор хранится в здании с небольшим количеством отверстий.
В помещении ЭДГ имеется несколько источников тепла, например, двигатель и генератор. Для достижения наилучших результатов распределительное устройство, панели управления, контрольно-измерительное оборудование, расходный топливный бак, воздушный компрессор(-и) и резервуар(ы) для хранения воздуха в этой зоне должны поддерживаться при низкой температуре.
В комнате EDG не может быть жарче, чем 122 градуса по Фаренгейту (50 градусов). Таким образом, необходимо подавать достаточно прохладного воздуха (окружающего воздуха), чтобы избавиться от тепла и поддерживать температуру в помещении ниже максимально допустимого уровня. Несмотря на то, что комнатная температура не оказывает большого влияния на сам двигатель, очень высокие комнатные температуры EDG могут влиять на генератор и другие детали. Если воздух для горения двигателя поступает из помещения, горячий воздух, поступающий в двигатель, может сделать его менее мощным.