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柴油機水箱散熱量計算及堵塞和漏水維修方法
發(fā)布時(shí)間:2023-11-11 16:44:27  ▏閱讀:

 

故障檢修與技術(shù)維護

柴油機水箱散熱量計算及堵塞和漏水維修方法

 

摘要:柴油發(fā)動(dòng)機散熱器,又叫發(fā)動(dòng)機水箱,是水冷式發(fā)動(dòng)機冷卻系統的關(guān)鍵部件。通過(guò)強制水循環(huán)對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行冷卻,是保證發(fā)動(dòng)機在正常溫度范圍內連續工作的換熱裝置。在使用過(guò)程中表面會(huì )附著(zhù)大量的灰塵影響其散熱,此外常見(jiàn)的故障還有冷卻液外漏現象,這些故障都會(huì )直接影響到柴油發(fā)電機的動(dòng)力性、經(jīng)濟性。因此,要知道散熱器故障產(chǎn)生的原因,學(xué)會(huì )冷卻系統散熱量的計算方法完全必要的,并且需要詳細掌握散熱器發(fā)生漏水后的修補措施。

 

一、冷卻系統散熱量的計算

 

      以閉式循環(huán)冷卻系統為例,介紹柴油機散熱量的計算方式。在設計或選用冷卻系統的部件時(shí),就是以散入冷卻系統的熱量QW為原始數據,計算冷卻系統的循環(huán)水量、冷卻空氣量,以便設計或選用散熱器和風(fēng)扇。

1、冷卻系統散走的熱量

      冷卻系統散走的熱量QW受許多復雜因素的影響,很難精確計算,初估QW時(shí),可以用下列經(jīng)驗公式計算:

QW =AgeNehn /3600(kJ/s).......................(公式1)

式中,A—傳給冷卻系統的熱量占燃料熱能的百分比,對柴油機取值A=0.18~0.25;

ge—內燃機燃料消耗率(kg/kW·h);

Ne—內燃機功率(kW);

hn—燃料低熱值(kJ/kg)。

     如果內燃機還有機油冷卻器,而且是水冷型機油冷卻器,則傳入冷卻系統中的熱量,也應將傳入機油中的熱量計算在內。則按(1)式計算的熱量QW值應增大5%~10%。

      一般把最大功率Nemax工況(額定工況)作為冷卻系統的計算工況,但應該對最大扭矩Memax工況進(jìn)行驗算,因為當轉速降低時(shí)可能形成蒸氣泡(由于氣缸體水套中壓力降低)和內燃機過(guò)熱的現象。

       具有一般指標的內燃機,在額定工況時(shí),柴油機ge可取0.210~0.270kg/kW·h,柴油的低熱值可取41870kJ/kg,將此值代入公式(1)即得:

QW=(0.50~1.78)Ne(kJ/s)

       柴油機可取QW=(0.60~0.75)Ne(kJ、s)。直接噴射柴油機可取較小值,預燃室和渦流室柴油機可取較大值。增壓的直接噴射式柴油機由于掃氣的冷卻作用,加之單位功率的冷卻面積小,可取QW =(0.5~0.6)Ne(kJ/s)。

2、冷卻水的循環(huán)量

      根據散入冷卻系統中的熱量,可以算出冷卻水的循環(huán)量VW

VW=Qw / ?twρwCw(m3/s).......................(公式2)

式中,?tw—冷卻水在內燃機中循環(huán)時(shí)的容許溫升,對現代強制循環(huán)冷卻系,可取?tw=6℃~12℃;

ρw—水的比重,可近似取ρw=1000kg/m3;

Cw—水的比熱,可近似取Cw=4.187 kJ/kg·℃。

3、冷卻空氣需要量

      冷卻空氣的需要量Vα一般根據散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量一般等于冷卻系統的散熱量QW。

Vα=QW / ?tαραCρ .......................(公式3)

式中,?tα—空氣進(jìn)入散熱器以前與通過(guò)散熱器以后的溫度差,通常?tα=10℃~30℃;

ρα—空氣的重度,一般ρα=1.01kg/m3;

Cρ—空氣定壓比熱,可取cp=1.047。 

 

柴油發(fā)動(dòng)機冷卻系統工作原理圖.gif

圖1  柴油發(fā)動(dòng)機冷卻系統工作原理圖

 

二、冷卻系統的常見(jiàn)故障

 

      閉式循環(huán)水冷系統由水箱、中冷器、進(jìn)水管、出水管、冷卻風(fēng)扇、散熱器、水泵和水溫傳感器、節溫器等組成,結構如圖2所示。廣泛用于船用應急發(fā)電機組和陸用發(fā)電機組,不依賴(lài)外置冷卻源,只要添加冷卻液就可以進(jìn)行運轉,移動(dòng)性高,不過(guò)冷卻效果受制于環(huán)境溫度和空氣流通量,2000KW以上大功率發(fā)電機組不適合使用此類(lèi)冷卻系統。

1、冷卻風(fēng)扇故障

      風(fēng)扇安裝在散熱器的后面,其功用是當風(fēng)扇旋轉時(shí),使冷空氣以一定的速度和流量通過(guò)散熱器,以增強散熱器的散熱能力,加速冷卻液的冷卻。結構外形如圖3所示。

      風(fēng)扇的位置應盡可能對準散熱器芯的中心,以提高散熱效果。為了提高冷卻效率,在散熱器上安裝有導風(fēng)罩,使通過(guò)散熱器芯部的氣流分布更均勻;同時(shí)集中穿過(guò)風(fēng)扇,減少空氣回流現象,由于散熱器是安裝在機架上,風(fēng)扇安裝在柴油發(fā)電機上,各自部位所承受的振動(dòng)不同,因此風(fēng)扇葉端與導風(fēng)罩之間應保持15~20mm的間隙。風(fēng)扇的扇風(fēng)量主要與轉速、直徑、葉片形狀、葉片數目及葉片安裝角度有關(guān)。葉片數目通常為4~7片,安裝時(shí)與風(fēng)扇的旋轉平面成30°~45°傾斜角。為了減少葉片扇風(fēng)時(shí)的振動(dòng)和噪聲,葉片間往往相互成不等角安裝,一些康明斯柴油發(fā)電機還在風(fēng)扇與連接法蘭之間安裝橡膠減振塊,用于吸收曲軸的扭振,以達到保護風(fēng)扇葉片,并使它不致因扭振的影響而發(fā)生斷裂。

      風(fēng)扇傳動(dòng)帶應保持一定的張力,若傳動(dòng)帶過(guò)松,傳動(dòng)帶與帶輪之間就會(huì )打滑,使風(fēng)扇和水泵的轉速下降,影響散熱效果,傳動(dòng)帶也易磨損;若傳動(dòng)帶過(guò)緊,則會(huì )使水泵軸承受的側向力增加,加速水泵和傳動(dòng)帶的磨損??得魉共裼桶l(fā)電機多采用張緊輪來(lái)自動(dòng)調節傳動(dòng)帶張緊度。

      在使用中不要用拉動(dòng)或撬動(dòng)風(fēng)扇的方法來(lái)轉動(dòng)柴油發(fā)電機,否則會(huì )造成嚴重的人身傷害或使風(fēng)扇損壞。不要試圖修理斷裂或彎曲的葉片或缺少平衡重的葉片,否則會(huì )破壞風(fēng)扇的動(dòng)平衡。不要用通過(guò)彎曲葉片的方法來(lái)增加送風(fēng)能力。彎曲葉片會(huì )造成材料的應力增加,從而造成風(fēng)扇故障。

 

柴油機冷卻系統水路循環(huán)示意圖.png

圖2  柴油機冷卻系統水路循環(huán)示意圖.

水箱冷卻風(fēng)扇示意圖-康明斯柴油發(fā)電機組.png

圖3 冷卻風(fēng)扇及防護罩示意圖

 

2、散熱不良

      散熱器結構由上水室、下水室、散熱器芯等組成,結構剖面如圖4所示,外形如圖5所示。散熱器上水室頂部有加水口,冷卻水由此注入整個(gè)冷卻系并用散熱器蓋蓋住。在上水室和下水室分別裝有進(jìn)水管和出水管,進(jìn)水管和出水管分別用橡膠軟管和氣缸蓋的出水管和水泵的進(jìn)水管相連,這樣,既便于安裝,而且當發(fā)動(dòng)機和散熱器之間產(chǎn)生少量位移時(shí)不會(huì )漏水。在散熱器下面一般裝有減震墊,防止散熱器受振動(dòng)損壞。在散熱器下水室的出水管上還有放水開(kāi)關(guān),必要時(shí)可將散熱器內的冷卻水放掉。

      柴油發(fā)電機運行一段時(shí)間后,散熱器外部會(huì )被灰塵覆蓋,內部會(huì )被冷卻系統內污物和雜質(zhì)堵塞,造成系統散熱不良,使水溫過(guò)高。因此,要定期清除散熱器外部污物及水箱內的污垢。

(1)散熱器外表面堵塞的清除

  由于柴油發(fā)電機工作環(huán)境多半是塵土飛揚, 因此, 散熱芯表面會(huì )被油污、泥垢粘附堵塞,使其導熱性變差,致使散熱嚴重降低, 造成水溫過(guò)高。正確清除的方法是:先用鋼絲刷順散熱片方向輕輕刷去外表面的油污, 并使散熱器在地面上輕輕振動(dòng)幾次, 可使一部分油污掉下來(lái)。再用壓縮空氣向散熱器芯吹幾分鐘, 基本上能將全部污物除掉。

(2)散熱器內部堵塞的清除

  將散熱器放在洗滌池內,進(jìn)行清洗脫水垢,其方法有:

① 在洗滌池內放入含有碳酸鈉3%~5%的水溶液,加熱并使該溶液溫度保持在80~90 ℃ ,約5~8 h后取出散熱器,再用溫水清洗。

② 洗滌池內盛含有10%~15%的苛性鈉水溶液,加熱使散熱器在該溶液中浸煮25~30 min ,取出后用熱水清洗。

③ 對水垢重的散熱器,可使用3%~5%的鹽酸溶液,并按每升溶液加入3~5 g六亞甲基四胺,然后加熱到60~70 ℃ ,清洗約30 min,再用熱堿水中和,最后用熱水沖洗。

④ 對水垢嚴重的散熱器,可用焊槍加熱燙開(kāi)焊縫,取下上水室,用鋸條清除水垢,邊除垢邊用水沖洗,疏通各根水管,以保證各管道暢通無(wú)阻。水管疏通后,再將上水室恢復原位。 

3、散熱器漏水

      柴油發(fā)電機散熱器經(jīng)過(guò)長(cháng)期使用,會(huì )發(fā)生破裂和損傷而漏水。故障產(chǎn)生的主要原因:散熱器固定不牢;減振裝置失效;冷卻液中的有害物質(zhì)引起內腐蝕;冷卻液未放盡使散熱器凍裂;散熱器被風(fēng)扇葉片打壞。

(1)查找漏水部位

  清洗后的散熱器,應檢查是否漏水, 可采用灌水法和打氣法。檢查前可將散熱器取下,將上、下水管堵住,然后再進(jìn)行檢查。檢查時(shí)將散熱器注滿(mǎn)水,裝上壓力測試器。用手推測試器,使壓力升到147 kPa,檢查壓力是否下降,觀(guān)察外部有無(wú)漏水現象。

  將散熱器蓋檢驗器裝到散熱器蓋上,并對散熱器蓋加壓。檢查密封性能和排氣閥的開(kāi)啟壓力。當壓力上升到12~15 kPa時(shí),排氣閥必須打開(kāi)。如果讀數不在允許范圍內,應更換散熱器蓋。

(2)修理散熱器

  經(jīng)檢查確認漏水的散熱器,根據漏水的部位和嚴重程度的不同,按以下方法進(jìn)行修理。

① 外層損壞漏水的修理。

      外層漏水可不必拆下水管,先把破洞附近的散熱器片撥開(kāi),用刀子把破洞周?chē)难趸锕稳?,露出銅的本色,必要時(shí)再用稀鹽酸浸蝕,然后把焊錫熔于其上堵死破洞。如有較大破損造成施焊困難時(shí),可以剪取比破洞稍大的銅皮進(jìn)行補焊。

② 上下水室的修理。

      水室常見(jiàn)的損壞為破洞和凹陷,破洞可用薄銅皮焊補。凹陷處可用拉平方法修復。

③ 內部損壞漏水的修理。

      先要揭開(kāi)水箱的上、下貯水室??捎美予F或噴燈熔化接縫,而后撬開(kāi)焊縫取下散熱器芯子。采用下列方法修復:

● 堵管法:

      當漏水的散熱器管分布比較均勻,且數目較少時(shí),可直接將散熱器管上、下管口用焊錫堵死。散熱器管堵死后,使散熱面積減少,冷卻效果變差,因此被堵死的散熱器管數一般不應超過(guò)總管數的10%~15%。若漏水的散熱芯管數目超過(guò)15%,則不能用此方法,以免降低冷卻系的冷卻效果,可采用焊補法,對散熱芯管的個(gè)別滲漏部位進(jìn)行錫焊。

● 換管法:

      采用換管修理時(shí),先把已損壞的散熱器管進(jìn)行拆卸。首先刮除管口兩端的焊錫,然后使舊管與散熱器片熔脫,拉出舊管。把外表面已涂好焊錫的新管由另一端插入后加熱新管,使所涂的焊錫熔化并與散熱器片焊合在一起。最后在管口兩端再用焊錫焊牢。脫焊舊管和焊接新管,可用兩、三個(gè)燒紅(加熱到800~850 ℃)的長(cháng)鐵條輪流加熱,也可用比散熱器管長(cháng)30~50 mm的電阻絲加熱。在電阻絲外表面涂抹一層光滑水玻璃和滑石粉的絕緣混合物(其重量比為3∶2)或者電阻絲外纏石棉線(xiàn)來(lái)絕緣。

● 鑲管法:

      此法先用末端帶擴張錐體的拉條在舊管內部拉過(guò),使舊管內徑稍許擴大,并除去內表面所沉積的水垢。把相應直徑的新管插入后,再把兩端焊牢在散熱器上。另一種接管的方法是將管子的損壞部分切去,再取一段較切去部分長(cháng)5~10 mm的外徑相當于散熱管內徑的管子,把外表面清理干凈,將兩管套在接管上進(jìn)行焊接。

 

柴油機水箱散熱器結構圖.png

圖4  柴油機水箱散熱器結構剖面圖

柴油機散熱水箱外形圖.png

圖5  柴油機散熱水箱外形圖

 

三、 冷卻系統的維護管理

 

      首先調整冷卻系統的工作參數,并確保正常。淡水溫度應根據說(shuō)明書(shū)的規定調整至正常工作范圍。勿使淡水出口溫度過(guò)低(造成熱損失增加、熱應力增大、低溫腐蝕)或過(guò)高(使缸壁滑油膜蒸發(fā)、缸壁磨損加劇、冷卻腔內發(fā)生汽化、缸套密封圈迅速老化)。對于中高速柴油機,一般出口溫度可控制在70℃~80℃(不燒含硫重油時(shí)),低速機可控制在60℃~70℃;進(jìn)出口溫差不大于12℃。一般淡水出口溫度以接近允許上限為宜。

1、防止腐蝕問(wèn)題

      要經(jīng)常保持管子接頭不要泄漏,并從散熱器頂部定期加水排放空氣以保持系統內“無(wú)空氣”。散熱器及各管路不應處于柴油機注、放水處,因為這樣更會(huì )加速腐蝕。對于不工作的柴油機,要把水全部放掉或全部灌滿(mǎn)防凍防銹冷卻液,防止水銹對柴油機的零部件腐蝕。

2、外部清潔

      在塵多或污積的環(huán)境,散熱器的縫隙可能會(huì )被碎屑、昆蟲(chóng)等物堵塞,從而影響散熱器的效率。對這些輕沉積物經(jīng)常性的清理可以用低壓熱水加上清潔劑噴洗,把蒸氣或水從散熱器前面向風(fēng)扇噴射。如從反方向噴射只會(huì )把污物吹進(jìn)中心。當使用此方法時(shí),要用布摭擋柴油機及交流發(fā)電機。頑固的沉積物,又不能用上述方法清除,則可以把散熱器拆下浸在熱的堿水約20分鐘,然后用熱水沖洗干凈。

3、內部清潔

       如果柴油機因為接頭漏水,別無(wú)選擇要用硬水灌法用了一段時(shí)間,或者因為發(fā)電運行了一段時(shí)間又沒(méi)有用除銹劑,內部冷卻系統可能會(huì )因水垢、水銹及油性污物積聚,堵塞了水道。

4、冷卻液質(zhì)量檢查

      應定期(最好每周一次)檢查冷卻水質(zhì)量,檢測水處理添加劑(如緩蝕劑)的濃度應在其說(shuō)明書(shū)規定范圍內,pH值(在20℃時(shí)應為7~10)和氯化物濃度(不大于50ppm)。通過(guò)這些指標的變化可大致判斷冷卻系統的工作狀態(tài)。如若氯化物濃度增加,則表示有海水漏入;pH值降低說(shuō)明有排氣漏入。

 

總結:

      冷卻系統的設計和散熱量計算雖然并不一定是發(fā)動(dòng)機操作人員和維修工的任務(wù),但因發(fā)動(dòng)機的性能和使用可靠性與冷卻系統設計的好壞關(guān)系很大,故發(fā)動(dòng)機相關(guān)人員也必須熟悉這方面的內容。柴油機冷卻系統是一個(gè)復雜的系統,由多個(gè)部件組成,只有這些部件協(xié)同工作,才能保證柴油機的正常工作溫度,延長(cháng)柴油機的使用壽命。因此,在使用柴油機時(shí),我們應該定期檢查冷卻系統的各個(gè)部件,確保它們的正常運轉。


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