柴油机冷却系统

柴油机冷却系统（精选7篇）

柴油机冷却系统 第1篇

1. 离心式水泵的检修

1) 水泵轴承松旷的原因与预防

离心式水泵泵轴的前端安装风扇, 后端安装水泵叶轮, 中间由2个轴承支撑旋转。在使用过程中, 轴承有时会过早地出现松旷, 造成风扇旋转时摇头, 除少数属质量问题外, 大多是由于以下原因导致的。

(1) 缺少润滑脂:水泵处在高温下工作并且转速很高, 轴承内的润滑脂自然也消耗很快, 如果不经常对其进行润滑, 就会造成润滑不良, 加快轴承的磨损。因此, 按规定每运行500km左右要及时对水泵轴承加注润滑脂。

(2) 风扇皮带过紧:风扇皮带过紧会使水泵轴承、发电机轴承及皮带受力加大, 从而加速其磨损。因此, 要经常对风扇皮带的松紧度进行检查调整。检查皮带松紧度时, 将拇指压在风扇皮带轮与发电机皮带轮中间的皮带上, 并施以29.4~39.2N的压力, 其压下距离以10~15mm为宜。

(3) 风扇叶片运动干涉:若风扇与风圈周边的间隙不均匀, 汽车在不平路面上行驶时, 风扇叶片可能与风圈边缘发生刮擦, 这样会增大水泵轴承的受力, 从而加速轴承的磨损。因此, 当发现风扇叶片有运动干涉现象时, 要及时修复, 保证风扇不与任何物体接触, 自如地旋转。

2) 水泵的分解和组装

柴油机冷却系统一般都采用离心式水泵, 离心式水泵的结构如图1所示。如果水泵的泄水孔漏水, 表明水泵内的密封圈损坏;如果水泵轴承有异常响声或非正常转动, 表明水泵轴承损坏。出现这些情况时, 都需要将水泵分解后检修。

(1) 水泵的分解:拆卸水泵时, 应将水泵中的冷却液放净, 卸下三角皮带, 用专用工具压出水泵皮带轮, 然后拆下水泵。分解水泵时, 先用专用工具拆下水泵轴承, 然后再从水泵轴承上拆下水泵叶轮和密封组件。若没有专用工具, 可用铜棒轻轻敲击齿轮, 取出半圆键。在水泵喇叭口与泵体上作好记号后, 拆下水泵喇叭口上的固定螺栓, 取下水泵喇叭口和纸垫片。取出弹性挡圈, 打出泵轴和叶轮, 取下封水圈等部件。

注意:在打出泵轴时, 必须垫以硬木或铜垫, 以免打坏泵轴及其螺纹。用冲子从泵壳内向传动齿轮方向将单列向心球轴承打出。

(2) 水泵的组装:水泵检验和修理后, 应按与分解相反的顺序进行组装, 组装时应注意水泵体与喇叭口的相对位置, 以免与管路连接不上。先用专用工具将轴承压到水泵叶轮上, 再将水泵叶轮和密封组件压入规定的位置, 将水泵轴承压到水泵皮带轮座上。操作中要将轴承端面压至与壳平齐, 使水泵叶轮平面低于泵壳平面0.1~0.3mm。水泵装复后应进行检验, 泵轴应转动灵活无卡滞, 轴承应没有可感觉到的径向间隙。安装水泵时要更换新衬垫, 然后装上新皮带轮和三角皮带, 最后注满冷却液。水泵注满水后, 堵住进、出水口, 转动泵轴, 不应有漏水现象。

3) 水泵及其零件的维修和检验

水泵的常见损伤有壳体裂损、泵轴弯曲或磨损、轴承松旷、水封失效、叶轮叶片破损或腐蚀、皮带轮毂与泵轴配合松旷、键槽磨损等, 这些现象都将影响水泵的正常工作。维修中, 检查水泵叶轮和密封组件有无损伤及磨损;检查泵轴有无损伤、异响及非正常运转的情况;检查水泵连接管“O”形密封圈有无老化或损伤, 若有上述情况应予以修复或更换。

(1) 泵壳的检修:检查泵壳和带轮有无损伤, 泵壳裂纹可以进行焊接或更换;泵壳与盖接合面变形大于0.05mm时应予以修平;压入、压出轴承时导致的轴承座孔磨损, 可用镶套的方法修复或更换。

(2) 水泵轴的检修:检查水泵轴有无弯曲, 检查轴颈的磨损程度, 检查轴端螺纹有无损坏。泵轴弯曲大于0.05mm应进行冷压校正, 轴颈磨损严重的应予以更换。

(3) 水泵叶轮的检修:检查叶轮有无严重穴蚀、腐蚀或裂纹, 检查叶轮上的轴孔与轴配合是否松旷, 叶轮有裂纹、严重穴蚀及腐蚀应进行更换, 对轻度穴蚀的叶轮可采用胶补修理;叶轮与水封的接触平面有擦痕或磨损不平应更换新件;轴孔磨损过甚可进行镶套修复。

(4) 泵轴与叶轮配合情况的检验:叶轮与泵轴是过盈配合, 若叶轮在轴上松动, 必须进行修理。简易的修理方法是在轴上焊一层锡, 加大轴的直径, 以恢复过盈配合, 也可以采用镀铬工艺修复。

(5) 水封装置的检修:水泵泄水孔漏水为水封密封不严, 胶质水封磨损或变形应更换, 水封密封圈可翻面使用。

(6) 轴承松旷的检查方法:用手前后扳动风扇叶片, 观察皮带轮有无松旷摇摆, 如有松旷感应先检查风扇紧固螺钉和皮带轮紧固螺帽是否松动, 若无松动则为轴承松旷, 应拆卸更换并加足润滑脂。

(7) 水泵装合后的检验:水泵装合后, 用手转动皮带轮, 泵轴转动应无卡滞, 叶轮与泵壳应无碰擦感觉;在试验台上按原厂规定进行压力-流量试验, 水泵转速为2000r/min时, 流量应不少于140L/min, 压力不得低于40.4k Pa;水泵转速为3300r/min时, 流量应不少于240L/min, 压力不得低于121.2k Pa。

2.散热器总成的检修

1) 散热器的常规检修

散热器是冷却系中比较脆弱的部件, 日常使用中应注意保护。水泵修复后应进行试验, 流量和扬程均应符合规定。节温器长期使用后一定要进行检查, 不可在拆去节温器的情况下使用发动机。不同牌号的冷却液不能混用, 日常使用中应视情及时添加冷却液。维护保养冷却系统时应注意避免烫伤。

散热器的常见故障是破损泄漏, 主要是由腐蚀穿孔和机械损伤造成的。散热器的渗漏检验可采用密封试验器进行。清洗散热器后, 应进行漏水试验。检查漏水部位时, 拆下散热器盖, 并向冷却系统中注满冷却液, 先目视检查散热器是否漏水, 然后连接压力测试器, 如图2所示推动测试器, 使压力上升到118k Pa (压力不可过大, 以免损坏散热器) , 检查压力是否下降, 发现漏水部位 (冒气泡的位置) 应作上记号, 以便进行焊修。局部破损严重时, 允许把个别水管压扁、焊死, 然后继续使用, 也可以更换新水管。如水管和散热器片损坏过多, 则应更换新散热器。

依次检查散热器上、下水室和散热器芯、水泵与软管连接处是否有泄漏现象。检查散热器泄漏也可将散热器进、出水口堵住, 从加水口处注满水, 擦干外部水滴, 然后用嘴从加水口处用力吹气, 如果散热器有破损, 水便会漏出, 在破损处作上记号, 以便于焊修, 也可就车用堵漏剂进行维修。如果破损发生在上、下水室, 可用薄铜皮盖在破损处然后焊修。如果破损发生在散热器芯子外侧的水管, 可用尖烙铁焊修或用薄铜皮包焊。散热器内部水管破损, 常采用乙炔气焊的方法进行修复。

2) 散热器和相关部件的维护要点

(1) 拆装时应特别注意水箱芯管, 避免磕碰导致变形、破损而漏水。散热器的安装要符合原厂要求, 与风扇叶片保持一定距离, 避免在汽车运行中相碰。

(2) 使用中应注意检查水箱芯子的正面是否有污物堵塞, 必要时应进行清理, 以免影响散热器的散热性能, 并避免在汽车运行中刮碰芯管。

(3) 注意检查和保证皮带轮和锥套锥面的配合精度。皮带轮锥孔与锥套的锥度应一致, 将锥套用拇指压入锥孔后, 要求锥套小端低于皮带轮锥孔端面2~3mm, 且锥面接触良好。

(4) 检查轴端紧固螺母拧紧后皮带轮是否被真正压紧, 必要时予以调整。

(5) 水泵轴端螺母应特别拧紧, 紧固力矩应符合技术规范要求。

(6) 使用中应经常检查维护, 散热器支脚螺母松动应及时紧固。风扇叶片裂损变形应及时修复或更换新件。发动机支脚螺丝松动会使整机前移, 导致损坏散热器, 应及时进行紧固。

3) 散热器渗漏的检验和维修

柴油机停止运转时, 在散热器注入口装上散热器压力检测器, 向散热器内充入100k Pa以上的压缩空气, 观察检测器的压力下降值, 若2min内压力下降超过15k Pa, 说明散热器及冷却水道等有泄漏。

也可用压力表、橡皮管和橡皮气囊检验散热器是否渗漏, 其方法如下:将散热器注满水, 盖上散热器盖, 封闭进、出水口;将试验器水管接至放水阀上 (如图3所示) , 旋开放水阀, 挤捏橡皮气囊加压, 当泄水管放出空气时, 压力表上的读数应为27~37k Pa;关闭放水阀, 将橡皮管接在泄气管上, 加压至50k Pa, 检查散热器有无渗漏现象。

清除散热器内的水垢后, 应进行漏水检验, 方法如下:堵塞散热器的进、出水孔, 将散热器放在清水池内;向散热器内注入压缩空气, 如有气泡冒出, 说明散热器漏水, 应做好标记准备修复。

使用中若发现水箱芯管渗漏, 应拆下散热器检查, 确定渗漏部位后, 先用砂布将表面处理干净, 然后用烙铁锡焊。焊修后用50k Pa的压缩空气试压, 持续1min, 不得有渗漏。修补的焊缝应牢固可靠, 并去除表面毛刺。允许将通冷却液的芯管掐断, 但不得多于2根, 掐断的管头应焊死, 不得有渗漏。散热器的焊补面积每0.1m2不得多于1处 (按芯子正面面积计算) , 否则没有修复价值, 应做报废处理。

散热器上、下水室腐蚀不严重时, 可用镀锡方法修复, 其方法是:用盐酸清除水垢后擦净, 用毛刷在内、外表面涂氯化锌溶液, 再用电铬铁焊接, 焊接材料为锡铅料1号。

当上、下水室有孔洞或裂纹时, 可用补板法修复, 其方法是:用厚度为0.8mm的铜片做补板 (比裂纹长10~20mm) , 盖在裂纹上, 并涂以氯化锌溶液, 然后在补板四周用焊锡焊牢。

柴油机冷却系统水泵的维修 第2篇

柴油机冷却系统泄漏的危害很大, 这不仅将使吸入的空气破坏预定的冷却液流动模式, 导致热量的产生, 而且还会大大加重水泵的腐蚀。如果冷却液的数量长期不足, 则会引起发动机过热, 而且伴随着出现蒸气腐蚀, 不仅损坏散热器, 还会产生水泵的其他故障。在冷却系统出现泄漏的情况下, 可以闻出热防冻液的气味, 但是必须进行一番检查, 查明冷却液是否是从水泵轴水封漏出的。可查看水泵放气孔处是否漏水。要定期地进行维护, 注意检查水箱冷却液的损耗。

漏水、噪声是水泵的常见故障, 因轴承的擦伤而导致水泵轴咬死的现象, 是非常少见的。一旦出现这种现象, 风扇和散热器便会受到损坏。水泵叶轮严重腐蚀的情况, 如果做到正常的维护, 叶轮腐蚀就可以避免。当看到冷却液发红, 有铁锈色时, 有可能是出现了叶轮腐蚀的问题。这时需要检查水泵冷却液的循环状况, 可将散热器中的冷却液放出一部分, 使液面高度正好保持在水管之上, 然后预热发动机, 使节温器处于全开的位置。水泵出现故障的原因, 多是因过热和缺乏维护;若冷却液失去了润滑密封的能力, 密封件便会被擦伤。此外, 也可能是由于水泵本身的质量太差。

2.水泵的分解和组装

车用柴油机的冷却系统一般都采用离心式水泵, 如果发现水由水泵泄水孔漏出, 则表明泵内密封圈损坏;如水泵轴承有异常响声或非正常转动, 则表明水泵轴承损坏, 这些情况都需将水泵分解检修。拆卸、分解水泵时, 应首先将水泵中的冷却液放净, 卸下三角皮带, 用专用工具压出水泵皮带轮, 再拆下水泵。水泵分解时, 用专用工具先拆下水泵轴承, 然后再从水泵轴承上拆下水泵叶轮和密封组件。若没有拉出器, 也可用铜棒轻轻敲击齿轮, 取出半圆键。在水泵喇叭口与泵体上作记号, 再拆下水泵喇叭口上的固定螺栓, 取下水泵喇叭口和纸垫片。取出弹性挡圈, 打出泵轴和叶轮, 取下封水圈等部件。注意:打出泵轴时, 必须垫以硬木或铜垫, 以免打坏泵轴及其螺纹。用冲子将单列向心球轴承打出。

水泵的装配要点:水泵检验和修理后, 应按其分解的相反顺序进行装配, 装配时, 应注意水泵体与喇叭口的相对位置, 以免与管路连接不上。用专用工具先将轴承压到水泵叶轮上, 再将水泵叶轮和密封组件压入规定位置上, 将水泵轴承压到水泵皮带轮座上。操作中, 要将轴承端面压到与壳平齐;使水泵叶轮平面低于泵壳平面0.1～0.3mm。水泵装复后, 应进行检验。转动泵轴时, 应灵活无卡滞现象。且水泵轴承应没有可感觉到的径向间隙。安装水泵时, 要注意更换新衬垫, 然后装上新皮带轮和三角皮带, 最后注满冷却液。将水泵注满水, 堵住进、出水口, 转动水泵轴, 不应有漏水现象。

3.水泵及其零件的维修和检验

水泵的常见损伤有:壳体裂损、泵轴弯曲或磨损、轴承松旷、水封失效、叶轮叶片破损或腐蚀, 以及皮带轮毂与水泵轴配合松旷, 键槽磨损等等, 这些现象都将影响到水泵的正常工作。检查水泵叶轮和密封组件有无损伤及磨损;水泵轴有无损伤、异响及非正常运转的情况;水泵连接管O形密封圈有无老化或损伤, 在维修中, 应当予以修复或更换。

(1) 泵壳的检修。

检查泵壳和带轮有无损伤。泵壳裂纹可进行焊接或更换。壳与盖接合面变形大于0.05mm应予修平。轴承座孔由于压入、压出轴承使座孔磨损, 可用镶套的方法修复或更换。

(2) 水泵轴的检修。

检查水泵轴有无弯曲和轴颈的磨损程度, 轴端螺纹有无损坏。水泵轴弯曲大于0.05mm, 应冷压校正;轴颈磨损严重, 应予更换。

(3) 水泵叶轮的检修。

检查叶轮有无严重穴蚀、腐蚀或裂纹;叶轮上的轴孔与轴的配合是否松旷。发现裂纹、严重穴蚀及腐蚀时, 应进行更换。对有轻度穴蚀的叶轮可采用胶补修理。若发现叶轮与水封的接触平面有擦痕及磨损不平, 应更换新件。轴孔磨损过甚, 进行镶套修复。

(4) 泵轴与叶轮配合情况的检验。

叶轮与泵轴是过盈配合, 若叶轮在轴上松动, 必须进行修理。简易的修理方法是在轴上焊一层锡, 以加大轴的直径, 恢复过盈配合, 也可采用镀铬工艺修复。

(5) 水封装置的检查。

水泵泄水孔漏水, 则为水封密封不严。若胶质水封磨损或变形应更换, 水封密封圈可翻面使用。

(6) 风扇运转摇摆的检查。

用手前后扳动风扇叶片, 观察皮带轮有无松旷摇摆。如有松旷感, 先检查风扇紧固螺钉和皮带轮紧固螺帽是否松动。若无松动则是轴承松旷, 应予以拆卸更换, 并加足润滑脂。

(7) 水泵装合后的检验。

船用柴油机冷却水系统处理 第3篇

柴油机冷却系统的主要功能是用来控制发动机的工作温度和驱散多余的热能 (含润滑系统的散热) 。系统好坏对发动机的工作和使用寿命有着直接的关系。因此, 日常检查和清洗及防腐就显得尤为重要。在船舶柴油机使用过程中, 由于缺乏对冷却系统的科学认识, 不能正确检查和对冷却水及时去做防腐, 甚至误认为冷却水温越低越好, 影响了冷却系统的正常功能, 造成了柴油机运行不稳定, 使其使用寿命大大降低。

1 冷却水系统

1.1 冷却水系统的防腐保护

柴油机冷却水必须仔细处理, 保存和检测, 以避免腐蚀或形成沉淀, 从而使热传热效率降低。因此很有必要对冷却水进行处理。应按如下步骤进行处理:1) 清洗冷却水系统;2) 注满带防腐剂的无离子水或蒸馏水 (来自淡水发生器的水) ;3) 对冷却水系统和冷却水状况进行定期检查。遵守这些预防规定, 确保系统排泄良好, 就会使由冷却水引起的故障降至最低。

1.2 冷却水系统的清洁处理

1) 在防腐处理之前, 必须除去系统中的石灰沉淀层, 铁锈和油泥, 以改善热传导和确保防腐剂对表面进行保护的均匀性;

2) 清洁处理应包括除油泥, 酸洗除锈和清除水垢;

3) 水乳化清洁剂和弱碱性清洁剂一样可以用于除油污过程;

4) 不得使用含有易燃物的预混合清洁剂。用酸除锈时, 推荐采用以氨基硫酸, 柠檬酸, 酒石酸为基础的专门产品, 这些酸通常固态易溶于水且不会散发出有毒的蒸汽;

5) 清洁剂不应直接混合, 而应溶于水后再加入到冷却水系统中;

6) 清洗时一般不必拆卸柴油机零件, 水在柴油机中循环才能达到最佳的效果;

7) 清洁可使不良配合的结合处或有缺陷的垫片部位渗漏更明显, 因此在净化过程中应进行检查。在清洁后的24小时要检查滑油系统的含酸量。

1.3 未净化的水

1) 建议使用无离子水或蒸馏水 (如由淡水发生器产生水) 作为冷却水。由于硬度较低, 这种水还具有相当的腐蚀性, 应不断加入防腐剂;

2) 如果没有无离子水或蒸馏水, 特殊情况下可使用饮用水。但是水的总硬度不得超过9°DH。要检查水中的氯化物, 氯, 硫酸盐, 硅酸盐的含量。它们不能超过下列值:氯化物:50ppm (50mg/L) ;氯:10ppm (10mg/L) ;硫酸盐:100ppm (100mg/L) ;硅酸盐:150ppm (150mg/L) ;

3) 水中不得含有硫化物和氨。绝对不能使用雨水, 因为雨水可能已被严重污染。应该注意的事, 对水的软化处理不会降低硫酸盐和硅酸盐的含量。

1.4 防腐剂

为了防止船用柴油机的淡水冷却系统被腐蚀, 可以使用各种各样的防腐剂。通常推荐使用亚硝酸盐硼酸盐基的防腐剂;不推荐用防腐油处理冷却水。因为这种油粘在传热表面是危险的;铬酸盐防腐剂不能用于与淡水发生器相连的设备里;可以用不加防腐剂的水补充蒸发掉的冷却水。而由于泄漏失去的冷却水要用加防腐剂的水来补充;当检修单个气缸时, 工作结束后如果有必要立即添加新剂量的防腐剂。

2 清洗及防腐步骤

2.1 除油污

1) 加满清洁的自来水, 原有的不含防腐剂的水也可以使用。将水加热到60℃在柴油机中连续循环。将膨胀水箱放水至最低位。加入制造厂规定的除油化学剂的剂量, 最好从淡水泵吸入端加入。此后立即再将膨胀水箱放至最低水位, 按制造厂规定周期循环清洁化学制剂;

2) 冷却水系统必须在无压力状态下, 检查并排除任何泄漏。放掉系统中的水, 在加满清洁的自来水 (有可能的话, 让膨胀水箱溢流, 以清除最后的油脂) 。将水循环两小时后放掉。

2.2 酸洗除锈

1) 充满干净的自来水并加热至70℃~75℃。在干净的铁筒中用热水溶解一定剂量的酸。将水加至铁筒中热水溶解一定剂量的酸。将水加至铁筒的一半后慢慢加入酸液, 充分搅拌, 在加满热水搅拌 (例如, 使用蒸汽管) ;

2) 注意使用防护眼睛和手套:对于试航前已经得到处理的柴油机, 一般应保持制造厂的规定最低浓度。对于为处理的柴油机, 一般使用较高浓度, 取决于冷却系统的状况。从系统中排除一些水, 通过膨胀水箱加入酸性溶液;

3) 冷却水系统必须在无压力状态下保持水温在70℃~75℃之间不间断的循环。持续处理的时间取决于污染程度, 对于试航前已经处理过的柴油机, 通常制造厂推荐的最短时间就足够了。对未经处理的柴油机必须要较长时间来处理。每小时检查一次, 例如用p H试纸, 溶液中的酸成分不能耗尽。许多除锈剂都含有色彩指示剂, 它能显示出酸溶液的状态。如果酸成分已耗尽, 就要加入新的酸溶液, 这时应使用所推荐的最低浓度。酸在水中的溶解度是有一定限度的, 在例外情况下, 如果需要大量溶液, 除锈可以分两个阶段进行, 使用新的酸洗液和清洁水, 通常制造厂会给出最大溶解度。除锈完成后, 排空系统并用清水冲洗, 可以使用每吨10kg苏打的干净自来水中和残余的酸, 让混合液循环30分钟后然后排空并用清水冲洗系统。持续的用水清洗至流出来的水成中性 (p H值近似7) 。

2.3 添加防腐剂

用蒸馏水注入冷却水系统至膨胀水箱的最低水位。称出制造厂的规定的防腐剂剂量, 将其放在一个干净的铁筒中, 用热的蒸馏水将其溶解。通过膨胀水箱将溶液加入系统, 然后将蒸馏水加至正常水位。允许柴油机至少运行24小时, 以确保冷却系统表面形成可靠的保护膜。随后用一套测试工具可用防腐剂制造厂提供) 检查冷却水, 确保获得合适的防腐剂浓度。该项检查应该每周进行一次。酸洗结束之后立即检查系统中酸含量。24小时以后再进行一次。

3 结论

综上所述, 对冷却水系统, 检修期间冷却水的检查和清洗及防腐步骤的介绍, 是在技术规格, 设备样本和相关的规范的指导下, 通过长期从事柴油机工作和实践中总结的, 并通过与柴油机安装、调试、检验工作人员的总结中得到的宝贵经验, 希望通过以上的论述能对从事本行业的技术人员有所帮助。

参考文献

[1]刘振武.对某型柴油机冷却水系统的改进建议[J].中国修船, 2004 (6) .

柴油机冷却系统 第4篇

柴油机冷却系统故障的诊断可以从两个方面着手。一是检测冷却水的温度, 二是检查冷却水的流量。车用柴油机的水温主要与冷却水的循环过程和散热以及混合气的燃烧有关, 而冷却水的流量主要与冷却系统的泄漏和管路阻塞以及水泵性能有关。

检查判断柴油机冷却系统故障时, 首先要观察、判断水温表显示是否正常, 以及冷却水流量是否减少或冷却水是否外溢。在排除了水温表或水温传感器的故障后, 如果水温仍然偏高, 而冷却水量又无减少或外溢现象, 则可以初步认为冷却系统散热不良。应检查散热器外表面上污垢是否过多, 风扇的转速是否正常, 散热器盖是否已失去作用等。如果它们都正常, 则应检查水套、散热器等部件内部的水垢是否太多, 水泵是否损坏以及其他有关部件是否存在故障。

散热器破损、水泵水封失效、上下水管接头松动, 多处漏水引起水量不足, 导致柴油机过热, 应分别修复。喷油正时调整过迟, 排气门间隙调得过大, 燃烧室积炭过多原因引起的过热, 应分别对症处理。柴油机突然过热, 一般为水泵或节温器工作失效、汽缸垫烧蚀、冷却水严重泄漏;水箱阻塞 (结冰) 时, 表针指100℃, 散热器上水室与下水室温差很大, 打开散热器加水口盖, 有沸腾热气喷出为冷却水不循环, 说明水路有阻塞之处。最易阻塞的部位是下水室接管处和散热器中心处 (风扇叶片旋转部位) 。可采用开水冲淋, 使冰化开即可。柴油机过冷, 多属驾驶员自行拆除节温器, 柴油机工作温度建立不起来。应按规定装复节温器。

冷却系统常见故障的发生部位因机型不同而略有区别。以WD615.67型柴油机的水冷系统为例, 其冷却系统常见故障的发生部位如图1所示。

2. 柴油机冷却液温度异常的诊断方法

水冷柴油机冷却液温度过高, 会使润滑油黏度降低、变质, 从而使润滑性能降低, 以至于发生拉缸、烧瓦、抱轴等重大事故。通常应首先鉴别是否是水温监测装置因某些电器元件有故障而提供的虚假信息;然后检查柴油机冷却液是否减少;风扇胶带或水泵胶带是否松动;柴油机散热器外部是否被灰尘或其他杂物堵塞。经过上述检查处理后, 若高温仍然存在, 可进一步检查分析。

⑴检查散热器盖的密封性。因为冷却液的温度和压力是相互起作用的, 这点在高原环境下表现得最为明显 (如在海拔4300m环境下工作, 无压力散热器中冷却液的沸点为85℃, 而25kPa的压力散热器中冷却液的沸点则为95℃) ;检查水泵的工作情况, 即打开散热器盖, 启动柴油机, 观察散热器中有无水花翻动, 若无水花则证明故障在水泵, 使冷却液循环差而造成高温。

⑵打开散热器盖, 启动柴油机, 散热器中冒出的气体有无燃烧废气的味道。若有, 就证明燃烧后的废气进入了水道, 造成冷却液高温。

柴油机智能化控制冷却系统试验研究 第5篇

随着柴油机技术的不断发展, 新一代装甲车辆柴油机的结构愈加紧凑, 单位体积功率增大[1], 柴油机的热流密度明显增加, 使得柴油机零部件工作环境更加恶劣, 柴油机热负荷及相关可靠性问题变得更加突出[2]。冷却系统是柴油机的重要辅助系统, 其作用是保证柴油机在不同环境、不同工况下保持合适的工作热状况。冷却系统工作性能的优劣, 直接影响着动力系统的整体性能[3]。大功率密度柴油机对冷却系统提出了精度高、响应快、实时控制等更高的要求[4], 使得传统的机械传动式冷却系统已经难以满足冷却要求。随着电子技术、控制理论的不断发展, 冷却系统电控化已成为解决新型柴油机冷却问题的主要途径。

目前, 电控化冷却系统逐步成熟并在民用汽车柴油机领域得到应用[5]。对于军用装甲车辆, 由于冷却系统的布置远比一般民用车辆复杂, 冷却系统的流通阻力较大, 水散热器后置且基本没有迎风, 所需风扇耗功很大。因而对冷却系统进行有效控制除了能保证柴油机最佳热状况下工作外, 还可以降低冷却系统的功耗。本文基于某型大功率密度柴油机建立了智能化控制冷却系统试验台架, 进行了热平衡台架试验和智能化冷却控制试验。

1 智能化控制冷却系统方案

1.1 智能化控制冷却系统结构

针对某大功率密度柴油机, 在原有冷却系统的基础上进行了改造, 形成了智能化控制冷却系统结构方案[6] (图1) 。智能化控制冷却系统采用相互独立的高低温双循环冷却设计, 高、低温循环有相互独立的管道和水泵。高温循环冷却缸套与缸盖部分, 低温循环冷却增压气体和机油。独立的高、低温双循环, 使得冷却系统可以根据各自冷却需求分别调节冷却强度。限于试验条件, 采用外源水代替空气冷却内循环水, 外源水的流量大小由电控阀控制。根据该柴油机的冷却需求初步确定了高低温循环控制目标:高温循环保证柴油机出口水温在 (90±3) ℃范围内平稳变化, 低温循环保证中冷器出口水温 (60±3) ℃范围内平稳变化。

1.2 智能化控制冷却系统原理与策略

根据冷智能化控制冷却系统结构方案, 明确冷却系统的各状态参数和执行机构特性, 结合控制要求设计冷却系统的控制系统。如图2所示, 智能化控制系统主要由传感器组、电控单元和执行机构等模块组成。控制系统工作时, 传感器采集柴油机转速、负荷、温度、压力等信号, 经转换后输入单片机, 单片机对信号进行分析处理并根据控制策略输出控制信号, 经功率驱动模块后控制高低温循环冷却水泵和电控阀, 实现冷却系统的强度调节。

根据冷却系统响应快、精度高的要求, 制定高、低温循环的控制策略:外源水流量与柴油机工况同步变化, 采用查表插值法控制 (图3) ;内循环水流量以高、低温回路各自观测点温度为反馈参数进行闭环控制, 采用模糊算法调节流量 (图4) 。其中, 外源水流量MAP由柴油机GT-Power模型与冷却系统GT-Cool模型耦合仿真计算得到, 并通过下文提到的冷却系统热平衡试验进行验证 (表1为大气压强为90kPa、环境温度为15℃时的高温循环外源水流量MAP) 。计算外源水流量时内循环水流量保持为预设的基准流量, 低温内循环基准流量为7m3/h, 高温内循环基准流量为30m3/h。

2 智能化控制冷却系统台架试验

2.1 试验台架搭建

按照智能化控制冷却系统方案对原柴油机台架进行改造:用新型电控水泵取代柴油机原有水泵, 重新布置高、低温循环水水道。改造后的台架如图5~图7所示。其中, 图5为柴油机及冷却系统试验整体台架, 图6为低温循环中的节温器、流量计、电机水泵与散热器等, 图7为高温循环散热器、电控阀门及其管路等。

图8为监控系统操作台, 包括柴油机及其冷却系统状态监控平台、测功机控制台、智能化控制冷却系统监控平台、冷却系统控制单元、控制单元上位机等。

2.2 热平衡试验

柴油机热平衡试验的目的是验证改造后的冷却系统能否满足冷却和控制要求, 校正上文中提到的外源水MAP, 为后续的智能化控制试验作准备。

试验环境温度为18℃, 大气压力为90kPa。试验时柴油机转速从800r/min到2 200r/min每隔200r/min取1个转速测点, 每个转速测点下取该转速下最低负荷与满负荷的25%、50%、75%、100%共5个点作为负载测试点 (图9) 。各测试点内循环水流量保持基准流量, 手动调节外源水流量。观测柴油机出口水温能否调节至 (90±5) ℃, 中冷器出口水温能否调节至 (60±5) ℃。

现场试验表明柴油机出口水温能调节至 (90±5) ℃, 中冷器出口水温能调节至 (60±5) ℃。认为进行管道改造后的冷却系统能满足冷却要求和控制要求。

2.3 智能化控制试验

智能化控制冷却系统的控制效果主要体现在变工况过程中。试验针对以下4种柴油机典型非稳态工况进行冷却系统控制效果研究:工况1, 最大爬坡突变到下坡工况, 转速保持1 600r/min不变, 由100%负荷变到最低负荷;工况2, 下坡工况突变到最大爬坡, 转速保持1 600r/min不变, 由最低负荷变到100%负荷;工况3, 最高车速工况突变怠速工况, 由2 200r/min、100%负荷过渡到800r/min、最低负荷;工况4, 怠速工况突变最高车速工况, 由800r/min、最低负荷过渡到2 200r/min、100%负荷) 。以上4种工况变化的过渡时间约为20s。

3 试验结果分析

3.1 外源水流量修正

图10为不同工况下高温循环外源水流量的计算值与试验值对比。由图10可见, 高温循环外源水流量试验值与计算值的平均误差为13.8%, 个别工况的误差达19.7%, 原因包括建模仿真误差及试验时环境因素的误差。为获得较精确的控制效果, 需根据试验值对数据进行修正。如果对外源水流量MAP中所有工况都进行热平衡试验校正, 工作量十分巨大, 因此以热平衡试验中40个工况的数据为样本进行外源水流量MAP校正。通过计算比较, 计算值乘以修正系数 (k=0.89) 后与试验值较吻合。同样, 对低温循环外源水流量也照此方法校验和修正。

3.2 控制效果分析

工况1由最大爬坡突变到下坡工况时, 转速保持在1 600r/min, 从100%负荷变到最低负荷。此时中冷器出口温度在 (60±1) ℃范围内平稳变化 (图11) , 柴油机出口温度在 (90±1) ℃范围内平稳变化 (图12) 。

工况2时由下坡工况突变到最大爬坡, 柴油机转速保持1 600r/min, 从最低负荷变到100%负荷, 中冷器出口温度始终控制在 (60±1) ℃ (图13) , 柴油机出口温度始终控制在 (90±1) ℃ (图14) 。

工况3由最高车速工况突变到怠速工况, 柴油机从2 200r/min、100%负荷过渡到800r/min、最低负荷。中冷器出口温度能始终被控制在 (60±1) ℃ (图15) , 柴油机出口温度始终控制在 (90±1) ℃ (图16) 。

工况4由怠速工况突变到最高车速工况, 即从800r/min、最低负荷过渡到2 200r/min、100%负荷。此时, 中冷器出口温度始终控制在 (60±1) ℃ (图17) , 柴油机出口温度始终控制在 (90±1) ℃ (图18) 。

由以上4种典型非稳态工况冷却系统控制试验结果分析可知, 中冷器出口温度始终控制在 (60±1) ℃, 柴油机出口温度始终被控制在 (90±1) ℃, 控制精度比预定的高。

3.3 冷却系统功耗分析

冷却系统的功耗包括风扇功耗及水泵功耗, 其中风扇功耗所占比例较大。水泵耗功可以直接与原冷却系统的水泵相比较。风扇功耗根据原冷却系统的风扇特性曲线, 将台架试验的外源水流量换算为风扇风量后再与原冷却风扇进行比较。

图19为不同转速和扭矩下智能化控制冷却系统相对原冷却系统的节省功耗比。其中, 的扭矩比为测试点扭矩与相同转速下的最大扭矩之比。由图19可知, 智能化控制冷却系统功耗与原冷却系统相比明显减小, 平均节省功耗比大于10%;相同转速下, 随着负载的降低, 节省的功耗比增大, 特别是高转速低负载情况下节省比例更为明显。

4 结论

(1) 采用高、低温双循环方案建立了智能化控制冷却系统, 采用模糊控制算法与查表插值法相结合调节冷却系统强度。台架试验表明:柴油机出口温度始终被控制在 (90±1) ℃, 中冷器出口温度始终被控制在 (60±1) ℃, 很好地满足预定冷却目标。

(2) 智能化控制冷却系统相对原机械式固定传动比传动冷却系统平均节省功耗比约10%, 有效减少了冷却系统的功耗。

(3) 本文设计智能化控制冷却系统能根据冷却需求实时调节冷却强度, 能以较低的功耗保证大功率密度柴油机在适宜的热状况下工作, 为智能化控制冷却系统的实车应用奠定了基础。

参考文献

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柴油机冷却系统 第6篇

关键词：内燃机,柴油机,冷却系统,热节点模型,动态特性,工程机械

0 概述

发动机冷却系统需合理匹配各元件,以满足散热要求。目前针对汽车发动机冷却系统散热器的研究很多,针对管片式散热器的匹配进行了数值模拟[1],研究了汽车管带式散热器的参数与性能的关系[2]。这些设计方法着重于研究汽车散热器的性能,对于匹配方面没有进行较深入的探讨。对于后置发动机客车的冷却系统匹配给出了大致解决方案[3],但方法较简单,并且只针对柴油机固定工况静态匹配散热系统。但工程机械柴油机经常工作于连续高负荷状态,环境也更为恶劣,容易出现水箱温度过高的问题,影响机器的正常作业。因此工程机械必须从动态角度来解决柴油机和冷却系统的合理匹配问题。在汽车的动态热平衡模型的基础上,针对冷却系统的非线性热控制方式作了探讨[4,5],但汽车的动态热平衡描述不能直接用于工程机械,因为工程机械发动机冷却风扇通常为吹风式风扇,吸入气流来自发动机舱,散热器进风温度很高,因此必须考虑发动机舱温度特性来准确描述发动机冷却系统的温度。本文考虑到发动机负载工况变化在柴油机上反映为转速的变化,建立了柴油机、散热器、发动机舱三节点组成的,以柴油机转速动态作为输入的冷却系统动态模型,使其可以描述柴油机转速随时间变化影响下的散热系统温度随时间的动态响应。本文简要介绍了传统的冷却系统匹配方法,在已有的传统匹配方法基础上建立动态热平衡模型,对于转速变化下系统输入量的动态变化提出确定方法,模型对冷却系统温度在柴油机转速变化下的动态响应的描述可与试验数据对比验证。

1 柴油机冷却系统传统匹配方法

柴油机冷却系统如图1所示。

图1中,Qin和Qout分别为冷却水系的输入热功率和输出热功率。

柴油机进入冷却水的热量由式(1)估算[3]:

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式中,a为冷却吸热比例,取0.18～0.25;Hu为燃料热值,柴油取值41 870 kJ/kg;ge为标定工况燃油消耗率;Pe为柴油机标定功率。

该热量也可由标定功率直接确定[3]:

Qin=(0.6～0.75)Pe (2)

散热器部分散热量满足:

Qout=KrArΔTm (3)

式中,Kr为散热器的总导热系数;Ar为总散热面积;ΔTm冷却水温与气温之差。

总导热系数Kr可用式(4)确定:

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式中,hw为水的导热系数;ha为空气的导热系数;δ为散热管壁厚;λT为散热器材料的导热系数。

平衡态的系统吸入热量与系统放出热量相等,此时Qin=Qout,温差ΔTm不能高于环境温度和沸点温度之差。传统设计思路在此基础上进行循环设计匹配,直到其性能满足要求。

然而工程机械柴油机冷却系统在高负荷、高温环境等极端工况下容易出现水箱温度过高的问题。对于传统匹配方法的不足之处分析如下:

(1) 只针对柴油机标定工况静态匹配散热系统,没有从动态的角度出发来解决柴油机和冷却系统的合理匹配问题。

(2) 仅考虑散热器和发动机两节点的冷却系统模型的精度不能满足要求。

(3) 散热器的强制对流换热过程十分复杂,各结构参数对散热性能参数的影响相互耦合,传统模型未加描述。

2 动态工程机械柴油机冷却系统热平衡模型

为研究不同负载工况对系统输入量的动态影响,考虑到发动机负载工况变化在柴油机上反映为转速的变化,建模以柴油机转速n随时间的变化关系作为输入,可写作n(t),系统响应以关键温度节点作为表征量,取柴油机出水口温度Te、散热器出水口温度Tr和风扇进风温度Tb 3个量为各温度节点随时间的变化关系。以下动态化处理的各部分以柴油机转速作为动态化自变量,统一写为函数F(n)的形式。

2.1 系统输入量的动态化处理

柴油机转速对冷却系统的输入量影响主要有4部分:冷却系输入热功率、发动机舱余热输入热功率、水流量及空气流量。以下分别介绍它们的动态确定方法。

2.1.1 冷却系输入热功率Qin(n)动态化

参考式(1)计算动态冷却系统输入:

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式中,g(n)为转速n下的燃油消耗率;a(n)为转速n下冷却系统带走热量比例;P(n)为转速n下的有效功率。

为确定a(n),对某6缸、标定功率160 kW的A型柴油机进行了热平衡研究试验,结果如表1所示。由表1可见,该柴油机冷却系统带走的热量占燃料总能量的比例在不同转速时大致维持在25 %。因此取a(n)为常数0.25。

2.1.2 发动机舱余热输入功率Qx(n)动态化

采用类似Qin(n)的方法,参考式(5)确定Qx(n):

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式中,系数B(n)为不同转速下的余热损失比例,它来源于柴油机内各部件放热的共同作用,因此很难确定。这里假设B(n)为常数,参考热平衡试验标定工况的余热损失比例,取0.03。

2.1.3 冷却水流量qw(n)和空气流量qa(n)动态化

对加装某散热器的A型柴油机冷却液流量与转速进行测试,数据如表2所示。

试验结果表明:在水道特性不变的情况下,水流量与柴油机转速成正比。通过试验[6]证明,在风道特性不变的情况下,风扇空气流量和它的转速成正比。因此可采用以下公式:

qw(n)=Ewn (7)

qa(n)=Ean (8)

式中,系数Ew、Ea由风道、水道及泵和风扇的特性决定,可通过试验测定转速和流量来计算。但这一方法仅适用于固定流道特性的系统。

2.2 散热器放热的动态化处理

2.2.1 散热器放热功率Qout(n)动态化

散热器的放热功率与水-气温差、水流量、气流量及散热器结构参数有关。流体流量的变化引起总导热系数Kr的变化,因此动态化处理Kr(n),公式(3)转化为:

Qout(n)=Kr(n)ArΔTm (9)

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水流量和空气流量的变化在热性能上反映为对流换热系数的变化,因此取对流换热系数作为动态量,分别设为hw(n)和ha(n),设Kr、Ar乘积为Rr(n),壁面导热公式(4)变为:

式中,ATi为管内面总面积;ATo为管壁面总面积;η为肋效率;Af为散热片总面积。

2.2.2 水侧对流换热系数hw(n)动态化

水的对流换热系数采用Dittus-Boelter公式[7],假设水流均匀分布于各管,则单管的水流速vw(n)与水流量关系为:

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式中,N1为管列数;N2为管排数;ATs为单管通水截面积。

Dittus-Boelter公式转化为式(13)来确定hw(n):

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式中,de为扁平管当量直径;vw为液体运动黏度;Prw为液体普朗特数;λw为液体传热系数。

2.2.3 空气侧对流换热系数ha(n)动态化

空气侧对流换热系数Nu:

Nu=C ReN (14)

系数根据JB2291的管片散热器风洞试验数据拟合为C=0.167、N=0.6。

假设空气流均匀分布于各空气道,则空气道最狭窄处流速va(n)与流量的关系为:

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式中,Aa min为空气道最狭窄处截面积。

式(14)转化为式(16)来确定ha(n):

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式中,υa为空气运动黏度;λa为空气传热系数。

2.3 动态热平衡模型的建立

建模描述散热器、柴油机、发动机舱3个部分的动态过程,作为3个模块,并由3个关键节点温度关系联系各个子模块,组成整体动态模型。

2.3.1 冷却系柴油机部分热模块

冷却系柴油机部分和散热器部分的热平衡微分方程参考Pradeep的模型[4]建立。柴油机中水带走的热功率Qwe(n)为:

Qwe(n)=cpwqw(n)(Te-Tj) (17)

式中,cpw为冷却液比热容;Tj为柴油机进水口温度。

冷却系柴油机部分热平衡微分方程如下:

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式中,热容Ce可由柴油机水容量和水比热容确定。

设H作为节温器开启量(0～1),则

Tj=(1-H)Te+HTr (19)

节温器设定参数包括开启温度TH1(通常约77 ℃),全开温度TH2(通常约90 ℃)。开启量H可设定为0至1的分段函数。

2.3.2 冷却系散热器部分热模块

散热器中冷却水带来的热功率Qwr(n)为:

Qwr(n)=Hcpwqw(n)(Te-Tr) (20)

散热器热平衡微分方程如下:

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式中,热容Cr可由散热器水容量、水比热容及散热器本身热容确定。

肋效率由式(22)[1]确定:

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式中,Ft为散热片厚度;Fh为散热片高度。

2.3.3 发动机舱热模块

发动机舱是非常复杂的开放式系统,流场和温度场分布很不均匀,这方面研究一般借助CFD商用软件工具完成。这里仅简化考虑舱内柴油机放热和舱外环境的作用对于舱内空气温度的影响。

风扇进风温度Tb为舱内空气温度,发动机舱热方程如下:

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式中,Cb为发动机舱热容;Qs为发动机舱与环境热交换功率。

设Rs为舱体与环境的综合导热系数:

Qs=Rs(Tc-Tb) (24)

式中,Tc为综合环境温度。

假设对于同样的机型其空气流通、围护结构导热等因素均恒定,则Rs可看作确定参数。它的确定需要通过试验进行,可用标定工况平衡态发动机舱内温度和综合环境温度之差及余热功率计算得到。

为同时考虑环境温度和太阳辐射的影响,参考汽车空调负荷的研究方法,用式(25)确定外壁的综合环境温度Tc:

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式中,T∞为环境温度;ρ为太阳辐射吸收系数;I为太阳辐射强度;hH为外壁导热系数,无风时可取值29 W/(mK)。

3 计算机仿真与试验结果

3.1 仿真模型的建立

计算机仿真模型设计框图如图2所示。

模型用柴油机转速随时间的变化作为输入,内部参数按该机型的柴油机、散热器设计参数选取。根据前文公式,冷却系柴油机部分、散热器部分和发动机舱部分热模块如图3所示。

将转速随时间变化输入动态系统模型即可进行仿真,仿真得到Te、Tr和Tb随时间的变化。该仿真结果可以与试验结果相对比来验证模型的有效性。

3.2 热平衡试验

以50装载机配备A型柴油机为对象,进行现场大油门跑车热平衡试验。试验时节温器拆除,测量环境温度、柴油机转速、柴油机出水口温度、进水口温度及风扇进风温度,数据记录仪采样时间间隔1 s,试验时间约1 h。试验结果如图4所示。

3.3 结果讨论

由图4可见,建立的工程机械柴油机冷却系统动态热平衡模型可以描述在外环境干扰和内工况变化影响之下冷却系统的动态响应,比较符合试验测得的实际情况。由于模型中做了一些线性简化,特别是发动机放热动态问题复杂性和非线性很强,因此对这些问题的进一步研究有助于精度的提升。

4 结论

在传统静态热平衡模型的基础上建立了以柴油机转速作为输入,能够反映冷却系统温度变化动态特性的工程机械柴油机冷却系统热模型,经试验和仿真结果对比,表明在一定程度上能够描述工程机械冷却系统的热过程,可作为针对动态工况的工程机械柴油机散热系统研究模型。

参考文献

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柴油机冷却系统 第7篇

1 防爆柴油机本体高温影响因素

冷却系统由水套、水冷排气管、油散热器、水散热器、水泵、节温器、膨胀水箱和水管等组成。矿用防爆柴油机工况比较恶劣,导致发动机本体高温的因素很多,主要因素有循环水量、散热效率、空气流量等。由于该型矿用胶轮车为首批试用车型,在设计初期存在一些缺陷和不足,冷却系统散热效果受到严重制约。

循环水量不仅和水泵的结构和转速有关,而且与冷却水量以及水流的组织是否合理有关。冷却水量应基本与柴油机功率成正比,1 k W约需0.3~0.4 L冷却水。原有水泵压力不足,流量不充分,使得冷却水的局部压力低于某一给定温度下的蒸发压力时,会产生气泡,使水泵形成汽液两相供水现象,流量大为下降,造成发动机过热。同时由于水泵入口处压力最低,所以当水泵泵水压力不足时,极易发生气蚀现象。

散热效率同水箱有关。原有膨胀水箱的安装高度偏低,不能形成足够的静水压,不利于冷却液循环。

空气流量与风扇的直径、转速、叶片形状、导风板密封程度、水箱罩和风扇叶片相对位置等因素有关。风扇的叶片直径及角度对扇风量影响很大。原有散热器也存在着大量缺陷,导风罩不密封,吹风式风扇等极易引起热风回流,风扇叶片片距偏小,进排风面积较小,风扇和散热器距离调整不合理等大大制约了整体冷却性能。

2 防爆柴油机冷却系统计算分析

在煤矿井下车辆运行过程中,经常出现“开锅”和发动机本体高温现象,所以在防爆柴油发动机冷却系统设计过程中,匹配合理的散热器和风扇就显得尤为重要。防爆柴油机的冷却系统在设计时,需满足:水冷式散热器容量不低于0.038L/k W;迎风面积不小于0.002 4 m2/k W,标定转速下柴油机本体外水冷式散热系统阻力低于0.05 MPa。

2.1 散热器应带走的散热量

散热器应带走防爆柴油机本体的散热量计算公式为:

式中,A为冷却系统热量占燃料热能的百分比;b e为防爆柴油发动机燃料消耗率;N e为防爆柴油发动机功率;h g为燃烧低热值。利用表1中的参数计算可得:散热量为109.8 k W,而柴油机厂提供的试验数据为Qf=105 k W。表明经验公式计算结果比较准确。

由于煤矿井下用无轨胶轮车对防爆柴油机的特殊性要求,防爆柴油机的排气系统采用了水冷式排气循环系统,根据经验排气系统的水循环系统所带走的热量一般为总热量的25%~45%,考虑到井下的特殊性,本柴油机取最大值45%,即排气系统的水循环系统所带走的热量为柴油机本体的0.818倍,约为89.4 k W,所以散热器应带走的总的热量为198.7 k W。

考虑到井下防爆柴油发动机实际运行工况,防爆柴油机超载工况较多,故在设计时防爆柴油机的扭矩储备系数通常为1.1~1.3,取储备系数为1.1,因此该井下防爆柴油发动机冷却系统的散热总功率为198.7(1+10%)≈218 k W。

2.2 水泵设计计算

式中,Qw为散热总功率,Δtw为冷却水在柴油机中循环时的容许温升,ρw为水的密度,cw为水的比热容。

水泵的泵水量可根据冷却水循环量初步确定:

式中,ηw为水泵容积效率。

水泵的压力应当足以克服防爆柴油机冷却系统中所有的流动阻力,并得到必要的冷却水循环的流动速度,此外,为冷却可靠,在工作温度下水在任一点的压力均应大于此时饱和蒸汽压力。其水泵泵水压力由下式确定:

式中,n s为水泵转速,n为防爆柴油机转速。

2.3 散热器设计计算

冷却空气的流量由下式确定:

式中,ΔTa为冷却空气的进出口温度差,ρa为r空气密度,Cp为空气的定压比热。

确定水散和油散的散热面积A:

式中,Q1为柴油钢套水带走的热量,Tm为水或油散热器冷却液和冷却空气的平均温差,K为传热系数。

3 冷却系统改造

a.散热器:采用封闭式冷却系统,膨胀箱的压力盖所保持的系统内压力,可使冷却水在100℃仍不会沸腾,加大内外温差,可大大提高散热能力,而且冷却水不直接与外界抵触,可减少“死水”现象。另外除水散热器优化外,由于不同的冷却介质要求的风温和最终的冷却温度不同,增加液压油散热器,排列进风顺序为:液压油散热器+空冷器+缸套水散热器。根据整机的几何空间,尽可能增大正面尺寸,削薄散热器芯子厚度,这样可减少散热阻力,增加风量,充分发挥风扇性能。进排风面积改为散热器通风面积的1.25~1.5倍,将导风罩密封性加强,避免热风回流。膨胀水箱安装高度调整,形成足够静水压,而且要限制水位,形成一定的膨胀空间约1/3,以利于气泡排出。

b.水泵:改选离心式水泵,尺寸小,出水量大,结构简单,损坏后不妨碍水在冷却系统中自然循环的优点可大大提高散热性能。

c.风扇:大的迎风面积可选用大直径、低转速风扇,风扇的消耗功率与转速的3次方成正比,所以在保证散热风量的条件下,降低风扇转速可明显降低风扇消耗的功率。根据散热器的正面面积及风扇转速确定风扇的直径、片型和材质。根据“性能最大化”的选型原则,使风量最大,风压最高,消耗功率最低。为防止热风反弹,风扇旋向由原来的吹风式改为吸风式,即风向依次经过散热器-风扇-发动机。将风扇叶片宽度的2/3置于导风罩内,风扇叶尖与导风罩的间隙越小越好,控制在风扇直径的2.5%内。水散片距在满足散热量的前提下,应尽量增加,选8FPI-10FPI,此时的传热系数增大,风阻降低,可提高散热性能。

4 结论

防爆柴油机冷却系统的性能直接影响着设备的工作效率,通过对6121ZLQFB型防爆胶轮车柴油发动机的冷却系统进行了匹配计算,对原有冷却系统进行了有效改造设计。结果表明在标定工况和最大扭矩工况时,所匹配的风扇和散热器能够正常工作,我们在计算和改造过程中详细考虑了风阻、风速、热燃比等因素,因此该方法对煤矿用车辆防爆柴油机的冷却系统设计具有一定的实际应用价值。

摘要：目前煤矿快速开采和连续作业使得煤矿胶轮车用柴油机热负荷越来越高,因此对其冷却性能的要求也就越来越高,为提高柴油机冷却系统的性能,对其进行匹配研究和分析计算,在原冷却系统的基础上进行了改造,提高了系统散热能力,减少整体功率消耗,解决了原发动机系统出现的高温问题。该方法的研究和应用在柴油机热平衡领域具有理论和现实双重意义。

关键词：煤矿胶轮车,冷却系统,匹配研究,设计计算,热平衡

参考文献

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