性能特點和作用說明

柴油發電機的水箱散熱器結構和作用

散熱器作為柴油發電機冷卻系中的重要部件，它的散熱能力在很大程度上決定了冷卻系統的工作溫度。康明斯柴油發電機水散熱器通常是封閉直流強制循環銅質管帶式。散熱器芯部結構為管帶式，芯管(即冷卻水管)呈扁平形，以減少空氣阻力，增加散熱面積。散熱帶為波浪形，其上開有按規則排列的許多小窗口，增加了空氣紊流，提高了散熱效率。

散熱器側視圖

散熱器芯示意圖

 

 

一、冷卻系統氣阻的危害

在高速柴油發電機水冷系統的循環水中，往往含有少量的空氣和蒸汽。這些空氣和蒸汽來源的主要原因包括由于結構設計的限制，柴油發電機水套中和某些零件內部有“死區”存在，積滯了一部分空氣在加注過程中，總有部分空氣吸附在冷卻液中加注進系統；柴油發電機在高負荷工作時，冷卻水在高溫區產生沸騰而出現蒸汽泡，當蒸汽泡增多連成一片時就形成氣囊；水管接頭水泵本身密封不良時，空氣滲入到冷卻系統的內部形成空氣泡柴油發電機燃燒時燃燒壓力很高，氣缸墊稍有密封不良，或缸蓋螺栓稍有松動，高壓燃氣就很容易從氣缸內竄入冷卻系統中而形成氣囊在冷卻系統中，若冷卻液面太低，在冷卻系統的空間也會存在大量的空氣。這些氣體如果不能排出就會在冷卻液循環時產生氣阻。氣阻對柴油發電機危害是相當大的：

①水泵在工作時，氣體和冷卻液一起循環而減少了水的流量，引起柴油發電機內部溫度升高，至會造成柴油發電機過熱，導致柴油發電機水套內局部沸騰，致使局部的熱應力猛增。

②在冷卻液中殘留的空氣會造成局部冷卻不均勻，以及燃燒的廢氣溶解在冷卻液中易形成酸，引起零件生銹和腐蝕，使零件的壽命縮短。

③滲入的氣體會使缸套、水泵產生穴蝕而加速損壞。

二、散熱器的分類

1、管片式散熱器芯

管片式散熱器芯由散熱管和散熱片構成。散熱管是焊在進、出水室之間的直管，作為冷卻液的通道。散熱管有扁管也有圓管。扁管與圓管對比，在容積同樣的狀況下有較大的散熱表面，并且萬一管內的冷卻水結冰膨脹，扁管能夠借其橫斷面變形而防止破碎。鋁散熱器芯多為圓管。在散熱管的表面面焊有散熱片以增添散熱面積，加強散熱能力，同時還增大了散熱器的剛度和強度。管片式散熱器的長處是散熱面積大、氣流阻力小、結構剛度好及承壓能力強等。管片式散熱器因結構剛度較好廣為柴油發電機所使用。

2、管帶式散熱器芯

管帶式散熱器芯采納冷卻管和散熱帶沿縱向間隔擺列的方式，散熱帶上的小孔是為了破壞空氣流在散熱帶上形成的附面層，使散熱能力提升。這類散熱器芯散熱能力強，制造工藝簡單，成本低，但結構剛度不如管片式大。

管帶式散熱器芯示意圖

管片式散熱器芯示意圖

三、散熱器的結構組成

散熱器又稱為水箱，由上水箱、散熱器芯和下水箱等構成。散熱器上水箱頂部有加水口，冷卻水由此注入整個冷卻系并用散熱器蓋遮住。在上水箱和下水箱分別裝有進水管和出水管，進水管和出水管分別用橡膠軟管隨和缸蓋的出水管和水泵的進水管相連，這樣，既便于安裝，并且當柴油發電機和散熱器之間產生少許位移時不會漏水。在散熱器下邊一般裝有減震墊，防備散熱器受振動破壞。在散熱器下貯水室的出水管上還有放水開關，必需時可將散熱器內的冷卻水放掉。散熱器芯由很多冷卻水管和散熱片構成，關于散熱器芯應當有盡可能大的散熱面積，采納散熱片是為了增添散熱器芯的散熱面積。散熱器芯的結構形式有多樣，常用的有管片式和管帶式兩種。

1、膨脹水箱

（1）主要功能

為了解決水泵產生穴蝕，散熱器上水室低、去除冷卻系統中的空氣和水蒸氣等問題，康明斯柴油發電機采用了高位后置式強制除氣裝置——膨脹水箱，膨脹水箱的主要功能是：

① 在冷卻回路中提供冷卻液的膨脹空間(即作為膨脹室)，使冷卻液和空氣分離，驅除水路中的氣體，消除冷卻液的氣阻。

② 容納從散熱器溢流出來的冷卻液，并使之流回到冷卻系統中去，防止冷卻系統中冷卻液的減少。這對于加注防凍液、防銹劑的冷卻系統更為重要，因為一般柴油發電機的冷卻系統中如果沒有膨脹水箱，水受熱膨脹后，水蒸氣將通過散熱器的蒸汽閥排出；且隨著時間的推移，冷卻液逐漸減小，而膨脹水箱可減少冷卻液的損耗。膨脹水箱也可用于貯存因柴油發電機熄火之后發生的后沸騰而失去的冷卻水。柴油發電機在長時間熱運轉或高速大負荷運轉后，立即停止運轉或怠速運轉時就會發生后沸騰現象。這是因為此時冷卻液停止或大大減慢了循環速度，使冷卻液的熱量散發不出而產生了后沸騰。總之，膨脹水箱能避免冷卻液的損失。

（2）布置

膨脹水箱在冷卻系中的布置，膨脹水箱與散熱器并聯在水路中，并高于散熱器，其位置越高，對抑制氣囊形成的作用越有利，但對系統的耐壓性要求也越高，一般膨脹水箱的底部至少高于出水總管600mm。冷卻系統的最低壓力出現在水泵葉輪進口處，所以膨脹水箱通過平衡管和水泵的進口處相連，以防止該處壓力下降。膨脹水箱由于設置的位置比柴油發電機水路中任何一點都高，利用它的水位壓力就可以部分甚至全部平衡水泵吸水處可能產生的真空度，這有利于減少水泵葉輪和殼體上的穴蝕，延長水泵的使用壽命。在散熱器的上水室容易發生氣滯的地方利用除氣管與膨脹水箱相連，這有利于把空氣引至膨脹水箱，使氣水分離。一般在缸蓋出水管的一端也接有除氣管，該位置是缸蓋水套的最高點。冷卻系統大循環開始后，水混合物流經除氣管進入膨脹水箱，氣(汽)水混合物進入膨脹水箱后發生分離，并使氣(汽)體排除，維持系統壓力在一定的范圍。不含氣(汽)體的冷卻液從水箱底部流經回水管回到水泵進水口，重新參加循環。

（3）工作原理

工作時，被柴油發電機加熱的冷卻液具有膨脹空間，很少從溢流管滴漏出去，從而避免冷卻液的損失。膨脹水箱提供一定量的冷卻液儲備，可保證長期不需加水，也便于添加冷卻液，在這個閉式冷卻系統中，冷卻液在散熱器和膨脹水箱之間來回流動，雖然膨脹水箱中冷卻液液面有時升高或降低，但散熱器中總是充滿冷卻液。同時，在強制除氣循環中，除氣管口徑與同水管口徑的匹配很重要，除氣管口徑過大，則除氣循環流量增加，回水流量加大，氣(或蒸汽)水混合物在膨脹水箱中的除氣時間減少，部分氣泡未來得及排入膨脹空間又被帶回柴油發電機水套中，除氣不凈；除氣管口徑過小，則除氣循環流量減小，部分氣體或蒸汽無法進入除氣循環中，而被大循環或小循環帶走，同樣產生除氣不凈。因此柴油發電機除氣管與回水管是經過多次試驗選定的，不能隨意用其他口徑的管子代替。

帶有膨脹水箱的冷卻系統中，散熱器蓋基本上是永久安裝而不拆卸的，只有在大修時，徹底清洗冷卻系統才可拆開。當僅僅是為了檢查冷卻液液面高度或添加冷卻液時，不應拆下散熱器蓋。液面高度可在膨脹水箱上檢查(一般在膨脹水箱上都作有標記，以指出正常的、熱的和冷的冷卻液的液面位置)，冷卻液可從膨脹水箱加入。

2、散熱器蓋

柴油發電機多采納閉式水冷系，當前閉式水冷系寬泛采納擁有空氣-蒸汽閥的散熱器蓋。柴油發電機熱態工作正常時，兩閥門封閉，將冷卻系與大氣分開。防備水蒸汽逸出，使冷卻系內的壓力稍高于大氣壓力，從而可增高冷卻水的沸點，改良了冷卻效能。當散熱器內部壓力達到126～137Kpa時，蒸汽閥開啟而使水蒸汽從通氣孔排出；當水溫降落，冷卻系內部的真空度低于10～20Kpa時，空氣閥翻開，空氣從通氣孔進入冷卻系，以防散熱器及芯管被大氣壓癟。

水箱蓋原理圖

3、膨脹水箱

關于加注防凍液的柴油發電機，為了減少冷卻液的損失，保證冷卻系的正常工作，采納散熱器＋膨脹水箱結構（圖8）。膨脹水箱的上方用一根軟管通大氣，另一根軟管與散熱器的溢流管相連。當散熱器內蒸汽壓力高升到某一值時，其蓋上的壓力閥翻開，冷卻液經過壓力閥經過溢流管進入膨脹水箱；當溫度降落時，冷卻液又從膨脹水箱經過真空閥流回到散熱器內部。這樣能夠防備冷卻水損失。膨脹水箱內部印有兩條液面高度標志線，膨脹水箱內的液面高度應位于這兩種刻線之間。

4、風扇

風扇可提升經過散熱器芯的空氣流速，增添散熱成效，加快水的冷卻。風扇往常安排在散熱器后邊，并與水泵同軸。當風扇旋轉時，對空氣產生抽吸作用，使之沿軸向流動。空氣流由前向后經過散熱器芯，使流經散熱器芯的冷卻水加快冷卻。柴油發電機的風扇有兩種形式，軸流式和離心式。軸流式風扇所產生的風，其流向與風扇軸平行；離心式風扇所產生的風，其流向為徑向。軸流式風扇效率高，風量大，結構簡單，部署方便。因此在柴油發電機上獲得了寬泛的應用。

5、水泵

水泵的作用是對冷卻水加壓，使之在冷卻系中循環流動。一般使用離心式水泵。它擁有結構緊湊、泵水量大及因故障而停止工作時，不阻礙水在冷卻系內部自然循環等長處。當葉輪旋轉時，水泵中的水被葉輪帶動一同旋轉，在離心力作用下，水被甩向葉輪邊沿，而后經外殼上與葉輪成切線方向的出水管壓送到柴油發電機水套內。與此同時，葉輪中心處的壓力降低，散熱器中的水便經進水管被吸進葉輪中心部分。這樣連續的作用，使冷卻水在水道中不停地循環。假如水泵因故停止工作時，冷卻水仍舊能從葉輪葉片之間流過，進行熱流循環，不致于很快產生過熱。

冷卻水泵結構示意圖

 

6、節溫器

節溫器是控制冷卻水流動路徑的閥門。節溫器裝在冷卻水循環的通路中，依據柴油發電機負荷大小和水溫的高低自動改變水的循環流動路線，以達到調理冷卻系的冷卻強度，保證柴油發電機在適合的溫度范圍內工作。節溫器一定保持優秀的技術狀態，不然會嚴重影響柴油發電機的正常工作。如節溫器主閥門開啟過遲，就會引起柴油發電機過熱，當柴油發電機的工作溫度過高的話，柴油發電機中的冷卻水就會達到沸點從而沸騰，這類現象就是我們平時所說的“開鍋”，柴油發電機將沒法正常運行，會減少柴油發電機的壽命。主閥門開啟過早，就會造成柴油發電機汽缸內的燃油混淆物霧化不良，在啟動，特別是冷啟動的時候會造成延伸熱機時間，在極端的狀況下甚至永久沒法達到正常的工作溫度，這不不單對發動機造成傷害，甚至會危及到運行安全。

 

節溫器構成圖

 

 

 

 

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