سیستم خنک کننده دیزل ژنراتور

سیستم خنک کننده دیزل ژنراتور، بر اثر آزادسازی نیروی حرارتی است. برعکس ژنراتورهای بنزینی که عمل احتراق توسط شمع صورت می‌گیرد، در قیمت دیزل ژنراتور، گرما و تراکم باعث حرکت پیستون می‌شود. در نتیجه حرکت پیستون، میل‌لنگ حرکت کرده و حرکت میل‌لنگ باعث حرکت روتور شده که انرژی الکتریکی تولید می‌شود.

انواع سیستم خنک‌‌کننده موتور

سیستم خنک کاری موتور دیزل دریایی

طرز کار سیستم خنک‌کننده

قسمت‌ های تشکیل‌ دهنده سیستم خنک‌ کننده

اجزا و عملکرد سیستم خنک کاری

ویژگی‌های مایع خنک‌کننده

عیب‌یابی سیستم خنک‌کننده

فرایند فوق، موجب تولید انرژی حرارتی داخل ژنراتور خواهد شد. این انرژی اگر داخل ژنراتور بماند باعث خرابی قطعات دیزل می‌شود، برای همین نیاز است تا سیستم خنک‌کننده موتور دمای داخلی دستگاه را پایین آورد.

انواع سیستم خنک‌‌کننده موتور

برای خنک‌ کردن موتور از دو نوع سیستم خنک‌‌کننده استفاده می‌شود. این دو سیستم بر اساس کمپانی سازنده ژنراتور متفاوت خواهد بود.

1. موتور دیزل هوا خنک: این سیستم بر اساس گردش هوا در موتور دیزل، دما را کاهش می‌دهد.
2. سیستم آب خنک: گردش جریان آب داخل رادیاتور، باعث کاهش دمای موتور می‌شود.

سازندگان موتورهای صنعتی، طرح‌های مختلفی را برای سیستم خنک کاری ارائه می دهند. رایج‌ترین سیستم‌های خنک کننده حلقه بسته که در این کالاها مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:

یک مسیر و یک واتر پمپ (Single Pump Single Loop)

این سیستم ها دارای یک مسیر واحد و یک واتر پمپ واحد برای مسیر خنک کاری هستند و بسته به نوع سیستم افترکولر مورد استفاده، به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

افتر کولر هوا خنک

در این سیستم‌ها، تنها یک مسیر خنک‌کاری از طریق مایع خنک کننده وجود دارد؛ بدین ترتیب که مایع خنک کننده از رادیاتور به بدنه انجین وارد شده و پس از جذب حرارت موتور مجددا به رادیاتور باز می‌گرد. خنک کاری هوای ورودی انجین نیز از طریق یک مبدل حرارتی هوا خنک و مجزا از سیستم خنک کاری انجین انجام می‌شود. موتورهای سری QSK23 کامینز پاور که در مدل‌های C825D5 و C900D5 مورد استفاده قرار گرفته از این نوع سیستم خنک کاری بهره می‌برند.

افترکولر آب خنک

در این نوع موتورها، هوای ورودی از توربو شارژ پس از خنک شدن از طریق مایع خنک کننده در افترکولر، وارد محفظه سیلندر می‌شود. به عبارتی  سیستم خنک کاری هوای توربوشارژ با همان خنک کننده موتور انجام می‌شود و از نوع آب خنک است. موتورهای سری KTA38 کامینز پاور که در مدل‌های C1000D5B و C1100D5B و C1250D5A استفاده شده اند، از این نوع سیستم خنک کاری استفاده می‌کنند.

 دو مسیر و یک واتر پمپ

در این نوع سیستم‌های خنک کاری مورد استفاده در این دستگاه‌ها، خنک کاری انجین و افترکولر از طریق یک واتر پمپ اما از مسیرهای جداگانه انجام می‌شود. موتورهای KTA50-G3 و KTA50-GS8 که به ترتیب در مدل‌های C1400D5 و C1675DA کامینز پاور مورد استفاده قرار گرفته‌اند، از این نوع سیستم خنک کاری بهره‌ می‌برند.

دو مسیر و دو واتر پمپ

در این مدل سیستم‌های خنک کاری، یک مسیر و یک واتر پمپ برای خنک کاری انجین و یک مسیر و یک واتر پمپ مجزا برای خنک کاری هوای ورودی دستگاه از مسیر توربو شارژر، در نظر گرفته شده است. کلیه موتورهای سری QSK60 که در مدل‌های C2000D5، C2250D5 ، C2500D5A و C2750D5BE کامینز پاور به کار گرفته شده‌اند از این نوع سیستم خنک کاری استفاده می‌کنند.دیاگرام این سیستم‌های خنک کاری مطابق شکل زیر است:

سیستم خنک کاری موتور دیزل دریایی

نام این سیستم حلقه باز (SPSL) است و نحوه کار این گونه است که با روشن شدن موتور، آب دریا به سمت ترموستات راهی می شود. عملا آب دریا وظیفه مایع خنک کننده را در این سیستم دارد. با فعال شدن ترموستات آب دریا وارد موتور شده و عملیات خنک سازی را انجام می دهد.

طرز کار سیستم خنک‌کننده

همان‌طور که اشاره شد دو نوع سیستم برای خنک‌ کردن وجود دارد که شامل سیستم هوا خنک و سیستم آب خنک می‌شود. کارکرد این دو سیستم برای خنک ‌کردن دیزل ژنراتورها با یکدیگر متفاوت است و هرکدام به شکلی خاص دمای داخلی دستگاه را پایین می‌آورند.

سیستم هوا خنک

 در این سیستم، گردش هوا در داخل موتور، باعث کاهش دما می‌شود. دو روش متفاوت برای خنک کردن در این سیکل خنک‌سازی وجود دارد.

هوا خنک به روش تهویه باز

 در این روش هوای عقب دستگاه یا هوای اطراف، توسط اگزوز گرفته شده و به قسمت جلوی دستگاه انتقال داده می‌شود. به‌این‌ترتیب، در زمانی که هوا طول دستگاه را طی می‌کند، موجب خنکی این کالا می‌شود.

روش هوا محصور

 همان‌طور که از نام این روش پیدا است، هوای وارد شده به دستگاه از دیزل خارج نمی‌شود؛ بلکه با افزایش هوا، فن دستگاه روشن شده و موجب کاهش دمای داخلی می‌شود.

اما مهم‌ترین سیستم خنک‌‌کننده ژنراتور گازوئیلی سیستم آب خنک یا سیستم خنک‌‌کننده مایع است. استفاده از واژه مایع به این دلیل است که به غیر از آب، از انواع روغن، ضدیخ یا هیدروژن برای خنک‌کاری در این کالا استفاده می‌شود. سیکل خنک کاری در روش آب خنک به شکل زیر است.

1. احتراق داخلی، موتور را به حرکت در می‌آورد. با استارت آن واترپمپ به حرکت می‌افتد؛ فن نیز شروع به کار می‌کند.
2. دمای انجین به حداقلی می‌رسد که کلاچ فن متصل و ترموستات باز می‌شود.
3. ضدیخ از طریق لوله کف رادیاتور به پمپ آب تزریق می‌شود.
4. واترپمپ ضدیخ را به‌سرعت داخل بلوک سیلندر می‌فرستد.
5. حرکت ضدیخ از داخل مجرای سیلندر موجب انتقال حرارت شده و دما در بوش و سرسیلندر پایین می‌آید.
6. جریان مایع پس از عبور از محفظه سیلندر به قسمت ابتدایی سرسیلندر رفته و دما در آن قسمت را کاهش می‌دهد.
7. ترموستات در این زمان از سیکل، مجدد عمل می‌کند. اگر دما بالاتر از حد استاندارد بود، ترموستات عمل کرده و آب را به قسمت بالایی رادیاتور می‌فرستد، سپس مایع به قسمت پایین شبکه خنک‌‌کننده رفته و از مقابل فن خنک‌‌کننده عبور داده شده و مایع خنک می‌شود. مایع خنک شده مجدد در شبکه جریان پیدا کرده و موتور را خنک می‌کند.

قسمت‌ های تشکیل‌ دهنده سیستم خنک‌ کننده

بسته به این‌که از چه سیستم خنک‌‌کننده‌ای استفاده می‌کنیم، اجزاء سیستم خنک‌‌کننده متفاوت خواهد بود. مثلاً در سیستم هوا خنک، رادیاتور و پمپ آب وجود نداشته، اما در سیستم مایع خنک همه اجزاء وجود دارد. به طور کلی یک سیستم خنک‌ کننده شامل قطعات زیر است:

رادیاتور

 آخرین مکان برای کاهش دمای مایع خنک‌‌کننده است.مایع گرم بعد عبور از سیلندر وارد رادیاتور می‌شود. رادیاتور جریان هوا را وارد و آب را خنک می‌کند. مایع خنک شده مجدد به سوی انجین پمپاژ می‌شود. سیستم خنک‌‌ کننده دیزل ژنراتورهای بزرگ، به‌جای یک رادیاتور از دو رادیاتور استفاده می‌شود.

فن رادیاتور

زمانی که دما درون رادیاتور بالا رفت، فن شروع به کار می‌کند. فن این قابلیت را دارد که با تسمه یا درگیرشدن با کلاچ کار کند.

پمپ

برای آنکه مایع درون رادیاتور و دیگر قسمت‌های انجین حرکت کند، نیاز به یک پمپ است. واترپمپ‌ها بسته به‌اندازه انجین، قدرت متفاوتی خواهند داشت.

اینترکولر

نوعی مبدل حرارتی است. زمانی که دو یا چند سیال با هم تماس ندارند، منظور تماس فیزیکی است، اینترکولر موجب انتقال حرارت بین آنها می‌شود. در این محصول، اینترکولر موجب انتقال حرارت بین روغن و جریان هوا می‌شود.

کولر روغن‌ انجین

خنک‌ کردن روغن، وظیفه کولر روغن است. داغ شدن روغن خود موجب بالارفتن دمای داخلی آن می‌شود. برای همین باید سیستمی تعبیه شود تا دمای روغن موتور کاهش داده شود، برای این کار از یک کولر استفاده می‌شود. روغن وارد کولر روغن شده و با آب خنک می‌شود البته بدون آنکه با آب تماس پیدا کند.

برای کسب اطلاعات بیشتر به مقاله معرفی کامل اجزای دیزل ژنراتور مراجعه کنید.

اجزا و عملکرد سیستم خنک کاری

سیستم خنک کاری بخش مهمی از این محصول را شامل می‌شود. به طور کلی سیستم خنک کاری در موتور سه عملکرد مهم را انجام می‌دهد. ابتدا گرمای اضافی را از انجین خارج می کند. دوم، موتور را در سریع ترین زمان ممکن به دمای کارکرد مناسب می‌رساند و در نهایت بهترین دما برای موتور دیزل در محدوده‌ای که بهینه‌ترین  عملکرد را دارد حفظ می کند. اجزای یک سیستم خنک کاری شامل قطعات زیر می‌شود:

• واتر پمپ
• رادیاتور
• فن رادیاتور
• ترموستات
• شلنگ‌ها و اتصالات
• گرمکن آب

همانطور که دمای زیاد موجب آسیب رسیدن به ژنراتور گازوئیلی می‌شود، کار در دماهای پایین نیز موجب کاهش طول عمر انجین دیزلی می‌شود؛ لذا دیزل ژنراتور باید در یک محدوده دمایی مشخص کار کند. عملکرد سیستم خنک کننده دیزل ژنراتور بدین صورت است که پس از روشن شدن دستگاه، دیزل ژنراتور شروع به گرم شدن می‌کند و بعد از آنکه به محدوده دمای مناسب رسید، ترموستات (که مانند یک شیر قطع و وصل مایع خنک کننده عمل کرده و بر اساس دما کار می‌کند) مسیر عبور مایع خنک کننده از طرف بدنه انجین به سمت رادیاتور را باز کرده و واتر پمپ با پمپاژ مایع خنک کننده به شبکه رادیاتور، بخش زیادی از حرارت ناشی از احتراق که جذب مایع خنک کننده شده را به طرف رادیاتور می‌فرستد.  مایع خنک‌کننده گرم داخل رادیاتور با عبور از لوله‌هایی که در معرض هوای سردتر هستند، حرارت خود را به جریان هوایی که توسط فن خنک کننده از کنار انجین کشیده می شود منتقل کرده گرما را از طریق تشعشع از خود دور می‌کنند.

ویژگی‌های مایع خنک‌کننده

همان‌طور که گفته شد در سیستم خنک‌‌ کننده دیزل ژنراتور از مایع برای خنک‌ کردن استفاده می‌شود، اما هر مایعی را نمی‌توان برای خنک‌ کردن استفاده کرد، این مایع دارای ویژگی‌های خاص است. این ویژگی‌ها عبارت‌اند از:

• مایع نباید باعث خورندگی شود.
• آب خالص موجب یخ‌زدگی وجوش‌آوری انجین خواهد شد.
• ناخالصی آب موجب رسوب گچ و نمک در اجزاء انجین، به‌خصوص رادیاتور خواهد شد، بنابراین باید از آب مقطر استفاده کرد.
• ضدیخ موجود در ترکیب مایع خنک‌‌کننده، بهتر است از ترکیب اتیلن گلیکول یا سدیم نیتریت انتخاب شود.

توجه کنید که مایع ضدیخ حداقل شش ماه یک‌بار و حداکثر سالی یک‌بار باید عوض شود. به غیر از این، ضدیخ کارایی خود را از دست خواهد داد.

عیب‌یابی سیستم خنک‌کننده

سیستم خنک‌کننده برای کارکرد بهتر انجین، حیاتی است. در واقع اگر سیستم خنک‌‌کننده کار نکند، بهتر است که متوقف شود. زیرا خسارات عدم کارکرد سیستم خنک‌‌کننده دیزل ژنراتور بیشتر از هزینه خرید ژنراتور است. برای همین در صورت کوچک‌ترین عیبی در سیستم خنک‌‌کننده باید ژنراتور گازوئیلی متوقف شود. برای عیب‌یابی سیستم خنک‌کننده باید به این امور توجه کرد:

کیپ شدن محفظه جلویی رادیاتور

زمانی که رادیاتور کار می‌کند، ذرات ریز گردوغبار یا تکه‌های ضایعات مثل برگ خشک یا تکه‌های پلاستیک داخل رادیاتور نفوذ کرده و شبکه جلویی را مسدود می‌کند. برای رفع عیب، بهتر است هر دو هفته یک‌بار شبکه رادیاتور را توسط جریان آب تمیز کرد.

خرابی شیلنگ آب

هر قطعه‌ای، یک طول عمر مخصوص دارد. لوله‌های پلاستیکی سیستم خنک‌‌کننده ژنراتور دیزلی نیز بعد از مدتی سوراخ یا پاره می‌شود که نشتی مایع را به دنبال خواهد داشت.برای رفع عیب بهتر است لوله‌ها را طبق دستورالعمل سازنده در زمان مقرر تعویض کرد. اگر از لوله فلزی استفاده می‌کنید در زمان شکستگی لوله از جوش کاربید استفاده کنید.

خرابی واترپمپ

سر ریز آب از موتور گویای خرابی واترپمپ است. در واترپمپ، قسمتی به نام کاسه نمد وجود دارد که در صورت خرابی این قسمت، در سرعت پایین ژنراتور گازوییلی یا در زمان خاموش بودن دستگاه، نشتی آب ایجاد خواهد شد. چنین عیبی باعث می‌شود سیستم خنک‌‌کننده دارای کاهش حجم آب شده و خنک‌کاری به‌صورت درست انجام نشود. عیب دیگری که در سیستم خنک‌‌کننده پمپ آب رخ می‌دهد، خرابی پروانه دستگاه است. در این صورت پمپاژ آب به درون سیلندر به‌درستی انجام نخواهد گرفت.

خرابی درب ترموستات

ترموستات حسگر دمای آب است، اگر این قسمت دچار خرابی شود، ترموستات به وظیفه خود عمل نمی‌کند. این عیب، موجب کاهش انتقال حجم آب در دستگاه خواهد شد و موتور دیزل جوش خواهد آورد. معمولاً در صورت خرابی ترموستات، تغییر شکل در این قسمت ایجاد می‌شود، برای همین هفتگی در ترموستات را بازکرده و در صورت خرابی آن را عوض کنید.

اهمیت رادیاتور در سیستم خنک کاری دیزل ژنراتور

رادیاتور یکی از اجزای اصلی سیستم خنک کاری یک ژنراتور دیزلی است که وظیفه اصلی آن خنک کردن مایع خنک کننده ای است که از موتور عبور می‌کند. این مایع حرارت را از موتور و قسمت‌‌های داغ جذب کرده و به رادیاتور منتقل می‌کند. سپس رادیاتور با استفاده از یک فن ، حرارت را از مایع خنک کننده خارج می‌کند. رادیاتور یک جزء حیاتی از سیستم خنک کاری است.

انتخاب نوع مناسب رادیاتور بستگی به شرایط محیطی دارد که ژنراتور گازوئیلی در آن کار می‌کند. با انتخاب رادیاتور مناسب، می‌توان عملکرد و طول عمر محصول را افزایش داد. کیفیت ساخت رادیاتور بستگی به چندین عامل دارد. این عوامل شامل مواد اولیه استفاده شده، فرآیند ساخت، طراحی و کنترل کیفیت در طول فرآیند تولید است.

دمای کار رادیاتور

در دیزل ژنراتورها معمولا برای بیان دمای کار رادیاتور از دو تعریف استفاده می‌شود. تعریف اول که رایج‌ترین بوده دمای محیط (Ambient Temperature) است که منظور از آن، دمای هوایی است که از قسمت ورود هوا به اتاق ژنراتور گازوئیلی وارد شده ولی هنوز با دیزل ژتراتور تبادل حرارتی انجام نداده است. این دما معمولاً به صورت میانگین دمای دو نقطه که در فاصله یک متری از انتهای ژنراتور در زاویه 45 درجه از آن و ارتفاع یک متری از سطح زمین و مطابق شکل زیر اندازه گیری می شود.

تعریف دیگری که برای دمای کار رادیاتور استفاده می‌شود، دمای هوای هسته رادیاتور (Air on Core) است و منظور از آن، دمای هوایی است که پس از گذشتن از قسمت ژنراتور و موتور، از مرکز رادیاتور عبور می کند و به طور قابل توجهی گرمتر از هوای ورودی به اتاق دستگاه است.

هنگامی که هوا در طول ژنراتور گازوییلی گردش می‌کند پس از تبادل حرارتی با قسمت‌های ژنراتور، بدنه انجین و اگزوز، دمای آن حداقل حدود 10 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر هنگامی که دمای کار رادیاتور بر اساس Air on Core بیان می‌شود، این دما از دمای محیط بیشتر بوده چراکه دمای هوای واقعی در هسته رادیاتور بالاتر از درجه دمای هوای ورودی سیستم خنک کاری است. در شکل زیر تفاوت دو معیار اندازه‌گیری دمای کار رادیاتور بیان شده است.

یکی از مواردی که در خرید ژنراتور گازوییلی باید در نظر گرفت سیستم خنک کاری آن است. سیستم‌های خنک کاری بسته به نوع موتور و توان آن، برای خنک کاری بدنه موتور و هوای ورودی توربو شارژ از مسیرهای واحد یا مجزا استفاده می‌کنند. در موتورهای توان بالا به دلیل اهمیت سیستم خنک کاری در طول عمر و راندمان آن، از دو واتر پمپ و دو مسیر مجزا برای خنک کاری بدنه موتور و هوای توربو شارژ استفاده می‌شود.

یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم خنک کننده دیزل ژنراتور رادیاتور آن بوده که کیفیت و طراحی آن نقش بسزایی در بهبود عملکرد سیستم خنک کاری دستگاه دارد. سازندگان معتبر این کالا با شبیه سازی جریان هوا در یک اتاق که ژنراتور در آن تحت آزمایش است، دمای محیط را در نقاط مختلف اتاق و رادیاتور اندازه‌گیری می‌کنند تا دمای مناسب برای کارکرد مطمئن دستگاه مشخص شود. اما مونتاژ کنندگان متفرقه دیزل ژنراتور به دلیل اینکه امکان اجرای تست‌های معتبر را ندارند، ممکن است در انتخاب رادیاتور دچار خطا شوند. 

برخی از مونتاژ کنندگان متفرقه، در بیان دمای کار رادیاتور به جای شاخص دمای محیط (Ambient Temperature) شاخص دمای مرکز رادیاتور (Air-on-Core) بیان کرده و ادعا می‌کنند که این دیزل ژنراتور برای کار در دمای 50 درجه طراحی شده است!

در حالیکه سیستم خنک کاری آن دیزل ژنراتور برای کار در دمای محیط 40 درجه در نظر گرفته شده و دمای هوا در مرکز رادیاتور آن به حدود 50 درجه سانتی گراد می‌رسد و در صورتی که دمای محیط به 50 درجه سانتی گراد برسد، دمای مرکز رادیاتور حدود به 60 درجه (بر اساس Air-on-Core) رسیده و باعث کاهش راندمان و طول عمر دیزل ژنراتور می‌شود.

برای بهره مندی از خدمات مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.

شماره های تماس : ۰۲۱۳۳۹۹۲۲۹۴ – ۰۲۱۳۳۹۱۴۰۸۴