柴油發電機風冷系統的布置與原理
發布時間：2023-10-01 點擊：159
柴油發電機風冷系統的布置與原理
柴油發電機風冷式冷卻系統采用空氣作為冷卻介質，故又稱空氣冷卻，由風扇產生的高速運動的空氣直接將高溫零件的熱量帶走，使柴油機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，還布置了導風罩、導流板，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。風冷系統主要由散熱片、風扇、導風罩和導流板等組成。與水冷系統相比，風冷系統具有零件少、結構簡單、整機重量較輕、使用維修比較方便和對地區環境變化（如缺水、嚴寒和酷熱等）適應性好等優點；但風冷系統也有噪聲較大、熱負荷較高、風扇消耗功率較大和充氣系數較低等缺點。
柴油發電機風冷系統結構圖
1、風冷系統的布置
根據柴油機汽缸的排列、風扇類型和安裝位置，風冷系統的布置常有以下幾種。
（1）采用離心式風扇的單缸柴油機
單缸柴油機的離心式風扇往往與飛輪鑄在一起，布置在柴油機后端，由曲軸直接驅動。空氣由進風口軸向吸入，從風扇蝸殼流出的氣流由導風罩引向汽缸和汽缸蓋進行冷卻。這種布置結構簡單、緊湊，沒有專門的風扇驅動機構，冷卻氣流轉彎少，流動阻力較小。小型風冷柴油機多采用這種布置形式。
（2）采用軸流式風扇的直列式多缸柴油機。
軸流式風扇通過三角帶由曲軸驅動，風扇布置在柴油機前端。空氣軸向流動，由風扇吸入并壓進由導風罩組成的風室中，分別冷卻各個汽缸后經分流板流出。設置風流板是為了合理地組織空氣流動的路線，以達到提高冷卻效果和使各缸冷卻較均勻的目的。
（3）采用軸流式風扇的v型柴油機
軸流式風扇布置在柴油發電機前端的兩排汽缸夾角中間，通過三角帶由曲軸驅動。冷卻后的空氣分別由兩排汽缸的下側排出。
2、風冷系統冷卻強度的調節
風冷柴油發電機的冷卻強度取決于流經其散熱片的空氣流速。改變冷卻空氣的流速，便可改變冷卻強度。調節冷卻強度常用的方法如下。
（1）改變風扇轉速
風扇的轉速提高，扇風量增加，其冷卻效果加強；反之，其冷卻效果減弱。在熱負荷低時，減小風扇的轉速，既能降低冷卻強度，又能降低風扇噪聲，而且還節省了風扇消耗的功率，是一種比較好的調節方法。一般采用液力偶合器傳動來實現風扇的無級調速。通常是利用裝在排氣管或排風口處的感溫元件，控制進人液力偶合器的油量，實現風扇的轉速調節。
（2）節流控制
通過在風扇進口處設置的感溫元件'控制可變百葉窗或者節流閥開度的大小，即可改變冷卻空氣進口、流通通道或出口的面積，從而改變流經散熱片空氣的流速和流量，以達到控制柴油發電機冷卻強度的目的。這種方法比較簡單，但由于風扇轉速不變，不能減少風扇消耗的功率，使流動阻力增大，從而影響柴油機的經濟性。
3、風冷冷卻系統的原理
雖然現代柴油機以水冷式為主，但風冷式在小功率柴油機上使用較廣泛，工程機械（如發電用）上應用較大功率的風冷柴油機也有應用實例，比如我國引進生產的康明斯6ltaa8.9-g2風冷柴油發電機組就是一例。
該機為直列6缸渦輪增壓的四沖程柴油機，1500轉/分鐘時最大輸出功率為235.4kw。增壓后的空氣經過中間冷卻。由于熱負荷較高，潤滑油也由機油散熱器進行冷卻。
軸流式風扇布置在柴油機前端的v形夾角之間，由曲軸功率輸出端通過齒輪系統、彈性聯軸器及液力偶合器驅動，康明斯6ltaa8.9-g2柴油機冷卻系統。軸流式風扇的動葉輪將空氣壓入導流罩組成的風室中，一部分空氣流經汽缸和汽缸蓋上的散熱片，冷卻左、右兩排汽缸，另一部分空氣流經中冷器、機油散熱器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潤滑系統的潤滑油和傳動系統中的液力變扭器油。
該機冷卻風扇的結構在動葉輪前設置了導流用的靜葉輪，動葉輪有8個葉片，靜葉輪有21個葉片，靜葉輪葉片與風扇外圈壓配。靜葉輪的輪轂內安裝有液力偶合器，液力偶合器的傳動介質是柴油機的潤滑油。在泵輪前端，安裝有離心式機油濾清器外殼，從主油道引出的潤滑油由進油管進入殼內，油在殼中被帶著旋轉，其中的雜質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進油孔進入液力偶合器中。渦輪和風扇動葉輪安裝在從動軸上，泵輪由風扇驅動軸驅動時，風扇葉輪便由渦輪帶動，使其同向旋轉。流到液力偶合器外面的油，經回油孔返回油底殼中。
柴油機在標定工況1500轉/分鐘、235.4kw工作時，風扇的轉速為5000~5500r/min，壓風量約為14500m3/min，每小時消耗的功率為15kw左右。
該機的冷卻強度是通過改變風扇的轉速來調節的。改變從進油管進入的油量便可改變風扇（渦輪）的轉速。利用裝在排氣管中的節溫器油閥來控制進人液力偶合器的油量。節溫器油閥的構造在閥體中裝有線脹系數較大的純銅芯桿，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入進油口，從出油口流出進入液力偶合器中。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，風扇的轉速也就越高，從而使柴油機的冷卻效果加強。芯桿中部開有冷卻用的縱向直槽，風室中的空氣由進氣孔引入，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，及時地降低柴油機的冷卻強度。在吹風冷卻芯桿后，排氣溫度每上升100℃，芯桿伸長量增加0.07mm。
為了保證在啟動和怠速運轉時柴油機也可以得到適當冷卻，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，也有少量的潤滑油進入液力偶合器，維持風扇以較低的轉速旋轉。
當柴油發電機在固定工況下工作，不需要自動調節冷卻強度時，可以減薄或取消調整墊片，擰進調整螺釘，使球閥固定在某一開度，風扇的轉速可基本保持不變。
在汽缸蓋進風側，裝有溫度報警傳感器，當此處溫度超過210℃時，發出報警信號，表示柴油機過熱，此時應降低柴油機負荷，以免發生故障。
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柴油發電機風冷式冷卻系統采用空氣作為冷卻介質，故又稱空氣冷卻，由風扇產生的高速運動的空氣直接將高溫零件的熱量帶走，使柴油機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，還布置了導風罩、導流板，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。風冷系統主要由散熱片、風扇、導風罩和導流板等組成。與水冷系統相比，風冷系統具有零件少、結構簡單、整機重量較輕、使用維修比較方便和對地區環境變化（如缺水、嚴寒和酷熱等）適應性好等優點；但風冷系統也有噪聲較大、熱負荷較高、風扇消耗功率較大和充氣系數較低等缺點。
柴油發電機風冷系統結構圖
1、風冷系統的布置
根據柴油機汽缸的排列、風扇類型和安裝位置，風冷系統的布置常有以下幾種。
（1）采用離心式風扇的單缸柴油機
單缸柴油機的離心式風扇往往與飛輪鑄在一起，布置在柴油機后端，由曲軸直接驅動。空氣由進風口軸向吸入，從風扇蝸殼流出的氣流由導風罩引向汽缸和汽缸蓋進行冷卻。這種布置結構簡單、緊湊，沒有專門的風扇驅動機構，冷卻氣流轉彎少，流動阻力較小。小型風冷柴油機多采用這種布置形式。
（2）采用軸流式風扇的直列式多缸柴油機。
軸流式風扇通過三角帶由曲軸驅動，風扇布置在柴油機前端。空氣軸向流動，由風扇吸入并壓進由導風罩組成的風室中，分別冷卻各個汽缸后經分流板流出。設置風流板是為了合理地組織空氣流動的路線，以達到提高冷卻效果和使各缸冷卻較均勻的目的。
（3）采用軸流式風扇的v型柴油機
軸流式風扇布置在柴油發電機前端的兩排汽缸夾角中間，通過三角帶由曲軸驅動。冷卻后的空氣分別由兩排汽缸的下側排出。
2、風冷系統冷卻強度的調節
風冷柴油發電機的冷卻強度取決于流經其散熱片的空氣流速。改變冷卻空氣的流速，便可改變冷卻強度。調節冷卻強度常用的方法如下。
（1）改變風扇轉速
風扇的轉速提高，扇風量增加，其冷卻效果加強；反之，其冷卻效果減弱。在熱負荷低時，減小風扇的轉速，既能降低冷卻強度，又能降低風扇噪聲，而且還節省了風扇消耗的功率，是一種比較好的調節方法。一般采用液力偶合器傳動來實現風扇的無級調速。通常是利用裝在排氣管或排風口處的感溫元件，控制進人液力偶合器的油量，實現風扇的轉速調節。
（2）節流控制
通過在風扇進口處設置的感溫元件'控制可變百葉窗或者節流閥開度的大小，即可改變冷卻空氣進口、流通通道或出口的面積，從而改變流經散熱片空氣的流速和流量，以達到控制柴油發電機冷卻強度的目的。這種方法比較簡單，但由于風扇轉速不變，不能減少風扇消耗的功率，使流動阻力增大，從而影響柴油機的經濟性。
3、風冷冷卻系統的原理
雖然現代柴油機以水冷式為主，但風冷式在小功率柴油機上使用較廣泛，工程機械（如發電用）上應用較大功率的風冷柴油機也有應用實例，比如我國引進生產的康明斯6ltaa8.9-g2風冷柴油發電機組就是一例。
該機為直列6缸渦輪增壓的四沖程柴油機，1500轉/分鐘時最大輸出功率為235.4kw。增壓后的空氣經過中間冷卻。由于熱負荷較高，潤滑油也由機油散熱器進行冷卻。
軸流式風扇布置在柴油機前端的v形夾角之間，由曲軸功率輸出端通過齒輪系統、彈性聯軸器及液力偶合器驅動，康明斯6ltaa8.9-g2柴油機冷卻系統。軸流式風扇的動葉輪將空氣壓入導流罩組成的風室中，一部分空氣流經汽缸和汽缸蓋上的散熱片，冷卻左、右兩排汽缸，另一部分空氣流經中冷器、機油散熱器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潤滑系統的潤滑油和傳動系統中的液力變扭器油。
該機冷卻風扇的結構在動葉輪前設置了導流用的靜葉輪，動葉輪有8個葉片，靜葉輪有21個葉片，靜葉輪葉片與風扇外圈壓配。靜葉輪的輪轂內安裝有液力偶合器，液力偶合器的傳動介質是柴油機的潤滑油。在泵輪前端，安裝有離心式機油濾清器外殼，從主油道引出的潤滑油由進油管進入殼內，油在殼中被帶著旋轉，其中的雜質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進油孔進入液力偶合器中。渦輪和風扇動葉輪安裝在從動軸上，泵輪由風扇驅動軸驅動時，風扇葉輪便由渦輪帶動，使其同向旋轉。流到液力偶合器外面的油，經回油孔返回油底殼中。
柴油機在標定工況1500轉/分鐘、235.4kw工作時，風扇的轉速為5000~5500r/min，壓風量約為14500m3/min，每小時消耗的功率為15kw左右。
該機的冷卻強度是通過改變風扇的轉速來調節的。改變從進油管進入的油量便可改變風扇（渦輪）的轉速。利用裝在排氣管中的節溫器油閥來控制進人液力偶合器的油量。節溫器油閥的構造在閥體中裝有線脹系數較大的純銅芯桿，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入進油口，從出油口流出進入液力偶合器中。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，風扇的轉速也就越高，從而使柴油機的冷卻效果加強。芯桿中部開有冷卻用的縱向直槽，風室中的空氣由進氣孔引入，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，及時地降低柴油機的冷卻強度。在吹風冷卻芯桿后，排氣溫度每上升100℃，芯桿伸長量增加0.07mm。
為了保證在啟動和怠速運轉時柴油機也可以得到適當冷卻，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，也有少量的潤滑油進入液力偶合器，維持風扇以較低的轉速旋轉。
當柴油發電機在固定工況下工作，不需要自動調節冷卻強度時，可以減薄或取消調整墊片，擰進調整螺釘，使球閥固定在某一開度，風扇的轉速可基本保持不變。
在汽缸蓋進風側，裝有溫度報警傳感器，當此處溫度超過210℃時，發出報警信號，表示柴油機過熱，此時應降低柴油機負荷，以免發生故障。
斯坦福發電機控制系統及選型的步驟
小型單相柴油發電機使用方法跟注意事項
如何設計柴油發電機房自動滅火系統？（二）
為什么需要柴油發電機組，一個案例告訴你
長時間不使用的柴油發電機組存放應該注意哪些問題？
購買玉柴柴油發電機組為什么選全銅無刷發電機？
上柴柴油發電機組連桿螺栓螺母作用及該如何檢驗
燃油調速系統失靈可導致柴油發電機組啟動轉速低