Kako deluje hladilni sistem dizelskega generatorja?

Kako deluje hladilni sistem dizelskega generatorja?

To poglavje govori o najpomembnejših delih hladilnih sistemov dizelskega motorja in o tem, zakaj je vsak pomemben za dobro delovanje motorja.

Mehansko hlajenje motorja
25–30 odstotkov vse toplote, ki prihaja iz goriva in gre v motor, prevzame hladilni sistem.
Če se ta toplota ne znebi sama od sebe, bo notranja temperatura motorja hitro narasla do točke, ko se deli zlomijo in motor preneha delovati. Vsi komercialni dizelski motorji imajo hladilni sistem, ki zbira to toploto in jo prenaša v medij, ki absorbira toploto zunaj motorja.
Številni sodobni motorji imajo sisteme turbo polnjenja, ki zagotavljajo dovolj zraka za izgorevanje goriva in ustvarjanje potrebne moči. Mehanizem za turbo polnjenje naredi zgorevalni zrak bolj segret. Preden gre zrak za zgorevanje v valje motorja, ga je treba ohladiti, da se zagotovi dovolj funtov zraka za zgorevanje goriva (da se ohrani gostota zraka). Toplotni izmenjevalnik, ki izgleda kot radiator, je nameščen v cevi med izhodom kompresorja turbopolnilnika in zračnim kolektorjem motorja. To se imenuje zračni vmesni hladilnik ali naknadni hladilnik. Naloga tega radiatorja je odvzem toplote iz zraka za zgorevanje. Ta izmenjevalnik toplote lahko za pridobivanje vode (končni ponor toplote) uporablja bodisi plaščni vodni sistem ali sistem servisne vode.
Ko se uporablja servisna voda, je med sistemom servisne vode in vodnim sistemom vmesnega hladilnika morda dodaten izmenjevalnik toplote za čiščenje in vzdrževanje vode v vodnem sistemu vmesnega hladilnika, tako da ne poškoduje vmesnega hladilnika zraka.

Osnove hladilnega sistema
Večina dizelskih motorjev ima hladilni sistem, ki je videti kot plašč in ima zaprto zanko. Ko hladilna tekočina teče skozi motor, pobere toploto iz oblog cilindrov, glav cilindrov in drugih delov.

Čim hladnejša je hladilna tekočina, ko zapusti motor, tem bolje bo motor deloval. Po drugi strani pa lahko previsoke temperature hladilne tekočine povzročijo strukturne poškodbe, saj omogočijo pregrevanje delov motorja. Mazalno olje je mogoče ohladiti tudi z uporabo plaščne vode in toplotnega izmenjevalnika. Večina dizelskih motorjev najbolje deluje pri izpustni temperaturi plašča okoli 180oF in dvigu temperature skozi motor med 8 in 15oF.

Večina dizelskih motorjev se hladi z vodo kot hladilno tekočino. Kljub temu lahko voda sama po sebi povzroči rjo, kopičenje mineralov in zmrzovanje.
Antifriz, kot je etilen glikol ali propilen glikol, je treba dodati motorjem, ki so lahko blizu ali pod lediščem. Najpogostejša rešitev je mešanje antifriza in vode, ki deluje pri temperaturah do -40 stopinj F. Komercialni antifriz vsebuje kemikalije, ki preprečujejo nastanek rje. Dodajanje antifriza oteži prenos toplote.
Dizelski motorji, ki se uporabljajo v jedrskih reaktorjih za nujne storitve, večinoma niso izpostavljeni temperaturam ledišča. Pod temi pogoji antifriz ni potreben. Kljub temu je korozijo mogoče ustaviti z mešanjem kemikalij, ki ustavijo korozijo, z vodo, ki so ji bili odvzeti minerali.

Kemija vode: Voda, ki se uporablja za hlajenje motorja, ne sme vsebovati nobenih kemikalij, ki povzročajo usedline ali vodni kamen. Največkrat se uporablja demineralizirana voda. pH vode naj bo nekje med 8 in 9,5.
Najbolje je, da dodate zaviralec korozije, kot je Nalco 2000, da preprečite nabiranje vodnega kamna na oblogah in glavah valjev. Ena šestnajstina palca lestvice je enaka, kot da bi motorju dodali en palec jekla, da bi zmanjšali verjetnost prepuščanja toplote. Vsake toliko časa se opravi kemična analiza hladilne tekočine in doda se ustrezna količina zaviralca korozije, da se ohrani pravilna kemija vode.

Kako ohraniti motor hladen
Pri nekaterih nastavitvah vodo v hladilniku polnilnega zraka in vodo v plašču hladita različna dela hladilnika. Večino časa se v teh situacijah za hlajenje mazalnega olja uporablja vodni tokokrog plašča.
S pomočjo ekspanzijske posode (imenovane tudi "glava" ali "dopolnilna posoda"), ki je nameščena nad motorjem, da ohranja glavo na sistemu, se hladilna tekočina shranjuje v samem sistemu motorja. Motor poganja črpalko, ki črpa zrak iz sistema in pošilja hladilno tekočino v motor. V večini sistemov voda zapusti motor skozi ventil, ki ga nadzira termostat. Če je voda prehladna, jo cev spusti okoli toplotnega izmenjevalnika. Voda gre skozi toplotni izmenjevalnik, če je prevroča.
Termostatski regulacijski ventil (TCV) ugotovi, kako vroče je hladilno sredstvo, in se nanj odzove.

Takoj ko temperatura hladilne tekočine motorja pade pod nastavljeno točko ventila, se hladilna tekočina pošlje skozi toplotni izmenjevalnik plašča vode. Ko je temperatura hladilne tekočine višja od nastavljene točke, ventil pošlje hladilno tekočino skozi izmenjevalnik toplote. Odvečna toplota se nato pošlje v sistem surove ali servisne vode. Ko se dizelski motor zažene, se pretok servisne vode začne sam od sebe.
Skozi izhod toplotnega izmenjevalnika ali obvodni vod gre voda nazaj v vodno črpalko plašča in na koncu v motor. V mnogih sistemih se sistem mazalnega olja hladi s toplotnim izmenjevalnikom v vodnem sistemu plašča. Pri motorjih, pri katerih je pomembno, da je mazalno olje hladnejše od vode v plašču, se toplota olja pošlje neposredno v sistem servisne/surove vode skozi izmenjevalnik toplote v sistemu mazalnega olja.
Ko hladilna tekočina pride do bloka cilindrov, teče skozi notranje kanale in/ali cevi na dno oblog cilindrov. Ko gre tekočina navzgor, teče okoli oblog cilindrov in v glave cilindrov. Ko hladilna tekočina zapusti glave cilindrov, gre v izstopno glavo in nato v termostatski ventil.
Pri motorjih z vmesnimi ali naknadnimi hladilniki nekaj vode iz plašča gre skozi vmesne hladilnike, da prevzame toploto iz vhodnega polnilnega zraka, ki ni potreben. Pri mnogih motorjih z vmesnimi ali naknadnimi hladilniki se ta dodatna toplota pošlje v sistem servisne/surove vode z ločenim izmenjevalnikom toplote. To je dobro, ker mora biti voda v hladilniku polnilnega zraka ohlajena na nižjo temperaturo kot voda v vodnem sistemu plašča. Večina motorjev ALCO uporablja vodni sistem plašča za hlajenje vode v hladilniku polnilnega zraka.

Ekspanzijska posoda – Številni motorji uporabljajo ekspanzijsko posodo z zaporo pod tlakom ali pa je ekspanzijska posoda nameščena dovolj visoko, da vzdržuje zahtevano višino (neto pozitivni tlak - NPSH) v sistemu. Večino časa je ekspanzijska posoda nameščena tik nad najvišjo točko sistema za hladilno vodo plašča, odzračevalne cevi pa se uporabljajo za zaščito sistema brez zraka. Nekatere ekspanzijske posode je mogoče črpati, da ohranijo višji tlak, kar pomaga dvigniti vrelišče hladilne tekočine.

Stoječa cev je rezervoar, ki je postavljen navpično in je v isti višini kot motor. Zadržuje hladilno tekočino motorja in ima prostor za zrak, ki nadomesti širitev hladilne tekočine, ko se segreje.
Dvižne cevi so običajno odzračene v zrak, kar tvori hladilni sistem, ki ni pod pritiskom. Nivo vode v dvižni cevi mora biti dovolj visok, da doseže zahtevani NPSH, ali pa mora biti rezervoar pod tlakom.

Plaščna vodna črpalka: Motor poganja enostopenjsko centrifugalno plaščno vodno črpalko, ki jo poganja ročična gred motorja prek serije zobnikov.

Kot vidimo, voda vstopa v sesalni vhod črpalke. Zobniški sklop motorja poganja pogonski zobnik črpalke, ta pa vrti gred črpalke in rotor. Hitrost hladilne tekočine se poveča zaradi centrifugalne sile, ko se rotor vrti. Ko hladilna tekočina vstopi v ohišje črpalke, se njena hitrost zmanjša in njen tlak sorazmerno narašča. Hladilna tekočina se razlije iz ohišja črpalke v vodni zbiralnik plašča do spodnjega konca oblog cilindra pri višjem tlaku.

Hladilno sredstvo za motor prihaja skozi spodnji del termostatskega regulacijskega ventila. Ko je temperatura hladilne tekočine nizka, kot je prikazano na desni strani diagrama, ostane loputa drsnega ventila v zgornjem položaju in hladilna tekočina kroži okoli toplotnega izmenjevalnika.
Ko se temperatura hladilne tekočine dvigne, se kroglice voska v elementih za nadzor temperature razširijo. To potisne cev elementa in loputo ventila navzdol. Torej je pretok skozi obvod omejen ali dušin, kot je prikazano na levi strani diagrama, hladilno sredstvo pa se pošlje v izmenjevalnik toplote.
Med uporabo ventil spreminja svoj položaj v temperaturnem območju od približno 10 do 150 stopinj Fahrenheita, da ohranja temperaturo hladilne tekočine precej stabilno.

Plaščni vodni toplotni izmenjevalnik - plaščni vodni toplotni izmenjevalniki so običajno izdelani iz ohišja in cevi. Na strani lupine hladilna tekočina motorja običajno teče čez cevi, medtem ko teče servisna voda skozi cevi.

Jacket Water Keepwarm Systems
Ko je motor za nekaj časa ugasnjen, temperatura v motorju zelo pade. Hiter zagon in hitro obremenitev hladnega motorja, kar je značilno za dizelske motorje za jedrsko uporabo v izrednih razmerah, močno obremeni motor in se hitreje obrabi, dokler ne doseže normalne delovne temperature.
Sistem za ohranjanje tople vode v plašču je prikazan na istem načrtu kot standardni sistem za vodno hlajenje v plašču. Ta del ohranja temperaturo hladilne tekočine motorja na ali blizu normalne delovne temperature. To ne pomeni, da imajo vsi deli normalno temperaturo.
Ker dizelski motorji za zagon uporabljajo toploto iz kompresije, ohranjanje toplega motorja povzroči veliko hitrejši zagon in zmanjša verjetnost, da se motor ne bo zagnal, ker je temperatura vsesanega zraka prenizka.

Črpalka Keepwarm: črpalka Keepwarm je enostopenjska centrifugalna črpalka, ki jo poganja elektrika. Podobna je črpalki, ki jo poganja motor, saj ohranja segreto hladilno tekočino skozi motor, tudi ko je motor ugasnjen.

Keepwarm Heater: The jacket waterkeep warm heater is an immersion-style electric warmer, just like the lubricant oil keepwarm heater.
Postavi se v ločeno dvižno cev ali grelni rezervoar. Upravlja ga termostat, da ohranja motor na pravi temperaturi.

Kako sistem deluje: Ko je motor v stanju "pripravljenosti", se vklopi sistem "ohranjanje toplote". Črpalka za ohranjanje toplote ustvari vakuum v sistemu in pošlje vodo v dovod vode v plašč motorja. Ko motor teče, se lahko v sistem za ohranjanje toplote vstavijo povratni ventili, ki ustavijo pretok v napačno smer. Ogreto hladilno sredstvo teče skozi motor, segreva valje, glave valjev in druge dele, ki jih hlaji voda.

Sistem za hlajenje vode
Vodni sistem hladilnika polnilnega zraka dovaja vodo v hladilnik polnilnega zraka ali naknadni hladilnik, ki je nameščen na dovodnih ceveh za zgorevalni zrak motorja. Je toplotni izmenjevalnik, kot je radiator, ki hladi zgorevalni zrak za kompresorjem turbopolnilnika in pred zračnim kolektorjem/plenumom motorja.
Zaradi hlajenja je zrak bolj gost, kar omogoča, da več kisika porabi več goriva in proizvede več energije. Poleg tega zrak za zgorevanje hladi krono bata.
Voda, ki se uporablja za vmesno hlajenje, mora biti običajno precej blizu temperature okoliškega zraka. Iz tega razloga je običajno bolje uporabiti servisno vodo namesto vode iz plašča, ki ima veliko višjo temperaturo (160 do 180oF).
Diagram tipičnega vodnega sistema hladilnika in naknadnega hladilnika
Ker so ti deli enaki tistim, ki se uporabljajo v vodnem sistemu plašča, o njih ne bomo več govorili.
V nekaterih vodnih sistemih hladilnika polnilnega zraka se lahko uporabi termostat, da prepreči, da bi voda hladilnika polnilnega zraka postala prehladna, zlasti v hladnem vremenu ali ko motor ne dela veliko. To čim bolj preprečuje kondenzacijo vlage v zraku za zgorevanje. V nekaterih sistemih sta vodni sistem s plaščem in vodni sistem vmesnega hladilnika povezana, tako da se lahko vmesni hladilnik ogreje, ko je to potrebno.
Če je zrak za zgorevanje, ki prihaja v motor, prehladen, lahko traja dlje, da se motor zažene, morda ne bo deloval tako dobro, ko je obremenitev nizka, in obloga cilindra morda ni dobro namazana. Da bi ublažili ta vpliv, več proizvajalcev termostatsko omeji pretok hladilne vode v vmesni hladilnik in/ali po potrebi dovaja toplo vodo v plašču.
Termostatski ventil v tokokrogu preprečuje, da bi voda v hladilniku polnilnega zraka postala prehladna, kar preprečuje, da bi tudi zrak, ki gre v motor, postal prehladen. Ko je zrak prehladen, lahko povzroči kondenzacijo v motorju in "bel" dim iz izpušne cevi.

Več stvari, zaradi katerih je kul
Večino časa je dizelski generator shranjen v stavbi z malo odprtinami.
V prostoru EDG je več virov toplote, kot sta motor in generator. Za najboljše delovanje morajo biti stikalne naprave, nadzorne plošče, oprema za spremljanje, dnevni rezervoar za gorivo, zračni kompresor(-ji) in rezervoar(-i) za shranjevanje zraka v tem prostoru na nizki temperaturi.
Soba EDG ne more biti višja od 122 stopinj F (50 stopinj). Zato je treba vnesti dovolj hladnega zraka (okoljega zraka), da se znebite toplote in ohranjate sobno temperaturo pod najvišjo dovoljeno ravnjo. Čeprav sobna temperatura nima velikega vpliva na sam motor, lahko zelo visoke sobne temperature EDG vplivajo na generator in druge dele. Če zrak za zgorevanje motorja prihaja iz prostora, lahko vroč zrak, ki prihaja v motor, zmanjša njegovo moč.