Hoe werkt het koelsysteem van een dieselgenerator?

Hoe werkt het koelsysteem van een dieselgenerator?

Dit hoofdstuk gaat over de belangrijkste onderdelen van koelsystemen voor dieselmotoren en waarom elk onderdeel belangrijk is voor een goede werking van de motor.

Motor mechanisch koelen
25-30 procent van alle warmte die uit de brandstof komt en in de motor gaat, wordt opgenomen door het koelsysteem.
Als deze warmte zichzelf niet kwijtraakt, zal de interne temperatuur van de motor snel stijgen tot een punt waarop onderdelen breken en de motor stopt met werken. Alle commerciële dieselmotoren hebben een koelsysteem om deze warmte op te vangen en te verplaatsen naar een medium dat warmte buiten de motor opneemt.
Veel moderne motoren hebben turbodruksystemen die ervoor zorgen dat er voldoende lucht is om de brandstof te laten verbranden en het vermogen te leveren dat nodig is. Het mechanisme voor turbolading maakt de verbrandingslucht heter. Voordat de verbrandingslucht de motorcilinders in gaat, moet deze worden gekoeld om ervoor te zorgen dat er genoeg kilo's lucht zijn om de brandstof te verbranden (om de luchtdichtheid te behouden). Een warmtewisselaar die op een radiator lijkt, wordt in de leiding tussen de uitlaat van de turbocompressor en het luchtspruitstuk van de motor geplaatst. Dit wordt een luchtintercooler of nakoeler genoemd. De taak van deze radiator is om warmte uit de verbrandingslucht te halen. Deze warmtewisselaar kan zowel het mantelwatersysteem als het servicewatersysteem gebruiken om zijn water te verkrijgen (het ultieme koellichaam).
Wanneer leidingwater wordt gebruikt, kan er een extra warmtewisselaar zijn tussen het leidingwatersysteem en het tussenkoelerwatersysteem om het water in het tussenkoelerwatersysteem te reinigen en op peil te houden, zodat het de luchttussenkoeler niet beschadigt.

Basisprincipes van het koelsysteem
De meeste dieselmotoren hebben een koelsysteem dat eruitziet als een jas en een gesloten lus heeft. Terwijl het koelmiddel door de motor stroomt, neemt het warmte op van de cilindervoeringen, cilinderkoppen en andere onderdelen.

Hoe koeler de koelvloeistof is wanneer deze de motor verlaat, hoe beter de motor zal werken. Aan de andere kant kunnen te hoge koelvloeistoftemperaturen structurele schade veroorzaken door motoronderdelen oververhit te laten raken. Smeerolie kan ook worden gekoeld met mantelwater en een warmtewisselaar. De meeste dieselmotoren werken het beste met een mantelwaterafvoertemperatuur van ongeveer 180oF en een temperatuurstijging door de motor van tussen de 8 en 15oF.

De meeste dieselmotoren koelen af ​​met water als koelvloeistof. Toch kan water op zichzelf roest, mineraalophoping en bevriezing veroorzaken.
Antivries, zoals ethyleenglycol of propyleenglycol, moet worden toegevoegd aan motoren die mogelijk dicht bij of onder het vriespunt liggen. De meest gebruikelijke oplossing is om antivries en water te mengen, wat werkt bij temperaturen zo laag als -40 graden F. Commerciële antivries bevat chemicaliën die roestvorming voorkomen. Het toevoegen van antivries maakt het moeilijker voor warmte om te verplaatsen.
Meestal worden dieselmotoren die in kernreactoren worden gebruikt voor hulpdiensten niet blootgesteld aan temperaturen onder het vriespunt. Onder deze omstandigheden is er geen behoefte aan antivries. Toch kan corrosie worden gestopt door chemicaliën die corrosie stoppen te mengen met water dat is ontdaan van zijn mineralen.

Chemie van water: Water dat wordt gebruikt om een ​​motor te koelen, mag geen chemicaliën bevatten die afzettingen of aanslag veroorzaken. Meestal wordt gedemineraliseerd water gebruikt. De pH van het water moet ergens tussen de 8 en 9,5 liggen.
Het is het beste om een ​​corrosie-inhibitor zoals Nalco 2000 toe te voegen om te voorkomen dat er kalkaanslag ontstaat op de cilindervoeringen en cilinderkoppen. Een zestiende van een inch schaal is hetzelfde als het toevoegen van een inch staal aan de motor om ervoor te zorgen dat de warmte minder snel doorlaat. Af en toe wordt een chemische analyse van het koelmiddel uitgevoerd en wordt de juiste hoeveelheid corrosieremmer toegevoegd om de chemie van het water in orde te houden.

Hoe een motor koel te houden
Bij sommige opstellingen wordt het water in de intercooler en het water in de mantel gekoeld door verschillende delen van de radiator. Meestal wordt in deze situaties het mantelwatercircuit gebruikt om de smeerolie te koelen.
Met behulp van een expansievat (ook wel "kop" of "make-up tank" genoemd), dat boven de motor is geïnstalleerd om het systeem op peil te houden, wordt koelvloeistof in het motorsysteem zelf opgeslagen. De motor drijft de pomp aan, die lucht uit het systeem trekt en koelvloeistof naar de motor stuurt. In de meeste systemen verlaat het water de motor via een klep die wordt geregeld door een thermostaat. Als het water te koud is, laat een leiding het rond de warmtewisselaar lopen. Het water gaat door de warmtewisselaar als het te warm is.
De thermostatische regelklep (TCV) ontdekt hoe heet de koelvloeistof is en reageert hierop.

Zodra de temperatuur van de motorkoelvloeistof onder het instelpunt van de klep zakt, wordt er koelvloeistof door de mantelwater-warmtewisselaar gestuurd. Wanneer de temperatuur van het koelmiddel hoger is dan het instelpunt, stuurt de klep het koelmiddel door de warmtewisselaar. De overtollige warmte wordt vervolgens naar het ruw- of tapwatersysteem gestuurd. Wanneer een dieselmotor start, komt de stroom van bedrijfswater vanzelf op gang.
Via de uitgang van de warmtewisselaar, of bypassleiding, gaat het water terug naar de mantelwaterpomp en uiteindelijk naar de motor. In veel systemen wordt het smeeroliesysteem gekoeld door een warmtewisselaar in het mantelwatersysteem. Voor motoren waarbij het belangrijk is om de smeerolie koeler te houden dan het water in de mantel, wordt de oliewarmte rechtstreeks naar het service-/buitenwatersysteem gestuurd via de warmtewisselaar in het smeeroliesysteem.
Wanneer de koelvloeistof het cilinderblok bereikt, stroomt het door interne kanalen en/of pijpen naar de onderkant van de cilindervoeringen. Naarmate de vloeistof omhoog gaat, stroomt deze rond de cilindervoeringen en in de cilinderkoppen. Wanneer de koelvloeistof de cilinderkoppen verlaat, gaat het in een uitlaatkop en vervolgens naar de thermostatische klep.
Bij motoren met intercoolers of nakoelers gaat een deel van het mantelwater door de intercoolers om warmte op te nemen van de binnenkomende lucht die niet nodig is. Bij veel motoren met intercoolers of nakoelers wordt deze extra warmte via een aparte warmtewisselaar naar het service-/buitenwatersysteem gestuurd. Dit is goed omdat het water in de intercooler moet worden gekoeld tot een lagere temperatuur dan het water in het mantelwatersysteem. De meeste ALCO-motoren gebruiken het mantelwatersysteem om het water in de intercooler te koelen.

Expansievat - Veel motoren gebruiken een expansievat met een druksluiting, of het expansievat is hoog genoeg gemonteerd om de vereiste opvoerhoogte (netto positieve drukhoogte - NPSH) op het systeem te behouden. Meestal wordt het expansievat net boven het hoogste punt van het mantelkoelwatersysteem geplaatst en worden ontluchtingsleidingen gebruikt om het systeem luchtvrij te houden. Sommige expansievaten kunnen worden opgepompt om een ​​hogere druk te behouden, wat helpt om het kookpunt van de koelvloeistof te verhogen.

Een standpijp is een tank die verticaal is opgesteld en zich op dezelfde hoogte als de motor bevindt. Het bevat motorkoelvloeistof en heeft een ruimte voor lucht om de uitzetting van de koelvloeistof te compenseren wanneer deze warm wordt.
Standpijpen worden meestal naar de lucht afgevoerd, waardoor een koelsysteem ontstaat dat niet onder druk staat. Het waterpeil in de standpijp moet hoog genoeg zijn om de vereiste NPSH te bereiken, of de tank moet onder druk staan.

Watermantelpomp: De motor drijft de eentraps centrifugale mantelwaterpomp aan, die wordt aangedreven door de krukas van de motor via een reeks versnellingen.

Zoals te zien komt er water in de aanzuigingang van de pomp. De tandwieloverbrenging van de motor drijft het aandrijftandwiel van de pomp aan, dat op zijn beurt de pompas en waaier laat draaien. De snelheid van het koelmiddel wordt verhoogd door middelpuntvliedende kracht wanneer de waaier draait. Als het koelmiddel het pomphuis binnenkomt, neemt de snelheid af en stijgt de druk proportioneel. Koelvloeistof morst van het pomphuis in de mantelwaterkop naar het onderste uiteinde van de cilindervoeringen bij een hogere druk.

De koelvloeistof voor de motor komt omhoog via de onderkant van de thermostatische regelklep. Wanneer de koelvloeistoftemperatuur laag is, zoals weergegeven aan de rechterkant van het diagram, blijft de schuifklep omhoog staan ​​en gaat de koelvloeistof rond de warmtewisselaar.
Naarmate de koelvloeistoftemperatuur stijgt, zetten de waspellets in de temperatuurregelelementen uit. Hierdoor worden de elementbuis en de klepschotel naar beneden gedrukt. De stroming door de bypass wordt dus beperkt of gesmoord, zoals weergegeven aan de linkerkant van het diagram, en er wordt koelvloeistof naar de warmtewisselaar gestuurd.
Tijdens gebruik verandert de klep van positie over een temperatuurbereik van ongeveer 10 tot 150 graden Fahrenheit om de temperatuur van het koelmiddel redelijk stabiel te houden.

Watermantelwarmtewisselaar - Watermantelwarmtewisselaars zijn meestal gemaakt van een schaal en buizen. Aan de schaalzijde stroomt motorkoelvloeistof meestal over de buizen, terwijl bedrijfswater door de buizen stroomt.

Jas Water Keepwarm-systemen
Als een motor een tijdje stilstaat, daalt de temperatuur in de motor aanzienlijk. Het snel starten en snel laden van een koude motor, wat typerend is voor dieselmotoren voor nucleaire toepassingen in noodsituaties, zet de motor onder grote druk en verslijt sneller totdat hij zijn normale bedrijfstemperatuur bereikt.
Het waterwarmhoudsysteem in de mantel wordt weergegeven op hetzelfde plan als het standaard waterkoelsysteem in de mantel. Dit onderdeel houdt de temperatuur van de motorkoelvloeistof op of dicht bij de normale bedrijfstemperatuur. Dit betekent niet dat alle onderdelen op hun normale temperatuur zijn.
Omdat dieselmotoren de warmte van compressie gebruiken om te starten, zorgt het warm houden van de motor ervoor dat deze veel sneller start en is de kans kleiner dat de motor niet start omdat de temperatuur van de inlaatlucht te laag is.

Keepwarm-pomp: De warmhoudpomp is een eentraps centrifugaalpomp die wordt aangedreven door elektriciteit. Het is vergelijkbaar met de door een motor aangedreven pomp in die zin dat het verwarmde koelmiddel door de motor laat stromen, zelfs als de motor is uitgeschakeld.

Keepwarm Heater: De waterkeep warm heater van de jas is een elektrische verwarmer in onderdompeling, net als de smeerolie warmhoudverwarmer.
Het wordt in een aparte standpijp of verwarmingstank geplaatst. Het wordt geregeld door een thermostaat om de motor op de juiste temperatuur te houden.

Hoe het systeem werkt: Wanneer de motor in de "standby"-modus staat, wordt het "keepwarm"-systeem ingeschakeld. De warmhoudpomp creëert een vacuüm in het systeem en stuurt water naar de waterinlaat van de motormantel. Wanneer de motor draait, kunnen er terugslagkleppen in het warmhoudsysteem worden geplaatst om de stroming in de verkeerde richting te stoppen. De verwarmde koelvloeistof stroomt door de motor en verwarmt de cilinders, cilinderkoppen en andere delen die door water worden gekoeld.

Systeem voor koelwater
Het watersysteem van de intercooler geeft water aan de intercooler of nakoeler, die is geïnstalleerd op de verbrandingsluchtinlaatleidingen van de motor. Het is een warmtewisselaar zoals een radiator die de verbrandingslucht afkoelt na de turbocompressorcompressor en voor het luchtverdeelstuk/plenum van de motor.
Koeling maakt de lucht dichter, waardoor meer zuurstof meer brandstof kan verbranden en meer vermogen kan produceren. Bovendien koelt de verbrandingslucht de zuigerkronen.
Het water dat voor tussenkoeling wordt gebruikt, moet doorgaans vrij dicht bij de temperatuur van de omringende lucht liggen. Om deze reden is het meestal beter gebruikswater te gebruiken in plaats van mantelwater, dat een veel hogere temperatuur heeft (160 tot 180oF).
Een typisch diagram van het watersysteem van de intercooler en de nakoeler
Omdat deze onderdelen dezelfde zijn als die in het mantelwatersysteem worden gebruikt, zullen we er niet meer over praten.
In sommige intercooler-watersystemen kan een thermostaat worden gebruikt om te voorkomen dat het intercooler-water te koud wordt, vooral bij koud weer of wanneer de motor niet veel werk doet. Hierdoor wordt condensatie van vocht in de verbrandingslucht zoveel mogelijk voorkomen. In sommige systemen zijn het mantelwatersysteem en het intercooler-watersysteem gekoppeld zodat de intercooler kan worden verwarmd wanneer dat nodig is.
Als de verbrandingslucht die de motor binnenkomt te koud is, kan het langer duren voordat de motor start, werkt deze mogelijk minder goed bij een lage belasting en is de cilindervoering mogelijk niet zo goed gesmeerd. Om deze impact te verminderen, beperken verschillende fabrikanten thermostatisch de stroming van koelwater naar de intercooler en/of leveren ze indien nodig warm mantelwater.
De thermostatische klep in het circuit zorgt ervoor dat het water in de intercooler niet te koud wordt, waardoor de lucht die de motor in gaat ook niet te koud wordt. Als de lucht te koud is, kan er condensatie in de motor ontstaan ​​en kan er "witte" rook uit de uitlaat komen.

Meer dingen die het cool maken
Meestal staat de dieselgenerator in een gebouw met weinig openingen.
In de EDG-ruimte bevinden zich meerdere warmtebronnen, zoals de motor en de generator. Voor de beste prestaties moeten de schakelapparatuur, bedieningspanelen, bewakingsapparatuur, brandstofdagtank, luchtcompressor(s) en luchtopslagtank(s) in deze ruimte op een koude temperatuur worden gehouden.
De EDG-kamer kan niet heter worden dan 122 graden F (50 graden). Het is dus noodzakelijk om voldoende koele lucht (omgevingslucht) aan te voeren om de warmte kwijt te raken en de kamertemperatuur onder het hoogst toegestane niveau te houden. Hoewel kamertemperatuur niet veel invloed heeft op de motor zelf, kunnen zeer hoge EDG-kamertemperaturen een effect hebben op de generator en andere onderdelen. Als de lucht voor de verbranding van de motor uit de kamer komt, kan hete lucht die de motor binnenkomt deze minder krachtig maken.