سیستم خنک کاری

گرم کردن موتور و هوای احتراق

گرم کردن موتور

زمانی که گرمکن ترموستاتی موتور که از برق اصلی تغذیه می‌کند در سیستم خنک کاری تعبیه شده باشد، دمای مایع خنک کن در هوای سرد ثابت نگه داشته می‌شود. گرمکن موتور به تنهایی نمی‌تواند، برای راه اندازی یا جلوگیری از یخ زدگی موتور کافی باشد. لذا باید از مخلوط ضدیخ استفاده کرد.

هوای احتراق

سیستم تنفس و احتراق موتور از بخش‌های زیر تشکیل شده:

• فیلتر هوا (تمام موتورها)
• توربو شارژ (اکثر موتورها)
• زانویی خروجی اگزوز (تمام موتورها)
• منبع اگزوز (تمام موتورها)

وظیفه توربو شارژر تأمین هوای تازه کافی و وظیفه سیستم اگزوز تخلیه دود و کاهش میزان سر و صدا توسط منبع اگزوز است (سیستم اگزوز را بخوانید). خروجی رادیاتور بوسیله یک بست انعطاف پذیر به کانال خروجی هوا متصل می‌گردد تا هوای داغ خارج شده از رادیاتور نتواند دوباره به داخل اتاق ژنراتور بازگردد، کمبود هوا باعث کاهش قدرت موتور و ایجاد دوده کربن در بعضی از بخش‌های موتور خواهد شد.

جدول ۶/۳ مقدار DCA۴ توصیه شده طبق ظرفیت مایع خنک کن

جدول ۶/۴ مشخصات مخلوط ضد یخ و آب

پاکسازی آب

آب رادیاتور دیزل ژنراتور

سیستم خنک کاری موتور ممکن است دچار زنگ زدگی، خوردگی و کاویتاسیون شود. برای به حداقل رساندن شدت این آسیب‌ها، می‌توان یک مکمل ضد خورندگی اضافه کرد تا بطور کامل آب خنک کن را تمیز و زلال کند. برای جلوگیری از یخ زدگی آب خنک کن در هوای سرد، محلول ضد یخ مورد نیاز است.

مایع خنک کن موتور

آب خنک کن باید تمیز و عاری از هر نوع مواد شیمیایی خورنده از قبیل کلریدها، سولفات‌ها و اسیدها باشد و با میزان pH در دامنه ۵.۸ الی ۵.۱۰، اندکی قلیایی نگه داشته شود. بطور کلی، هر آبی که برای آشامیدن مناسب باشد می‌تواند با پاک سازی به شرح زیر بکار رود.

حفاظت در برابر پوسیدگی

به منظور جلوگیری از جرم گرفتگی، زنگ زدگی و پوسیدگی و خوردگی کلی، افزودن مکمل به خنک کن (کامینز DCA4 یا معادل) مورد نیاز است. استفاده از ضدیخ نیز توصیه می‌گردد زیرا غلظت DCA4 وابسته به وجود ضدیخ می‌باشد. ضدیخ با DCA4 واکنش می‌دهد تا باعث افزایش حفاظت در برابر پوسیدگی و کاویتاسیون گردد.

اقداماتی برای پاک سازی مایع خنک کن

1. مقدار معینی آب را به محفظه‌ی اختلاط اضافه و در میزان مشخصی DCA که در جدول ۶/۳ ذکر شد حل کنید. میزان DCA به مقدار ۴ درصد از ظرفیت کل مایع خنک کن می‌باشد.
2. مقدار معینی ضد یخ را به آب اضافه و به خوبی مخلوط کنید.
3. سیستم خنک کاری را با مایع خنک کن شارژ کنید.

حفاظت در آب و هوای سرد

جاییکه احتمال یخ زدگی باشد، باید به مایع خنک کن ضدیخ اضافه شود تا از آسیب دیدگی موتور به دلیل یخ زدگی مایع خنک کن جلوگیری شود.

از آنجاییکه غلظت DCA4 وابسته به وجود ضدیخ می‌باشد، ترکیب ۵۰% آب ۵۰% ضدیخ توصیه می‌شود. اگر به مایع خنک کن ضدیخ اضافه نشده، غلظت DCA4 باید افزایش یابد. در این حالت ضدیخی با سیلیکات پایین توصیه می‌شود.

*به جدول ۶/۴ مشخصات مخلوط ضدیخ و آب مراجعه نمایید.

تهویه

وجود تهویه هوای اتاق دیزل ژنراتور برای فراهم کردن هوای احتراق موتور، از بین بردن حرارت ساطع شده از دیزل ژنراتور و دیگر تجهیزات موجود در اتاق ژنراتور، ضروری است.

تهویه سیستم خنک کاری رادیاتور نصب شده روی موتور:

در این سیستم، هوا در تمام طول دیزل ژنراتور از انتهای آلترناتور تا انتهای رادیاتور جریان خواهد یافت.

توصیه‌ها:

• پس از نصب شدن تمام تجهیزات (دریچه‌ها، داکت‌های ورودی و خروجی هوا و غیره)، و قبل از روشن شدن دیزل ژنراتور، میزان جریان هوا می‌بایست جهت رعایت میزان حدود مجاز پیشنهادی بررسی شود.
• در اکثر سیستم‌ها، فن نصب شده روی موتور قادر به تأمین جریان هوای مورد نیاز خواهد بود، با این حال برخی محاسبات باید برای اطمینان از کفایت این جریان صورت پذیرد.
• ممکن است سیستم تهویه باعث ایجاد افت فشار خفیفی در اتاق ژنراتور شود، در این حالت توصیه می‌شود که تجهیزات احتراقی مثل دیگ‌های بخار در اتاق ژنراتور قرار داده نشوند. همچنین ممکن است به داکت فن‌های دمنده یا دریچه‌های بسیار بزرگ جهت ورود هوا نیاز باشد.
• در اقلیم‌های سرد، می‌توان از دریچه‌های مجهز به کنترل ترموستاتی استفاده کرد. وقتی موتور کار نمی‌کند دریچه‌ها بسته خواهند بود، این دریچه‌ها برای تأمین هوای احتراق در لحظه استارت دیزل ژنراتور اندکی باز و بعد از اینکه دمای مایع خنک کن دیزل ژنراتور یا دمای اتاق ژنراتور بقدر کافی بالا رفت، کاملاً باز خواهند شد. در این سیستم، هوای داغ خارج شده از رادیاتور می‌تواند دوباره به داخل اتاق ژنراتور بازگردد، که این امر به سریعتر روشن شدن دیزل ژنراتور کمک خواهد کرد و دمای سوخت را بالاتر از دمای کدرشدگی نگه می‌دارد.
• جریان هوا باید در محدوده ۷۰۰ - ۵۰۰ فوت در دقیقه (۲۲۰ - ۱۵۰ متر در دقیقه) باشد تا مانع ورود آب باران یا برف به داخل اتاق ژنراتور شود.
• یک رابط داکتی انعطاف پذیر می‌بایست بر روی رادیاتور تعبیه شود تا ارتعاشات و لرزش‌های دیزل ژنراتور را جذب کرده و مانع ایجاد سر و صدا شود.
• به منظور محاسبه گرمای کلی ساطع شده (H) به اتاق ژنراتور، تمام گرماهای ایجاد شده در اتاق از تمامی اجزاء (موتور، آلترناتور، لوله‌های اگزوز، منبع اگزوز و غیره) باید در نظر گرفته شود.
• زمانی که دیزل ژنراتور در حالت بار کامل (full load) در حال کار است، سیستم تهویه می‌بایست به شکلی تعبیه شود تا دمای اتاق دیزل را در محدوده ۱۰ الی ۱۵ درجه سانتیگراد حفظ کند، اگر دمای اتاق بالاتر از ۴۰ درجه سانتیگراد باشد هوای مورد نیاز احتراق می‌بایست بوسیله مسیر لوله مخصوص از محیط بیرون اتاق ژنراتور تأمین شود.

فرمول جریان هوای تهویه:

V = جریان هوای تهویه (cfm) (m³/min)

H = گرمای کلی ساطع شده (Btu/min) (kW)

ΔT= افزایش دمای مجاز (°C) (°F)

Combustion Air Flow = جریان هوای احتراق

چگالی هوا در ۱۰۰ درجه فارنهایت (۳۸ درجه سانتی گراد) =

0.0754 lb/cu ft (1.21 kg/m³)

گرمای ویژه هوا =

0.241 Btu/lb /°F (0.017 kW*min/kg/°C)

دمای فرضی محیط = ۳۸ درجه سانتیگراد (۱۰۰ درجه فارنهایت)

مثال محاسبه جریان هوای مورد نیاز:

در ابتدا، باید گرمای ساطع شده از موتور و آلترناتور را از دیتاشیت آنها پیدا کنیم، در این مثال مجموع گرمای ساطع شده از موتور و آلترناتور (۷۲ kW) 4100 BTU/min در نظر گرفته شده، ۱۰ فوت لوله اگزوز به قطر ۵ اینچ در اتاق نصب شده است. افزایش دمای مجاز در اتاق ۳۰ درجه فارنهایت خواهد بود.

1. حرارت ساطع شده از تمامی اجزاء داخل اتاق را محاسبه کنید. حرارت ساطع شده از منبع اگزوز و لوله اگزوز را از جدول ۶/۱ پیدا کنید.
   حرارت ساطع شده از لوله اگزوز ۵ اینچی 132BTU/min و حرارت ساطع شده از منبع اگزوز 2500BTU/min است.
   حرارت ساطع شده از دیزل ژنراتور = 4100BTU/min
   حرارت ساطع شده از لوله اگزوز = 10x132=1320BTU/min
   حرارت ساطع شده از منبع اگزوز = 2500BTU/min
   مجموع حرارت ساطع شده =  7920BTU/ min
2. جریان هوای مورد نیاز برای تخلیه حرارت در اتاق = مجموع حرارت کلی ساطع شده تقسیم بر افزایش دمای هوای مجاز اتاق.

Air Flow = جریان هوا

Heat Emitted = حرارت ساطع شده

Increase In Temperature = افزایش دما

 

جدول ۶/۱ - اتلاف حرارت از لوله عایق نشده و منبع اگزوز

نکته:

• برای سیستم‌های عایق کاری شده ۳۰% اعداد داده شده در جدول ۶/۱ را مد نظر قرار دهید.

 

جدول ۶/۲ - حرارت ساطع شده از موتورهای کامینز

شکل ۶/۴ - شیوه‌های صحیح و غلط تهویه هوای یک دستگاه دیزل ژنراتور

شکل ۶/۵ - تهویه هوای چند دستگاه دیزل ژنراتور

 

رادیاتور

خنک کاری بوسیله رادیاتور نصب شده روی موتور

شکل ۶/۱ - روش معمول خنک کاری با رادیاتور روی دستگاه

اگر بعد از خروجی رادیاتور هیچ اتصال انعطاف پذیری (flexible joint) وجود نداشته باشد، جهت جلوگیری از ورود هوای داغ به داخل اتاق ژنراتور می‌بایست نکاتی از پیش رعایت شود.

به عنوان مثال، رادیاتور باید تا حد امکان به خروجی هوا نزدیک باشد. توصیه می‌شود حداکثر فاصله رادیاتور از خروجی هوا ۱۵۰ میلی متر باشد.

کانال خروجی هوای رادیاتور باید حداقل ۲۵/۱ برابر اندازه ی ابعاد رادیاتور باشد. اتصال انعطاف پذیری (flexible joint) باید بطور کامل بسته شود تا از هرگونه نشتی جلوگیری شود. در ورودی و خروجی هوا، لوور یا توری شبکه‌ای استفاده شود. در محاسبه ابعاد دریچه‌های ورودی و خروجی هوا، باید بازشوها و توری‌ها نیز در نظر گرفته شوند.

خروجی‌های هوا باید بگونه‌ای طراحی شوند که میزان بک پرشر را به حداقل برساند.

توصیه می‌شود که بازشوهای ورودی هوا حداقل ۵/۱ برابر اندازه ابعاد خارجی رادیاتور باشد. تمامی تهویه‌های ورودی و خروجی باید به نحوی طراحی شوند تا مانع ورود باران به اتاق ژنراتور شوند. در اقلیم‌های سرد، اتاق ژنراتور می‌بایست گرم نگه داشته شود، جهت انجام این کار، می‌توان زمانیکه ژنراتور کار نمی‌کند برای بستن دریچه‌های ورودی و خروجی هوا از دریچه‌های کنترل ترموستاتی (گرماپایی) استفاده کرد. علاوه بر این، برای گرم نگه داشتن موتور می‌توان از گرمکن‌های بلوک موتور، مجهز به ترموستات استفاده کرد.

خنک کاری با رادیاتور مجزا (remote radiator)

انتخاب ریموت رادیاتورها (remote radiator) اختیاری هستند.

در بعضی از پروژه‌ها به دلیل محدودیت فضا، مشکل سر و صدا یا محدودیت‌های دسترسی، نصب ریموت رادیاتورها ضروری است. میزان سر و صدای ژنراتور با استفاده از ریموت رادیاتور کاهش خواهد یافت. تمام سیستم ریموت رادیاتور باید در مقابل یخ زدگی محافظت شود.

پیش از پر کردن سیستم خنک کاری، باید همه دریچه‌ها، اتصالات، فیتینگ‌ها و غیره کنترل شود تا مطمئن شوید نشتی وجود ندارد. بین رادیاتور و موتور باید از لوله انعطاف پذیر (flexible pipe) استفاده کنید.

توصیه‌ها و هشدارهای سیستم ریموت رادیاتور:

• مطمئن شوید هیچگونه هوایی در سیستم خنک کن وجود ندارد.
• در برابر یخ زدگی، از ترکیب آب و ضدیخ استفاده کنید.
• مطابق توصیه تولید کننده موتور، از ترکیب ضد خوردگی استفاده کنید.
• بین موتور و رادیاتور از یک مخزن انبساط مناسب و بزرگ استفاده کنید.
• رادیاتور و فن‌ها می‌بایست مطابق شرایط نصب طراحی شوند.
• برای جلوگیری از افزایش دمای اتاق موتور، می‌بایست یک فن تهویه مناسب انتخاب کنید.
• اگر افت فشار بین موتور و رادیاتور از مقدار مشخص شده در دیتاشیت‌های موتور فراتر رفته و یا رادیاتور بسیار بالاتر از موتور مستقر شده (۱۸ متر برای اکثر موتورهای کامینز)، می‌توان از سیستم خنک کاری مبدل حرارتی استفاده کرد.

شکل ۶/۲ - شکل سیستم خنک کاری با ریموت رادیاتور معمول

سیستم خنک کاری با مبدل حرارتی (Heat Exchanger)

سیستم خنک کاری با مبدل حرارتی در ریموت رادیاتورهایی که افت فشار لوله در آن بالاتر از حد مجاز بوده و یا سیستم آب خنک کن در نزدیکی دیزل ژنراتور موجود باشد، استفاده می‌شود.

در این روش یک مخزن انبساط مورد نیاز است و باید در سطحی بالاتر از موتور و مبدل حرارتی نصب شود.

پمپ‌های جریان باید در پایین‌ترین سطح سیستم خنک کاری نصب شوند.

توصیه می‌شود جهت لوله کشی این سیستم خنک کاری از لوله فولادی، پلاستیکی، آلومینیومی، مسی و فولاد گالوانیزه استفاده شود.

مدار خروجی آب می‌بایست از طریق یک اتصال انعطاف پذیر به موتور متصل گردد تا در زمان انبساط گرمایی خطوط لوله، باعث حرکت و جابجایی موتور نشود و همچنین از انتقال ارتعاشات موتور به خط لوله جلوگیری نماید.

برای جلوگیری از افزایش دمای اتاق موتور، می‌بایست یک فن تهویه مناسب انتخاب کنید.

شکل ۶/۳ - سیستم خنک کاری معمول با مبدل حرارتی