Hệ thống làm mát của máy phát điện Diesel hoạt động như thế nào?
Hệ thống làm mát của máy phát điện diesel hoạt động như thế nào?
Chương này nói về những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống làm mát động cơ diesel và tại sao mỗi bộ phận lại quan trọng để động cơ hoạt động tốt.
Làm mát động cơ bằng cơ học
25–30 phần trăm nhiệt lượng từ nhiên liệu đi vào động cơ được hệ thống làm mát hấp thụ.
Nếu lượng nhiệt này không tự thoát ra ngoài, nhiệt độ bên trong động cơ sẽ tăng nhanh đến mức khiến các bộ phận bị hỏng và động cơ ngừng hoạt động. Tất cả các động cơ diesel thương mại đều có hệ thống làm mát để thu nhiệt này và chuyển nó sang môi trường hấp thụ nhiệt bên ngoài động cơ.
Nhiều động cơ hiện đại có hệ thống tăng áp đảm bảo có đủ không khí để nhiên liệu đốt cháy và tạo ra năng lượng cần thiết. Cơ chế tăng áp giúp khí đốt nóng hơn. Trước khi không khí cháy đi vào xi lanh động cơ, nó cần được làm mát để đảm bảo có đủ pound không khí để đốt cháy nhiên liệu (nhằm duy trì mật độ không khí). Một bộ trao đổi nhiệt trông giống như bộ tản nhiệt được đặt trong đường ống giữa đầu ra của máy nén bộ tăng áp và ống dẫn khí của động cơ. Đây được gọi là bộ làm mát không khí hoặc bộ làm mát sau. Công việc của bộ tản nhiệt này là loại bỏ nhiệt từ không khí đốt. Bộ trao đổi nhiệt này có thể sử dụng hệ thống nước áo khoác hoặc hệ thống nước dịch vụ để lấy nước (tản nhiệt cuối cùng).
Khi sử dụng nước bảo dưỡng, có thể có thêm một bộ trao đổi nhiệt giữa hệ thống nước bảo dưỡng và hệ thống nước làm mát trung gian để làm sạch và bảo dưỡng nước trong hệ thống nước làm mát trung gian để nước này không làm hỏng bộ làm mát không khí trung gian.
Nguyên tắc cơ bản của hệ thống làm mát
Hầu hết các động cơ diesel đều có hệ thống làm mát giống như một chiếc áo khoác và có một vòng khép kín. Khi chất làm mát chảy qua động cơ, nó sẽ thu nhiệt từ các ống lót xi lanh, đầu xi lanh và các bộ phận khác.
Nước làm mát khi ra khỏi động cơ càng mát thì động cơ hoạt động càng tốt. Mặt khác, nhiệt độ nước làm mát quá cao có thể gây hư hỏng cấu trúc do làm cho các bộ phận động cơ quá nóng. Dầu bôi trơn cũng có thể được làm mát bằng nước áo khoác và bộ trao đổi nhiệt. Hầu hết các động cơ diesel hoạt động tốt nhất với nhiệt độ xả nước áo khoảng 180oF và tăng nhiệt độ thông qua động cơ từ 8 đến 15oF.
Hầu hết các động cơ diesel làm mát bằng nước làm chất làm mát. Tuy nhiên, bản thân nước có thể gây rỉ sét, tích tụ khoáng chất và đóng băng.
Chất chống đông, như ethylene glycol hoặc propylene glycol, cần được thêm vào động cơ có thể gần hoặc dưới mức đóng băng. Giải pháp phổ biến nhất là trộn chất chống đông và nước, hoạt động ở nhiệt độ thấp nhất là -40 độ F. Chất chống đông thương mại có hóa chất ngăn rỉ sét. Thêm chất chống đông làm cho nhiệt khó di chuyển hơn.
Hầu hết thời gian, động cơ diesel được sử dụng tại các lò phản ứng hạt nhân cho dịch vụ khẩn cấp không tiếp xúc với nhiệt độ đóng băng. Trong những điều kiện này, không cần chất chống đông. Tuy nhiên, có thể ngăn chặn sự ăn mòn bằng cách trộn các hóa chất ngăn chặn sự ăn mòn với nước đã được loại bỏ các khoáng chất của nó.
Thành phần hóa học của nước: Nước dùng để làm mát động cơ không được có bất kỳ hóa chất nào gây cặn hoặc đóng cặn. Hầu hết thời gian, nước khử khoáng được sử dụng. Độ pH của nước phải nằm trong khoảng từ 8 đến 9,5.
Tốt nhất là thêm chất ức chế ăn mòn như Nalco 2000 để giữ cho cặn không tích tụ trên lót xi lanh và đầu xi lanh. Một phần mười sáu inch tỷ lệ cũng giống như thêm một inch thép vào động cơ để làm cho nó ít có khả năng thoát nhiệt hơn. Phân tích hóa học của chất làm mát được thực hiện thường xuyên và lượng chất ức chế ăn mòn phù hợp được thêm vào để giữ cho tính chất hóa học của nước luôn ổn định.
Làm thế nào để giữ cho động cơ luôn mát
Trên một số thiết lập, nước trong bộ làm mát trung gian và nước trong áo khoác được làm mát bằng các bộ phận khác nhau của bộ tản nhiệt. Hầu hết thời gian, mạch nước áo khoác được sử dụng để làm mát dầu bôi trơn trong những tình huống này.
Với sự trợ giúp của một bình giãn nở (còn được gọi là "đầu" hoặc "bể trang điểm"), được lắp phía trên động cơ để giữ đầu trên hệ thống, chất làm mát được lưu trữ trong chính hệ thống động cơ. Động cơ điều khiển máy bơm hút không khí từ hệ thống và đưa chất làm mát đến động cơ. Trong hầu hết các hệ thống, nước rời khỏi động cơ thông qua một van được điều khiển bởi bộ điều nhiệt. Nếu nước quá lạnh, một đường dẫn nước sẽ đi xung quanh bộ trao đổi nhiệt. Nước đi qua bộ trao đổi nhiệt nếu quá nóng.
Van điều chỉnh nhiệt (TCV) tìm hiểu mức độ nóng của chất làm mát và phản ứng với nó.
Ngay khi nhiệt độ của chất làm mát động cơ giảm xuống dưới điểm đặt của van, chất làm mát sẽ được đưa qua bộ trao đổi nhiệt nước áo khoác. Khi nhiệt độ của chất làm mát cao hơn điểm đặt, van sẽ đưa chất làm mát qua bộ trao đổi nhiệt. Nhiệt dư thừa sau đó được gửi đến hệ thống nước thô hoặc dịch vụ. Khi động cơ diesel khởi động, dòng nước dịch vụ sẽ tự bắt đầu.
Thông qua lối ra của bộ trao đổi nhiệt, hoặc đường vòng, nước quay trở lại máy bơm nước áo khoác và cuối cùng là động cơ. Trong nhiều hệ thống, hệ thống dầu bôi trơn được làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống nước áo khoác. Đối với những động cơ mà điều quan trọng là phải giữ cho dầu bôi trơn mát hơn nước trong áo khoác, nhiệt của dầu được truyền trực tiếp đến hệ thống dịch vụ/nước thô thông qua bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống dầu bôi trơn.
Khi chất làm mát đến khối xi lanh, nó sẽ chảy qua các kênh và/hoặc đường ống bên trong đến đáy của lớp lót xi lanh. Khi chất lỏng đi lên, nó chảy xung quanh các ống lót xi lanh và đi vào các đầu xi lanh. Khi chất làm mát rời khỏi đầu xi lanh, nó sẽ đi vào đầu ra và sau đó đến van hằng nhiệt.
Trên động cơ có bộ làm mát trung gian hoặc bộ làm mát sau, một phần nước trong áo khoác đi qua bộ làm mát trung gian để lấy nhiệt từ lượng không khí nạp vào không cần thiết. Trên nhiều động cơ có bộ làm mát trung gian hoặc bộ làm mát phụ, lượng nhiệt dư thừa này được gửi đến hệ thống dịch vụ/nước thô bằng một bộ trao đổi nhiệt riêng biệt. Điều này là tốt vì nước trong bộ làm mát trung gian nên được làm mát ở nhiệt độ thấp hơn nước trong hệ thống nước áo khoác. Hầu hết các động cơ ALCO sử dụng hệ thống nước áo khoác để làm mát nước trong bộ làm mát trung gian.
Bình giãn nở - Nhiều động cơ sử dụng bình giãn nở có đóng kín bằng áp suất hoặc bình giãn nở được lắp đủ cao để duy trì áp suất cần thiết (độ áp suất dương ròng - NPSH) trên hệ thống. Hầu hết thời gian, bình giãn nở được đặt ngay phía trên điểm cao nhất của hệ thống nước làm mát áo khoác và các đường thông hơi được sử dụng để giữ cho hệ thống không có không khí. Một số bình giãn nở có thể được bơm lên để giữ áp suất cao hơn, giúp nâng cao điểm sôi của chất lỏng làm mát.
Ống đứng là một chiếc bình được dựng thẳng đứng và có cùng độ cao với động cơ. Nó chứa chất làm mát động cơ và có một khoảng trống để chứa không khí bù cho sự giãn nở của chất làm mát khi nó nóng lên.
Ống đứng thường được thông ra ngoài không khí, tạo nên một hệ thống làm mát không bị áp suất. Mực nước trong ống đứng phải đủ cao để đạt được NPSH yêu cầu, hoặc bể phải được điều áp.
Máy bơm nước áo khoác: Động cơ điều khiển máy bơm nước áo khoác ly tâm một cấp, được cung cấp bởi trục khuỷu của động cơ thông qua một loạt các bánh răng.
Như đã thấy, nước đi vào đầu hút của máy bơm. Bộ truyền bánh răng của động cơ dẫn động bánh răng dẫn động bơm, từ đó làm quay trục bơm và bánh công tác. Tốc độ của chất làm mát được tăng lên nhờ lực ly tâm khi bánh công tác quay. Khi chất làm mát đi vào vỏ bơm, vận tốc của nó giảm và áp suất của nó tăng lên tương ứng. Chất làm mát tràn từ vỏ bơm vào đầu ống nước của áo khoác đến đầu dưới của ống lót xi lanh ở áp suất cao hơn.
Chất làm mát cho động cơ đi lên qua đáy của van điều khiển hằng nhiệt. Khi nhiệt độ chất làm mát thấp, như thể hiện ở phía bên phải của sơ đồ, van trượt poppet vẫn ở vị trí hướng lên và chất làm mát đi xung quanh bộ trao đổi nhiệt.
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, các viên sáp bên trong các bộ phận kiểm soát nhiệt độ sẽ nở ra. Điều này đẩy ống phần tử và van poppet xuống. Vì vậy, dòng chảy qua đường nhánh bị hạn chế hoặc điều tiết, như thể hiện ở phía bên trái của sơ đồ và chất làm mát được gửi đến bộ trao đổi nhiệt.
Khi sử dụng, van thay đổi vị trí của nó trong phạm vi nhiệt độ khoảng 10 đến 150 độ F để giữ cho nhiệt độ của chất làm mát khá ổn định.
Bộ trao đổi nhiệt nước kiểu áo khoác - Bộ trao đổi nhiệt nước kiểu áo khoác thường được làm bằng vỏ và ống. Về phía vỏ, chất làm mát động cơ thường chảy qua các ống, trong khi nước dịch vụ chảy qua các ống.
Hệ thống giữ ấm nước áo khoác
Khi tắt động cơ một lúc, nhiệt độ bên trong động cơ giảm đi rất nhiều. Khởi động nhanh và tải nhanh động cơ nguội, vốn là điển hình của động cơ diesel ứng dụng hạt nhân trong các tình huống khẩn cấp, khiến động cơ chịu nhiều căng thẳng và hao mòn nhanh hơn cho đến khi đạt đến nhiệt độ hoạt động bình thường.
Hệ thống giữ ấm bằng nước áo khoác được thể hiện trên cùng một sơ đồ với hệ thống làm mát bằng nước áo khoác tiêu chuẩn. Bộ phận này giữ cho nhiệt độ của chất làm mát động cơ bằng hoặc gần với nhiệt độ vận hành bình thường. Điều này không có nghĩa là tất cả các bộ phận đều ở nhiệt độ bình thường.
Vì động cơ diesel sử dụng nhiệt từ quá trình nén để khởi động nên việc giữ ấm động cơ sẽ giúp động cơ khởi động nhanh hơn nhiều và ít có khả năng động cơ không khởi động do nhiệt độ khí nạp quá thấp.
Máy bơm giữ ấm: Máy bơm giữ ấm là máy bơm ly tâm một cấp chạy bằng điện. Nó tương tự như máy bơm chạy bằng động cơ ở chỗ nó giữ cho chất làm mát được làm nóng di chuyển qua động cơ ngay cả khi động cơ đã tắt.
Máy sưởi giữ ấm: Máy sưởi ấm giữ nước kiểu áo khoác là một máy sưởi điện kiểu ngâm, giống như máy sưởi giữ ấm dầu bôi trơn.
Nó được đặt trong một ống đứng hoặc bể sưởi ấm riêng biệt. Nó được điều khiển bởi một bộ điều chỉnh nhiệt để giữ cho động cơ ở nhiệt độ thích hợp.
Cách thức hoạt động của hệ thống: Khi động cơ ở chế độ "chờ", hệ thống "keepwarm" sẽ bật. Máy bơm giữ ấm tạo ra một khoảng chân không trong hệ thống và đưa nước vào đầu vào nước áo khoác của động cơ. Khi động cơ đang chạy, các van kiểm tra có thể được đặt trong hệ thống giữ ấm để ngăn dòng chảy sai hướng. Chất làm mát được làm nóng chảy qua động cơ, làm nóng xi-lanh, đầu xi-lanh và các bộ phận khác được làm mát bằng nước.
Hệ thống nước làm mát
Hệ thống nước của bộ làm mát trung gian cung cấp nước cho bộ làm mát trung gian hoặc bộ làm mát sau, được lắp đặt trên các ống nạp khí đốt của động cơ. Nó là một bộ trao đổi nhiệt giống như một bộ tản nhiệt làm mát không khí đốt sau máy nén tăng áp và trước ống góp khí/thông gió của động cơ.
Làm mát làm cho không khí đậm đặc hơn, cho phép nhiều oxy đốt cháy nhiều nhiên liệu hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn. Hơn nữa, không khí đốt cháy làm mát các đỉnh piston.
Nước được sử dụng để làm mát trung gian thường phải khá gần với nhiệt độ của không khí xung quanh. Vì lý do này, tốt hơn là nên sử dụng nước dịch vụ thay vì nước áo khoác có nhiệt độ cao hơn nhiều (160 đến 180oF).
Sơ đồ hệ thống nước làm mát trung gian và làm mát sau điển hình
Bởi vì những bộ phận này giống như những bộ phận được sử dụng trong hệ thống nước áo khoác nên chúng tôi sẽ không nói về chúng nữa.
Trong một số hệ thống nước làm mát trung gian, bộ điều nhiệt có thể được sử dụng để giữ cho nước làm mát trung gian không bị quá lạnh, đặc biệt là trong thời tiết lạnh hoặc khi động cơ không hoạt động nhiều. Điều này giữ cho độ ẩm ngưng tụ trong không khí đốt càng nhiều càng tốt. Trong một số hệ thống, hệ thống nước trong áo khoác và hệ thống nước của bộ làm mát trung gian được liên kết với nhau để bộ làm mát trung gian có thể được làm nóng khi cần thiết.
Nếu khí đốt đi vào động cơ quá lạnh, động cơ có thể khởi động lâu hơn, động cơ có thể không hoạt động tốt khi tải thấp và lót xi-lanh có thể không được bôi trơn tốt. Để giảm thiểu tác động này, một số nhà sản xuất hạn chế dòng nước làm mát đến bộ làm mát trung gian và/hoặc cung cấp nước ấm cho áo khoác khi cần thiết.
Van hằng nhiệt trong mạch giữ cho nước trong bộ làm mát trung gian không bị quá lạnh, giúp không khí đi vào động cơ cũng không bị quá lạnh. Khi không khí quá lạnh có thể khiến hơi nước ngưng tụ trong động cơ và khói "trắng" thoát ra từ ống xả.
Nhiều thứ khác làm cho nó mát mẻ
Hầu hết thời gian, máy phát điện diesel được giữ trong một tòa nhà có ít lỗ hở.
Có một số nguồn nhiệt trong phòng EDG, chẳng hạn như động cơ và máy phát điện. Để có hiệu suất tốt nhất, thiết bị đóng cắt, bảng điều khiển, thiết bị giám sát, bình nhiên liệu ban ngày, (các) máy nén khí và (các) bình chứa khí trong khu vực này phải được giữ ở nhiệt độ lạnh.
Phòng của EDG không thể nóng hơn 122 độ F (50 độ). Vì vậy, điều cần thiết là mang đủ không khí mát (không khí xung quanh) để thoát nhiệt và giữ nhiệt độ trong phòng dưới mức cao nhất cho phép. Mặc dù nhiệt độ phòng không ảnh hưởng nhiều đến bản thân động cơ, nhưng nhiệt độ phòng EDG rất cao có thể ảnh hưởng đến máy phát điện và các bộ phận khác. Nếu không khí để đốt cháy động cơ đến từ phòng, không khí nóng đi vào động cơ có thể làm cho động cơ kém hiệu quả hơn.
