Πώς λειτουργεί το σύστημα ψύξης μιας γεννήτριας ντίζελ;
Πώς λειτουργεί το σύστημα ψύξης μιας γεννήτριας ντίζελ;
Αυτό το κεφάλαιο μιλά για τα πιο σημαντικά μέρη των συστημάτων ψύξης κινητήρα ντίζελ και γιατί το καθένα είναι σημαντικό για την καλή λειτουργία του κινητήρα.
Μηχανική ψύξη του κινητήρα
Το 25–30 τοις εκατό όλης της θερμότητας που προέρχεται από το καύσιμο και εισέρχεται στον κινητήρα απορροφάται από το σύστημα ψύξης.
Εάν αυτή η θερμότητα δεν απαλλαγεί από μόνη της, η εσωτερική θερμοκρασία του κινητήρα θα αυξηθεί γρήγορα σε σημείο όπου τα μέρη σπάνε και ο κινητήρας σταματά να λειτουργεί. Όλοι οι εμπορικοί κινητήρες ντίζελ διαθέτουν σύστημα ψύξης για τη συλλογή αυτής της θερμότητας και τη μετακίνηση της σε μέσο που απορροφά θερμότητα έξω από τον κινητήρα.
Πολλοί σύγχρονοι κινητήρες διαθέτουν συστήματα υπερσυμπίεσης που διασφαλίζουν ότι υπάρχει αρκετός αέρας για να καεί το καύσιμο και να παράγει την απαιτούμενη ισχύ. Ο μηχανισμός υπερσυμπίεσης κάνει τον αέρα καύσης πιο ζεστό. Πριν ο αέρας καύσης εισέλθει στους κυλίνδρους του κινητήρα, πρέπει να ψύχεται για να βεβαιωθείτε ότι υπάρχουν αρκετά κιλά αέρα για να καεί το καύσιμο (για να διατηρηθεί η πυκνότητα του αέρα). Ένας εναλλάκτης θερμότητας που μοιάζει με ψυγείο τοποθετείται στον σωλήνα μεταξύ της εξόδου του συμπιεστή στροβιλοσυμπιεστή και της πολλαπλής αέρα του κινητήρα. Αυτό ονομάζεται intercooler αέρα ή aftercooler. Η δουλειά αυτού του καλοριφέρ είναι να απομακρύνει τη θερμότητα από τον αέρα καύσης. Αυτός ο εναλλάκτης θερμότητας μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε το σύστημα νερού τζάκετ είτε το σύστημα νερού υπηρεσίας για να πάρει το νερό του (την απόλυτη ψύκτρα).
Όταν χρησιμοποιείται νερό υπηρεσίας, μπορεί να υπάρχει ένας επιπλέον εναλλάκτης θερμότητας μεταξύ του συστήματος νερού υπηρεσίας και του συστήματος νερού του ενδιάμεσου ψύκτη για τον καθαρισμό και τη διατήρηση του νερού στο σύστημα νερού του ενδιάμεσου ψύκτη, έτσι ώστε να μην καταστρέφει τον ενδιάμεσο ψύκτη αέρα.
Βασικές αρχές συστήματος ψύξης
Οι περισσότεροι κινητήρες ντίζελ έχουν σύστημα ψύξης που μοιάζει με τζάκετ και έχει κλειστό βρόχο. Καθώς το ψυκτικό ρέει μέσω του κινητήρα, απορροφά θερμότητα από τις επενδύσεις των κυλίνδρων, τις κυλινδροκεφαλές και άλλα μέρη.
Όσο πιο ψυχρό είναι το ψυκτικό όταν βγαίνει από τον κινητήρα, τόσο καλύτερα θα λειτουργεί ο κινητήρας. Από την άλλη πλευρά, οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες ψυκτικού μπορεί να προκαλέσουν δομική βλάβη αφήνοντας τα μέρη του κινητήρα να υπερθερμανθούν. Το λιπαντικό λάδι μπορεί επίσης να ψύχεται χρησιμοποιώντας νερό χιτώνιο και εναλλάκτη θερμότητας. Οι περισσότεροι κινητήρες ντίζελ λειτουργούν καλύτερα με θερμοκρασία εκκένωσης νερού τζάκετ περίπου 180oF και αύξηση της θερμοκρασίας μέσω του κινητήρα μεταξύ 8 και 15oF.
Οι περισσότεροι κινητήρες ντίζελ ψύχονται με το νερό ως ψυκτικό υγρό. Ωστόσο, το νερό από μόνο του μπορεί να προκαλέσει σκουριά, συσσώρευση ορυκτών και πάγωμα.
Το αντιψυκτικό, όπως η αιθυλενογλυκόλη ή η προπυλενογλυκόλη, πρέπει να προστεθεί σε κινητήρες που μπορεί να είναι κοντά ή κάτω από το μηδέν. Η πιο συνηθισμένη λύση είναι η ανάμειξη αντιψυκτικού και νερού, το οποίο λειτουργεί σε θερμοκρασίες τόσο χαμηλές όσο -40 βαθμούς F. Το εμπορικό αντιψυκτικό περιέχει χημικές ουσίες που εμποδίζουν την εμφάνιση σκουριάς. Η προσθήκη αντιψυκτικού καθιστά δυσκολότερη τη μετακίνηση της θερμότητας.
Τις περισσότερες φορές, οι κινητήρες ντίζελ που χρησιμοποιούνται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες για υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης δεν εκτίθενται σε χαμηλές θερμοκρασίες. Υπό αυτές τις συνθήκες, δεν υπάρχει ανάγκη για αντιψυκτικό. Ωστόσο, η διάβρωση μπορεί να σταματήσει με την ανάμειξη χημικών ουσιών που σταματούν τη διάβρωση με νερό που έχει αφαιρεθεί από τα μεταλλεύματά του.
Χημεία του νερού: Το νερό που χρησιμοποιείται για την ψύξη ενός κινητήρα δεν πρέπει να περιέχει χημικές ουσίες που προκαλούν εναποθέσεις ή άλατα. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται απιονισμένο νερό. Το pH του νερού πρέπει να είναι κάπου μεταξύ 8 και 9,5.
Είναι καλύτερο να προσθέσετε έναν αναστολέα διάβρωσης όπως το Nalco 2000 για να αποτρέψετε τη συσσώρευση αλάτων στις επενδύσεις των κυλίνδρων και στις κυλινδροκεφαλές. Το ένα δέκατο έκτο της ίντσας της κλίμακας είναι το ίδιο με την προσθήκη μιας ίντσας χάλυβα στον κινητήρα για να είναι λιγότερο πιθανό να περάσει η θερμότητα. Μια χημική ανάλυση του ψυκτικού υγρού γίνεται κάθε τόσο και προστίθεται η σωστή ποσότητα αναστολέα διάβρωσης για να διατηρείται σωστή η χημεία του νερού.
Πώς να διατηρήσετε έναν κινητήρα δροσερό
Σε ορισμένες ρυθμίσεις, το νερό στο intercooler και το νερό στο τζάκετ ψύχονται από διαφορετικά μέρη του ψυγείου. Τις περισσότερες φορές, το κύκλωμα νερού του μανδύα χρησιμοποιείται για την ψύξη του λιπαντικού λαδιού σε αυτές τις περιπτώσεις.
Με τη βοήθεια ενός δοχείου διαστολής (που ονομάζεται επίσης "κεφαλή" ή "δεξαμενή μακιγιάζ"), το οποίο είναι εγκατεστημένο πάνω από τον κινητήρα για να διατηρεί μια κεφαλή στο σύστημα, το ψυκτικό υγρό αποθηκεύεται στο ίδιο το σύστημα του κινητήρα. Ο κινητήρας οδηγεί την αντλία, η οποία τραβάει αέρα από το σύστημα και στέλνει ψυκτικό στον κινητήρα. Στα περισσότερα συστήματα, το νερό φεύγει από τον κινητήρα μέσω μιας βαλβίδας που ελέγχεται από έναν θερμοστάτη. Εάν το νερό είναι πολύ κρύο, μια γραμμή το αφήνει να περάσει γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας. Το νερό περνά από τον εναλλάκτη θερμότητας εάν είναι πολύ ζεστό.
Η θερμοστατική βαλβίδα ελέγχου (TCV) ανακαλύπτει πόσο ζεστό είναι το ψυκτικό υγρό και αντιδρά σε αυτό.
Μόλις η θερμοκρασία του ψυκτικού του κινητήρα πέσει κάτω από το σημείο ρύθμισης της βαλβίδας, το ψυκτικό υγρό αποστέλλεται μέσω του εναλλάκτη θερμότητας νερού χιτώνιο. Όταν η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού είναι υψηλότερη από το σημείο ρύθμισης, η βαλβίδα στέλνει το ψυκτικό μέσω του εναλλάκτη θερμότητας. Στη συνέχεια, η περίσσεια θερμότητας αποστέλλεται στο σύστημα ακατέργαστου νερού ή στο σύστημα παροχής νερού. Όταν ξεκινά ένας κινητήρας ντίζελ, η ροή του νερού χρήσης ξεκινά από μόνη της.
Μέσω της εξόδου του εναλλάκτη θερμότητας ή της γραμμής παράκαμψης, το νερό επιστρέφει στην αντλία νερού του χιτωνίου και, τελικά, στον κινητήρα. Σε πολλά συστήματα, το σύστημα λαδιού λίπανσης ψύχεται από έναν εναλλάκτη θερμότητας στο σύστημα νερού χιτώνιο. Για κινητήρες όπου είναι σημαντικό να διατηρείται το λιπαντικό πιο δροσερό από το νερό του χιτωνίου, η θερμότητα του λαδιού αποστέλλεται απευθείας στο σύστημα σέρβις/πρώτου νερού μέσω του εναλλάκτη θερμότητας στο σύστημα λιπαντικού.
Όταν το ψυκτικό υγρό φτάσει στο μπλοκ κυλίνδρων, ρέει μέσω εσωτερικών καναλιών ή/και σωλήνων στο κάτω μέρος των επενδύσεων κυλίνδρων. Καθώς το υγρό ανεβαίνει, ρέει γύρω από τις επενδύσεις των κυλίνδρων και μέσα στις κυλινδροκεφαλές. Όταν το ψυκτικό υγρό φεύγει από τις κυλινδροκεφαλές, πηγαίνει σε μια κεφαλή εξόδου και στη συνέχεια στη θερμοστατική βαλβίδα.
Σε κινητήρες με ενδιάμεσους ψύκτες ή μεταψύκτες, μέρος του νερού του τζάκετ περνά μέσα από τους ενδιάμεσους ψύκτες για να απορροφήσει θερμότητα από την εισερχόμενη φόρτιση αέρα που δεν χρειάζεται. Σε πολλούς κινητήρες με ενδιάμεσους ψύκτες ή μεταψύκτες, αυτή η επιπλέον θερμότητα αποστέλλεται στο σύστημα σέρβις/πρώτου νερού από έναν ξεχωριστό εναλλάκτη θερμότητας. Αυτό είναι καλό γιατί το νερό στον ενδιάμεσο ψύκτη πρέπει να ψύχεται σε θερμοκρασία χαμηλότερη από το νερό στο σύστημα νερού του μανδύα. Οι περισσότεροι κινητήρες ALCO χρησιμοποιούν το σύστημα τζάκετ νερού για την ψύξη του νερού στον ενδιάμεσο ψύκτη.
Δοχείο διαστολής - Πολλοί κινητήρες χρησιμοποιούν δοχείο διαστολής με κλείσιμο υπό πίεση ή το δοχείο διαστολής είναι τοποθετημένο αρκετά ψηλά ώστε να διατηρεί την απαιτούμενη κεφαλή (κεφαλή καθαρής θετικής πίεσης - NPSH) στο σύστημα. Τις περισσότερες φορές, το δοχείο διαστολής τοποθετείται ακριβώς πάνω από το υψηλότερο σημείο του συστήματος νερού ψύξης του χιτωνίου και χρησιμοποιούνται γραμμές εξαερισμού για να διατηρηθεί το σύστημα χωρίς αέρα. Ορισμένες δεξαμενές διαστολής μπορούν να αντληθούν για να διατηρήσουν υψηλότερη πίεση, η οποία συμβάλλει στην αύξηση του σημείου βρασμού του ψυκτικού υγρού.
Το standpipe είναι μια δεξαμενή που είναι τοποθετημένη κάθετα και βρίσκεται στο ίδιο ύψος με τον κινητήρα. Συγκρατεί το ψυκτικό του κινητήρα και έχει χώρο για τον αέρα που αναπληρώνει την διαστολή του ψυκτικού όταν ζεσταίνεται.
Οι σωλήνες στήριξης συνήθως εξαερίζονται στον αέρα, δημιουργώντας ένα σύστημα ψύξης που δεν είναι υπό πίεση. Η στάθμη του νερού στο σωλήνα στήριξης πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε να φτάσει το απαιτούμενο NPSH ή η δεξαμενή πρέπει να είναι υπό πίεση.
Jacket Water Pump: Ο κινητήρας κινεί τη μονοβάθμια φυγοκεντρική αντλία νερού, η οποία τροφοδοτείται από τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα μέσω μιας σειράς γραναζιών.
Όπως φαίνεται, το νερό εισέρχεται στην είσοδο αναρρόφησης της αντλίας. Το σύστημα μετάδοσης κίνησης του κινητήρα κινεί το γρανάζι κίνησης της αντλίας, το οποίο με τη σειρά του περιστρέφει τον άξονα και την πτερωτή της αντλίας. Η ταχύτητα του ψυκτικού αυξάνεται με φυγόκεντρη δύναμη όταν περιστρέφεται η πτερωτή. Καθώς το ψυκτικό εισέρχεται στο περίβλημα της αντλίας, η ταχύτητά του μειώνεται και η πίεσή του αυξάνεται αναλογικά. Το ψυκτικό χύνεται από το περίβλημα της αντλίας στην κεφαλή νερού του χιτωνίου στο κάτω άκρο των επενδύσεων του κυλίνδρου με υψηλότερη πίεση.
Το ψυκτικό για τον κινητήρα ανεβαίνει από το κάτω μέρος της θερμοστατικής βαλβίδας ελέγχου. Όταν η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού είναι χαμηλή, όπως φαίνεται στη δεξιά πλευρά του διαγράμματος, η συρόμενη βαλβίδα παραμένει στην επάνω θέση και το ψυκτικό κυκλοφορεί γύρω από τον εναλλάκτη θερμότητας.
Καθώς η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού αυξάνεται, τα σφαιρίδια κεριού μέσα στα στοιχεία ελέγχου θερμοκρασίας διαστέλλονται. Αυτό σπρώχνει προς τα κάτω τον σωλήνα του στοιχείου και τη βαλβίδα. Έτσι, η ροή μέσω της παράκαμψης περιορίζεται ή στραγγαλίζεται, όπως φαίνεται στην αριστερή πλευρά του διαγράμματος, και το ψυκτικό υγρό αποστέλλεται στον εναλλάκτη θερμότητας.
Κατά τη χρήση, η βαλβίδα αλλάζει τη θέση της σε ένα εύρος θερμοκρασίας από περίπου 10 έως 150 βαθμούς Φαρενάιτ για να διατηρεί τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού αρκετά σταθερή.
Εναλλάκτης θερμότητας τζάκετ νερού - Οι εναλλάκτες θερμότητας νερού μπουφάν είναι συνήθως κατασκευασμένοι από κέλυφος και σωλήνες. Στην πλευρά του κελύφους, το ψυκτικό του κινητήρα συνήθως ρέει πάνω από τους σωλήνες, ενώ το νερό λειτουργίας ρέει μέσα από τους σωλήνες.
Συστήματα Jacket Water Keepwarm
Όταν ένας κινητήρας σβήσει για λίγο, η θερμοκρασία στο εσωτερικό του κινητήρα πέφτει πολύ. Η ταχεία εκκίνηση και η γρήγορη φόρτωση ενός ψυχρού κινητήρα, που είναι χαρακτηριστικό των πυρηνικών ντίζελ εφαρμογών σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, καταπονεί τον κινητήρα και τον φθείρει πιο γρήγορα μέχρι να φτάσει στην κανονική θερμοκρασία λειτουργίας του.
Το σύστημα διατήρησης ζεστού νερού μπουφάν εμφανίζεται στο ίδιο σχέδιο με το τυπικό σύστημα ψύξης νερού με μπουφάν. Αυτό το εξάρτημα διατηρεί τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού του κινητήρα στην ή κοντά στην κανονική θερμοκρασία λειτουργίας. Αυτό δεν σημαίνει ότι όλα τα μέρη βρίσκονται στην κανονική τους θερμοκρασία.
Επειδή οι κινητήρες ντίζελ χρησιμοποιούν τη θερμότητα από τη συμπίεση για την εκκίνηση, η διατήρηση της θερμοκρασίας του κινητήρα τον κάνει να εκκινεί πολύ πιο γρήγορα και μειώνει την πιθανότητα να μην εκκινήσει ο κινητήρας επειδή η θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής είναι πολύ χαμηλή.
Αντλία Keepwarm: Η αντλία Keepwarm είναι μια φυγόκεντρη αντλία ενός σταδίου που τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια. Είναι παρόμοια με την αντλία που κινείται από τον κινητήρα, καθώς διατηρεί το θερμαινόμενο ψυκτικό υγρό να κινείται μέσα στον κινητήρα ακόμα και όταν ο κινητήρας είναι σβηστός.
Keepwarm Heater: Ο θερμαντήρας τζάκετ waterkeep warm είναι ένας ηλεκτρικός θερμαντήρας τύπου εμβάπτισης, όπως και ο θερμαντήρας διατήρησης θερμότητας λιπαντικού.
Τοποθετείται σε ξεχωριστό σωλήνα στήριξης ή δεξαμενή θέρμανσης. Ελέγχεται από θερμοστάτη για να διατηρείται ο κινητήρας στη σωστή θερμοκρασία.
Πώς λειτουργεί το σύστημα: Όταν ο κινητήρας βρίσκεται σε κατάσταση "αναμονής", το σύστημα "keepwarm" ανάβει. Η αντλία θερμότητας δημιουργεί ένα κενό στο σύστημα και στέλνει νερό στην είσοδο νερού του χιτωνίου του κινητήρα. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, ενδέχεται να τοποθετηθούν βαλβίδες ελέγχου στο σύστημα διατήρησης της θερμοκρασίας για να σταματήσει η ροή προς τη λάθος κατεύθυνση. Το θερμαινόμενο ψυκτικό υγρό ρέει μέσω του κινητήρα, θερμαίνοντας τους κυλίνδρους, τις κυλινδροκεφαλές και άλλα μέρη που ψύχονται με νερό.
Σύστημα για Ψύξη Νερού
Το σύστημα νερού του intercooler δίνει νερό στο intercooler ή aftercooler, το οποίο είναι εγκατεστημένο στους σωλήνες εισαγωγής αέρα καύσης του κινητήρα. Είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας σαν καλοριφέρ που ψύχει τον αέρα καύσης μετά τον συμπιεστή του στροβιλοσυμπιεστή και πριν από την πολλαπλή/πλήκτρο αέρα του κινητήρα.
Η ψύξη κάνει τον αέρα πιο πυκνό, γεγονός που αφήνει περισσότερο οξυγόνο να καίει περισσότερο καύσιμο και να παράγει περισσότερη ισχύ. Επιπλέον, ο αέρας καύσης ψύχει τις κορώνες του εμβόλου.
Το νερό που χρησιμοποιείται για την ενδοψύξη πρέπει συνήθως να είναι αρκετά κοντά στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα. Για το λόγο αυτό, είναι συνήθως καλύτερο να χρησιμοποιείτε νερό υπηρεσίας αντί για νερό μπουφάν, το οποίο έχει πολύ υψηλότερη θερμοκρασία (160 έως 180oF).
Ένα τυπικό διάγραμμα συστήματος νερού ενδοψύκτη και μεταψύκτη
Επειδή αυτά τα εξαρτήματα είναι τα ίδια με αυτά που χρησιμοποιούνται στο σύστημα νερού με τζάκετ, δεν θα μιλήσουμε άλλο για αυτά.
Σε ορισμένα συστήματα νερού ενδιάμεσου ψύκτη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας θερμοστάτης για να μην κρυώνει πολύ το νερό του ενδιάμεσου ψύκτη, ειδικά σε κρύο καιρό ή όταν ο κινητήρας δεν κάνει πολλή δουλειά. Αυτό αποτρέπει τη συμπύκνωση της υγρασίας στον αέρα καύσης όσο το δυνατόν περισσότερο. Σε ορισμένα συστήματα, το σύστημα νερού μπουφάν και το σύστημα νερού του ενδιάμεσου ψύκτη είναι συνδεδεμένα έτσι ώστε ο ενδιάμεσος ψύκτης να μπορεί να θερμανθεί όταν χρειάζεται.
Εάν ο αέρας καύσης που εισέρχεται στον κινητήρα είναι πολύ κρύος, μπορεί να χρειαστεί περισσότερος χρόνος για να ξεκινήσει ο κινητήρας, μπορεί να μην λειτουργεί το ίδιο καλά όταν το φορτίο είναι χαμηλό και η επένδυση του κυλίνδρου μπορεί να μην λιπαίνεται τόσο καλά. Για τον μετριασμό αυτού του αντίκτυπου, αρκετοί κατασκευαστές περιορίζουν θερμοστατικά τη ροή του νερού ψύξης στον ενδιάμεσο ψύκτη και/ή παρέχουν ζεστό νερό με τζάκετ όπως είναι απαραίτητο.
Η θερμοστατική βαλβίδα στο κύκλωμα προστατεύει το νερό στο intercooler από το να κρυώσει πολύ, πράγμα που εμποδίζει τον αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα να κρυώσει επίσης. Όταν ο αέρας είναι πολύ κρύος, μπορεί να προκαλέσει συμπύκνωση στον κινητήρα και να βγει «λευκός» καπνός από την εξάτμιση.
Περισσότερα πράγματα που το κάνουν cool
Τις περισσότερες φορές, η γεννήτρια ντίζελ διατηρείται σε ένα κτίριο με λίγα ανοίγματα.
Υπάρχουν πολλές πηγές θερμότητας στο δωμάτιο EDG, όπως ο κινητήρας και η γεννήτρια. Για βέλτιστη απόδοση, ο εξοπλισμός διανομής, οι πίνακες ελέγχου, ο εξοπλισμός παρακολούθησης, η δεξαμενή ημέρας καυσίμου, ο συμπιεστής(οι) αέρα και η δεξαμενή(οι) αποθήκευσης αέρα σε αυτή την περιοχή πρέπει να διατηρούνται σε χαμηλή θερμοκρασία.
Το δωμάτιο EDG δεν μπορεί να ζεσταθεί περισσότερο από 122 βαθμούς F (50 βαθμούς ). Επομένως, είναι απαραίτητο να εισάγετε αρκετό δροσερό αέρα (αέρας περιβάλλοντος) για να απαλλαγείτε από τη ζέστη και να διατηρήσετε τη θερμοκρασία του δωματίου κάτω από το υψηλότερο επίπεδο που επιτρέπεται. Παρόλο που η θερμοκρασία δωματίου δεν έχει μεγάλη επίδραση στον ίδιο τον κινητήρα, οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες δωματίου EDG μπορούν να έχουν επίδραση στη γεννήτρια και σε άλλα μέρη. Εάν ο αέρας για την καύση του κινητήρα προέρχεται από το δωμάτιο, ο ζεστός αέρας που εισέρχεται στον κινητήρα μπορεί να τον κάνει λιγότερο ισχυρό.
