發電機組冷卻系統

一、柴油發電機組冷卻系統設計的必要性

柴油發動機工作時，燃油在燃燒室內燃燒產生大量的熱量，使氣缸內氣體溫度高達1800℃以上，因此，柴油發電機組要正常發電，則需要設計有效的冷卻系統，及時冷卻發動機的缸套以及潤滑油和增壓空氣，以免活塞、氣缸套、氣缸蓋等關鍵部件高溫損壞；圖1進一步顯示，備用機組帶載運行時，大小約為機組輸出功率71.43%的燃燒熱需要冷卻系統從發動機本體帶出，因此，數據中心備用電源系統要按其裝機容量正常發電，則需要在項目前期規劃過程中考慮備用電源的機房設計，并在備用機組選型時根據環境溫度、機房容許進風量等用戶環境條件，確定機組合適的冷卻系統設計方案，以確保機組發電過程中20%～40%的燃燒熱量能有效帶出冷卻，否則備用電源系統無法滿足用戶環境下負載的啟動運行需求。

二、柴油發電機組冷卻系統的有效設計

數據中心柴油發電機組的冷卻系統，可分為聯機式冷卻系統和遠置式冷卻系統，其中聯機式冷卻系統即一體式冷卻系統，在機組的開發階段驗證定型，可靠性和冷卻效率都很高，性價比高且現場安裝簡單，故障率低且故障處理容易，但對機房的進風量要求大，機組運行時水箱/散熱器風扇噪聲大；遠置式冷卻系統即分體式冷卻系統，其水箱/散熱器遠置于發電機房外，冷卻系統具體方案在機房設計階段定型，屬于客戶化設計，故可靠性和冷卻效率都比較低，且現場安裝復雜，故障率高且故障處理難度大，但機組運行對機房的進風量要求較小，機組運行時機房內噪聲較小。

數據中心備用電源的冷卻方式，即柴油發電機組采用何種冷卻系統，受制于機組發動機進氣方式，應在備用機組選型和機房土建規劃時確定。如果備用發電機組采用渦輪增壓空空中冷，則只能采用聯機式冷卻系統；如果機組采用渦輪增壓單泵雙循環空水中冷，則建議采用聯機式冷卻系統；如果備用機組采用其它進氣方式，且機房滿足所有機組滿載運行的進風量需求，則機組應當優先采用聯機式冷卻系統，但如果機房需要進一步降噪，則可以考慮采用遠置式冷卻系統；如果機房進風量無法通過土建規劃設計滿足機組滿載運行的進風量需求，則需要采用遠置式冷卻系統，此時不能選用渦輪增壓空空中冷的備用機組，也不建議選用渦輪增壓單泵雙循環空水中冷機組。備用電源采用聯機式冷卻方式時，機房設計不需要考慮冷卻系統設計，直接使用機組聯機式冷卻系統即可，但機房的進風量，一定得按用戶環境（海拔高度和環境溫度）下備用系統滿載運行時的總進風量需求設計；備用電源采用遠置式冷卻方式時，安裝于機房外的水箱/散熱器與機組的相對位置，決定備用電源系統采用如下哪種冷卻系統設計方案。貴州發電機組

水箱/散熱器直接遠置。當需要水箱/散熱器遠置，且水箱/散熱器與機組的相對位置不超過發動機的靜壓頭要求和摩擦壓頭要求時，可直接將水箱/散熱器遠置，進行冷卻系統設計，但渦輪增壓單泵雙循環空水中冷機組不宜采用該冷卻系統。

需要附加冷卻水泵的冷卻系統。當需要水箱/散熱器遠置，且水箱/散熱器與機組的相對位置不超過發動機的靜壓頭要求但超過其摩擦壓頭要求時，在冷卻系統中安裝附加冷卻水泵克服摩擦阻力偏差，以便冷卻液在冷卻系統中正常流動。附加冷卻水泵的選型主要依據上述摩擦阻力偏差。渦輪增壓單泵雙循環空水中冷機組不宜采用該冷卻系統。

采用熱交換器遠置水箱/散熱器的冷卻系統。當需要水箱/散熱器遠置，且水箱/散熱器與機組的相對位置，既超過發動機的靜壓頭要求也超過其摩擦壓頭要求時，可參考圖4，采用熱交換器遠置水箱/散熱器的冷卻系統。熱交換器的位置主要受制于發動機的驅動能力，直接將熱交換器裝配在發動機本體上或安裝在機組附近，熱交換器機組側一次冷卻系統與水箱/散熱器側二次冷卻系統互相獨立，機組側冷卻系統流量等于發動機冷卻流量，水箱/散熱器側冷卻流量，即二次側冷卻驅動水泵的流量，應在確保熱交換器二次側冷卻液出口溫度小于熱交換器較高容許溫度的前提下，從熱交換器有效帶出發動機傳遞給冷卻系統的熱量，送遠置水箱/散熱器冷卻。

采用熱交換器遠置水箱/散熱器設計冷卻系統時，如果水箱/散熱器由于環境溫度等緣故冷卻效果不理想，可以考慮用冷卻塔代替水箱/散熱器，但冷卻塔方案不宜用在冬天結冰或濕度低的用戶現場，也不適用于灰塵大及風沙多發地區。用戶環境容許時可以設計引自來水冷卻熱交換器，寒冷地區也可設計熱回收系統，用二次冷卻水的熱量生產生活熱水或預熱建筑物新風，水源比較豐富的地區，也可考慮直接用河水、湖水作為熱交換器器的二次冷卻水，但采用該方案時熱交換器易于結垢而降低熱交換效率，故需要根據用戶現場具體情況確定定期清洗的頻率。

采用熱井遠置水箱/散熱器的冷卻系統。需要水箱/散熱器遠置，且水箱/散熱器與機組的相對位置，既超過發動機的靜壓頭要求也超過其摩擦壓頭要求時，采用熱井遠置水箱/散熱器的冷卻系統，熱井的位置受制于發動機的驅動能力，水箱側冷卻回路附加冷卻水泵的選型需考慮水箱/散熱器的安裝位置，熱井的小容量，應包括運行時充滿冷卻水管和水箱/散熱器而停機時流回熱井的冷卻液容量，以及熱井確保運行時有效熱交換的小容量，該小容量一般取冷卻系統總容量的5%，加上熱井兩邊冷卻回路流量之和的四分之一。采用熱井遠置水箱/散熱器的冷卻系統，熱井兩邊的冷卻回路實際上屬于同一個密閉的冷卻系統，發動機傳遞給冷卻系統的熱量，需要水箱/散熱器的冷卻風扇驅動空氣冷卻，當環境溫度較高及冷卻系統管路過長時，系統的冷卻效果很可能不理想，因此采用熱井遠置水箱/散熱器的冷卻系統，貴州發電機組適用于夏天環境溫度不高、冷卻水管不長的用戶現場。