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上海水泵集团技术之冷却系统

对于各种内燃机来说冷却都是必不可少的,这是因为燃料燃烧后的总热量,只有一小部分转换成有用功,而其余的大部分热量为冷却剂、润滑油,排气以及热辐射等所耗散。

发动机的冷却条件,因发动机制造厂家不同而有所差异。一般来说,冷却系统吸收的热量,柴油发动机为30~60英热单位/马力/分,天然气或汽油发动机可达70英热单位/马力/分。热量被传递给各种形式的介质。

设计冷却系统时必须考虑以下因素:

1.     驱动装置其它部分的附加排热量。比如减速齿轮箱或升速齿轮箱,通常采用与发动机相同的冷却介质。

2.     在发动机上安装水冷式排气歧管,水冷式排气增压器或后冷却器。

3.     环境高温或来自附近工艺设备的热量。

4.     热交换器中冷却剂温度的变化。

5.     冷却水中会夹带有大量的空气。

6.     保持冷却系统的清洁是十分困难的。

发动机的温降,不管采用什么形式的冷却系统都是最重要的设计因素。绝大多数发动机制造厂家都希望温差不要大于10°~12?,并尽可能接近这个数值。通过气缸体水套的水温,最好接近170?,但在与高温或废热回收系统联用时,200?或再高一点也是很常见的,而且并无害处。

散热器  或许散热器冷却系统是最常见也是最容易了解的一种冷却方式,它基本上是一个闭式管道循环系统,冷却水通过气缸套在管道里流动。由发动机带动或另外由辅助电动机带动的风扇吹风来冷却散热器的管束。

冷却一台安装在户外的固定式发动机装置并不存在什么困难,但仍然要考虑一些因素,诸如环境温度,经年的主要风向,以及空气中夹带的杂质等。高温下,通常指超过110?,则需要大型散热器。如果经常刮大风,则要考虑发动机组正常扇风气流的补偿问题。如果大风还经常夹带着一些比如尘埃之类的杂质,那么就要加设滤网以防止散热器气道被堵塞。

户内安装的发动机,散热器冷却系统应采取某些适当的预防措施,否则也会发生诸如冷却空气的再循环以及发动机排气热量如何驱散等问题。如上所述,发动机在60?以上工作时,每增加10?就会导致1%的功率损失,当要驱散掉的热量达到加预发动机的总热量的5%到10%时,就意味着必须采用某种动力通风的方式,以便通过管道,散热天窗或者采用装有单独风机的强制通风系统来排走厂房内的热量。

热交换器  固定式发动机装置,采用热交换器冷却系统是很合适的。使用列管式热交换器时,冷却介质为水,即未经处理的所谓原水。工厂内用的生产水,或备用水源水,多次循环使用或一次使用后排至废水系统。这种冷却系统的特点在于通过发动机的水量和水质均可加以控制。在设计这种冷却系统时,认为热交换器的散热作用是主要的,而空气流动对散热的作用则可略而不计。不过如果不与工厂的生产水系统一起考虑而另搞一套,则这种冷却介质就有不经济的缺点。如果原有的自来水或生产水的压力不足,就需要单独安装一台水泵为冷却系统供水。

自来水与圆筒形水箱冷却系统 自来水可以取自自来水的母管,也可以从发动机所驱动的泵出口引水。这种冷却方式多用于备用发动机组或事故备用机组,简单又方便。显而易见,中小型发动机因为水源可靠冷却不会受到限制,易于发动机在事故情况下应急起动。但另一方面,冷却后的水作为废水排放浪费很大,水中有很多腐蚀性元素进入发动机水套内是有害的,还有,自来水温变化将使气缸水套温度不稳定。

圆筒形水箱冷却系统,它基本上与自来水冷却方案相似,只是用了一个恒温阀来控制补给水。垂直立着的粗管子是一个混合水箱,只是根据温度变化需要大量补水时,才向混合水箱中补添自来水。这种却系统运行简单,费用也低。

沸腾式散热 在不少安装有发动机特别是大型发动机的地方,同时有一些工艺设备需要供热,这时候发动机采取高温或沸腾式冷却被认为是一种很经济的办法。这种冷却系统称为蒸汽冷却,高温冷却,有的商标注册说明中称之为汽相冷却。在这种冷却系统中,水离开发动机时的温度等于或大于常压下水的沸点温度,但由于有足够的压力使水保持为液相,水离开发动机来到蒸发室后,由于这里的压力降低水就开始形成蒸汽,然后经过冷凝并在差不多接近原来出口温度的情况下又返回发动机。这种冷却系统的优点在于水通过发动机时,进出口温差非常小,因此发动机的工作零部件变形也小,而且不管负载变化如何,发动机的工作温度总是稳定的。由于工作温度很高,所以在发动机气缸内燃烧区域和曲轴箱内,燃烧后的液态副产物和腐蚀性物质较少。更重要的是冷却补水量很少,而且废热可以为生产过程所利用。

冷却塔  冷却塔用于某些大型发动机或多台发动机组的情况。利用自然通风或强制通风的办法使空气流动,冷却塔能有效地将冷却水中的热量消散在大气中。自然对流式通风塔与自然风速有关面且自然风速对散热影响很大。强制通风塔内空气的流量可以加以控制,虽然冷却塔建造起来并不困难,但必须保证有足够的电力才行。冷却水量增加,所需空气量也要增加,通风阻力剧增要求风机有更大的压头,从而有可能使安装费用和运行费用达到最大极限。完整的冷却系统,其中包括上述冷却系统,废热回收系统和消音装置。

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