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摘 要：本文阐述了大连机车车辆有限公司P25台山核电站常规岛发电机组项目冷却系统的工作原理和该机组配套HMF95型冷却设备的选型设计与研制过程。
关键词：发电机组 冷却系统 冷却设备 研制
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0004-02
近年来，通过引进、吸收国外先进的设计理念和制造技术，使柴油发电机组技术指标和质量有了很大的提高。而发展低碳经济，励行节能减排的要求对柴油发电机组制造领域尤为重要。尤其像核电等领域，对柴油发电机组的设计制造水准，可靠性，产品寿命等都提出了很高的要求。作为发电机组冷却系统的重要部件，冷却设备的设计与匹配，直接影响到发电机组的运用情况。因此，对冷却系统的结构和冷却设备的性能提出了更高的要求，要求冷却设备具有高性能，高可靠性和超长的寿命周期。
1 项目介绍
P25项目是广东台山核电厂常规岛应急柴油发电机组项目，该项目由北车集团大连机车车辆有限公司中标，也是大连机车车辆有限公司发电机组产品首次进入核电领域。该项目柴油发电机组包括柴油机、发电机、辅助系统、控制系统、高弹、公共底座、及相关管路、线缆等。本文论述的HMF95型冷却设备为该项目辅助系统中的重要部件。
2 冷却系统工作原理
冷却系统的作用是对柴油机在高温条件下工作的零部件、机油和增压空气进行适当的冷却，使这些零部件在允许的和最佳的温度下工作，保持机油正常的工作黏度和性能，并保证柴油机发出的额定功率，提高柴油机的性能和耐久可靠性。冷却系统的正确设计和安装对于获得满意的发动机寿命和性能是及其重要的。
根据柴油机所需冷却的零部件、机油及增压空气的不同要求，冷却水系统分为两个系统，即冷却柴油机气缸套、气缸盖的为高温冷却水系统，或称柴油机冷却水系统；冷却增压空气及机油的为低温冷却水系统，或称中冷水系统。
高温水系统循环：柴油机启动后，高温水泵随之运转，它从高温散热器、膨胀水箱的补水管吸入冷却水，将冷却水输入柴油机的进水总管，然后通过气缸套水腔、气缸盖等柴油机部件带走热量。冷却水受热升温后，由出水总管流出，流进高温散热器，经高温散热器冷却后的冷却水，流回高温水泵，进而不断地往复循环。
低温水系统循环：在柴油机启动运转时，低温水泵也随之运转，它从低温散热器、膨胀水箱的补水管吸入冷却水，然后将冷却水输送进入中冷器，对中增压空气进行冷却，从中吸收增压空气热量。升温后的冷却水从中冷器流出，流进机油热交换器，对机油进行冷却，冷却水继续升温后流进低温散热器，经低温散热器冷却后的冷却水，流回低温水泵，进而形成反复的冷却循环。
3 冷却设备选型计算
P25发电机组采用的是大连机车车辆有限公司制造的12 V240ZD型柴油机，柴油机额定功率：2100 kW，额定转速：1000rpm，柴油机冷却基本技术参数要求如下。
（1）环境气温：≤37 ℃。
（2）海拔高度：300 m。
（3）柴油机散热量：550 kW。
（4）柴油机冷却水出口温度：88 ℃。
（5）高温系统冷却水流量：105 m3/h。
（6）空冷器与滑油冷却器的散热量：932 kW。
（7）低温散热器出口温度：57 ℃。
（8）低温系统冷却水流：89.25 m3/。
（9）冷却水：二级除盐水，电导率<0.2 us/cm（25 ℃），SiO2含量<20 ug/L，pH值为6～8。
影响冷却设备散热器选择的因素有：空间、空气流动阻力、冷却液流量、功率消耗和噪声等。根据用户要求以及提供的柴油机性能数据表，经过传热性能分析和计算，得出以下选型结果如表1，表2。
4 冷却设备结构
冷却设备主要由高、低散热器、风扇、交流电动机、导风罩，钢结构、防护网和膨胀水箱等部件构成。散热器为双层结构，下层用于中冷器与机油热交互器冷却水的冷却，上层用于柴油机冷却水的冷却。散热器安装于钢结构支架上面，散热器下有四个独立的交流电机驱动的冷却风扇。冷却装置配备两个容积为300 L的膨胀水箱，分别作为高、低温水系统的补水、排气用。（图1）
该项目发电机组配套冷却设备采用远程式设计，冷却设备安放于柴油机动力室上层的冷却间内。冷却间的侧面为百叶窗，冷却风扇从侧百叶窗吸风，然后吹向高低温散热器，通过散热器的散热管对柴油机的冷却水进行冷却。冷却设备采用螺栓连接方式与焊接在预埋铁上的底座连接。
考虑到该项目冷却设备用户提出的超长使用寿命和可靠性要求，散热器冷却芯子没有使用一般冷却设备所使用管带式等传统钎焊式结构，而是采用了国际一流水平的机械胀接式换热元件制造技术，以机械胀接方式取代传统的钎焊，增强了散热管与管板的联结强度及可靠性，这种机械联接方式可以极好的承受柴油机工作时产生的热应力、疲劳应力以及消除机械振动对散热器主片与管根连接处的负面影响，从而大大提高了产品质量和使用寿命。
在冷却水系统中设计安装有膨胀水箱，膨胀水箱安装于冷却设备顶部的隔墙上，水箱预留了泠却液的膨胀空间。膨胀水箱上安装有液位开关，可以实现高、低液位的报警。随着系统温度的升高，系统中冷却水膨胀，同时压力增大。由于冷却系统压力的增加导致冷却水的沸点增高，在膨胀水箱上安装了48 kPa（7psi）压力阀。
5 例行试验
冷却设备制作过程中，按照技术规范的要求，散热器芯体制作完成后进行了0.4 MPa的水浸气压试验，延续5 min，未发生泄漏现象。
散热器总成后，高、低温散热器分别进行0.1 MPa的气密性检查，未发生泄漏现象。
冷却设备总装完成后，进行了持续运转试验，对电机轴温、电机电流、风速、噪声等项点进行了测量，均达到原始设计要求。
6 换热性能试验
冷却设备在大连机车车辆有限公司进行了配机试验，到达热平衡状态后，高、低温冷却水温度，机油温度等参数均达到设计要求，冷却设备同柴油机进行了很好的匹配，能够满足用户的使用要求。（图2）
7 结语
如今，柴油发电机组的未来发展备受关注，国际知名品牌发电机组企业无不将焦点集中于技术的创新，作为发电机组的重要组成部分，如何设计制造出高效率，高可靠性和高寿命的热换热产品是未来研究的方向。
参考文献
[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].4版.高等教育出版社，2010.
[2]杨贵恒，张海呈.柴油发电机组实用技术技能[M].化学工业出版社，2013.
[3]周龙保.内燃机学[M].2版.机械工业出版社，2005.
关键词：发电机组 冷却系统 冷却设备 研制
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0004-02
近年来，通过引进、吸收国外先进的设计理念和制造技术，使柴油发电机组技术指标和质量有了很大的提高。而发展低碳经济，励行节能减排的要求对柴油发电机组制造领域尤为重要。尤其像核电等领域，对柴油发电机组的设计制造水准，可靠性，产品寿命等都提出了很高的要求。作为发电机组冷却系统的重要部件，冷却设备的设计与匹配，直接影响到发电机组的运用情况。因此，对冷却系统的结构和冷却设备的性能提出了更高的要求，要求冷却设备具有高性能，高可靠性和超长的寿命周期。
1 项目介绍
P25项目是广东台山核电厂常规岛应急柴油发电机组项目，该项目由北车集团大连机车车辆有限公司中标，也是大连机车车辆有限公司发电机组产品首次进入核电领域。该项目柴油发电机组包括柴油机、发电机、辅助系统、控制系统、高弹、公共底座、及相关管路、线缆等。本文论述的HMF95型冷却设备为该项目辅助系统中的重要部件。
2 冷却系统工作原理
冷却系统的作用是对柴油机在高温条件下工作的零部件、机油和增压空气进行适当的冷却，使这些零部件在允许的和最佳的温度下工作，保持机油正常的工作黏度和性能，并保证柴油机发出的额定功率，提高柴油机的性能和耐久可靠性。冷却系统的正确设计和安装对于获得满意的发动机寿命和性能是及其重要的。
根据柴油机所需冷却的零部件、机油及增压空气的不同要求，冷却水系统分为两个系统，即冷却柴油机气缸套、气缸盖的为高温冷却水系统，或称柴油机冷却水系统；冷却增压空气及机油的为低温冷却水系统，或称中冷水系统。
高温水系统循环：柴油机启动后，高温水泵随之运转，它从高温散热器、膨胀水箱的补水管吸入冷却水，将冷却水输入柴油机的进水总管，然后通过气缸套水腔、气缸盖等柴油机部件带走热量。冷却水受热升温后，由出水总管流出，流进高温散热器，经高温散热器冷却后的冷却水，流回高温水泵，进而不断地往复循环。
低温水系统循环：在柴油机启动运转时，低温水泵也随之运转，它从低温散热器、膨胀水箱的补水管吸入冷却水，然后将冷却水输送进入中冷器，对中增压空气进行冷却，从中吸收增压空气热量。升温后的冷却水从中冷器流出，流进机油热交换器，对机油进行冷却，冷却水继续升温后流进低温散热器，经低温散热器冷却后的冷却水，流回低温水泵，进而形成反复的冷却循环。
3 冷却设备选型计算
P25发电机组采用的是大连机车车辆有限公司制造的12 V240ZD型柴油机，柴油机额定功率：2100 kW，额定转速：1000rpm，柴油机冷却基本技术参数要求如下。
（1）环境气温：≤37 ℃。
（2）海拔高度：300 m。
（3）柴油机散热量：550 kW。
（4）柴油机冷却水出口温度：88 ℃。
（5）高温系统冷却水流量：105 m3/h。
（6）空冷器与滑油冷却器的散热量：932 kW。
（7）低温散热器出口温度：57 ℃。
（8）低温系统冷却水流：89.25 m3/。
（9）冷却水：二级除盐水，电导率<0.2 us/cm（25 ℃），SiO2含量<20 ug/L，pH值为6～8。
影响冷却设备散热器选择的因素有：空间、空气流动阻力、冷却液流量、功率消耗和噪声等。根据用户要求以及提供的柴油机性能数据表，经过传热性能分析和计算，得出以下选型结果如表1，表2。
4 冷却设备结构
冷却设备主要由高、低散热器、风扇、交流电动机、导风罩，钢结构、防护网和膨胀水箱等部件构成。散热器为双层结构，下层用于中冷器与机油热交互器冷却水的冷却，上层用于柴油机冷却水的冷却。散热器安装于钢结构支架上面，散热器下有四个独立的交流电机驱动的冷却风扇。冷却装置配备两个容积为300 L的膨胀水箱，分别作为高、低温水系统的补水、排气用。（图1）
该项目发电机组配套冷却设备采用远程式设计，冷却设备安放于柴油机动力室上层的冷却间内。冷却间的侧面为百叶窗，冷却风扇从侧百叶窗吸风，然后吹向高低温散热器，通过散热器的散热管对柴油机的冷却水进行冷却。冷却设备采用螺栓连接方式与焊接在预埋铁上的底座连接。
考虑到该项目冷却设备用户提出的超长使用寿命和可靠性要求，散热器冷却芯子没有使用一般冷却设备所使用管带式等传统钎焊式结构，而是采用了国际一流水平的机械胀接式换热元件制造技术，以机械胀接方式取代传统的钎焊，增强了散热管与管板的联结强度及可靠性，这种机械联接方式可以极好的承受柴油机工作时产生的热应力、疲劳应力以及消除机械振动对散热器主片与管根连接处的负面影响，从而大大提高了产品质量和使用寿命。
在冷却水系统中设计安装有膨胀水箱，膨胀水箱安装于冷却设备顶部的隔墙上，水箱预留了泠却液的膨胀空间。膨胀水箱上安装有液位开关，可以实现高、低液位的报警。随着系统温度的升高，系统中冷却水膨胀，同时压力增大。由于冷却系统压力的增加导致冷却水的沸点增高，在膨胀水箱上安装了48 kPa（7psi）压力阀。
5 例行试验
冷却设备制作过程中，按照技术规范的要求，散热器芯体制作完成后进行了0.4 MPa的水浸气压试验，延续5 min，未发生泄漏现象。
散热器总成后，高、低温散热器分别进行0.1 MPa的气密性检查，未发生泄漏现象。
冷却设备总装完成后，进行了持续运转试验，对电机轴温、电机电流、风速、噪声等项点进行了测量，均达到原始设计要求。
6 换热性能试验
冷却设备在大连机车车辆有限公司进行了配机试验，到达热平衡状态后，高、低温冷却水温度，机油温度等参数均达到设计要求，冷却设备同柴油机进行了很好的匹配，能够满足用户的使用要求。（图2）
7 结语
如今，柴油发电机组的未来发展备受关注，国际知名品牌发电机组企业无不将焦点集中于技术的创新，作为发电机组的重要组成部分，如何设计制造出高效率，高可靠性和高寿命的热换热产品是未来研究的方向。
参考文献
[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].4版.高等教育出版社，2010.
[2]杨贵恒，张海呈.柴油发电机组实用技术技能[M].化学工业出版社，2013.
[3]周龙保.内燃机学[M].2版.机械工业出版社，2005.