性能特點和作用說明

柴油發(fā)電機的水箱散熱器結(jié)構(gòu)和作用

散熱器作為柴油發(fā)電機冷卻系中的重要部件，它的散熱能力在很大程度上決定了冷卻系統(tǒng)的工作溫度?？得魉共裼桶l(fā)電機水散熱器通常是封閉直流強制循環(huán)銅質(zhì)管帶式。散熱器芯部結(jié)構(gòu)為管帶式，芯管(即冷卻水管)呈扁平形，以減少空氣阻力，增加散熱面積。散熱帶為波浪形，其上開有按規(guī)則排列的許多小窗口，增加了空氣紊流，提高了散熱效率。

散熱器側(cè)視圖

散熱器芯示意圖

 

 

一、冷卻系統(tǒng)氣阻的危害

在高速柴油發(fā)電機水冷系統(tǒng)的循環(huán)水中，往往含有少量的空氣和蒸汽。這些空氣和蒸汽來源的主要原因包括由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，柴油發(fā)電機水套中和某些零件內(nèi)部有“死區(qū)”存在，積滯了一部分空氣在加注過程中，總有部分空氣吸附在冷卻液中加注進(jìn)系統(tǒng)；柴油發(fā)電機在高負(fù)荷工作時，冷卻水在高溫區(qū)產(chǎn)生沸騰而出現(xiàn)蒸汽泡，當(dāng)蒸汽泡增多連成一片時就形成氣囊；水管接頭水泵本身密封不良時，空氣滲入到冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部形成空氣泡柴油發(fā)電機燃燒時燃燒壓力很高，氣缸墊稍有密封不良，或缸蓋螺栓稍有松動，高壓燃?xì)饩秃苋菀讖臍飧變?nèi)竄入冷卻系統(tǒng)中而形成氣囊在冷卻系統(tǒng)中，若冷卻液面太低，在冷卻系統(tǒng)的空間也會存在大量的空氣。這些氣體如果不能排出就會在冷卻液循環(huán)時產(chǎn)生氣阻。氣阻對柴油發(fā)電機危害是相當(dāng)大的：

①水泵在工作時，氣體和冷卻液一起循環(huán)而減少了水的流量，引起柴油發(fā)電機內(nèi)部溫度升高，至?xí)斐刹裼桶l(fā)電機過熱，導(dǎo)致柴油發(fā)電機水套內(nèi)局部沸騰，致使局部的熱應(yīng)力猛增。

②在冷卻液中殘留的空氣會造成局部冷卻不均勻，以及燃燒的廢氣溶解在冷卻液中易形成酸，引起零件生銹和腐蝕，使零件的壽命縮短。

③滲入的氣體會使缸套、水泵產(chǎn)生穴蝕而加速損壞。

二、散熱器的分類

1、管片式散熱器芯

管片式散熱器芯由散熱管和散熱片構(gòu)成。散熱管是焊在進(jìn)、出水室之間的直管，作為冷卻液的通道。散熱管有扁管也有圓管。扁管與圓管對比，在容積同樣的狀況下有較大的散熱表面，并且萬一管內(nèi)的冷卻水結(jié)冰膨脹，扁管能夠借其橫斷面變形而防止破碎。鋁散熱器芯多為圓管。在散熱管的表面面焊有散熱片以增添散熱面積，加強散熱能力，同時還增大了散熱器的剛度和強度。管片式散熱器的長處是散熱面積大、氣流阻力小、結(jié)構(gòu)剛度好及承壓能力強等。管片式散熱器因結(jié)構(gòu)剛度較好廣為柴油發(fā)電機所使用。

2、管帶式散熱器芯

管帶式散熱器芯采納冷卻管和散熱帶沿縱向間隔擺列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提升。這類散熱器芯散熱能力強，制造工藝簡單，成本低，但結(jié)構(gòu)剛度不如管片式大。

管帶式散熱器芯示意圖

管片式散熱器芯示意圖

三、散熱器的結(jié)構(gòu)組成

散熱器又稱為水箱，由上水箱、散熱器芯和下水箱等構(gòu)成。散熱器上水箱頂部有加水口，冷卻水由此注入整個冷卻系并用散熱器蓋遮住。在上水箱和下水箱分別裝有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管分別用橡膠軟管隨和缸蓋的出水管和水泵的進(jìn)水管相連，這樣，既便于安裝，并且當(dāng)柴油發(fā)電機和散熱器之間產(chǎn)生少許位移時不會漏水。在散熱器下邊一般裝有減震墊，防備散熱器受振動破壞。在散熱器下貯水室的出水管上還有放水開關(guān)，必需時可將散熱器內(nèi)的冷卻水放掉。散熱器芯由很多冷卻水管和散熱片構(gòu)成，關(guān)于散熱器芯應(yīng)當(dāng)有盡可能大的散熱面積，采納散熱片是為了增添散熱器芯的散熱面積。散熱器芯的結(jié)構(gòu)形式有多樣，常用的有管片式和管帶式兩種。

1、膨脹水箱

（1）主要功能

為了解決水泵產(chǎn)生穴蝕，散熱器上水室低、去除冷卻系統(tǒng)中的空氣和水蒸氣等問題，康明斯柴油發(fā)電機采用了高位后置式強制除氣裝置——膨脹水箱，膨脹水箱的主要功能是：

① 在冷卻回路中提供冷卻液的膨脹空間(即作為膨脹室)，使冷卻液和空氣分離，驅(qū)除水路中的氣體，消除冷卻液的氣阻。

② 容納從散熱器溢流出來的冷卻液，并使之流回到冷卻系統(tǒng)中去，防止冷卻系統(tǒng)中冷卻液的減少。這對于加注防凍液、防銹劑的冷卻系統(tǒng)更為重要，因為一般柴油發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)中如果沒有膨脹水箱，水受熱膨脹后，水蒸氣將通過散熱器的蒸汽閥排出；且隨著時間的推移，冷卻液逐漸減小，而膨脹水箱可減少冷卻液的損耗。膨脹水箱也可用于貯存因柴油發(fā)電機熄火之后發(fā)生的后沸騰而失去的冷卻水。柴油發(fā)電機在長時間熱運轉(zhuǎn)或高速大負(fù)荷運轉(zhuǎn)后，立即停止運轉(zhuǎn)或怠速運轉(zhuǎn)時就會發(fā)生后沸騰現(xiàn)象。這是因為此時冷卻液停止或大大減慢了循環(huán)速度，使冷卻液的熱量散發(fā)不出而產(chǎn)生了后沸騰?？傊蛎浰淠鼙苊饫鋮s液的損失。

（2）布置

膨脹水箱在冷卻系中的布置，膨脹水箱與散熱器并聯(lián)在水路中，并高于散熱器，其位置越高，對抑制氣囊形成的作用越有利，但對系統(tǒng)的耐壓性要求也越高，一般膨脹水箱的底部至少高于出水總管600mm。冷卻系統(tǒng)的最低壓力出現(xiàn)在水泵葉輪進(jìn)口處，所以膨脹水箱通過平衡管和水泵的進(jìn)口處相連，以防止該處壓力下降。膨脹水箱由于設(shè)置的位置比柴油發(fā)電機水路中任何一點都高，利用它的水位壓力就可以部分甚至全部平衡水泵吸水處可能產(chǎn)生的真空度，這有利于減少水泵葉輪和殼體上的穴蝕，延長水泵的使用壽命。在散熱器的上水室容易發(fā)生氣滯的地方利用除氣管與膨脹水箱相連，這有利于把空氣引至膨脹水箱，使氣水分離。一般在缸蓋出水管的一端也接有除氣管，該位置是缸蓋水套的最高點。冷卻系統(tǒng)大循環(huán)開始后，水混合物流經(jīng)除氣管進(jìn)入膨脹水箱，氣(汽)水混合物進(jìn)入膨脹水箱后發(fā)生分離，并使氣(汽)體排除，維持系統(tǒng)壓力在一定的范圍。不含氣(汽)體的冷卻液從水箱底部流經(jīng)回水管回到水泵進(jìn)水口，重新參加循環(huán)。

（3）工作原理

工作時，被柴油發(fā)電機加熱的冷卻液具有膨脹空間，很少從溢流管滴漏出去，從而避免冷卻液的損失。膨脹水箱提供一定量的冷卻液儲備，可保證長期不需加水，也便于添加冷卻液，在這個閉式冷卻系統(tǒng)中，冷卻液在散熱器和膨脹水箱之間來回流動，雖然膨脹水箱中冷卻液液面有時升高或降低，但散熱器中總是充滿冷卻液。同時，在強制除氣循環(huán)中，除氣管口徑與同水管口徑的匹配很重要，除氣管口徑過大，則除氣循環(huán)流量增加，回水流量加大，氣(或蒸汽)水混合物在膨脹水箱中的除氣時間減少，部分氣泡未來得及排入膨脹空間又被帶回柴油發(fā)電機水套中，除氣不凈；除氣管口徑過小，則除氣循環(huán)流量減小，部分氣體或蒸汽無法進(jìn)入除氣循環(huán)中，而被大循環(huán)或小循環(huán)帶走，同樣產(chǎn)生除氣不凈。因此柴油發(fā)電機除氣管與回水管是經(jīng)過多次試驗選定的，不能隨意用其他口徑的管子代替。

帶有膨脹水箱的冷卻系統(tǒng)中，散熱器蓋基本上是永久安裝而不拆卸的，只有在大修時，徹底清洗冷卻系統(tǒng)才可拆開。當(dāng)僅僅是為了檢查冷卻液液面高度或添加冷卻液時，不應(yīng)拆下散熱器蓋。液面高度可在膨脹水箱上檢查(一般在膨脹水箱上都作有標(biāo)記，以指出正常的、熱的和冷的冷卻液的液面位置)，冷卻液可從膨脹水箱加入。

2、散熱器蓋

柴油發(fā)電機多采納閉式水冷系，當(dāng)前閉式水冷系寬泛采納擁有空氣-蒸汽閥的散熱器蓋。柴油發(fā)電機熱態(tài)工作正常時，兩閥門封閉，將冷卻系與大氣分開。防備水蒸汽逸出，使冷卻系內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力，從而可增高冷卻水的沸點，改良了冷卻效能。當(dāng)散熱器內(nèi)部壓力達(dá)到126～137Kpa時，蒸汽閥開啟而使水蒸汽從通氣孔排出；當(dāng)水溫降落，冷卻系內(nèi)部的真空度低于10～20Kpa時，空氣閥翻開，空氣從通氣孔進(jìn)入冷卻系，以防散熱器及芯管被大氣壓癟。

水箱蓋原理圖

3、膨脹水箱

關(guān)于加注防凍液的柴油發(fā)電機，為了減少冷卻液的損失，保證冷卻系的正常工作，采納散熱器＋膨脹水箱結(jié)構(gòu)（圖8）。膨脹水箱的上方用一根軟管通大氣，另一根軟管與散熱器的溢流管相連。當(dāng)散熱器內(nèi)蒸汽壓力高升到某一值時，其蓋上的壓力閥翻開，冷卻液經(jīng)過壓力閥經(jīng)過溢流管進(jìn)入膨脹水箱；當(dāng)溫度降落時，冷卻液又從膨脹水箱經(jīng)過真空閥流回到散熱器內(nèi)部。這樣能夠防備冷卻水損失。膨脹水箱內(nèi)部印有兩條液面高度標(biāo)志線，膨脹水箱內(nèi)的液面高度應(yīng)位于這兩種刻線之間。

4、風(fēng)扇

風(fēng)扇可提升經(jīng)過散熱器芯的空氣流速，增添散熱成效，加快水的冷卻。風(fēng)扇往常安排在散熱器后邊，并與水泵同軸。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時，對空氣產(chǎn)生抽吸作用，使之沿軸向流動?？諝饬饔汕跋蚝蠼?jīng)過散熱器芯，使流經(jīng)散熱器芯的冷卻水加快冷卻。柴油發(fā)電機的風(fēng)扇有兩種形式，軸流式和離心式。軸流式風(fēng)扇所產(chǎn)生的風(fēng)，其流向與風(fēng)扇軸平行；離心式風(fēng)扇所產(chǎn)生的風(fēng)，其流向為徑向。軸流式風(fēng)扇效率高，風(fēng)量大，結(jié)構(gòu)簡單，部署方便。因此在柴油發(fā)電機上獲得了寬泛的應(yīng)用。

5、水泵

水泵的作用是對冷卻水加壓，使之在冷卻系中循環(huán)流動。一般使用離心式水泵。它擁有結(jié)構(gòu)緊湊、泵水量大及因故障而停止工作時，不阻礙水在冷卻系內(nèi)部自然循環(huán)等長處。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，水泵中的水被葉輪帶動一同旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，水被甩向葉輪邊沿，而后經(jīng)外殼上與葉輪成切線方向的出水管壓送到柴油發(fā)電機水套內(nèi)。與此同時，葉輪中心處的壓力降低，散熱器中的水便經(jīng)進(jìn)水管被吸進(jìn)葉輪中心部分。這樣連續(xù)的作用，使冷卻水在水道中不停地循環(huán)。假如水泵因故停止工作時，冷卻水仍舊能從葉輪葉片之間流過，進(jìn)行熱流循環(huán)，不致于很快產(chǎn)生過熱。

冷卻水泵結(jié)構(gòu)示意圖

 

6、節(jié)溫器

節(jié)溫器是控制冷卻水流動路徑的閥門。節(jié)溫器裝在冷卻水循環(huán)的通路中，依據(jù)柴油發(fā)電機負(fù)荷大小和水溫的高低自動改變水的循環(huán)流動路線，以達(dá)到調(diào)理冷卻系的冷卻強度，保證柴油發(fā)電機在適合的溫度范圍內(nèi)工作。節(jié)溫器一定保持優(yōu)秀的技術(shù)狀態(tài)，不然會嚴(yán)重影響柴油發(fā)電機的正常工作。如節(jié)溫器主閥門開啟過遲，就會引起柴油發(fā)電機過熱，當(dāng)柴油發(fā)電機的工作溫度過高的話，柴油發(fā)電機中的冷卻水就會達(dá)到沸點從而沸騰，這類現(xiàn)象就是我們平時所說的“開鍋”，柴油發(fā)電機將沒法正常運行，會減少柴油發(fā)電機的壽命。主閥門開啟過早，就會造成柴油發(fā)電機汽缸內(nèi)的燃油混淆物霧化不良，在啟動，特別是冷啟動的時候會造成延伸熱機時間，在極端的狀況下甚至永久沒法達(dá)到正常的工作溫度，這不不單對發(fā)動機造成傷害，甚至?xí)＜暗竭\行安全。

 

節(jié)溫器構(gòu)成圖

 

 

 

 

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