大功率中速发动机前端温控冷却水箱模块化设计

龚成武

【摘 要】1108系列柴油机属于中速大功率发动机，其前端采用模块化设计的理念，对发动机润滑油、高低温冷却循环水、中冷增压空气高度集成，本文介绍了1108系列发动机冷却水系统的重要组成模块温控冷却水箱，其与前端辅助支承箱体相结合，使发动机高低温循环冷却水的内外循环得到自动控制。

【关键词】大功率中速发动机；冷却水系统；温控冷却水箱；模块化

0 引言

冷却水系统是发动机辅助系统的重要组成部分，其功用是使发动机零部件在最适宜的温度下工作。常见大功率中速发动机其前端油水气各系统，多为外管路连接方式，在安装使用过程中，需要连接的管路较多，重庆普什机械有限责任公司研发的1108系列发动机，其前端采用模块化设计，高度集成了高、低温冷却循环水泵、滑油泵、滑油冷却器、中冷器等，各系统采用模块化无管路设计，减少了发动机辅助系统的管路安装。在发动机高、低温冷却水系统设计时，结合前端辅助支承箱体上的集成冷却水路，研发人员设计了一款温控冷却水箱，将发动机高、低温冷却水的内外循环控制，集成到这一温控水箱上，通过巧妙的构思，通过该温控水箱，可实现两种不同的高低温冷却水循环模式切换，使用时用户只需选择连接进出水口，就可完成对整台发动机的冷却水系统安装，使用极为方便。

1 温控水箱结构设计以及工作原理介绍

1.1 冷却水系统原理图分析

图1 单路串联冷却水循环回路

按图1所示，外部低温水由D1进口注入，经低温水泵加压，流入中冷器，对中冷器内的增压空气进行二级冷却，然后低温冷却水流入滑油冷却器，冷却滑油，回流的大部分低温冷却水经由低温节温阀（40℃）筛选，当低温冷却水回流的温度未达到节温阀（40℃）开启温度时，低温冷却水回流到低温水泵前经加压继续循环，当低温冷却水回流温度超过节温阀（40℃）开启温度时，大部分回流低温冷却水由D2口流出，去外部热交换器散热后，再回流到D1入口。在图1中，低温循环水回流时有一条之路与高温水泵前相连，其主要目的在于补充膨胀水箱蒸发损失的部分高温循环冷却水，并且回流低温循环水经过空冷器和滑油冷却器换热后，温度得到提升，进入高温水泵前补水循环无需再加热，提高了发动机的热效率。高温水泵将高温冷却循环水加压后，流入中冷器，对增压空气进行一级冷却，然后进入缸头、水套进行冷却，然后回流，经过高温节温器（80℃）筛选，温度未超过80℃时，高温循环水回到高温水泵前继续内部循环，当高温循环水回流温度达到80℃后，节温器（80℃）打开，由D2出口排除。图1所示的原理优点在于安装方便，热机效率较高，适用于外部冷却水源充足的场合，如船用发动机。图2所示循环方式，是多数发动机常采用的冷却水方式，高、低温循环冷却水并联布置，互不干涉，便于将发动机改造成陆用电站等。

图2 高低温冷却水并联回路

1.2 温控水箱的内部结构设计

1108系列发动机，要求将以上两种发动机冷却水循环方式都集成到发动机的前端，针对不同的客户，均能获得满意的使用效果。经过对冷却水系统原理图的分析，结合前端箱体内部循环水路的布局，研发人员设计了温控水箱，将节温器巧妙的布置在温控水箱里，通过温控水箱，结合节温器，将高低温循环水分成三层，分别为：循环水吸入层、循环水超温排除层、循环水回流层，由节温器探测回流层水温，自动开启调节节温器阀套，调节内外循环冷却水的比例，通过该设计，实现了原理图1及图2上的所有功能，并且只需更换少量零配件，就可以实现冷却循环水串联和并联两种方式转化，温控水箱内部结构如图3所示。

图3 温控冷却水箱结构图

1.低温循环水吸水层；2.低温循环水超温排除层；3.低温循环水回流层；4.低温节温阀；5.高温循环水吸水层；6.高温循环水超温排除层； 7.高温循环水回流层；8.高温节温阀；9.低温回水与高温进水层串联流道；9.超温冷却水左右沟通罩盖；10.低温循环水回流口；11.高温循环水回流口1.增压器；2.中冷器；3.恒温水箱；4.冷却水循环水泵；5.板式滑油换热器；6.辅助支承箱.

1.3 工作原理介绍

循环水泵从吸水层吸水加压送入系统中冷却其他零部件，然后由回流口回到回流层，在回流层布置有节温器的测温头，当温度没有达到节温器开启的时候，回流冷却水经过节温器流回吸水层，再次进行循环冷却，当回流温度超过节温器设定的温度时，节温器打开旁通口逐步减小回到吸水层的水流流量，超温的水由超温排除层排出，同时进水口D1在水泵的吸力作用下继续往系统中补充满足冷却需求的，低温水，在串联式循环冷却水系统使用中，用户只需将外部淡水冷却水管接在D1上，将排水管接到D2上即可。当需要图2所示的循环水系统的时候，只需要更换图3中9，将其更改为平板，使高、低温循环冷却水排除时，互不干涉，同时需要在低温回水层与高温吸水层沟通通道上加上一个螺堵，断开高、低温循环水的串联，轻松实现串联循环水路与并联循环水路的更换。

1.4 温控水箱使用效果

温控冷却水箱，装在辅助支承箱体之上，如图4所示。该套温控水箱体在1108系列发动机样机100小时耐久性试验过程中，经受住了各种工况的发动机试验，其冷却性能表现良好，保证了发动机各零件在最适宜的温度情况下稳定工作。

2 结论

根据冷却水系统原理图，结合发动机辅助支承箱体，模块化设计温控冷却水箱，经受住了1108系列大功率中速发动机的各类定型试验的考验，在1108系列发动机的实际应用中，其先后被改造为集装箱大功率陆用发电站、大功率可燃气体发动机、甲烷燃气发电站等，在各类实际应用中，冷却水循环系统表现优良，充分说明了将高低温恒温阀集成到温控冷却水箱上的做法是可取的，这种方式简化了柴油发动机的安装管路，通过冷却水恒温水箱口的进出口直接与外部冷却水源相连接，用户省却了较多的管路以及水温温控设备的建设，极大的提高了用户的使用方便性。

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[责任编辑：杨玉洁]