浅析冷却系统故障对发动机的影响——75吨卷扬机发动机冷却系统改造

浅析冷却系统故障对发动机的影响——75吨卷扬机发动机冷却系统改造

闵凡友

海洋石油工程股份有限公司

摘要：

公司75T卷扬机配置动力站发动机水温异常，排气冒黑烟故障。经排查确诊为发动机冷却系统与发动机不匹配，冷却系统过大的散热能力而导致发动机功率的浪费，两台康明斯柴油机在满负荷工况时连续运转，发动机水温还是过低并排气冒黑烟故障，本文针对本故障通过对冷却系统的改造彻底解决了本故障，并从冷却系统对发动机的影响方面进行了详细分析。

关键词：

   冷却系统 发动机 水温异常 冒黑烟

目录

摘要：

一、发动机冷却系统组成

二、水温异常对发动机性能的影响

三、发动机水温低的原因故障诊断与处理

四、改造方案

五、总结

发动机冷却系统是发动机的重要组成部分。主要由：水泵、风扇、节温器、散热器、水管、中冷器、水套等零部件组成。其作用是通过调节冷却系统的冷却液温度使发动机工作在较适应的范围内。发动机冷却系统是保障发动机正常稳定运行的重要系统，保证发动机的各零部件和润滑油因温度异常而损坏或变质影响工作工况，冷却水温是柴油机一个重要使用因素。水温过高或过低对柴油机的零部件功率、工作噪音、排气质量、润滑油质量、工作爆燃性都会产生许多不利影响，柴油的工作效率和使用寿命只有当冷却水温保持在最佳工作状态时，此时减少油耗率，提高工作效率减少零部件的磨损，延长使用寿命，对一台柴油机来说它的最佳冷却水温度是多少,冷却水温对发动机的影响有多大是根据不同的型号柴油机的最佳冷却水温度不同，同时气候、工作条件、转速、负荷对它也有影响，目前柴油机上使用的冷却水温控制技术很难保证柴油机的最佳工作温度工况，因此冷却系统是一种被动的结构简单的冷却系统，不能根据发动机的负荷与转速主动的提供发动机所需的冷却温度，现在发动机冷却系统设计标准是根据发动机满负荷运转时散热问题而确定的，造成柴油发动机水温过低的原因很多，有来自散热系统本身的问题也有发动机工况发面的问题还有仪表指示方面的问题，不论是那些原因造成其故障的实质，一般有几方面。工作环境原因、发动机工作工况原因、散热系统散热能力设计不合理原因、仪表指示方面原因、辅助装置损坏等。本次主要分析冷却系统散热能力对发动机的影响。

一、发动机冷却系统组成

柴油机采用水冷式发动机冷却系统通过节温器调节冷却水温度将发动机保持在适当的工作温度范围内，通过风扇将水泵循环水经过散热器将其热度带走实现降温，发动机的冷却系统主要有以下四部分组成：

1、散热器

散热器的作用是增大散热面积加速水的冷却，冷却水经过散热器后其温度可降低10-15度为将散热器传出的热量尽快带走，再其背后装有风扇与散热器配合工作，散热器一般用铜或铝制成。

2、冷却风扇

冷却风扇是散热部位的通风装置，是由发动机通过皮带驱动，是为了在低速时也能够保证充分的风量而设计的，所以在高速时容易旋转过快产生噪音。

3、节温器

节温器装在冷却水循环的通路中，有两种安装方法a.位于发动机出水处b.位于发动机进水处。根据水温的高低，自动改变水的循环流动路线，已达到调节冷却系统的冷却温度。节温器有蜡式和乙醚皱纹筒式两种。膨胀筒式节温器是由具有弹性的折叠式的密封圆筒（用黄铜制成）内装。有易于拔出乙醚主阀门随膨胀筒上端一起上下移动，膨胀筒内的液体的蒸汽压力随着周围温度的变化而变化，故圆筒温度也随着温度而变化。

4、水泵

水泵的作用是冷却水加压加速，冷却水的循环流动保证冷却可靠，多采用离心式水泵，水泵主要由泵壳、泵轮、泵轴、机械密封等组成。水泵工作过程，泵轮带动泵轴旋转时叶轮带水一起旋转在离心力作用下水杯甩向叶轮边缘然后经过泵体的出水道压送到发动机水管内于此同时，叶轮中心的压力降低散热器中的水经过进水管被压进叶轮中心部分，如此连续的作用就是冷却水在水路中不断的循环。

二、水温异常对发动机性能的影响

1、对发动机本身的影响

当其他条件一定时，柴油机水温在85度左右时，气缸活塞的磨损量最小，冷却水温增高到100度时，气缸活塞等零部件的磨损速度增加5%-10%原因是水温过高加快润滑油老化，气缸积碳增多，机油粘度下降，润滑条件恶化，从而加剧零件磨损，当水温降低30度时，柴油机零件磨损速度增加1-2倍。原因是低温促使产生腐蚀磨损，特别是燃气中的酸根和水蒸气结合成酸类物资使缸腐蚀磨损增加，并且低温时润滑油粘度增加，恶化了气缸和活塞环的润滑条件另外燃气中的水蒸气冷凝后冲洗油膜，加剧了气缸活塞等零件间的配合间隙失常引起零件拉伤卡死等故障，温度过低致使零件间隙失常，零件在运动中相互撞击，噪音增加，磨损增加同时水蒸气冷凝水流入机油壳内加速加油变质。

2、温度过低对发动机的影响

温度过低易使机油粘度增大，导致发动机汽缸壁的磨粒磨损，这是发动机气缸壁的主要磨损形式，当发动机在低温条件下运行时，应保持冷却水温度在70度以上才使汽缸壁温度高于酸性燃烧产物的露点，减少因腐蚀而造成的磨粒磨损成度，此外也能避免因温度过低而引起的润滑油恶化而造成的粘着磨损，以及磨粒磨损由于在低温条件下运行发动机各部分温度较低，燃油雾化效果不佳，燃烧不充分导致CO,HC的大量产生影响环境。

3、对发动机功率的影响

温度过低时散热量增加，燃烧转换有效功率减少，燃烧过程不良或迟缓冒黑烟功率消耗增加水温过低冷却水带走的热量增多，热损失增高经济性能下降，温度过低则不利于油膜的蒸发，在冷车启动时，由于燃烧室的壁面温度低，空间扩散的柴油少使采油启动性能变差并伴随着冒黑烟

4、对润滑油的影响

温度过低润滑油粘度加大通过滤清器的阻力增大，进而使润滑油压力过高，不必要的增加油泵的负荷使润滑油泵早期损坏。

5、对排气质量的影响

在气门杆尾端与摇臂之间的间隙成为气门间隙，温度过低时，零件遇冷收缩严重使得气门间隙过大，气门最大开度减小，排气质量不良，同时传动件之间撞击加剧，增大零件磨损和噪音同时不完全燃烧现象严重，排放污染增多。

6、对发动机使用寿命的影响

冷却水温度过低一般指水温低于60度，水温过低时燃烧过程产生的酸性物质成液态出现，容易粘附在气门、活塞、活塞环、气缸壁上使其受到腐蚀严重影响使用寿命。

7、对发动机工作的粗暴性影响

柴油机工作粗暴性的定义是平均压力升高超过400-600KP/°时就明显感觉到强烈的震音，给人带来难受的感觉，称为柴油机工作粗暴。温度过高过低都加剧柴油机零件磨损恶化了润滑油条件，降低了柴油机的实际输出功率，排气质量下降，最终导致柴油机工作粗暴。

三、发动机水温低的原因故障诊断与处理

1、节温器失常工作或节温器选型与发动机不匹配，检查节温器失常原因，是主阀卡在开的位置过大。节温器选型根据发动机要求选择

2、冷却系统冷却水走向设计不合理，水管选择不当，检修冷却系统走向，重新设计装配更换合适的通径水管

3、散热器散热片开口太大，更换散热器

4、水温表指示错误，检查水表及传感器是否正常

5、机械部分，水泵进水管是否变形，风扇皮带松紧程度是否合适

6、检查水量是否充足，水循环情况是否良好

四、改造方案

1、由于水管较多，现布置的水管参考其中冷节温器的位置以及现有水箱、管路显得比较杂乱，相互干扰

改进：修改中冷节温器的进水管路，将节温器挪至较合适的位置；修改水箱中冷冷却管路位置以对应与发动机接口

2、现装配的中冷水补水管路稍粗，水温稍低

改进：现有中冷补水管路上安装球阀，现场试验，调节球阀控制流量，配合水箱的冷却效果来确认水管多大通径时是合适的，随后加以修改

3、安装前后对比图如下：

改造后                            改造前

4、冷却管路流向示意图：

通过对发动机冷却系统的改造，从根本上解决了发动机冷却系统存在的故障，改造后经过试验，发动机运行正常，水温正常，排气烟色正常。其他技术参数符合发动机要求。

五、总结

通过对75吨卷扬机冷却系统的改造，彻底解决了2台75吨卷扬机的发动机故障，也印证了发动机冷却系统在整个发动机工作中至关重要的作用，对以后发动机冷却系统维修也起到了一些启示。

参考文献

1. 如何对发动机水温过低进行诊断（J农机使用与维修200503）
2. 发动机冷却系统的常见故障及防范措施（J黑龙江交通科技200602）
3. 温度对发动机的影响及采取措施（J咸宁学院报200705）
4. 发动机温度过低的危害及预防（J使用汽车技术200805）

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