כיצד פועלת מערכת הקירור של גנרטור דיזל?
כיצד פועלת מערכת הקירור של גנרטור דיזל?
פרק זה מדבר על החלקים החשובים ביותר של מערכות קירור למנועי דיזל ומדוע כל אחד מהם חשוב כדי שהמנוע יעבוד היטב.
קירור המנוע באופן מכני
25–30 אחוז מכל החום שמגיע מהדלק ונכנס למנוע נקלט על ידי מערכת הקירור.
אם החום הזה לא ייפטר מעצמו, הטמפרטורה הפנימית של המנוע תעלה במהירות עד לנקודה שבה חלקים נשברים והמנוע יפסיק לעבוד. לכל מנועי הדיזל המסחריים יש מערכת קירור לאסוף את החום הזה ולהעביר אותו למדיום שסופג חום מחוץ למנוע.
הרבה מנועים מודרניים כוללים מערכות טורבו המוודאות שיש מספיק אוויר לשריפת הדלק וליצור את הכוח הדרוש. מנגנון הטעינת הטורבו הופך את אוויר הבעירה לחם יותר. לפני שאוויר הבעירה נכנס לצילינדרים של המנוע, יש לקרר אותו כדי לוודא שיש מספיק קילוגרמים של אוויר כדי לשרוף את הדלק (כדי לשמור על צפיפות האוויר). מחליף חום שנראה כמו רדיאטור מוכנס לצינור בין יציאת מדחס מגדש הטורבו לסעפת האוויר של המנוע. זה נקרא מצנן אוויר או אפטר קולר. תפקידו של רדיאטור זה הוא להסיר חום מאוויר הבעירה. מחליף חום זה יכול להשתמש במערכת המים של המעיל או במערכת מי השירות כדי לקבל את המים שלו (גוף הקירור האולטימטיבי).
כאשר נעשה שימוש במי שירות, עשוי להיות מחליף חום נוסף בין מערכת מי השירות למערכת המים הבין-קולר כדי לנקות ולתחזק את המים במערכת המים של הבין-קולר כך שלא יפגע במצנן האוויר.
יסודות מערכת הקירור
לרוב מנועי הדיזל יש מערכת קירור שנראית כמו מעיל ובעלת לולאה סגורה. כאשר נוזל הקירור זורם דרך המנוע, הוא קולט חום מציפות הצילינדר, ראשי הצילינדר וחלקים אחרים.
ככל שנוזל הקירור קריר יותר כשהוא יוצא מהמנוע, כך המנוע יעבוד טוב יותר. מצד שני, טמפרטורות נוזל קירור גבוהות מדי עלולות לגרום לנזק מבני על ידי מתן אפשרות לחלקי המנוע להתחמם יתר על המידה. ניתן לקרר שמן סיכה גם באמצעות מי מעיל ומחליף חום. רוב מנועי הדיזל פועלים בצורה הטובה ביותר עם טמפרטורת פריקת מי המעיל של כ-180oF ועליית טמפרטורה דרך המנוע של בין 8 ל-15oF.
רוב מנועי הדיזל מתקררים עם מים בתור נוזל הקירור שלהם. ובכל זאת, מים כשלעצמם עלולים לגרום לחלודה, הצטברות מינרלים והקפאה.
יש להוסיף נוזל למניעת קיפאון, כמו אתילן גליקול או פרופילן גליקול, למנועים שעלולים להיות קרובים או מתחת לאפס. הפתרון הנפוץ ביותר הוא לערבב חומר מונע קפיאה ומים, הפועלים בטמפרטורות נמוכות כמו -40 מעלות F. בחומר מונע קפיאה מסחרי יש כימיקלים שעוצרים להתרחש חלודה. הוספת נוזל לרדיאטור מקשה על תנועת החום.
רוב הזמן, מנועי דיזל המשמשים בכורים גרעיניים לשירותי חירום אינם חשופים לטמפרטורות קפואות. בתנאים אלה, אין צורך בחומר מונע קיפאון. ובכל זאת, ניתן לעצור קורוזיה על ידי ערבוב כימיקלים שעוצרים קורוזיה עם מים שנשלפו מהמינרלים שלהם.
כימיה של מים: מים המשמשים לקירור מנוע לא צריכים להיות כימיקלים הגורמים למשקעים או אבנית. רוב הזמן משתמשים במים דה-מינרליים. ה-pH של המים צריך להיות בין 8 ל-9.5.
עדיף להוסיף מעכב קורוזיה כמו Nalco 2000 כדי למנוע מאבנית להצטבר על ציפיות הצילינדר וראשי הצילינדר. 16 עשרה אינץ' של קנה מידה זהה להוספת אינץ' אחד של פלדה למנוע כדי להפחית את הסיכוי שהוא יעביר חום. ניתוח כימי של נוזל הקירור נעשה מדי פעם, ומוסיפים את הכמות הנכונה של מעכב קורוזיה כדי לשמור על כימיה נכונה של המים.
איך לשמור על מנוע קריר
בחלק מההגדרות, המים במצנן האינטראקטיבי והמים במעיל מקוררים על ידי חלקים שונים של הרדיאטור. רוב הזמן, מעגל המים של המעיל משמש לקירור שמן הסיכה במצבים אלו.
בעזרת מיכל הרחבה (נקרא גם "ראש" או "מיכל איפור"), המותקן מעל המנוע כדי לשמור על ראש על המערכת, אוגר נוזל קירור במערכת המנוע עצמה. המנוע מניע את המשאבה, השואבת אוויר מהמערכת ושולחת נוזל קירור למנוע. ברוב המערכות, המים יוצאים מהמנוע דרך שסתום שנשלט על ידי תרמוסטט. אם המים קרים מדי, קו מאפשר להם לעבור סביב מחליף החום. המים עוברים דרך מחליף החום אם הם חמים מדי.
שסתום הבקרה התרמוסטטי (TCV) מגלה כמה חם נוזל הקירור ומגיב אליו.
ברגע שטמפרטורת נוזל קירור המנוע יורדת מתחת לנקודת ההגדרה של השסתום, נוזל קירור נשלח דרך מחליף החום של מי המעיל. כאשר הטמפרטורה של נוזל הקירור גבוהה מנקודת ההגדרה, השסתום שולח את נוזל הקירור דרך מחליף החום. החום העודף נשלח לאחר מכן למערכת המים הגולמיים או השירותים. כאשר מנוע דיזל מתניע, זרימת מי השירות מתחילה מעצמה.
דרך היציאה של מחליף החום, או קו העוקף, המים חוזרים למשאבת המים של המעיל ובסופו של דבר למנוע. במערכות רבות, מערכת שמן הסיכה מקוררת על ידי מחליף חום במערכת מי המעיל. עבור מנועים שבהם חשוב לשמור על שמן הסיכה קריר יותר ממי המעיל, חום השמן נשלח ישירות למערכת השירות/מים הגולמיים דרך מחליף החום במערכת שמן הסיכה.
כאשר נוזל הקירור מגיע לבלוק הצילינדר, הוא זורם דרך תעלות פנימיות ו/או צינורות אל תחתית הצילינדרים. כשהנוזל עולה, הוא זורם מסביב לציפוי הצילינדר ואל ראשי הצילינדר. כאשר נוזל הקירור עוזב את ראשי הצילינדר, הוא נכנס לפתח יציאה ואז אל השסתום התרמוסטטי.
במנועים עם מצננים אינטרקולרים או אפטר-קולרים, חלק ממי המעיל עוברים דרך האינטרקולרים כדי לקלוט חום ממטען האוויר הנכנס שאינו נחוץ. במנועים רבים עם מצננים בין או אפטר, החום הנוסף הזה נשלח למערכת השירות/מים גולמיים על ידי מחליף חום נפרד. זה טוב כי יש לקרר את המים במקרר לטמפרטורה נמוכה מהמים במערכת מי המעיל. רוב מנועי ALCO משתמשים במערכת המים של המעיל כדי לקרר את המים במקרר הבין-לאומי.
מיכל הרחבה - מנועים רבים משתמשים במיכל הרחבה עם סגירה בלחץ, או שמיכל ההרחבה מותקן גבוה מספיק כדי לשמור על הראש הדרוש (ראש לחץ חיובי נטו - NPSH) על המערכת. רוב הזמן, מיכל ההרחבה ממוקם ממש מעל הנקודה הגבוהה ביותר של מערכת מי קירור המעיל, וקווי אוורור משמשים כדי לשמור על המערכת נקייה מאוויר. ניתן לשאוב כמה מכלי הרחבה כדי לשמור על לחץ גבוה יותר, מה שעוזר להעלות את נקודת הרתיחה של נוזל הקירור.
צינור סטנד הוא מיכל המוקם בצורה אנכית ונמצא באותו גובה כמו המנוע. הוא מכיל נוזל קירור מנוע ויש לו מקום לאוויר כדי לפצות על התפשטות נוזל הקירור כאשר הוא מתחמם.
צינורות סטנד מאווררים בדרך כלל לאוויר, מה שיוצר מערכת קירור שאינה בלחץ. מפלס המים בצנרת חייב להיות גבוה מספיק כדי להגיע ל-NPSH הנדרש, או שהמיכל חייב להיות בלחץ.
משאבת מים מעיל: המנוע מניע את משאבת המים המעיל הצנטריפוגלי חד-שלבי, המופעלת על ידי גל הארכובה של המנוע באמצעות סדרה של גלגלי שיניים.
כפי שניתן לראות, מים נכנסים לכניסת היניקה של המשאבה. הרכבת גלגלי השיניים של המנוע מניעה את גלגל השיניים של המשאבה, שבתורו מסובב את גל המשאבה ואת האימפלר. מהירות נוזל הקירור מוגברת בכוח צנטריפוגלי כאשר האימפלר מסתובב. כאשר נוזל הקירור נכנס למארז המשאבה, מהירותו פוחתת והלחץ שלו עולה באופן פרופורציונלי. נוזל קירור נשפך ממעטפת המשאבה לתוך כותרת המים של המעיל לקצה התחתון של ציפיות הצילינדר בלחץ גבוה יותר.
נוזל הקירור למנוע מגיע דרך החלק התחתון של שסתום הבקרה התרמוסטטי. כאשר טמפרטורת נוזל הקירור נמוכה, כפי שמוצג בצד ימין של התרשים, פתח השסתום ההזזה נשאר במצב למעלה ונוזל הקירור מסתובב סביב מחליף החום.
ככל שטמפרטורת נוזל הקירור עולה, כדורי השעווה בתוך רכיבי בקרת הטמפרטורה מתרחבים. זה דוחף את צינור האלמנט ואת השסתום למטה. אז, הזרימה דרך המעקף מוגבלת או מצערת, כפי שמוצג בצד שמאל של התרשים, ונוזל קירור נשלח למחליף החום.
בשימוש, השסתום משנה את מיקומו בטווח טמפרטורות של כ-10 עד 150 מעלות פרנהייט כדי לשמור על הטמפרטורה של נוזל הקירור די יציבה.
מחליף חום מים ז'קט - מחליפי חום מים ז'קט עשויים בדרך כלל ממעטפת וצינורות. בצד המעטפת, נוזל קירור המנוע זורם בדרך כלל על הצינורות, בעוד מי שירות זורמים דרך הצינורות.
ז'קט מערכות שמירה על מים
כאשר מנוע כבוי לזמן מה, הטמפרטורה בתוך המנוע יורדת בהרבה. התנעה מהירה וטעינה מהירה של מנוע קר, האופייני לדיזל יישומי גרעיני במצבי חירום, מכניס את המנוע למתח רב ושחוק אותו מהר יותר עד שהוא מגיע לטמפרטורת הפעולה הרגילה שלו.
מערכת השמירה על המים של המעיל מוצגת באותה תוכנית כמו מערכת קירור המים הרגילה של המעיל. חלק זה שומר על טמפרטורת נוזל קירור המנוע בטמפרטורת הפעולה הרגילה או קרובה לטמפרטורת הפעולה הרגילה. זה לא אומר שכל החלקים נמצאים בטמפרטורה הרגילה שלהם.
מכיוון שמנועי דיזל משתמשים בחום מהדחיסה להתנעה, שמירה על חום המנוע גורמת לו להתניע הרבה יותר מהר ומפחיתה את הסיכוי שהמנוע לא יתניע בגלל שטמפרטורת האוויר הנכנסת נמוכה מדי.
משאבת שמירה: משאבת השמירה היא משאבה צנטריפוגלית חד-שלבית המופעלת על ידי חשמל. זה דומה למשאבה המונעת במנוע בכך שהיא שומרת על נוזל קירור מחומם לנוע במנוע גם כשהמנוע כבוי.
מחמם Keepwarm: תנור החימום לשמירה על המים של המעיל הוא מחמם חשמלי בסגנון טבילה, בדיוק כמו תנור החימום של שמן הסיכה.
הוא מוכנס לצינור עמידה נפרד או למיכל חימום. הוא נשלט על ידי תרמוסטט כדי לשמור על המנוע בטמפרטורה הנכונה.
כיצד פועלת המערכת: כאשר המנוע במצב "המתנה", מערכת ה"חמם" מופעלת. משאבת השמירה יוצרת ואקום במערכת ושולחת מים לתוך כניסת המים של מעיל המנוע. כאשר המנוע פועל, ניתן להכניס שסתומי סימון למערכת החממה כדי לעצור את הזרימה בכיוון הלא נכון. נוזל הקירור המחומם זורם דרך המנוע, מחמם את הצילינדרים, ראשי הצילינדר וחלקים אחרים המקוררים במים.
מערכת לקירור מים
מערכת המים הבין-קולר נותנת מים ל-intercooler או aftercooler, המותקן על צינורות יניקת אוויר הבעירה של המנוע. זהו מחליף חום כמו רדיאטור המקרר את אוויר הבעירה לאחר מדחס מגדש הטורבו ולפני סעפת האוויר/מליאת המנוע.
הקירור הופך את האוויר לדחוס יותר, מה שמאפשר ליותר חמצן לשרוף יותר דלק ולהפיק יותר כוח. יתר על כן, אוויר הבעירה מקרר את כתרי הבוכנה.
המים המשמשים לקירור הביניים חייבים בדרך כלל להיות די קרובים לטמפרטורת האוויר שמסביב. מסיבה זו, בדרך כלל עדיף להשתמש במי שירות במקום במי מעיל, שטמפרטורה גבוהה בהרבה (160 עד 180oF).
דיאגרמת מערכת מים בין-מצנן ואפטר-קולר טיפוסית
מכיוון שחלקים אלו זהים לאלה המשמשים במערכת מי המעיל, לא נדבר עליהם יותר.
בחלק ממערכות המים הבין-מצנן, תרמוסטט עשוי לשמש כדי למנוע ממי האינטרקולר להתקרר מדי, במיוחד במזג אוויר קר או כאשר המנוע אינו עושה עבודה רבה. זה מונע מהלחות להתעבות באוויר הבעירה ככל האפשר. במערכות מסוימות, מערכת מי המעיל ומערכת המים הבין-קולר מקושרות כך שניתן לחמם את המצנן הבין-לאומי כשצריך.
אם אוויר הבעירה הנכנס למנוע קר מדי, יתכן שיידרש זמן רב יותר עד שהמנוע יתניע, ייתכן שהוא לא יעבוד טוב כשהעומס נמוך, ויתכן שצינת הצילינדר לא תהיה משומנת היטב. כדי למתן את ההשפעה הזו, מספר יצרנים מגבילים באופן תרמוסטטי את זרימת מי הקירור אל המצנן הבין ו/או מספקים מי מעיל חמים לפי הצורך.
השסתום התרמוסטטי במעגל שומר על המים במקרר האינטרקולר שלא יתקררו מדי, מה שמונע מהאוויר הנכנס למנוע להתקרר מדי. כאשר האוויר קר מדי, זה עלול לגרום לעיבוי במנוע ולצאת עשן "לבן" מהצנרת.
עוד דברים שעושים את זה מגניב
רוב הזמן, הגנרטור דיזל מוחזק בבניין עם מעט פתחים.
ישנם מספר מקורות חום בחדר EDG, כגון המנוע והגנרטור. לקבלת הביצועים הטובים ביותר, יש לשמור על מתקני הבורסה, לוחות הבקרה, ציוד הניטור, מיכל יום הדלק, מדחס האוויר ומיכלי אגירת האוויר באזור זה בטמפרטורה קרה.
חדר ה-EDG לא יכול להתחמם יותר מ-122 מעלות פרנהייט (50 מעלות). לכן, יש צורך להכניס מספיק אוויר קריר (אוויר הסביבה) כדי להיפטר מהחום ולשמור על טמפרטורת החדר מתחת לרמה הגבוהה ביותר המותרת. למרות שלטמפרטורת החדר אין השפעה רבה על המנוע עצמו, טמפרטורות גבוהות מאוד בחדר EDG יכולות להשפיע על הגנרטור וחלקים אחרים. אם האוויר לבעירה של המנוע מגיע מהחדר, אוויר חם הנכנס למנוע יכול להפוך אותו לפחות חזק.
