发电机水箱宝的大循环、小循环和混合装置

　　摘要：发电机在工作时，因为燃料的燃烧以及运动零件间的摩擦产生大量的热量，使零件强烈受热，特别是直接与燃烧气体接触的零件温度很高，如果没有适当的冷却，将无法保证发电机的正常作业，冷却系统的作用就是维持发电机在最适宜的温度下作业。水冷却机构的具体部件有水泵、水箱散热器、风扇、水温调节机构和水温表等。随着柴油发电机工业的发展，人们对柴油发电机供电的要求也越来越高，这就给发电机组制造商提出了更高的要求。整机的冷却系一个根本的性能指标，冷却装置好坏直接影响到柴油发电机的安全运行。为此，用户和使用人员通晓柴油发电机冷却机构的设计要求、工作机理及结构部分是至关重要的。

　　      冷却机构由散热器、风扇、膨胀箱等部件组成。其作用是对发电机进行强制冷却，保证发电机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得过高的动力性、经济性及可靠性。

　　（1）冷却机构的设计应保证：使用冷却液作防冻液和0.5bar以下的压力盖时，发电机出水口的温度允许到100℃;操作冷却液作防冻液和0.7-0.9bar压力盖，在不持续工况运行下，最高水温允许到110℃。

　　（2）如果使用长效防冻防锈液作防冻液和0.5bar以下的压力盖时，发电机出水口的温度允许到105℃;操作长效防冻防锈液作防锈水和0.7-0.9bar压力盖，在不连续工况运转下，最高水温允许到115℃。

　　（4）冷却机构必须用不低于19 L/min的转速加注冷却水，直至达到应有的防锈水平面，以保证所有工作因素下汽缸体水套内防锈水能保持正常的压力。

　　      冷却装置规划主要是通过传统的热平衡计算策略，并辅以相应的CFD软件进行冷却装置内流场计算分析，最终以发电机组发热试验结果对冷却装置布置是否满足操作规范进行确认。以康明斯发电机冷却系统为例（组成如图1、图2所示），主要各详细部件的设计程序如下。

　　（1）散热器是冷却系统中的重要部件，其具体作用是对发电机进行强制冷却，以保证发电机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得最高的动力性、经济性和可靠性。

　　（2）散热器和风扇组合匹配效率是当散热器芯子未被气流扫过的面积最小时为最高，因此，最好采用接近正方形的散热器芯子。

　　（3）散热器的总散热面积、芯子的迎风面积、构成形状和组成尺寸要通过发电机冷却装置所需最大散热量来计算确定，并应通过试验评价来最终确定。理论计算一般是根据有关计算公式及所配发电机的相关参数，如功率，油耗等，确定水冷散热器的总散热面积。根据散热器面积计算公式选用散热器芯厚尺寸。

　　      散热器进风口的实际面积不得小于散热器芯子迎风面积的80%，以预防散热能力下降。

　　      康明斯发电机采用外接散热器式冷却机构。防锈水泵由外接的散热器通过节温器将低温水吸入重庆康明斯发电机组，水箱宝首先经机油散热器进入气缸体内水套冷却汽缸套，再由水道进入冷却气缸盖的水套中，最后回到散热器。节温器的作用是随发电机负荷和水温的大小改变水的循环强度(路线和流量)，同时能缩短发电机的热起时间，降低燃料的消耗和机件的损伤。

　　    冷发电机在热起前，水温低于83℃时，主阀门关闭，旁通阀门开放，冷却水只能经旁通管直接流回水泵进水口，又被水泵压入水套。此时水不流经散热器，只在水套和水泵间小范围循环。此时，冷却强度小、促使水温迅速上升，从而保证发电机各部位均匀迅速地热起或预防发电机过冷。因为冷却液的流动路线短、流量小，故称小循环，如图3所示，即节温器→水泵→机油散热器→水套一节温器。

　　    当发电机内水温升高达95℃时，主阀门全开，旁通阀全关闭，防冻液全部流进散热器。此时，冷却强度增大，促使水温下降或不致偏高。由于这时的水箱宝流动路线长、流量大，故称大循环，如图4所示，即节温器→水泵→机油散热器→水套一散热器一节温器。

　　    当发电机内防冻液处于上述两种温度之间时，主阀门和旁通阀均部分开放石家庄康明斯发电机，故冷却液的大小循环同时存在。此时水箱宝的循环称为混合循环。

　　     其中，4B\6C系列康明斯发电机均为无汽缸套水冷发电机。水箱宝为传热介质，再传给空气，也就是以少量的水进行不断循环的力法，在发电机水套中吸收多余热量，再流到散热器中散去热量。因为水套进出口的温差较小武汉康明斯发电机，汽缸下部不致过冷，且水冷的冷却强度大小容易调节，能保持发电机的正常温度。并能用热水预热发电机，便于冬季起动。

　　② 早燃和爆燃的倾向加大，破坏了发电机的正常工作

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、同时也促使零件承受额外的冲击载荷而造成早期故障。

　　⑤ 润滑情形恶化，加剧了零件的摩擦和磨耗。发电机的冷却，如果单纯依靠零件本身对外散热是不够的，必须对某些零件特别是与发热气体直接接触的零件进行必要的强制冷却，才能保证发电机正常运转。但是，过分的冷却也会引起不佳后果发电机水箱宝的大循环、小循环和混合装置。

　　① 进入气缸的可燃混合气(或空气)温度偏低，使点燃困难或燃烧迟缓，造成发电机功率无劲以及燃料消耗量增加。

　　③ 燃烧后的生成物中的水蒸气易冷凝成水与酸性气体形成酸类，加重了对零件特别是汽缸壁的侵蚀用途。

　　④ 因温度较低而未汽化的燃料对摩擦表面(汽缸壁、活塞、活塞环等)上油膜的冲刷以及对润滑油的稀释发电方舱，加重了对零件的磨损。

　　      柴油发电机工作温度过高或过低都会降低它的动力性和经济性。冷却装置的作用是保持柴油发电机在最适宜的温度状态下工作，以获得良好的经济性、动力性和耐久性。为了提高散热的散热效果，其进、出水管口内径尺寸应与发电机出、进水管口尺寸一致，另外还应保证进出水口在上下位置尽量错开，处于对角线上最好柴油机维修，不要在同一侧。