كيف يعمل نظام تبريد مولد الديزل؟

كيف يعمل نظام تبريد مولد الديزل؟

يتحدث هذا الفصل عن أهم أجزاء أنظمة تبريد محرك الديزل ولماذا كل منها مهم للمحرك لكي يعمل بشكل جيد.

تبريد المحرك ميكانيكيا
يمتص نظام التبريد 25-30 في المائة من كل الحرارة التي تأتي من الوقود وتدخل إلى المحرك.
إذا لم تتخلص هذه الحرارة من نفسها ، سترتفع درجة الحرارة الداخلية للمحرك بسرعة إلى النقطة التي تنكسر فيها الأجزاء ويتوقف المحرك عن العمل. تحتوي جميع محركات الديزل التجارية على نظام تبريد لتجميع هذه الحرارة ونقلها إلى وسط يمتص الحرارة خارج المحرك.
تحتوي العديد من المحركات الحديثة على أنظمة شحن توربيني تضمن وجود هواء كافٍ لحرق الوقود وتوليد الطاقة المطلوبة. آلية الشحن التوربيني تجعل هواء الاحتراق أكثر سخونة. قبل دخول هواء الاحتراق إلى أسطوانات المحرك ، يجب تبريده للتأكد من وجود أرطال كافية من الهواء لحرق الوقود (للحفاظ على كثافة الهواء). يتم وضع مبادل حراري يشبه المبرد في الأنبوب بين مخرج ضاغط الشاحن التوربيني ومشعب هواء المحرك. وهذا ما يسمى مبرد الهواء أو المبرد اللاحق. وظيفة هذا المبرد هي إزالة الحرارة من هواء الاحتراق. يمكن أن يستخدم هذا المبادل الحراري إما نظام مياه الدثار أو نظام مياه الخدمة للحصول على الماء (المشتت الحراري النهائي).
عند استخدام مياه الخدمة ، قد يكون هناك مبادل حراري إضافي بين نظام مياه الخدمة ونظام مياه المبرد الداخلي لتنظيف المياه وصيانتها في نظام مياه المبرد البيني بحيث لا يتلف مبرد الهواء.

أساسيات نظام التبريد
تحتوي معظم محركات الديزل على نظام تبريد يشبه الغلاف وبه حلقة مغلقة. عندما يتدفق المبرد عبر المحرك ، فإنه يلتقط الحرارة من بطانات الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات وأجزاء أخرى.

كلما كان المبرد أكثر برودة عندما يغادر المحرك ، كان المحرك يعمل بشكل أفضل. من ناحية أخرى ، يمكن أن تتسبب درجات حرارة سائل التبريد المرتفعة جدًا في حدوث أضرار هيكلية عن طريق ترك أجزاء المحرك ترتفع درجة حرارتها. يمكن أيضًا تبريد زيت التشحيم باستخدام مياه الدثار ومبادل حراري. تعمل معظم محركات الديزل بشكل أفضل مع درجة حرارة تصريف مياه الدثار تبلغ حوالي 180 درجة فهرنهايت وارتفاع درجة الحرارة من خلال المحرك بين 8 و 15 درجة فهرنهايت.

تبرد معظم محركات الديزل بالماء كمبرد لها. ومع ذلك ، يمكن أن يسبب الماء في حد ذاته الصدأ وتراكم المعادن والتجميد.
يجب إضافة مانع التجمد ، مثل الإيثيلين جلايكول أو البروبيلين جليكول ، إلى المحركات التي قد تكون قريبة من درجة التجمد أو أقل منها. الحل الأكثر شيوعًا هو خلط مضاد التجمد والماء ، والذي يعمل في درجات حرارة منخفضة تصل إلى {{0} درجة فهرنهايت. يحتوي مضاد التجمد التجاري على مواد كيميائية تمنع الصدأ من الحدوث. إن إضافة مادة مانعة للتجمد تجعل من الصعب على الحرارة أن تتحرك.
في معظم الأحيان ، لا تتعرض محركات الديزل المستخدمة في المفاعلات النووية لخدمة الطوارئ لدرجات حرارة متجمدة. في ظل هذه الظروف ، ليست هناك حاجة لمضاد التجمد. ومع ذلك ، يمكن إيقاف التآكل عن طريق خلط المواد الكيميائية التي تمنع التآكل بالماء الذي تم تجريده من معادنه.

كيمياء الماء: يجب ألا تحتوي المياه المستخدمة لتبريد المحرك على أي مواد كيميائية تسبب رواسب أو قشور. في معظم الأحيان ، يتم استخدام المياه منزوعة المعادن. يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني للماء بين 8 و 9.5.
من الأفضل إضافة مانع للتآكل مثل Nalco 2000 لمنع تراكم المقياس على بطانات الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات. واحد على ستة عشر بوصة من المقياس هو نفس إضافة بوصة واحدة من الفولاذ إلى المحرك لتقليل احتمالية السماح بمرور الحرارة. يتم إجراء تحليل كيميائي لسائل التبريد بين الحين والآخر ، ويتم إضافة الكمية المناسبة من مانع التآكل للحفاظ على كيمياء الماء بشكل صحيح.

كيف تحافظ على برودة المحرك
في بعض الإعدادات ، يتم تبريد الماء الموجود في المبرد البيني والماء الموجود في الغلاف بواسطة أجزاء مختلفة من المبرد. في معظم الأحيان ، تُستخدم دائرة مياه الدثار لتبريد زيت التشحيم في هذه المواقف.
بمساعدة خزان التمدد (ويسمى أيضًا "رأس" أو "خزان المكياج") ، والذي يتم تثبيته فوق المحرك للحفاظ على رأس النظام ، يتم تخزين سائل التبريد في نظام المحرك نفسه. يقوم المحرك بتشغيل المضخة التي تسحب الهواء من النظام وترسل المبرد إلى المحرك. في معظم الأنظمة ، يترك الماء المحرك من خلال صمام يتحكم فيه منظم الحرارة. إذا كان الماء شديد البرودة ، فإن الخط يسمح له بالالتفاف حول المبادل الحراري. يمر الماء عبر المبادل الحراري إذا كان ساخنًا جدًا.
يكتشف صمام التحكم الحراري (TCV) مدى سخونة المبرد ويتفاعل معه.

بمجرد أن تنخفض درجة حرارة سائل تبريد المحرك إلى ما دون نقطة ضبط الصمام ، يتم إرسال المبرد عبر المبادل الحراري لماء الدثار. عندما تكون درجة حرارة المبرد أعلى من نقطة الضبط ، يرسل الصمام المبرد عبر المبادل الحراري. ثم يتم إرسال الحرارة الزائدة إلى نظام المياه الخام أو الخدمة. عندما يبدأ محرك الديزل ، يبدأ تدفق مياه الخدمة من تلقاء نفسه.
من خلال مخرج المبادل الحراري ، أو الخط الجانبي ، يعود الماء إلى مضخة مياه الدثار ، وفي النهاية ، إلى المحرك. في العديد من الأنظمة ، يتم تبريد نظام زيت التشحيم بواسطة مبادل حراري في نظام مياه الدثار. بالنسبة للمحركات حيث يكون من المهم الحفاظ على برودة زيت التشحيم أكثر من ماء الدثار ، يتم إرسال حرارة الزيت مباشرة إلى نظام الخدمة / المياه الخام من خلال المبادل الحراري في نظام زيت التشحيم.
عندما يصل المبرد إلى كتلة الأسطوانة ، فإنه يتدفق عبر القنوات الداخلية و / أو الأنابيب إلى أسفل بطانات الأسطوانة. عندما يرتفع السائل ، يتدفق حول بطانات الأسطوانات وإلى رؤوس الأسطوانات. عندما يترك المبرد رؤوس الأسطوانات ، فإنه يذهب إلى رأس مخرج ثم إلى الصمام الثرموستاتي.
في المحركات المزودة بمبردات داخلية أو مبردات لاحقة ، يمر بعض ماء الدثار عبر المبردات الداخلية لامتصاص الحرارة من شحنة الهواء الواردة غير المطلوبة. في العديد من المحركات المزودة بمبردات داخلية أو مبردات لاحقة ، يتم إرسال هذه الحرارة الزائدة إلى الخدمة / نظام المياه الخام بواسطة مبادل حراري منفصل. هذا جيد لأن الماء في المبرد البيني يجب أن يبرد إلى درجة حرارة أقل من الماء في نظام مياه الدثار. تستخدم معظم محركات ALCO نظام مياه الدثار لتبريد الماء في المبرد البيني.

خزان التمدد - يستخدم العديد من المحركات خزان تمدد بإغلاق مضغوط ، أو يتم تركيب خزان التمدد عالياً بما يكفي للحفاظ على الرأس المطلوب (رأس الضغط الإيجابي الصافي - NPSH) على النظام. في معظم الأوقات ، يتم وضع خزان التمدد فوق أعلى نقطة في نظام مياه تبريد الغلاف ، وتُستخدم خطوط التهوية للحفاظ على النظام خاليًا من الهواء. يمكن ضخ بعض خزانات التمدد للحفاظ على ضغط أعلى ، مما يساعد على رفع درجة غليان سائل التبريد.

الأنبوب الرأسي عبارة عن خزان يتم تركيبه رأسيًا ويبلغ ارتفاعه نفس ارتفاع المحرك. يحتوي على سائل تبريد المحرك ويحتوي على مساحة للهواء لتعويض تمدد المبرد عندما يصبح ساخنًا.
عادة ما يتم تهوية الأنابيب الرأسية للهواء ، مما يجعل نظام التبريد لا يخضع للضغط. يجب أن يكون مستوى الماء في الأنبوب الرأسي مرتفعًا بما يكفي للوصول إلى NPSH المطلوب ، أو يجب أن يكون الخزان مضغوطًا.

مضخة مياه الدثار: يقوم المحرك بتشغيل مضخة مياه الدثار ذات الطرد المركزي أحادية المرحلة ، والتي يتم تشغيلها بواسطة العمود المرفقي للمحرك من خلال سلسلة من التروس.

كما رأينا ، يدخل الماء مدخل الشفط للمضخة. تقوم مجموعة تروس المحرك بتشغيل ترس تشغيل المضخة ، والذي بدوره يقوم بتدوير عمود المضخة والمكره. يتم زيادة سرعة المبرد بواسطة قوة الطرد المركزي عندما تدور المكره. عندما يدخل المبرد إلى غلاف المضخة ، تقل سرعته ويزداد ضغطه بشكل متناسب. تسرب سائل التبريد من غلاف المضخة إلى رأس ماء الدثار إلى الطرف السفلي لبطانات الأسطوانة عند ضغط أعلى.

يخرج المبرد للمحرك من خلال قاع صمام التحكم الثرموستاتي. عندما تكون درجة حرارة سائل التبريد منخفضة ، كما هو مبين على الجانب الأيمن من الرسم التخطيطي ، يظل قفاز الصمام المنزلق في الوضع العلوي ويتحرك المبرد حول المبادل الحراري.
مع ارتفاع درجة حرارة سائل التبريد ، تتمدد كريات الشمع داخل عناصر التحكم في درجة الحرارة. هذا يدفع أنبوب العنصر وصمام البوب ​​إلى أسفل. لذلك ، يكون التدفق عبر التجاوز محدودًا أو مخنوقًا ، كما هو موضح على الجانب الأيسر من الرسم التخطيطي ، ويتم إرسال المبرد إلى المبادل الحراري.
أثناء الاستخدام ، يغير الصمام موضعه على مدى درجة حرارة تتراوح من حوالي 10 إلى 150 درجة فهرنهايت للحفاظ على درجة حرارة سائل التبريد مستقرة جدًا.

المبادل الحراري لمياه الدثار - عادة ما تكون المبادلات الحرارية لمياه الدثار مصنوعة من غلاف وأنابيب. على جانب الغلاف ، يتدفق سائل تبريد المحرك عادةً فوق الأنابيب ، بينما يتدفق ماء الخدمة عبر الأنابيب.

أنظمة حماية مياه الدثار
عندما يتم إيقاف تشغيل المحرك لفترة من الوقت ، تنخفض درجة الحرارة داخل المحرك كثيرًا. بدء التشغيل السريع وتحميل المحرك البارد بسرعة ، وهو أمر نموذجي لمحركات الديزل في التطبيقات النووية في حالات الطوارئ ، يضع المحرك تحت ضغط كبير ويستهلكه بشكل أسرع حتى يصل إلى درجة حرارة التشغيل العادية.
يظهر نظام حماية ماء الدثار على نفس مخطط نظام التبريد القياسي لمياه الدثار. يحافظ هذا الجزء على درجة حرارة سائل تبريد المحرك عند درجة حرارة التشغيل العادية أو قريبة منها. هذا لا يعني أن جميع الأجزاء في درجة حرارتها الطبيعية.
نظرًا لأن محركات الديزل تستخدم الحرارة من الضغط لبدء التشغيل ، فإن الحفاظ على حرارة المحرك يجعله يبدأ بشكل أسرع ويقلل من احتمالية عدم بدء تشغيل المحرك لأن درجة حرارة الهواء الداخل منخفضة للغاية.

مضخة Keepwarm: مضخة Keepwarm هي مضخة طرد مركزي أحادية المرحلة يتم تشغيلها بالكهرباء. إنها تشبه المضخة التي يديرها المحرك من حيث أنها تحافظ على انتقال سائل التبريد الساخن عبر المحرك حتى عند إيقاف تشغيل المحرك.

سخان Keepwarm: السخان الدافئ للسترات المائية هو جهاز تسخين كهربائي على شكل غمر ، تمامًا مثل سخان تدفئة زيت التشحيم.
يتم وضعها في أنبوب عمودي منفصل أو خزان تسخين. يتم التحكم فيه عن طريق ترموستات للحفاظ على درجة حرارة المحرك المناسبة.

كيف يعمل النظام: عندما يكون المحرك في وضع "الاستعداد" ، يتم تشغيل نظام "الحفاظ على الدفء". تخلق مضخة الاحتفاظ بالدفء فراغًا في النظام وترسل الماء إلى مدخل ماء سترة المحرك. عند تشغيل المحرك ، قد يتم وضع صمامات فحص في نظام الاحتفاظ بالدفء لإيقاف التدفق في الاتجاه الخاطئ. يتدفق المبرد المسخن عبر المحرك ، مما يؤدي إلى تدفئة الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات والأجزاء الأخرى التي يتم تبريدها بالماء.

نظام تبريد المياه
يوفر نظام الماء المبرد الماء للمبرد الداخلي أو المبرد اللاحق ، والذي يتم تثبيته على أنابيب سحب هواء الاحتراق بالمحرك. إنه مبادل حراري مثل المبرد الذي يبرد هواء الاحتراق بعد ضاغط الشاحن التوربيني وقبل مشعب الهواء / مكتمل الهواء للمحرك.
التبريد يجعل الهواء أكثر كثافة ، مما يسمح لمزيد من الأكسجين بحرق المزيد من الوقود وزيادة الطاقة. علاوة على ذلك ، فإن هواء الاحتراق يبرد تيجان المكبس.
يجب أن تكون المياه المستخدمة للتبريد البيني قريبة جدًا من درجة حرارة الهواء المحيط. لهذا السبب ، من الأفضل عادةً استخدام مياه الخدمة بدلاً من مياه الدثار ، التي تتميز بدرجة حرارة أعلى بكثير (160 إلى 180 درجة فهرنهايت).
مخطط نظام مياه نموذجي للمبرد الداخلي والمبرد اللاحق
نظرًا لأن هذه الأجزاء هي نفسها تلك المستخدمة في نظام مياه الدثار ، فلن نتحدث عنها بعد الآن.
في بعض أنظمة المياه المبردة ، يمكن استخدام منظم الحرارة لمنع مياه المبرد البيني من البرودة الشديدة ، خاصة في الطقس البارد أو عندما لا يقوم المحرك بالكثير من العمل. هذا يمنع الرطوبة من التكثف في هواء الاحتراق قدر الإمكان. في بعض الأنظمة ، يتم ربط نظام مياه الدثار ونظام مياه المبرد الداخلي بحيث يمكن تسخين المبرد البيني عند الحاجة.
إذا كان هواء الاحتراق القادم إلى المحرك شديد البرودة ، فقد يستغرق المحرك وقتًا أطول لبدء التشغيل ، وقد لا يعمل بشكل جيد عندما يكون الحمل منخفضًا ، وقد لا تكون بطانة الأسطوانة مشحمة بشكل جيد. للتخفيف من هذا التأثير ، يقيد العديد من الشركات المصنعة حراريًا تدفق مياه التبريد إلى المبرد البيني و / أو يزود ماء الدثار الدافئ حسب الضرورة.
يحافظ الصمام الثرموستاتي في الدائرة على الماء في المبرد البيني من البرودة الشديدة ، مما يمنع الهواء الداخل إلى المحرك من البرودة الشديدة أيضًا. عندما يكون الهواء شديد البرودة ، يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث تكاثف في المحرك وخروج دخان "أبيض" من أنبوب العادم.

المزيد من الأشياء التي تجعلها رائعة
في معظم الأحيان ، يتم الاحتفاظ بمولد الديزل في مبنى به فتحات قليلة.
توجد عدة مصادر للحرارة في غرفة EDG ، مثل المحرك والمولد. للحصول على أفضل أداء ، يجب الاحتفاظ بمجموعة المفاتيح الكهربائية ولوحات التحكم ومعدات المراقبة وخزان الوقود اليومي وضاغط (ضواغط) الهواء وخزان (خزانات) تخزين الهواء في هذه المنطقة في درجة حرارة باردة.
لا يمكن أن تسخن غرفة EDG أكثر من 122 درجة فهرنهايت (50 درجة). لذلك ، من الضروري إدخال ما يكفي من الهواء البارد (الهواء المحيط) للتخلص من الحرارة والحفاظ على درجة حرارة الغرفة أقل من أعلى مستوى مسموح به. على الرغم من أن درجة حرارة الغرفة ليس لها تأثير كبير على المحرك نفسه ، إلا أن درجات حرارة الغرفة العالية جدًا في EDG يمكن أن يكون لها تأثير على المولد والأجزاء الأخرى. إذا كان هواء احتراق المحرك يأتي من الغرفة ، فإن الهواء الساخن القادم إلى المحرك يمكن أن يجعله أقل قوة.