Hvordan fungerer kjølesystemet til en dieselgenerator?

Hvordan fungerer kjølesystemet til en dieselgenerator?

Dette kapittelet snakker om de viktigste delene av dieselmotorens kjølesystemer og hvorfor hver enkelt er viktig for at motoren skal fungere godt.

Kjøler motoren mekanisk
25–30 prosent av all varmen som kommer fra drivstoffet og går inn i motoren tas opp av kjølesystemet.
Hvis denne varmen ikke blir kvitt seg selv, vil motorens indre temperatur stige raskt til et punkt hvor deler går i stykker og motoren slutter å fungere. Alle kommersielle dieselmotorer har et kjølesystem for å samle denne varmen og flytte den til et medium som suger opp varme utenfor motoren.
Mange moderne motorer har turboladesystemer som sørger for at det er nok luft til at drivstoffet kan brenne og lage den kraften som trengs. Mekanismen for turbolading gjør forbrenningsluften varmere. Før forbrenningsluften går inn i motorsylindrene, må den avkjøles for å sikre at det er nok kilo luft til å brenne drivstoffet (for å opprettholde lufttettheten). En varmeveksler som ser ut som en radiator settes i røret mellom turboladerens kompressoruttak og motorens luftmanifold. Dette kalles en luftintercooler eller etterkjøler. Oppgaven til denne radiatoren er å fjerne varme fra forbrenningsluften. Denne varmeveksleren kan bruke enten kappevannsystemet eller servicevannsystemet for å få vannet sitt (den ultimate kjøleribben).
Når det brukes servicevann, kan det være en ekstra varmeveksler mellom servicevannsystemet og intercooler-vannsystemet for å rense og vedlikeholde vannet i intercooler-vannsystemet slik at det ikke skader luftintercooleren.

Kjølesystem grunnleggende
De fleste dieselmotorer har et kjølesystem som ser ut som en jakke og har en lukket sløyfe. Når kjølevæsken strømmer gjennom motoren, henter den varme fra sylinderforingene, sylinderhodene og andre deler.

Jo kjøligere kjølevæsken er når den forlater motoren, jo bedre vil motoren fungere. På den annen side kan kjølevæsketemperaturer som er for høye forårsake strukturelle skader ved å la motordeler overopphetes. Smøreolje kan også kjøles ved hjelp av kappevann og varmeveksler. De fleste dieselmotorer fungerer best med en vannutslippstemperatur på ca. 180oF og en temperaturøkning gjennom motoren på mellom 8 og 15oF.

De fleste dieselmotorer kjøles ned med vann som kjølevæske. Likevel kan vann i seg selv forårsake rust, mineraloppbygging og frysing.
Frostvæske, som etylenglykol eller propylenglykol, må legges til motorer som kan være nær eller under frysepunktet. Den vanligste løsningen er å blande frostvæske og vann, som fungerer ved temperaturer så lave som -40 grader F. Kommersiell frostvæske inneholder kjemikalier som hindrer rust fra å oppstå. Tilsetning av frostvæske gjør det vanskeligere for varmen å bevege seg.
Mesteparten av tiden er dieselmotorer som brukes ved atomreaktorer for nødtjeneste, ikke utsatt for minusgrader. Under disse forholdene er det ikke behov for frostvæske. Likevel kan korrosjon stoppes ved å blande kjemikalier som stopper korrosjon med vann som har blitt strippet for mineralene.

Vannkjemi: Vann som brukes til å kjøle en motor bør ikke ha noen kjemikalier som forårsaker avleiringer eller avleiringer. Mesteparten av tiden brukes demineralisert vann. Vannets pH bør være et sted mellom 8 og 9,5.
Det er best å legge til en korrosjonsinhibitor som Nalco 2000 for å unngå at kalk bygger seg opp på sylinderforingene og sylinderhodene. En sekstendedel av en tomme skala er det samme som å legge til en tomme stål til motoren for å gjøre det mindre sannsynlig at den slipper gjennom varme. En kjemisk analyse av kjølevæsken gjøres med jevne mellomrom, og riktig mengde korrosjonsinhibitor tilsettes for å holde vannets kjemi riktig.

Hvordan holde en motor kjølig
På enkelte oppsett kjøles vannet i intercooleren og vannet i jakken av forskjellige deler av radiatoren. Mesteparten av tiden brukes kappevannkretsen til å kjøle ned smøreoljen i disse situasjonene.
Ved hjelp av en ekspansjonstank (også kalt "hode" eller "sminketank"), som er installert over motoren for å holde hodet på systemet, lagres kjølevæske i selve motorsystemet. Motoren driver pumpen, som trekker luft fra systemet og sender kjølevæske til motoren. I de fleste systemer forlater vannet motoren gjennom en ventil som styres av en termostat. Hvis vannet er for kaldt, lar en snor det gå rundt varmeveksleren. Vannet går gjennom varmeveksleren hvis det er for varmt.
Den termostatiske reguleringsventilen (TCV) finner ut hvor varm kjølevæsken er og reagerer på den.

Så snart temperaturen på motorkjølevæsken faller under settpunktet til ventilen, sendes kjølevæske gjennom kappevannvarmeveksleren. Når temperaturen på kjølevæsken er høyere enn settpunktet, sender ventilen kjølevæsken gjennom varmeveksleren. Overskuddsvarmen sendes deretter til råvanns- eller servicevannsystemet. Når en dieselmotor starter, starter strømmen av servicevann av seg selv.
Gjennom varmevekslerens utgang, eller bypass-linje, går vannet tilbake til kappevannpumpen og til slutt motoren. I mange systemer kjøles smøreoljesystemet av en varmeveksler i kappevannsystemet. For motorer hvor det er viktig å holde smøreoljen kjøligere enn kappevannet, sendes oljevarmen direkte til service-/råvannsystemet gjennom varmeveksleren i smøreoljesystemet.
Når kjølevæsken kommer til sylinderblokken, strømmer den gjennom interne kanaler og/eller rør til bunnen av sylinderforingene. Når væsken går opp, renner den rundt sylinderforingene og inn i sylinderhodene. Når kjølevæsken forlater sylinderhodene, går den inn i et utløpshode og deretter til termostatventilen.
På motorer med intercooler eller etterkjøler går noe av kappevannet gjennom intercoolerne for å ta inn varme fra den innkommende luftladningen som ikke er nødvendig. På mange motorer med intercooler eller etterkjøler sendes denne ekstravarmen til service-/råvannsystemet av en separat varmeveksler. Dette er bra fordi vannet i intercooleren bør avkjøles til en temperatur som er lavere enn vannet i jacket-vannsystemet. De fleste ALCO-motorer bruker jakkevannsystemet til å kjøle ned vannet i intercooleren.

Ekspansjonstank - Mange motorer bruker en ekspansjonstank med trykklukking, eller ekspansjonstanken er montert høyt nok til å opprettholde den nødvendige høyden (netto positivt trykkhode - NPSH) på systemet. Mesteparten av tiden er ekspansjonstanken plassert rett over det høyeste punktet på kjølevannssystemet for kappe, og ventilasjonsrør brukes for å holde systemet fritt for luft. Noen ekspansjonstanker kan pumpes opp for å holde et høyere trykk, noe som bidrar til å heve kokepunktet til kjølevæsken.

Et standpipe er en tank som er satt opp vertikalt og er i samme høyde som motoren. Den inneholder motorkjølevæske og har plass til luft for å kompensere for kjølevæskens utvidelse når den blir varm.
Standrør er vanligvis ventilert til luften, noe som gjør et kjølesystem som ikke er under trykk. Vannnivået i standrøret må være høyt nok til å nå nødvendig NPSH, eller tanken må være under trykk.

Jacket Water Pump: Motoren driver en-trinns sentrifugal jacket vannpumpe, som drives av veivakselen til motoren gjennom en rekke gir.

Som sett kommer vann inn i sugeinngangen til pumpen. Motorgiret driver pumpedrevet, som igjen roterer pumpeakselen og impelleren. Kjølevæskens hastighet økes med sentrifugalkraften når pumpehjulet dreier. Når kjølevæsken kommer inn i pumpehuset, reduseres hastigheten og trykket øker proporsjonalt. Kjølevæske søler fra pumpehuset inn i kappevannsamlingen til den nedre enden av sylinderforingene ved høyere trykk.

Kjølevæsken til motoren kommer opp gjennom bunnen av termostatventilen. Når kjølevæsketemperaturen er lav, som vist på høyre side av diagrammet, forblir skyveventilen i oppe posisjon og kjølevæsken går rundt varmeveksleren.
Når kjølevæsketemperaturen stiger, utvider vokspelletene seg inne i temperaturkontrollelementene. Dette skyver elementrøret og ventilpluggen ned. Så strømmen gjennom bypasset er begrenset eller strupet, som vist på venstre side av diagrammet, og kjølevæske sendes til varmeveksleren.
Under bruk endrer ventilen sin posisjon over et temperaturområde på omtrent 10 til 150 grader Fahrenheit for å holde temperaturen på kjølevæsken ganske stabil.

Jacket Water Heat Exchanger - Jacket vannvarmevekslere er vanligvis laget av et skall og rør. På skallsiden strømmer motorkjølevæske vanligvis over rørene, mens servicevann strømmer gjennom rørene.

Jakke Water Keepwarm Systems
Når en motor er slått av en stund, synker temperaturen inne i motoren mye. Rask start og hurtig lasting av en kald motor, som er typisk for kjernefysiske dieseler i nødsituasjoner, setter motoren under mye stress og slites raskere ut til den når normal driftstemperatur.
Vannoppvarmingssystemet for jakke er vist på samme plan som standard jakkevannkjølesystem. Denne delen holder temperaturen på motorkjølevæsken på eller nær normal driftstemperatur. Dette betyr ikke at alle delene har normal temperatur.
Fordi dieselmotorer bruker varmen fra kompresjon til start, gjør det å holde motoren varm at den starter mye raskere og gjør det mindre sannsynlig at motoren ikke starter fordi innsugningslufttemperaturen er for lav.

Keepwarm-pumpe: Keepwarm-pumpen er en ett-trinns sentrifugalpumpe som drives av elektrisitet. Den ligner på den motordrevne pumpen ved at den holder oppvarmet kjølevæske i bevegelse gjennom motoren selv når motoren er slått av.

Keepwarm Heater: Jakkens vannholdende varmevarmer er en elektrisk varmeovn i nedsenkingsstil, akkurat som smøreoljevarmeren.
Den legges i et eget standrør eller varmetank. Den styres av en termostat for å holde motoren på riktig temperatur.

Hvordan systemet fungerer: Når motoren er i "standby"-modus, slås "holdevarm"-systemet på. Holdwarm-pumpen skaper et vakuum i systemet og sender vann inn i motorens kappevanninntak. Når motoren går, kan tilbakeslagsventiler settes inn i oppvarmingssystemet for å stoppe strømningen i feil retning. Den oppvarmede kjølevæsken strømmer gjennom motoren og varmer opp sylindrene, sylinderhodene og andre deler som avkjøles av vann.

System for kjølevann
Intercooler vannsystemet gir vann til intercooler eller etterkjøler, som er installert på motorens inntaksrør for forbrenningsluft. Det er en varmeveksler som en radiator som kjøler ned forbrenningsluften etter turboladerkompressoren og før motorens luftmanifold/plenum.
Avkjøling gjør luften tettere, noe som lar mer oksygen forbrenne mer drivstoff og gi mer kraft. Dessuten avkjøler forbrenningsluften stempelkronene.
Vannet som brukes til mellomkjøling må typisk være ganske nær temperaturen på luften rundt. Av denne grunn er det vanligvis bedre å bruke servicevann i stedet for jakkevann, som har en mye høyere temperatur (160 til 180oF).
Et typisk vannsystemdiagram for mellomkjøler og etterkjøler
Fordi disse delene er de samme som brukes i jakkevannsystemet, vil vi ikke snakke om dem mer.
I noen intercooler-vannsystemer kan en termostat brukes for å hindre at intercooler-vannet blir for kaldt, spesielt i kaldt vær eller når motoren ikke gjør mye arbeid. Dette hindrer fuktighet i å kondensere i forbrenningsluften så mye som mulig. I noen systemer er jacket water system og intercooler vannsystem koblet sammen slik at intercooler kan varmes opp når det skal.
Hvis forbrenningsluften som kommer inn i motoren er for kald, kan det ta lengre tid før motoren starter, den fungerer kanskje ikke like bra når belastningen er lav, og sylinderforingen er kanskje ikke like godt smurt. For å dempe denne påvirkningen, begrenser flere produsenter termostatisk strømmen av kjølevann til intercooleren og/eller leverer varmt jakkevann etter behov.
Termostatventilen i kretsen sørger for at vannet i intercooleren ikke blir for kaldt, noe som gjør at luften som går inn i motoren ikke blir for kald også. Når luften er for kald kan det føre til kondens i motoren og "hvit" røyk kommer ut av enderøret.

Flere ting som gjør det kult
Mesteparten av tiden holdes dieselgeneratoren i en bygning med få åpninger.
Det er flere varmekilder i EDG-rommet, for eksempel motoren og generatoren. For best ytelse må bryterutstyret, kontrollpanelene, overvåkingsutstyret, drivstoffdagtanken, luftkompressoren(e) og luftlagringstanken(e) i dette området holdes ved en kald temperatur.
EDG-rommet kan ikke bli varmere enn 122 grader F (50 grader). Så det er nødvendig å få inn nok kjølig luft (omgivelsesluft) for å bli kvitt varmen og holde rommets temperatur under det høyeste nivået som er tillatt. Selv om romtemperatur ikke har noen stor innvirkning på selve motoren, kan svært høye EDG-romtemperaturer ha innvirkning på generatoren og andre deler. Hvis luften til motorens forbrenning kommer fra rommet, kan varm luft som kommer inn i motoren gjøre den mindre kraftig.