Ako funguje chladiaci systém dieselového generátora?

Ako funguje chladiaci systém dieselového generátora?

Táto kapitola hovorí o najdôležitejších častiach chladiacich systémov dieselových motorov a o tom, prečo je každá z nich dôležitá, aby motor dobre fungoval.

Mechanické chladenie motora
25 – 30 percent všetkého tepla, ktoré pochádza z paliva a ide do motora, zaberá chladiaci systém.
Ak sa toto teplo nezbaví, vnútorná teplota motora rýchlo stúpne do bodu, kedy sa časti zlomia a motor prestane fungovať. Všetky komerčné dieselové motory majú chladiaci systém na zhromažďovanie tohto tepla a jeho presun do média, ktoré absorbuje teplo mimo motora.
Mnoho moderných motorov má systémy preplňovania turbodúchadlom, ktoré zaisťujú dostatok vzduchu na spálenie paliva a výrobu potrebného výkonu. Mechanizmus preplňovania turbodúchadlom zohrieva spaľovací vzduch. Predtým, ako sa spaľovací vzduch dostane do valcov motora, je potrebné ho ochladiť, aby sa zabezpečilo, že je dostatok kíl vzduchu na spálenie paliva (na udržanie hustoty vzduchu). Výmenník tepla, ktorý vyzerá ako chladič, je umiestnený v potrubí medzi výstupom kompresora turbodúchadla a vzduchovým potrubím motora. Toto sa nazýva vzduchový medzichladič alebo dochladzovač. Úlohou tohto radiátora je odoberať teplo zo spaľovacieho vzduchu. Tento výmenník tepla môže na získanie vody využívať buď systém plášťovej vody, alebo systém úžitkovej vody (konečný chladič).
Keď sa používa úžitková voda, môže byť medzi systémom úžitkovej vody a systémom medzichladiča vody ďalší výmenník tepla na čistenie a udržiavanie vody v systéme vody s medzichladičom, aby sa nepoškodil medzichladič vzduchu.

Základy chladiaceho systému
Väčšina dieselových motorov má chladiaci systém, ktorý vyzerá ako plášť a má uzavretú slučku. Keď chladiaca kvapalina prúdi motorom, odoberá teplo z vložiek valcov, hláv valcov a iných častí.

Čím chladnejšia je chladiaca kvapalina, keď opúšťa motor, tým lepšie bude motor fungovať. Na druhej strane príliš vysoké teploty chladiacej kvapaliny môžu spôsobiť štrukturálne poškodenie prehriatím častí motora. Mazací olej je možné chladiť aj pomocou plášťovej vody a výmenníka tepla. Väčšina dieselových motorov funguje najlepšie s teplotou vypúšťanej vody z plášťa okolo 180 °F a zvýšením teploty cez motor o 8 až 15 °F.

Väčšina dieselových motorov sa chladí vodou ako chladiacou kvapalinou. Napriek tomu voda sama o sebe môže spôsobiť hrdzu, nahromadenie minerálov a zamrznutie.
Do motorov, ktoré môžu byť blízko alebo pod bodom mrazu, je potrebné pridať nemrznúcu zmes, ako je etylénglykol alebo propylénglykol. Najbežnejším riešením je zmiešať nemrznúcu zmes a vodu, ktorá funguje pri teplotách až do -40 stupňov F. Komerčná nemrznúca zmes obsahuje chemikálie, ktoré zabraňujú tvorbe hrdze. Pridaním nemrznúcej zmesi sa sťaží pohyb tepla.
Dieselové motory používané v jadrových reaktoroch pre pohotovostnú službu väčšinou nie sú vystavené mrazu. Za týchto podmienok nie je potrebná nemrznúca zmes. Koróziu však možno zastaviť zmiešaním chemikálií, ktoré zastavujú koróziu, s vodou, ktorá bola zbavená minerálov.

Chémia vody: Voda používaná na chladenie motora by nemala obsahovať žiadne chemikálie, ktoré spôsobujú usadeniny alebo vodný kameň. Väčšinou sa používa demineralizovaná voda. pH vody by malo byť niekde medzi 8 a 9,5.
Najlepšie je pridať inhibítor korózie ako Nalco 2000, aby sa zabránilo usadzovaniu vodného kameňa na vložkách valcov a hlavách valcov. Jedna šestnástina palca mierky je rovnaká ako pridanie jedného palca ocele do motora, aby sa znížila pravdepodobnosť, že prepustí teplo. Z času na čas sa robí chemická analýza chladiacej kvapaliny a pridáva sa správne množstvo inhibítora korózie, aby sa zachovala správna chémia vody.

Ako udržať motor chladný
Pri niektorých nastaveniach je voda v medzichladiči a voda v plášti chladená rôznymi časťami chladiča. Na chladenie mazacieho oleja sa v týchto situáciách väčšinou používa vodný okruh plášťa.
Pomocou expanznej nádrže (nazývanej aj "hlava" alebo "nádržka na odličovanie"), ktorá je inštalovaná nad motorom, aby udržala hlavu na systéme, sa chladiaca kvapalina ukladá v samotnom systéme motora. Motor poháňa čerpadlo, ktoré ťahá vzduch zo systému a posiela chladiacu kvapalinu do motora. Vo väčšine systémov voda opúšťa motor cez ventil, ktorý je ovládaný termostatom. Ak je voda príliš studená, okolo výmenníka tepla ju prepustí vedenie. Voda prechádza cez výmenník tepla, ak je príliš horúca.
Termostatický regulačný ventil (TCV) zisťuje, aká horúca je chladiaca kvapalina a reaguje na to.

Akonáhle teplota chladiacej kvapaliny motora klesne pod nastavenú hodnotu ventilu, chladiaca kvapalina sa odošle cez plášťový vodný výmenník tepla. Keď je teplota chladiacej kvapaliny vyššia ako nastavená hodnota, ventil pošle chladiacu kvapalinu cez výmenník tepla. Prebytočné teplo sa potom posiela do systému surovej alebo úžitkovej vody. Pri naštartovaní naftového motora sa spustí prietok úžitkovej vody sám.
Cez výstup z výmenníka tepla alebo obtokové vedenie sa voda vracia späť do plášťového vodného čerpadla a prípadne do motora. V mnohých systémoch je systém mazacieho oleja chladený výmenníkom tepla v systéme plášťovej vody. Pri motoroch, kde je dôležité udržiavať mazací olej chladnejší ako vodu v plášti, sa teplo oleja posiela priamo do systému servisnej/surovej vody cez výmenník tepla v systéme mazacieho oleja.
Keď sa chladiaca kvapalina dostane do bloku valcov, prúdi cez vnútorné kanály a/alebo potrubia do spodnej časti vložiek valcov. Keď kvapalina stúpa, prúdi okolo vložiek valcov a do hláv valcov. Keď chladiaca kvapalina opustí hlavy valcov, ide do výstupného zberača a potom do termostatického ventilu.
Na motoroch s medzichladičmi alebo dochladzovačmi prechádza časť vody z plášťa cez medzichladiče, aby odobrala teplo z privádzaného vzduchu, ktoré nie je potrebné. Na mnohých motoroch s medzichladičmi alebo dochladzovačmi sa toto dodatočné teplo posiela do systému úžitkovej/surovej vody pomocou samostatného výmenníka tepla. To je dobré, pretože voda v medzichladiči by mala byť ochladená na teplotu nižšiu ako voda v plášti vodného systému. Väčšina motorov ALCO používa systém plášťa vody na chladenie vody v medzichladiči.

Expanzná nádrž - Mnoho motorov používa expanznú nádrž s tlakovým uzáverom, alebo je expanzná nádrž namontovaná dostatočne vysoko, aby udržala požadovanú výšku (čistú pretlakovú výšku - NPSH) v systéme. Väčšinu času je expanzná nádrž umiestnená tesne nad najvyšším bodom systému chladiacej vody plášťa a na udržanie systému bez vzduchu sa používajú odvzdušňovacie potrubia. Niektoré expanzné nádoby môžu byť napumpované, aby sa udržali vyšší tlak, čo pomáha zvýšiť bod varu chladiacej kvapaliny.

Stojanová rúra je nádrž, ktorá je postavená vertikálne a je v rovnakej výške ako motor. Zadržiava chladiacu kvapalinu motora a má priestor pre vzduch, ktorý kompenzuje expanziu chladiacej kvapaliny, keď sa zahreje.
Stojany sú zvyčajne odvetrávané do vzduchu, čím vzniká chladiaci systém, ktorý nie je pod tlakom. Hladina vody v stúpacom potrubí musí byť dostatočne vysoká na dosiahnutie požadovaného NPSH, alebo musí byť nádrž natlakovaná.

Plášťové vodné čerpadlo: Motor poháňa jednostupňové odstredivé plášťové vodné čerpadlo, ktoré je poháňané kľukovým hriadeľom motora prostredníctvom série prevodov.

Ako je vidieť, voda vstupuje do sacieho vstupu čerpadla. Ozubené koleso motora poháňa hnacie ozubené koleso čerpadla, ktoré zase otáča hriadeľ čerpadla a obežné koleso. Rýchlosť chladiacej kvapaliny sa zvyšuje odstredivou silou pri otáčaní obežného kolesa. Keď chladivo vstupuje do telesa čerpadla, jeho rýchlosť sa znižuje a jeho tlak úmerne stúpa. Chladiaca kvapalina sa rozlieva z telesa čerpadla do zberača vody plášťa na spodný koniec vložiek valcov pod vyšším tlakom.

Chladiaca kvapalina pre motor prichádza cez spodnú časť termostatického regulačného ventilu. Keď je teplota chladiacej kvapaliny nízka, ako je znázornené na pravej strane diagramu, tanier posuvného ventilu zostáva v hornej polohe a chladiaca kvapalina prechádza okolo výmenníka tepla.
Keď teplota chladiacej kvapaliny stúpa, pelety vosku vo vnútri prvkov regulácie teploty sa rozširujú. Toto stlačí rúrku prvku a tanier ventilu nadol. Takže prietok cez obtok je obmedzený alebo priškrtený, ako je znázornené na ľavej strane diagramu, a chladivo sa posiela do výmenníka tepla.
Pri používaní ventil mení svoju polohu v teplotnom rozsahu približne 10 až 150 stupňov Fahrenheita, aby udržal teplotu chladiacej kvapaliny celkom stabilnú.

Plášťový vodný výmenník tepla - Plášťové vodné výmenníky tepla sú zvyčajne vyrobené z plášťa a rúrok. Na strane plášťa chladiaca kvapalina motora zvyčajne preteká cez rúrky, zatiaľ čo úžitková voda preteká rúrkami.

Systémy udržiavania teploty bundy vo vode
Keď sa motor na chvíľu vypne, teplota vo vnútri motora výrazne klesne. Rýchle štartovanie a rýchle nakladanie studeného motora, ktoré je typické pre dieselové motory s jadrovými aplikáciami v núdzových situáciách, vystavuje motor veľkému namáhaniu a rýchlejšie sa opotrebováva, kým sa nedostane na normálnu prevádzkovú teplotu.
Systém udržiavania teploty plášťa vody je znázornený na rovnakom pláne ako štandardný systém chladenia vody plášťa. Táto časť udržuje teplotu chladiacej kvapaliny motora na alebo blízko normálnej prevádzkovej teploty. To neznamená, že všetky časti majú svoju normálnu teplotu.
Pretože naftové motory využívajú na naštartovanie teplo z kompresie, udržiavanie motora v teple umožňuje jeho štartovanie oveľa rýchlejšie a znižuje pravdepodobnosť, že motor nenaštartuje, pretože teplota nasávaného vzduchu je príliš nízka.

Čerpadlo na udržiavanie teploty: Čerpadlo na udržiavanie teploty je jednostupňové odstredivé čerpadlo, ktoré je poháňané elektrickou energiou. Podobá sa motorom poháňanému čerpadlu v tom, že udržuje ohriatu chladiacu kvapalinu v pohybe cez motor, aj keď je motor vypnutý.

Ohrievač na udržiavanie teploty: Ohrievač na udržiavanie tepla v plášti je elektrický ohrievač v ponornom štýle, rovnako ako ohrievač na udržiavanie teploty mazacieho oleja.
Vkladá sa do samostatného stúpacieho potrubia alebo vykurovacej nádrže. Je riadený termostatom, aby udržal motor v správnej teplote.

Ako systém funguje: Keď je motor v „pohotovostnom“ režime, zapne sa systém „udržiavanie teploty“. Čerpadlo na udržiavanie teploty vytvára vákuum v systéme a posiela vodu do prívodu vody do plášťa motora. Keď motor beží, môžu byť do systému udržiavania teploty vložené spätné ventily, aby sa zastavil prietok v nesprávnom smere. Ohriata chladiaca kvapalina prúdi motorom a ohrieva valce, hlavy valcov a ďalšie časti, ktoré sú chladené vodou.

Systém na chladenie vody
Vodný systém medzichladiča dodáva vodu do medzichladiča alebo dochladzovača, ktorý je inštalovaný na sacích potrubiach spaľovacieho vzduchu motora. Je to výmenník tepla ako chladič, ktorý ochladzuje spaľovací vzduch za kompresorom turbodúchadla a pred vzduchovým potrubím/pretlakovým priestorom motora.
Ochladzovanie spôsobuje, že vzduch je hustejší, vďaka čomu môže viac kyslíka spáliť viac paliva a vyrobiť viac energie. Okrem toho spaľovací vzduch ochladzuje koruny piestu.
Voda používaná na medzichladenie musí byť zvyčajne dosť blízka teplote okolitého vzduchu. Z tohto dôvodu je zvyčajne lepšie použiť úžitkovú vodu namiesto plášťovej vody, ktorá má oveľa vyššiu teplotu (160 až 180oF).
Typická schéma vodného systému medzichladiča a dochladzovača
Pretože tieto časti sú rovnaké ako tie, ktoré sa používajú v systéme plášťovej vody, nebudeme sa o nich viac baviť.
V niektorých systémoch s medzichladičom vody sa môže použiť termostat, ktorý zabráni prílišnému vychladnutiu vody medzichladiča, najmä v chladnom počasí alebo keď motor nerobí veľa práce. Tým sa v maximálnej možnej miere zabráni kondenzácii vlhkosti v spaľovacom vzduchu. V niektorých systémoch sú plášťový vodný systém a vodný systém medzichladiča prepojené, takže medzichladič môže byť ohrievaný, keď je to potrebné.
Ak je spaľovací vzduch prichádzajúci do motora príliš studený, môže trvať dlhšie, kým sa motor naštartuje, pri nízkom zaťažení nemusí fungovať tak dobre a vložka valca nemusí byť tak dobre premazaná. Na zmiernenie tohto vplyvu niekoľko výrobcov termostaticky obmedzuje prietok chladiacej vody do medzichladiča a/alebo podľa potreby dodáva teplú vodu z plášťa.
Termostatický ventil v okruhu bráni prechladnutiu vody v medzichladiči, čím nedochádza k prechladnutiu vzduchu vstupujúceho do motora. Keď je vzduch príliš studený, môže to spôsobiť kondenzáciu v motore a „biely“ dym vychádzajúci z koncovky výfuku.

Viac vecí, vďaka ktorým je to cool
Dieselový generátor sa väčšinou nachádza v budove s niekoľkými otvormi.
V miestnosti EDG je niekoľko zdrojov tepla, ako napríklad motor a generátor. Pre najlepší výkon musia byť rozvádzač, ovládacie panely, monitorovacie zariadenie, palivová nádrž, vzduchový kompresor(y) a zásobník(y) vzduchu v tejto oblasti udržiavané pri nízkej teplote.
Miestnosť EDG nemôže byť teplejšia ako 122 stupňov F (50 stupňov). Preto je potrebné priviesť dostatok chladného vzduchu (okolitého vzduchu), aby ste sa zbavili tepla a udržali teplotu v miestnosti pod najvyššou povolenou úrovňou. Aj keď izbová teplota nemá veľký vplyv na samotný motor, veľmi vysoké izbové teploty EDG môžu mať vplyv na generátor a ďalšie časti. Ak vzduch na spaľovanie motora prichádza z miestnosti, horúci vzduch prichádzajúci do motora môže znížiť jeho výkon.