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设备装配与整机调试 |
散热水箱的风扇皮带、水泵、节温器和机油冷却器安装 |
摘要：众所周知，发动机在工作时，燃油在燃烧室内燃烧产生大量的热量，使气缸内气体温度高达1800℃以上。如不加以适当的冷却，会使柴油机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃等），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起柴油发电机组的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是，如果冷却过强，柴油机混合气形成不良，机油被燃油稀释，柴油机工作粗暴，散热损失和摩擦损失增加，零件的磨损加剧，也会使柴油机工作变坏。因此，柴油发电机组要正常发电，就必须设计有效的冷却系统，而选择适当的冷却方式更成为其关键因素。
一、柴油机冷却方式的分类
1、水冷
在水冷柴油机上，采用一个循环水泵迫使冷却水流过气缸套和气缸盖需要冷却的部分，通过适当布置导水管或采用其他导流措施，可以对热负荷很严重的部分（气门间的鼻梁区、气缸套上缘等）实现有效的冷却。内燃机的发明人奥托（o tto）就是采用水作为冷却气缸的介质。水具有良好的热容量（比热大），与壁面之间的换热系数较高，而且一般说来，也是比较便宜和随手可得的，这也就是水冷方式目前得到广泛应用的原因。但水冷方式也存在一些缺点，因为不是任何一种水都适用于作冷却剂，因此，现代发动机利用防高温冷却液（如弗列加预混合冷却液）来代替水作为冷却介质。
（1）蒸发冷却
在开式冷却系统中，利用水的汽化潜热（其值在100℃时为2258kj/kg）可以达到良好的冷却效果。根据燃油耗率和通过冷却水所带走的热量比例，可以估算出这种冷却方式需消耗的冷却水量为1~3l/kw·h。这种冷却方式主要用于一些老式的小型柴油机上。
（2）开式循环冷却
在开式循环水冷却方式中，冷却水连同带走的热量重新流回江湖中去。因为自然界的水一般处于低温状态（最高35℃），为了防止热应力过大，柴油机的进出口温度又不允许太高（仅允许20℃左右），致使在这种冷却方式下柴油机总是在比较冷的状态下运转。因此实际上经常应用的是一种属于半开式循环的混合冷却方式，在这种冷却方式中，为了保持预先规定的温度状态，只有一部分水参与开式循环。
（3）闭式循环冷却
柴油发电机大部分采用此种冷却型式。其原理是水泵从散热水箱内吸入低温水，升高压力后，送到机油冷却器，然后流经汽缸体和汽缸的冷却水套，带走热量后经问水管流回散热水箱进行降温。冷却水不断地循环流动，使柴油机的工作温度保持在一定范围内。通常冷却水出门温度为343~363k。闭式系统中，水在密闭系统内循环，冷却系统的蒸压力大于大气压力，由于冷却水温与外界气温温差加大，因而提高了整个冷却系统的散热能力。
2、风冷
柴油机风冷系统的原理是通过风扇将空气吸入，通过散热片将发动机产生的热量散发到空气中。具体来说，风冷系统主要由风扇、散热片和导风罩组成。风扇产生的高速运动的空气直接吹过发动机的热部件，如气缸体和气缸盖，利用空气对流带走热量。散热片通常布置在气缸体和气缸盖的外壁上，以增加散热面积，确保热量能够有效地被空气带走 。 风冷系统的优点包括结构简单、维护方便且成本较低，适用于小型和中型柴油发电机。然而，风冷系统在高温环境下效果可能不佳，容易导致发电机过热 。因此，在高温环境下使用时需要特别注意冷却效果和散热片的清洁与维护。
3、活塞冷却
活塞顶部从燃烧室接受的热量，大部分是通过活塞环传给气缸壁的（缸壁外圆受到冷却），还有一小部分热量则通过活塞裙传到气缸壁或由飞溅至活塞底面的机油带走。虽然随着柴油机强化程度的提高，对活塞耐热性能的要求愈来愈高，但是对于热负荷较高的柴油机活塞，必须加强冷却措施。
二、冷却系统的部件安装步骤
冷却系统的作用是在柴油发电机工作时，有控制地冷却柴油发电机，使柴油发电机在一个适当的范围内工作，并保证排气系统各部件的表面温度不超过150℃。主要包括散热水箱、冷却风扇、冷却水泵、节温器和进出水管等零部件。
1、风扇和V型皮带安装
柴油机的冷却风扇和张紧轮的拆装图分别如图1、图2所示。
○ 用户应经常检查风扇有无裂纹，确保风扇安装可靠。
○ 拧紧松动的螺栓，更换损坏的风扇。
○ 用肉眼检查传动V带，若有裂纹和擦伤应予更换。
○ 柴油发电机每工作50~60小时，还应检查并调整风扇传动V带的松紧度。传动V带过紧或过松都会严重影响冷却效果，缩短V带的使用寿命。
○ 检查时，用手以29～49N的力量按压水泵与发动机V带轮之间的V带，V带下压距离应为10~15毫米，过紧过松时，可改变发动机V带轮的位置来加以调整。
注意∶更换传动V带时必须两根同时更换，不得一旧一新或不同厂家生产的V带搭配使用，以免伸长量不一致，影响冷却水泵水量。
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图1 康明斯柴油机风扇皮带零件图 |
图2 柴油机皮带张紧轮拆解步骤图 |
2、冷却水泵
冷却水泵总成的结构外形如图3所示。在使用中，按技术保养规定定期向水泵油杯加注润滑脂，加入量约为轴承空腔的1/3～1/2，过多会引起轴承过热。注意观察水泵体下方的泄水孔是否有滴水现象，滴水严重时，应更换水封。不允许将泄水孔堵死，以免水封渗出的水浸入轴承造成轴承很快磨损。若发现轴承在运转中发出不正常的噪声应加以维修或更换轴承。水泵轴应转动自如，没有任何晃动或过大的端面摆动。
集成于发动机的油冷器外壳上的水泵蜗壳；与水泵蜗壳密封连接以配合形成叶轮腔的水泵外壳；设于水泵外壳内部的水泵总成；水泵蜗壳上具有水泵入水口，水泵入水口的内壁上具有油冷器出水口，水泵外壳上具有有与水泵入水口对应连通的水泵出水口；水泵蜗壳的涡室的内壁上设置有油冷器进水口；油冷器进水口与油冷器的水道进口连通，油冷器出水口与油冷器的水道出口连通；水泵入水口与水泵出水口连通以配合构成缸体入水口，缸体入水口与泵蜗壳的涡室端口连通。该水泵简化了发动机冷却系统结构，降低了其重量，还利于减少发动机冷却系统的漏水风险。
3、节温器
节温器（结构如图4所示）是控制冷却液流动路径的阀门，能根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的冷却液流量，改变水的循环范围，以调节冷却器的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。节温器必须保持良好的技术状态，否则会严重影响发动机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟，就会引起发动机过热；主阀门开启过早，则使发动机预热时间延长，使发动机温度过低。柴油发电机广泛采用蜡式节温器来自动调节冷却强度，保证发动机在最佳的温度下工作，不出现过冷或过热现象，节温器通过感应发动机负荷和水温的高低而自动改变冷却液的流量和循环路线，从而减少油料消耗和机件磨损。
康明斯所用的节温器主阀开启温度为62±2℃，全开温度为78±2℃，阀门升程8～10毫米。当柴油发电机冷启动后，水温未达到74℃，出水管有水流出;或者当柴油发电机运转一段时间后，水温超过78℃而出水管无水流出时，均说明节温器已发生故障，应及时拆下更换。更换时，注意在清洁节温器垫片表面时，切勿让碎片掉入节温器壳体内腔。
注意∶使用中不可任意拆下节温器，否则将影响柴油发电机正常工作和使用寿命。
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图3 冷却水泵和机油冷却器示意图 |
图4 柴油机节温器结构图 |
4、散热器
○ 散热器的工作原理如图5所示，每日启动柴油发电机前应检查散热器是否有泄露、损坏或有过多的尘土、杂草、污物等粘连在散热片上，如若发现要及时进行清洁和修理。
注意∶清洁时不能损伤散热片和散热管。
○ 使用时还要随时冷却液损失情况，排除泄露故障，及时添加。
警告∶只有当柴油发电机停车后才可检查冷却液面，在冷却液仍热时，不可打开散热器加水口盖。否则灼热的冷却液蒸汽或飞溅出来的冷却液会烫伤人。
注意∶要求添加的冷却液为清洁的软水。
○ 添加冷却液时，为了保证充满，加注完后启动柴油发电机运转一段时间后，再检查添补，以免由于其他原因造成"充满"假象。
○ 尽管冷却系统要求使用软水，柴油发电机经过使用一段时间后，冷却系统仍会有少量沉淀的水垢，水垢将严重影响冷却水循环和散热，必须定期加以清除。
注意∶当外界温度低于5℃时，若没有使用防冻液，柴油发电机停机时，应打开汽缸体、散热器、机油冷却器和排气管水套上的放水开关，放出冷却系统中的冷却水，以免气温骤降，冻裂水箱、机油冷却器、水泵和排气管水套等部件。
5、进出水管
冷却水管是用于通入冷却水，并将冷却水冷却，此后，将冷却水输送至与冷却水管连接的发动机上，从而降低该发动机的温度。其外形与结构如图6所示。
水管输入端插设于法兰上，该出水管上固设有减压阀，减压阀远离出水管一端设有第一管道，第一管道远离减压阀一端设有冷却箱，当出水管内的压强大于减压阀的额定压强时，出水管中部分的冷却水便会通过减压阀进入到冷却箱中，从而降低出水管中冷却水的压强，其次，出水管上固设有高压阀，当出水管中压强远大于减压阀的额定压强，且大于高压阀的额定压强时，人们只需打开高压阀，使得出水管中的冷却水通过高压阀排出，如此，便可稳定出水管中冷却水的压强。
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图5 柴油机散热器工作示意图 |
图6 柴油机进出冷却水管示意图 |
三、更换冷却系统的注意事项
柴油机在工业、交通和农业等领域发挥着重要的作用。柴油机长时间运转，会产生大量的热量，如果不能及时散热，会对柴油机的运行产生负面影响，从而降低机器的效率和寿命。因此，冷却系统的更换显得尤为重要。
1、选择适当的配件
首先要选择适当的配件以确保更换的冷却系统与原冷却系统相符合。一般来说，最好选择原厂配件或经过认证的品牌配件。
2、准备工具和配件
准备需要的工具，如扳手、螺丝刀、扳手等，并将所需的配件全部准备齐备。
3、拆除原有的冷却系统
拆卸螺栓和水管，将原有的冷却系统全部拆除下来。
4、 安装新的冷却系统
根据原有冷却系统的安装位置和连接方式，将新的冷却系统依次安装。同时，要确保组装过程中密封处没有漏水现象。
5、测试新的冷却系统
组装完新的冷却系统后，要在发动柴油机前测试冷却系统是否正常。如果需要，还可加入适量的冷却液。
总结：
总之，柴油机的冷却系统是保证柴油机正常工作的关键部件。为确保柴油机的正常运行和延长其寿命，需要定期对冷却系统进行维护和更换。在更换冷却系统时，一定要选择适当的配件和正确的安装方式，以确保冷却系统的稳定性和安全性。
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