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新聞主題 |
柴油發電機組冷卻系統的維修方法 |
摘要：冷卻風扇是柴油發電機組散熱系統中的關鍵部件，其高速旋轉產生的壓力能，通過熱交換器帶走整車熱量，維持柴油發電機組的熱平衡，保證柴油發電機組正常工作。而冷卻風扇的結構又直接影響冷卻風扇性能及可靠性，一旦因結構原因導致冷卻風扇性能異常、故障或失效，將使柴油發電機組停止工作，或損壞相關聯部件乃至損壞發動機。因此，在柴油發電機日常維護和檢修中尤其需要重視冷卻系統，確保冷卻風扇性能及可靠性符合使用要求。
一、冷卻風扇結構及工作原理
1、冷卻風扇結構
冷卻風扇原始結構主要由風扇葉輪、風扇靜子、馬達、連接盤、壓板、螺栓等主要元件組成，其原始結構簡圖如圖1所示。風扇的性能直接影響著發動機的散熱效果，進而影響發動機的性能。若風扇選取不當，則會導致發動機冷卻不足或冷卻過度，造成發動機工作環境惡化，進而影響發動機的性能和使用壽命。此外，風扇消耗的功率約占發動機輸出功率的5%～8%。
2、工作原理
（1）作用
冷卻風扇置于散熱器后面。風扇一般安裝在水泵軸上，并由驅動水泵和發電機的同一根V帶傳動。風扇的功用是當風扇旋轉時吸進空氣使其通過散熱器，以增強散熱器的散熱能力，加快冷卻液的冷卻速度。發動機水冷系多采用低壓頭、大風量、高效率的軸流式風扇，即風扇旋轉時，空氣沿著風扇旋轉軸的軸線方向流動。
（2）工作原理
固定在風扇靜子上的馬達工作時，其花鍵軸旋轉帶動通過壓板、螺栓固定在馬達花鍵軸上的連接盤旋轉，旋轉的連接盤與風扇葉輪固定而帶動風扇葉輪旋轉，冷卻風扇工作。工作時，高速旋轉的風扇葉輪產生的合力通過連接盤直接作用在馬達花鍵軸上，亦即馬達上，再通過馬達傳遞到風扇靜子上，最終作用在柴油發電機組上。
冷卻風扇與冷卻系統匹配的先決條件是風扇要符合系統的安裝要求。根據給定的冷卻系統參數確定符合安裝條件的備選風扇之后，就可以求出每款風扇在發動機扭矩最大時的工作點。以節約能耗、提升燃油經濟性為出發點對符合冷卻系統要求的風扇進行優選，其目的便是要綜合考慮發動機的運轉情況挑選出總體功耗較低的風扇。因此，風扇的優選應該基于發動機常用轉速來考慮，而非基于最大扭矩時的轉速。
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圖1 柴油機冷卻風扇結構圖 |
圖2 風扇及輪轂零件圖 |
二、冷卻風扇失效分析
1、測試樣品
冷卻風扇的原始結構設計是依據某型康明斯柴油機冷卻風扇參數及馬達樣本相關參數計算、校核設計而成，臺架性能試驗滿足設計要求。樣機使用時，發現冷卻風扇失效，外部特征表現為風扇葉輪、風扇靜子碎，風扇靜子的支撐筋斷，馬達軸斷，可靠性不能滿足實際使用要求。
2、冷卻風扇失效分析
經過分解失效冷卻風扇，并對其失效零部件進行分析、計算、校核、檢測、試驗，得出：
（1）風扇靜子的支撐筋與葉片之間的距離小、支撐筋的截面形狀不合理。冷卻風扇工作時，氣體流動經過支撐筋，其后產生卡門渦街，卡門渦街的強度與支撐筋的截面形狀直接相關，現結構產生了較強的卡門渦街；卡門渦街對高速旋轉的風扇葉輪產生附加外力，該附加外力的大小又和支撐筋與葉片間的距離直接相關，由于距離過小，產生了較大的附加外力。
（2）風扇葉輪與風扇靜子集成后，風扇葉輪本身的固有頻率對應的耦合轉速在風扇葉輪工作轉速范圍內，在氣動力和卡門渦街產生的作用力共同激勵下，風扇葉輪與風扇靜子產生了共振。
（3）高速旋轉的風扇葉輪產生的合力通過連接盤直接作用在馬達的花鍵軸上，該力已到馬達承力極限邊緣。
3、檢修與試驗方法
對于一般使用維護入員來講，主要注意二個方面的問題。
為保證風扇運轉平穩，須進行靜平衡試驗。其方法是：將葉輪（葉片和架）固定在專用軸上，放在刀形鐵上進行檢驗。檢查時，用手輕撥葉片，使帶軸的葉輪在刀形鐵上轉動，待自動停止后，將位于最下面的葉輪做上記號。這樣重復幾次，如果每次居于下部位置的是同一葉片，則說明該葉片與其他葉片相比要重一些，可用砂輪將其端面或后側金屬磨去少許，使之達到靜平衡。風扇葉片的質量差，一般不超過5～10g，帶軸的葉輪在刀形鐵上轉動時，每次停止位于下部位置的葉片可為任意一片，則說明風扇葉片達到了靜平衡要求。
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圖3 發動機散熱風扇控制電路圖（工作） |
圖4 發動機散熱風扇控制電路圖（停止） |
三、冷卻系統日常維護保養
1、維護保養
冷卻系統包括散熱器（水箱），水泵，冷卻風扇，出水室，節溫器，水溫傳感器等。任何一個零部件損壞都可導致發動機過熱即水溫高，所以日常需要重視冷卻系統的保養維護。
（1）當水箱散熱器表面損壞時，冷卻液系統在循環降溫的同時將引起泄漏，該情況發生時，建議將發動機關閉熄火，并更換散熱器總成。
（2）水泵位于發動機皮帶處（即皮帶傳動水泵使水流循環），水泵漏水長時間不處理也會引起因防凍液缺少的報警現象。
（3）水箱冷卻風扇不工作：當發動機達到一定溫度時，風扇不轉，風扇保險絲熔斷。將導致發動機溫度持續升溫。風扇電阻損壞會導致風扇無法低俗轉動，現象為發動機聲音大。
（4）發動機出水室漏水現象在發動機上出現的頻率較高。在出水室我們看到水溫感應塞有時也會漏水或傳遞水溫錯誤信息，導致儀表水溫燈亮；再者由于在水箱上水管與出水室結合處有節溫器，節溫器也會漏水或節溫器內部閥門在一定溫度時無法打開，此時水箱表面溫差較大，需要更換節溫器（508、C5車型節溫器接口處容易裂開）。
（5）當出水室出現漏水現象時，我們通常在出水室與缸蓋處重新做密封處理。
提示：防凍冷卻液通常在1年時必須更換，旨在冬季防止發動機冰點，夏季防止發動機溫度過高。
2、注意事項
（1）更換冷卻系統時，重新鋪設所有種類的管路和導線時不要改變原始的導線和管路走向。
（2）注意所有活動的或熱部件的足夠自由度。
（3）冷卻系統處于壓力之下，維修前如有必要應減壓.
（4）軟管連接用彈簧卡圈鎖死。維修情況下只使用彈簧卡圈.
（5）建議使用康明斯發動機專業安裝工具。
（6）冷卻液軟管在安裝時設置為無應力，不與其他部件接觸（注意：冷卻液接頭和軟管上的標記）。
（7）發現異常，請用冷卻系統檢測裝置對冷卻系統進行密封性檢測，
總結：
在使用中不要用拉動或撬動風扇的辦法來轉動柴油發電機，否則會造成嚴重的人身傷害或使風扇損壞。也不要試圖修理斷裂或彎曲的葉片或缺少平衡重的葉片，否則會破壞風扇的動平衡。甚至還有些“半桶水”技術員通過彎曲葉片的措施來增加送風能力，殊不知彎曲葉片會造成材料的應力增加，從而造成風扇損壞。總之，我們在對冷卻系統進行維護保養也好，故障維修也好，都必須對其工作原理進行了解和掌握，不要犯低級錯誤，導致不可能預測的事故發生。
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