柴油發(fā)電機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)的布置與原理
發(fā)布時(shí)間：2023-10-01 點(diǎn)擊：220
柴油發(fā)電機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)的布置與原理
柴油發(fā)電機(jī)風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)采用空氣作為冷卻介質(zhì)，故又稱空氣冷卻，由風(fēng)扇產(chǎn)生的高速運(yùn)動(dòng)的空氣直接將高溫零件的熱量帶走，使柴油機(jī)在最適宜的溫度下工作。在汽缸和汽缸蓋外壁都布置了散熱片，用以增加散熱面積，還布置了導(dǎo)風(fēng)罩、導(dǎo)流板，用以合理地分配冷卻空氣和提高空氣利用率，使冷卻效果更有效和均勻。風(fēng)冷系統(tǒng)主要由散熱片、風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)罩和導(dǎo)流板等組成。與水冷系統(tǒng)相比，風(fēng)冷系統(tǒng)具有零件少、結(jié)構(gòu)簡單、整機(jī)重量較輕、使用維修比較方便和對地區(qū)環(huán)境變化（如缺水、嚴(yán)寒和酷熱等）適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)；但風(fēng)冷系統(tǒng)也有噪聲較大、熱負(fù)荷較高、風(fēng)扇消耗功率較大和充氣系數(shù)較低等缺點(diǎn)。
柴油發(fā)電機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1、風(fēng)冷系統(tǒng)的布置
根據(jù)柴油機(jī)汽缸的排列、風(fēng)扇類型和安裝位置，風(fēng)冷系統(tǒng)的布置常有以下幾種。
（1）采用離心式風(fēng)扇的單缸柴油機(jī)
單缸柴油機(jī)的離心式風(fēng)扇往往與飛輪鑄在一起，布置在柴油機(jī)后端，由曲軸直接驅(qū)動(dòng)。空氣由進(jìn)風(fēng)口軸向吸入，從風(fēng)扇蝸殼流出的氣流由導(dǎo)風(fēng)罩引向汽缸和汽缸蓋進(jìn)行冷卻。這種布置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，沒有專門的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，冷卻氣流轉(zhuǎn)彎少，流動(dòng)阻力較小。小型風(fēng)冷柴油機(jī)多采用這種布置形式。
（2）采用軸流式風(fēng)扇的直列式多缸柴油機(jī)。
軸流式風(fēng)扇通過三角帶由曲軸驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇布置在柴油機(jī)前端。空氣軸向流動(dòng)，由風(fēng)扇吸入并壓進(jìn)由導(dǎo)風(fēng)罩組成的風(fēng)室中，分別冷卻各個(gè)汽缸后經(jīng)分流板流出。設(shè)置風(fēng)流板是為了合理地組織空氣流動(dòng)的路線，以達(dá)到提高冷卻效果和使各缸冷卻較均勻的目的。
（3）采用軸流式風(fēng)扇的v型柴油機(jī)
軸流式風(fēng)扇布置在柴油發(fā)電機(jī)前端的兩排汽缸夾角中間，通過三角帶由曲軸驅(qū)動(dòng)。冷卻后的空氣分別由兩排汽缸的下側(cè)排出。
2、風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻強(qiáng)度的調(diào)節(jié)
風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)的冷卻強(qiáng)度取決于流經(jīng)其散熱片的空氣流速。改變冷卻空氣的流速，便可改變冷卻強(qiáng)度。調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度常用的方法如下。
（1）改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速
風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速提高，扇風(fēng)量增加，其冷卻效果加強(qiáng)；反之，其冷卻效果減弱。在熱負(fù)荷低時(shí)，減小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，既能降低冷卻強(qiáng)度，又能降低風(fēng)扇噪聲，而且還節(jié)省了風(fēng)扇消耗的功率，是一種比較好的調(diào)節(jié)方法。一般采用液力偶合器傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的無級調(diào)速。通常是利用裝在排氣管或排風(fēng)口處的感溫元件，控制進(jìn)人液力偶合器的油量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
（2）節(jié)流控制
通過在風(fēng)扇進(jìn)口處設(shè)置的感溫元件'控制可變百葉窗或者節(jié)流閥開度的大小，即可改變冷卻空氣進(jìn)口、流通通道或出口的面積，從而改變流經(jīng)散熱片空氣的流速和流量，以達(dá)到控制柴油發(fā)電機(jī)冷卻強(qiáng)度的目的。這種方法比較簡單，但由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不變，不能減少風(fēng)扇消耗的功率，使流動(dòng)阻力增大，從而影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。
3、風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)的原理
雖然現(xiàn)代柴油機(jī)以水冷式為主，但風(fēng)冷式在小功率柴油機(jī)上使用較廣泛，工程機(jī)械（如發(fā)電用）上應(yīng)用較大功率的風(fēng)冷柴油機(jī)也有應(yīng)用實(shí)例，比如我國引進(jìn)生產(chǎn)的康明斯6ltaa8.9-g2風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)組就是一例。
該機(jī)為直列6缸渦輪增壓的四沖程柴油機(jī)，1500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)最大輸出功率為235.4kw。增壓后的空氣經(jīng)過中間冷卻。由于熱負(fù)荷較高，潤滑油也由機(jī)油散熱器進(jìn)行冷卻。
軸流式風(fēng)扇布置在柴油機(jī)前端的v形夾角之間，由曲軸功率輸出端通過齒輪系統(tǒng)、彈性聯(lián)軸器及液力偶合器驅(qū)動(dòng)，康明斯6ltaa8.9-g2柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)。軸流式風(fēng)扇的動(dòng)葉輪將空氣壓入導(dǎo)流罩組成的風(fēng)室中，一部分空氣流經(jīng)汽缸和汽缸蓋上的散熱片，冷卻左、右兩排汽缸，另一部分空氣流經(jīng)中冷器、機(jī)油散熱器1和液力變扭器油散熱器，以冷卻從增壓器出來的空氣以及柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)的潤滑油和傳動(dòng)系統(tǒng)中的液力變扭器油。
該機(jī)冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)在動(dòng)葉輪前設(shè)置了導(dǎo)流用的靜葉輪，動(dòng)葉輪有8個(gè)葉片，靜葉輪有21個(gè)葉片，靜葉輪葉片與風(fēng)扇外圈壓配。靜葉輪的輪轂內(nèi)安裝有液力偶合器，液力偶合器的傳動(dòng)介質(zhì)是柴油機(jī)的潤滑油。在泵輪前端，安裝有離心式機(jī)油濾清器外殼，從主油道引出的潤滑油由進(jìn)油管進(jìn)入殼內(nèi)，油在殼中被帶著旋轉(zhuǎn)，其中的雜質(zhì)在離心力的作用下積附在外殼壁上，清潔的潤滑油從泵輪上的六個(gè)進(jìn)油孔進(jìn)入液力偶合器中。渦輪和風(fēng)扇動(dòng)葉輪安裝在從動(dòng)軸上，泵輪由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，風(fēng)扇葉輪便由渦輪帶動(dòng)，使其同向旋轉(zhuǎn)。流到液力偶合器外面的油，經(jīng)回油孔返回油底殼中。
柴油機(jī)在標(biāo)定工況1500轉(zhuǎn)/分鐘、235.4kw工作時(shí)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為5000~5500r/min，壓風(fēng)量約為14500m3/min，每小時(shí)消耗的功率為15kw左右。
該機(jī)的冷卻強(qiáng)度是通過改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)的。改變從進(jìn)油管進(jìn)入的油量便可改變風(fēng)扇（渦輪）的轉(zhuǎn)速。利用裝在排氣管中的節(jié)溫器油閥來控制進(jìn)人液力偶合器的油量。節(jié)溫器油閥的構(gòu)造在閥體中裝有線脹系數(shù)較大的純銅芯桿，芯桿受熱后伸長，頂開上部的單向閥，使從主油道來的潤滑油進(jìn)入進(jìn)油口，從出油口流出進(jìn)入液力偶合器中。排氣溫度越高，球閥被芯桿頂開的開度越大，流入液力偶合器中的潤滑油也越多，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也就越高，從而使柴油機(jī)的冷卻效果加強(qiáng)。芯桿中部開有冷卻用的縱向直槽，風(fēng)室中的空氣由進(jìn)氣孔引入，通過縱向槽冷卻芯桿，冷卻后的空氣從出氣孔流出。
冷卻芯桿的目的是為了提高節(jié)溫器油閥的靈敏度，使其在排氣溫度下降后能夠很快地收縮，及時(shí)地降低柴油機(jī)的冷卻強(qiáng)度。在吹風(fēng)冷卻芯桿后，排氣溫度每上升100℃，芯桿伸長量增加0.07mm。
為了保證在啟動(dòng)和怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柴油機(jī)也可以得到適當(dāng)冷卻，在出油口和球閥上部的油腔間，開有旁通油路，以保證在排氣溫度不足以使球閥開啟時(shí)，也有少量的潤滑油進(jìn)入液力偶合器，維持風(fēng)扇以較低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)在固定工況下工作，不需要自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度時(shí)，可以減薄或取消調(diào)整墊片，擰進(jìn)調(diào)整螺釘，使球閥固定在某一開度，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可基本保持不變。
在汽缸蓋進(jìn)風(fēng)側(cè)，裝有溫度報(bào)警傳感器，當(dāng)此處溫度超過210℃時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，表示柴油機(jī)過熱，此時(shí)應(yīng)降低柴油機(jī)負(fù)荷，以免發(fā)生故障。
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柴油發(fā)電機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1、風(fēng)冷系統(tǒng)的布置
根據(jù)柴油機(jī)汽缸的排列、風(fēng)扇類型和安裝位置，風(fēng)冷系統(tǒng)的布置常有以下幾種。
（1）采用離心式風(fēng)扇的單缸柴油機(jī)
單缸柴油機(jī)的離心式風(fēng)扇往往與飛輪鑄在一起，布置在柴油機(jī)后端，由曲軸直接驅(qū)動(dòng)。空氣由進(jìn)風(fēng)口軸向吸入，從風(fēng)扇蝸殼流出的氣流由導(dǎo)風(fēng)罩引向汽缸和汽缸蓋進(jìn)行冷卻。這種布置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，沒有專門的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，冷卻氣流轉(zhuǎn)彎少，流動(dòng)阻力較小。小型風(fēng)冷柴油機(jī)多采用這種布置形式。
（2）采用軸流式風(fēng)扇的直列式多缸柴油機(jī)。
軸流式風(fēng)扇通過三角帶由曲軸驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇布置在柴油機(jī)前端。空氣軸向流動(dòng)，由風(fēng)扇吸入并壓進(jìn)由導(dǎo)風(fēng)罩組成的風(fēng)室中，分別冷卻各個(gè)汽缸后經(jīng)分流板流出。設(shè)置風(fēng)流板是為了合理地組織空氣流動(dòng)的路線，以達(dá)到提高冷卻效果和使各缸冷卻較均勻的目的。
（3）采用軸流式風(fēng)扇的v型柴油機(jī)
軸流式風(fēng)扇布置在柴油發(fā)電機(jī)前端的兩排汽缸夾角中間，通過三角帶由曲軸驅(qū)動(dòng)。冷卻后的空氣分別由兩排汽缸的下側(cè)排出。
2、風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻強(qiáng)度的調(diào)節(jié)
風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)的冷卻強(qiáng)度取決于流經(jīng)其散熱片的空氣流速。改變冷卻空氣的流速，便可改變冷卻強(qiáng)度。調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度常用的方法如下。
（1）改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速
風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速提高，扇風(fēng)量增加，其冷卻效果加強(qiáng)；反之，其冷卻效果減弱。在熱負(fù)荷低時(shí)，減小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，既能降低冷卻強(qiáng)度，又能降低風(fēng)扇噪聲，而且還節(jié)省了風(fēng)扇消耗的功率，是一種比較好的調(diào)節(jié)方法。一般采用液力偶合器傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的無級調(diào)速。通常是利用裝在排氣管或排風(fēng)口處的感溫元件，控制進(jìn)人液力偶合器的油量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
（2）節(jié)流控制
通過在風(fēng)扇進(jìn)口處設(shè)置的感溫元件'控制可變百葉窗或者節(jié)流閥開度的大小，即可改變冷卻空氣進(jìn)口、流通通道或出口的面積，從而改變流經(jīng)散熱片空氣的流速和流量，以達(dá)到控制柴油發(fā)電機(jī)冷卻強(qiáng)度的目的。這種方法比較簡單，但由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不變，不能減少風(fēng)扇消耗的功率，使流動(dòng)阻力增大，從而影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。
3、風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)的原理
雖然現(xiàn)代柴油機(jī)以水冷式為主，但風(fēng)冷式在小功率柴油機(jī)上使用較廣泛，工程機(jī)械（如發(fā)電用）上應(yīng)用較大功率的風(fēng)冷柴油機(jī)也有應(yīng)用實(shí)例，比如我國引進(jìn)生產(chǎn)的康明斯6ltaa8.9-g2風(fēng)冷柴油發(fā)電機(jī)組就是一例。
該機(jī)為直列6缸渦輪增壓的四沖程柴油機(jī)，1500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)最大輸出功率為235.4kw。增壓后的空氣經(jīng)過中間冷卻。由于熱負(fù)荷較高，潤滑油也由機(jī)油散熱器進(jìn)行冷卻。
軸流式風(fēng)扇布置在柴油機(jī)前端的v形夾角之間，由曲軸功率輸出端通過齒輪系統(tǒng)、彈性聯(lián)軸器及液力偶合器驅(qū)動(dòng)，康明斯6ltaa8.9-g2柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)。軸流式風(fēng)扇的動(dòng)葉輪將空氣壓入導(dǎo)流罩組成的風(fēng)室中，一部分空氣流經(jīng)汽缸和汽缸蓋上的散熱片，冷卻左、右兩排汽缸，另一部分空氣流經(jīng)中冷器、機(jī)油散熱器1和液力變扭器油散熱器，以冷卻從增壓器出來的空氣以及柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)的潤滑油和傳動(dòng)系統(tǒng)中的液力變扭器油。
該機(jī)冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)在動(dòng)葉輪前設(shè)置了導(dǎo)流用的靜葉輪，動(dòng)葉輪有8個(gè)葉片，靜葉輪有21個(gè)葉片，靜葉輪葉片與風(fēng)扇外圈壓配。靜葉輪的輪轂內(nèi)安裝有液力偶合器，液力偶合器的傳動(dòng)介質(zhì)是柴油機(jī)的潤滑油。在泵輪前端，安裝有離心式機(jī)油濾清器外殼，從主油道引出的潤滑油由進(jìn)油管進(jìn)入殼內(nèi)，油在殼中被帶著旋轉(zhuǎn)，其中的雜質(zhì)在離心力的作用下積附在外殼壁上，清潔的潤滑油從泵輪上的六個(gè)進(jìn)油孔進(jìn)入液力偶合器中。渦輪和風(fēng)扇動(dòng)葉輪安裝在從動(dòng)軸上，泵輪由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，風(fēng)扇葉輪便由渦輪帶動(dòng)，使其同向旋轉(zhuǎn)。流到液力偶合器外面的油，經(jīng)回油孔返回油底殼中。
柴油機(jī)在標(biāo)定工況1500轉(zhuǎn)/分鐘、235.4kw工作時(shí)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為5000~5500r/min，壓風(fēng)量約為14500m3/min，每小時(shí)消耗的功率為15kw左右。
該機(jī)的冷卻強(qiáng)度是通過改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)的。改變從進(jìn)油管進(jìn)入的油量便可改變風(fēng)扇（渦輪）的轉(zhuǎn)速。利用裝在排氣管中的節(jié)溫器油閥來控制進(jìn)人液力偶合器的油量。節(jié)溫器油閥的構(gòu)造在閥體中裝有線脹系數(shù)較大的純銅芯桿，芯桿受熱后伸長，頂開上部的單向閥，使從主油道來的潤滑油進(jìn)入進(jìn)油口，從出油口流出進(jìn)入液力偶合器中。排氣溫度越高，球閥被芯桿頂開的開度越大，流入液力偶合器中的潤滑油也越多，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也就越高，從而使柴油機(jī)的冷卻效果加強(qiáng)。芯桿中部開有冷卻用的縱向直槽，風(fēng)室中的空氣由進(jìn)氣孔引入，通過縱向槽冷卻芯桿，冷卻后的空氣從出氣孔流出。
冷卻芯桿的目的是為了提高節(jié)溫器油閥的靈敏度，使其在排氣溫度下降后能夠很快地收縮，及時(shí)地降低柴油機(jī)的冷卻強(qiáng)度。在吹風(fēng)冷卻芯桿后，排氣溫度每上升100℃，芯桿伸長量增加0.07mm。
為了保證在啟動(dòng)和怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)柴油機(jī)也可以得到適當(dāng)冷卻，在出油口和球閥上部的油腔間，開有旁通油路，以保證在排氣溫度不足以使球閥開啟時(shí)，也有少量的潤滑油進(jìn)入液力偶合器，維持風(fēng)扇以較低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)在固定工況下工作，不需要自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度時(shí)，可以減薄或取消調(diào)整墊片，擰進(jìn)調(diào)整螺釘，使球閥固定在某一開度，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可基本保持不變。
在汽缸蓋進(jìn)風(fēng)側(cè)，裝有溫度報(bào)警傳感器，當(dāng)此處溫度超過210℃時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，表示柴油機(jī)過熱，此時(shí)應(yīng)降低柴油機(jī)負(fù)荷，以免發(fā)生故障。
斯坦福發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)及選型的步驟
小型單相柴油發(fā)電機(jī)使用方法跟注意事項(xiàng)
如何設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)？（二）
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