柴油发电机冷却方式和通风量计算

摘要：对发电机房的设计来说，柴油发电机组的冷却和通风非常重要。只有保证机房内足够的空气流量，及时带走发动机辐射的热量，才能满足柴油发电机组正常的工况。若无良好的冷却和通风，会使柴油发电机组发电机组功率折损，并使机器出现高水温现象报警停机，从而影响柴油发电机组的使用。因此，设计安装发电机组时，工程师应考虑满足发电机组在柴油燃烧时消耗的空气量和冷却所需的空气量。

一、冷却方式

      柴油发电机组冷却方式有多种多样，常见的有以下几种：

1、 连机式散热器

      连机式散热器亦称风冷闭式循环水冷却机组，外形如图1所示。 联机式散热器机组是较常用的柴油发电机组，通过随机安装的散热器及风扇来冷却机组；空气从发电机端流经发动机，再通过散热器，散热器护栅上设有排风导管配接凸缘。大部分机组使用联机式水箱散热冷却，此冷却方法运行可靠且成本较低。

2、远置散热器

      远置散热器式亦称远置水箱型发电机组。当进、排风口面积无法满足柴油发电机需要风量要求或者由于空间、噪音等限制时，可选用远置式水箱冷却系统，此机组将柴油发动机上皮带驱动的风扇及冷却水箱取消，由远置水箱替代，在使用时可将远置水箱放置于建筑物顶层、空旷地带或具有良好通风散热条件的地方。

3、热交换器

      热交换器式亦称水冷式发电机组。其工作原理是柴油机工作时所产生的热水经柴油发电机水管达到热交换器，被冷却水塔或冷水池过来的冷水进行冷却。柴油发电机的循环热水水温下降后留回柴油机散热器。经散热器再次冷却后流回柴油发电机，对发动机进行冷却。

图1  柴油发电机组模型简化图

二、通风系统设计

1、连机式散热器

（1）自然进风

       发电机组自带风扇吸入冷空气并经发电机底部流过散热器，再经散热器相连的导风管排到户外。注意事项如下：

① 须计算冷却所需的风量；

② 考虑必要的进排风口面积；

※ 当机房位于负一层时，进风口应处于通风畅通的空间，且可以保证足够的风量，排风应将其引至室外，并避免与进风发生短路；当机房位于首层时，除了保证足够的进排风口面积，还应尽量避免进排风口位于同一立面，排风口尽量避开人行通道。

（2）强制进风

      通过低噪声轴流风扇强制抽入新鲜空气并经发电机底部流过散热器，再经散热器相连的导风管排到户外。注意事项如下：

① 所选用风机需与冷却所需风量匹配；

② 考虑进排风系统的背压；

③ 必要的进排风口的面积。

2、远置散热器

      远置散热器发电机组（俗称远置水箱型），是将散热器（水箱）与发电机组分离，散热器风扇由单独的电动机带动，散热器可以在室外 安装。当散热器高于发电机组3米或管道阻力超过3米水压时，须安 装一个隔离水箱及驱动水泵，以保持冷却系统之间的良好循环。

      安装远置散热器发电机组时应注意散热风扇的噪声处理措施。

      远置散热器的冷却系统应注意下列事宜：

（1）隔离水箱应有足够的容量来容纳整个系统的冷却水；

（2）防止冷却水被外来物质污染；

（3）防止冷却水通过中间水箱时被氧化；

（4）防止系统中空气滞留；

（5）应对冷却液进行防锈防腐处理。 

3、热交换器

      热交换器）应安装在机房内邻近发电机组的位置，在热交换器的上 部应配有膨胀水箱。在整个冷却系统中，应加装循环水泵和冷却塔，注意事项如下：

（1）所有与发电机组连接之处都应采用软性连接（即橡胶膨胀节），避免振动沿管道传播。

（2）对于与热交换器配套的冷却水塔的选型，首先必须考虑其热 交换器总量，然后按照发电机组的进出口水温要求、热交换器的水量来选择相应的冷却水塔。

（3）水泵应能克服热交换器、冷却塔及管路的阻力，能提供所需 的水流速。在确定冷却塔的位置时，须考虑整条水管路对机组形成的水压，其所形成的压力不能大于发电机组水系统管路所能承受的压力。

（4）发电机组的冷却系统易遭受锈蚀和氧化，为减轻侵蚀的程度，应在冷却水中添加防锈剂。

三、通风量的计算

      针对三类冷却方式，分别计算机房内通风量。

1、连机式散热器通风量

      即风冷式闭式循环水冷却，机房内通风量计算可按以下理论公式计算：

V=H /（D×Cp×∆T）+燃烧空气量

其中： V——通风量 m³/min

H——热幅射 KW

D——空气密度（在38℃时， D 为1.099kg/m³)

Cp——空气比热0.017KW ·min/kg · ℃

      通常，对此类发电机组，发电机组的通风量可以粗略计算，即等于发电机组冷却系统风扇气流流量+燃烧所需空气量：

例如：备用柴油发电机组额定功率520KW，  查发电机组技术参数：风扇气流流量= 935 m³/min；燃烧空气量= 40 m²/min；则机房通风量为935+ 40 = 975 m/min。

      一般地，机房内较好保持5%左右的负压风量。

      根据康明斯发电机组参数，冷却系统的气流阻力为120Pa， 当风道阻力与消声器阻力大于系统背压时，必须考虑增加加压风机。

2、远置散热器或热交换器通风量

（1）当机房通风条件难以满足连机式散热器发电机组要求时，可选用远置式散热器或热交换器式发电机组。同样，远置散热器发电机组机房仍需进行通风，交换机体辐射的热量。为了简化计算，这两种冷却方式的通风量可按≥25 m³/kw.h计算。

（2）平时机房维护时通风，通风量按每小时换气3～5次计算。

总结：

      康明斯发电机厂家特别提示用户，由于良好的通风需要足够的空气流入和流出，并需要保持在机房内自由循环。因此，柴油发电机房必须足够大以便让空气自由循环，这样柴油发电机房内的空气气温就可以保持均衡并且没有滞留气体。只有确实解决了柴发机房通风问题，才能确保设备正常运行，以求柴油发电机组功率的较大化输出。