大功率中速發(fā)動機前端溫控冷卻水箱模塊化設(shè)計

龔成武

【摘 要】1108系列柴油機屬于中速大功率發(fā)動機，其前端采用模塊化設(shè)計的理念，對發(fā)動機潤滑油、高低溫冷卻循環(huán)水、中冷增壓空氣高度集成，本文介紹了1108系列發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)的重要組成模塊溫控冷卻水箱，其與前端輔助支承箱體相結(jié)合，使發(fā)動機高低溫循環(huán)冷卻水的內(nèi)外循環(huán)得到自動控制。

【關(guān)鍵詞】大功率中速發(fā)動機；冷卻水系統(tǒng)；溫控冷卻水箱；模塊化

0 引言

冷卻水系統(tǒng)是發(fā)動機輔助系統(tǒng)的重要組成部分，其功用是使發(fā)動機零部件在最適宜的溫度下工作。常見大功率中速發(fā)動機其前端油水氣各系統(tǒng)，多為外管路連接方式，在安裝使用過程中，需要連接的管路較多，重慶普什機械有限責(zé)任公司研發(fā)的1108系列發(fā)動機，其前端采用模塊化設(shè)計，高度集成了高、低溫冷卻循環(huán)水泵、滑油泵、滑油冷卻器、中冷器等，各系統(tǒng)采用模塊化無管路設(shè)計，減少了發(fā)動機輔助系統(tǒng)的管路安裝。在發(fā)動機高、低溫冷卻水系統(tǒng)設(shè)計時，結(jié)合前端輔助支承箱體上的集成冷卻水路，研發(fā)人員設(shè)計了一款溫控冷卻水箱，將發(fā)動機高、低溫冷卻水的內(nèi)外循環(huán)控制，集成到這一溫控水箱上，通過巧妙的構(gòu)思，通過該溫控水箱，可實現(xiàn)兩種不同的高低溫冷卻水循環(huán)模式切換，使用時用戶只需選擇連接進出水口，就可完成對整臺發(fā)動機的冷卻水系統(tǒng)安裝，使用極為方便。

1 溫控水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工作原理介紹

1.1 冷卻水系統(tǒng)原理圖分析

圖1 單路串聯(lián)冷卻水循環(huán)回路

按圖1所示，外部低溫水由D1進口注入，經(jīng)低溫水泵加壓，流入中冷器，對中冷器內(nèi)的增壓空氣進行二級冷卻，然后低溫冷卻水流入滑油冷卻器，冷卻滑油，回流的大部分低溫冷卻水經(jīng)由低溫節(jié)溫閥（40℃）篩選，當(dāng)?shù)蜏乩鋮s水回流的溫度未達到節(jié)溫閥（40℃）開啟溫度時，低溫冷卻水回流到低溫水泵前經(jīng)加壓繼續(xù)循環(huán)，當(dāng)?shù)蜏乩鋮s水回流溫度超過節(jié)溫閥（40℃）開啟溫度時，大部分回流低溫冷卻水由D2口流出，去外部熱交換器散熱后，再回流到D1入口。在圖1中，低溫循環(huán)水回流時有一條之路與高溫水泵前相連，其主要目的在于補充膨脹水箱蒸發(fā)損失的部分高溫循環(huán)冷卻水，并且回流低溫循環(huán)水經(jīng)過空冷器和滑油冷卻器換熱后，溫度得到提升，進入高溫水泵前補水循環(huán)無需再加熱，提高了發(fā)動機的熱效率。高溫水泵將高溫冷卻循環(huán)水加壓后，流入中冷器，對增壓空氣進行一級冷卻，然后進入缸頭、水套進行冷卻，然后回流，經(jīng)過高溫節(jié)溫器（80℃）篩選，溫度未超過80℃時，高溫循環(huán)水回到高溫水泵前繼續(xù)內(nèi)部循環(huán)，當(dāng)高溫循環(huán)水回流溫度達到80℃后，節(jié)溫器（80℃）打開，由D2出口排除。圖1所示的原理優(yōu)點在于安裝方便，熱機效率較高，適用于外部冷卻水源充足的場合，如船用發(fā)動機。圖2所示循環(huán)方式，是多數(shù)發(fā)動機常采用的冷卻水方式，高、低溫循環(huán)冷卻水并聯(lián)布置，互不干涉，便于將發(fā)動機改造成陸用電站等。

圖2 高低溫冷卻水并聯(lián)回路

1.2 溫控水箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

1108系列發(fā)動機，要求將以上兩種發(fā)動機冷卻水循環(huán)方式都集成到發(fā)動機的前端，針對不同的客戶，均能獲得滿意的使用效果。經(jīng)過對冷卻水系統(tǒng)原理圖的分析，結(jié)合前端箱體內(nèi)部循環(huán)水路的布局，研發(fā)人員設(shè)計了溫控水箱，將節(jié)溫器巧妙的布置在溫控水箱里，通過溫控水箱，結(jié)合節(jié)溫器，將高低溫循環(huán)水分成三層，分別為：循環(huán)水吸入層、循環(huán)水超溫排除層、循環(huán)水回流層，由節(jié)溫器探測回流層水溫，自動開啟調(diào)節(jié)節(jié)溫器閥套，調(diào)節(jié)內(nèi)外循環(huán)冷卻水的比例，通過該設(shè)計，實現(xiàn)了原理圖1及圖2上的所有功能，并且只需更換少量零配件，就可以實現(xiàn)冷卻循環(huán)水串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式轉(zhuǎn)化，溫控水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 溫控冷卻水箱結(jié)構(gòu)圖

1.低溫循環(huán)水吸水層；2.低溫循環(huán)水超溫排除層；3.低溫循環(huán)水回流層；4.低溫節(jié)溫閥；5.高溫循環(huán)水吸水層；6.高溫循環(huán)水超溫排除層； 7.高溫循環(huán)水回流層；8.高溫節(jié)溫閥；9.低溫回水與高溫進水層串聯(lián)流道；9.超溫冷卻水左右溝通罩蓋；10.低溫循環(huán)水回流口；11.高溫循環(huán)水回流口1.增壓器；2.中冷器；3.恒溫水箱；4.冷卻水循環(huán)水泵；5.板式滑油換熱器；6.輔助支承箱.

1.3 工作原理介紹

循環(huán)水泵從吸水層吸水加壓送入系統(tǒng)中冷卻其他零部件，然后由回流口回到回流層，在回流層布置有節(jié)溫器的測溫頭，當(dāng)溫度沒有達到節(jié)溫器開啟的時候，回流冷卻水經(jīng)過節(jié)溫器流回吸水層，再次進行循環(huán)冷卻，當(dāng)回流溫度超過節(jié)溫器設(shè)定的溫度時，節(jié)溫器打開旁通口逐步減小回到吸水層的水流流量，超溫的水由超溫排除層排出，同時進水口D1在水泵的吸力作用下繼續(xù)往系統(tǒng)中補充滿足冷卻需求的，低溫水，在串聯(lián)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用中，用戶只需將外部淡水冷卻水管接在D1上，將排水管接到D2上即可。當(dāng)需要圖2所示的循環(huán)水系統(tǒng)的時候，只需要更換圖3中9，將其更改為平板，使高、低溫循環(huán)冷卻水排除時，互不干涉，同時需要在低溫回水層與高溫吸水層溝通通道上加上一個螺堵，斷開高、低溫循環(huán)水的串聯(lián)，輕松實現(xiàn)串聯(lián)循環(huán)水路與并聯(lián)循環(huán)水路的更換。

1.4 溫控水箱使用效果

溫控冷卻水箱，裝在輔助支承箱體之上，如圖4所示。該套溫控水箱體在1108系列發(fā)動機樣機100小時耐久性試驗過程中，經(jīng)受住了各種工況的發(fā)動機試驗，其冷卻性能表現(xiàn)良好，保證了發(fā)動機各零件在最適宜的溫度情況下穩(wěn)定工作。

2 結(jié)論

根據(jù)冷卻水系統(tǒng)原理圖，結(jié)合發(fā)動機輔助支承箱體，模塊化設(shè)計溫控冷卻水箱，經(jīng)受住了1108系列大功率中速發(fā)動機的各類定型試驗的考驗，在1108系列發(fā)動機的實際應(yīng)用中，其先后被改造為集裝箱大功率陸用發(fā)電站、大功率可燃氣體發(fā)動機、甲烷燃氣發(fā)電站等，在各類實際應(yīng)用中，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)良，充分說明了將高低溫恒溫閥集成到溫控冷卻水箱上的做法是可取的，這種方式簡化了柴油發(fā)動機的安裝管路，通過冷卻水恒溫水箱口的進出口直接與外部冷卻水源相連接，用戶省卻了較多的管路以及水溫溫控設(shè)備的建設(shè)，極大的提高了用戶的使用方便性。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]