發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)

一、柴油發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃油在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使氣缸內(nèi)氣體溫度高達(dá)1800℃以上，因此，柴油發(fā)電機(jī)組要正常發(fā)電，則需要設(shè)計(jì)有效的冷卻系統(tǒng)，及時(shí)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套以及潤(rùn)滑油和增壓空氣，以免活塞、氣缸套、氣缸蓋等關(guān)鍵部件高溫?fù)p壞；圖1進(jìn)一步顯示，備用機(jī)組帶載運(yùn)行時(shí)，大小約為機(jī)組輸出功率71.43%的燃燒熱需要冷卻系統(tǒng)從發(fā)動(dòng)機(jī)本體帶出，因此，數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)要按其裝機(jī)容量正常發(fā)電，則需要在項(xiàng)目前期規(guī)劃過(guò)程中考慮備用電源的機(jī)房設(shè)計(jì)，并在備用機(jī)組選型時(shí)根據(jù)環(huán)境溫度、機(jī)房容許進(jìn)風(fēng)量等用戶環(huán)境條件，確定機(jī)組合適的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以確保機(jī)組發(fā)電過(guò)程中20%～40%的燃燒熱量能有效帶出冷卻，否則備用電源系統(tǒng)無(wú)法滿足用戶環(huán)境下負(fù)載的啟動(dòng)運(yùn)行需求。

二、柴油發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)，可分為聯(lián)機(jī)式冷卻系統(tǒng)和遠(yuǎn)置式冷卻系統(tǒng)，其中聯(lián)機(jī)式冷卻系統(tǒng)即一體式冷卻系統(tǒng)，在機(jī)組的開(kāi)發(fā)階段驗(yàn)證定型，可靠性和冷卻效率都很高，性價(jià)比高且現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單，故障率低且故障處理容易，但對(duì)機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量要求大，機(jī)組運(yùn)行時(shí)水箱/散熱器風(fēng)扇噪聲大；遠(yuǎn)置式冷卻系統(tǒng)即分體式冷卻系統(tǒng)，其水箱/散熱器遠(yuǎn)置于發(fā)電機(jī)房外，冷卻系統(tǒng)具體方案在機(jī)房設(shè)計(jì)階段定型，屬于客戶化設(shè)計(jì)，故可靠性和冷卻效率都比較低，且現(xiàn)場(chǎng)安裝復(fù)雜，故障率高且故障處理難度大，但機(jī)組運(yùn)行對(duì)機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量要求較小，機(jī)組運(yùn)行時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)噪聲較小。

數(shù)據(jù)中心備用電源的冷卻方式，即柴油發(fā)電機(jī)組采用何種冷卻系統(tǒng)，受制于機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式，應(yīng)在備用機(jī)組選型和機(jī)房土建規(guī)劃時(shí)確定。如果備用發(fā)電機(jī)組采用渦輪增壓空空中冷，則只能采用聯(lián)機(jī)式冷卻系統(tǒng)；如果機(jī)組采用渦輪增壓?jiǎn)伪秒p循環(huán)空水中冷，則建議采用聯(lián)機(jī)式冷卻系統(tǒng)；如果備用機(jī)組采用其它進(jìn)氣方式，且機(jī)房滿足所有機(jī)組滿載運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)量需求，則機(jī)組應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用聯(lián)機(jī)式冷卻系統(tǒng)，但如果機(jī)房需要進(jìn)一步降噪，則可以考慮采用遠(yuǎn)置式冷卻系統(tǒng)；如果機(jī)房進(jìn)風(fēng)量無(wú)法通過(guò)土建規(guī)劃設(shè)計(jì)滿足機(jī)組滿載運(yùn)行的進(jìn)風(fēng)量需求，則需要采用遠(yuǎn)置式冷卻系統(tǒng)，此時(shí)不能選用渦輪增壓空空中冷的備用機(jī)組，也不建議選用渦輪增壓?jiǎn)伪秒p循環(huán)空水中冷機(jī)組。備用電源采用聯(lián)機(jī)式冷卻方式時(shí)，機(jī)房設(shè)計(jì)不需要考慮冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，直接使用機(jī)組聯(lián)機(jī)式冷卻系統(tǒng)即可，但機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量，一定得按用戶環(huán)境（海拔高度和環(huán)境溫度）下備用系統(tǒng)滿載運(yùn)行時(shí)的總進(jìn)風(fēng)量需求設(shè)計(jì)；備用電源采用遠(yuǎn)置式冷卻方式時(shí)，安裝于機(jī)房外的水箱/散熱器與機(jī)組的相對(duì)位置，決定備用電源系統(tǒng)采用如下哪種冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。貴州發(fā)電機(jī)組

水箱/散熱器直接遠(yuǎn)置。當(dāng)需要水箱/散熱器遠(yuǎn)置，且水箱/散熱器與機(jī)組的相對(duì)位置不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜壓頭要求和摩擦壓頭要求時(shí)，可直接將水箱/散熱器遠(yuǎn)置，進(jìn)行冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但渦輪增壓?jiǎn)伪秒p循環(huán)空水中冷機(jī)組不宜采用該冷卻系統(tǒng)。

需要附加冷卻水泵的冷卻系統(tǒng)。當(dāng)需要水箱/散熱器遠(yuǎn)置，且水箱/散熱器與機(jī)組的相對(duì)位置不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜壓頭要求但超過(guò)其摩擦壓頭要求時(shí)，在冷卻系統(tǒng)中安裝附加冷卻水泵克服摩擦阻力偏差，以便冷卻液在冷卻系統(tǒng)中正常流動(dòng)。附加冷卻水泵的選型主要依據(jù)上述摩擦阻力偏差。渦輪增壓?jiǎn)伪秒p循環(huán)空水中冷機(jī)組不宜采用該冷卻系統(tǒng)。

采用熱交換器遠(yuǎn)置水箱/散熱器的冷卻系統(tǒng)。當(dāng)需要水箱/散熱器遠(yuǎn)置，且水箱/散熱器與機(jī)組的相對(duì)位置，既超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜壓頭要求也超過(guò)其摩擦壓頭要求時(shí)，可參考圖4，采用熱交換器遠(yuǎn)置水箱/散熱器的冷卻系統(tǒng)。熱交換器的位置主要受制于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，直接將熱交換器裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上或安裝在機(jī)組附近，熱交換器機(jī)組側(cè)一次冷卻系統(tǒng)與水箱/散熱器側(cè)二次冷卻系統(tǒng)互相獨(dú)立，機(jī)組側(cè)冷卻系統(tǒng)流量等于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻流量，水箱/散熱器側(cè)冷卻流量，即二次側(cè)冷卻驅(qū)動(dòng)水泵的流量，應(yīng)在確保熱交換器二次側(cè)冷卻液出口溫度小于熱交換器較高容許溫度的前提下，從熱交換器有效帶出發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給冷卻系統(tǒng)的熱量，送遠(yuǎn)置水箱/散熱器冷卻。

采用熱交換器遠(yuǎn)置水箱/散熱器設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，如果水箱/散熱器由于環(huán)境溫度等緣故冷卻效果不理想，可以考慮用冷卻塔代替水箱/散熱器，但冷卻塔方案不宜用在冬天結(jié)冰或濕度低的用戶現(xiàn)場(chǎng)，也不適用于灰塵大及風(fēng)沙多發(fā)地區(qū)。用戶環(huán)境容許時(shí)可以設(shè)計(jì)引自來(lái)水冷卻熱交換器，寒冷地區(qū)也可設(shè)計(jì)熱回收系統(tǒng)，用二次冷卻水的熱量生產(chǎn)生活熱水或預(yù)熱建筑物新風(fēng)，水源比較豐富的地區(qū)，也可考慮直接用河水、湖水作為熱交換器器的二次冷卻水，但采用該方案時(shí)熱交換器易于結(jié)垢而降低熱交換效率，故需要根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定定期清洗的頻率。

采用熱井遠(yuǎn)置水箱/散熱器的冷卻系統(tǒng)。需要水箱/散熱器遠(yuǎn)置，且水箱/散熱器與機(jī)組的相對(duì)位置，既超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜壓頭要求也超過(guò)其摩擦壓頭要求時(shí)，采用熱井遠(yuǎn)置水箱/散熱器的冷卻系統(tǒng)，熱井的位置受制于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，水箱側(cè)冷卻回路附加冷卻水泵的選型需考慮水箱/散熱器的安裝位置，熱井的小容量，應(yīng)包括運(yùn)行時(shí)充滿冷卻水管和水箱/散熱器而停機(jī)時(shí)流回?zé)峋睦鋮s液容量，以及熱井確保運(yùn)行時(shí)有效熱交換的小容量，該小容量一般取冷卻系統(tǒng)總?cè)萘康?%，加上熱井兩邊冷卻回路流量之和的四分之一。采用熱井遠(yuǎn)置水箱/散熱器的冷卻系統(tǒng)，熱井兩邊的冷卻回路實(shí)際上屬于同一個(gè)密閉的冷卻系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給冷卻系統(tǒng)的熱量，需要水箱/散熱器的冷卻風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣冷卻，當(dāng)環(huán)境溫度較高及冷卻系統(tǒng)管路過(guò)長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)的冷卻效果很可能不理想，因此采用熱井遠(yuǎn)置水箱/散熱器的冷卻系統(tǒng)，貴州發(fā)電機(jī)組適用于夏天環(huán)境溫度不高、冷卻水管不長(zhǎng)的用戶現(xiàn)場(chǎng)。