डीजल जेनरेटर का कूलिंग सिस्टम कैसे काम करता है?

डीजल जनरेटर की शीतलन प्रणाली कैसे काम करती है?

यह अध्याय डीजल इंजन कूलिंग सिस्टम के सबसे महत्वपूर्ण भागों के बारे में बात करता है और इंजन के अच्छी तरह से काम करने के लिए हर एक क्यों महत्वपूर्ण है।

यंत्रवत् इंजन को ठंडा करना
25-30 प्रतिशत गर्मी जो ईंधन से आती है और इंजन में जाती है, कूलिंग सिस्टम द्वारा ले ली जाती है।
अगर इस गर्मी से छुटकारा नहीं मिलता है, तो इंजन का आंतरिक तापमान तेजी से उस बिंदु तक बढ़ जाएगा जहां पुर्जे टूट जाते हैं और इंजन काम करना बंद कर देता है। सभी वाणिज्यिक डीजल इंजनों में इस गर्मी को इकट्ठा करने के लिए एक शीतलन प्रणाली होती है और इसे एक ऐसे माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है जो इंजन के बाहर की गर्मी को सोख लेता है।
कई आधुनिक इंजनों में टर्बोचार्जिंग सिस्टम होते हैं जो यह सुनिश्चित करते हैं कि ईंधन को जलाने के लिए पर्याप्त हवा हो और आवश्यक शक्ति पैदा हो। टर्बोचार्जिंग के लिए तंत्र दहन वायु को गर्म बनाता है। दहन हवा इंजन सिलेंडर में जाने से पहले, यह सुनिश्चित करने के लिए ठंडा करने की आवश्यकता है कि ईंधन को जलाने के लिए हवा के पर्याप्त पाउंड हैं (वायु घनत्व बनाए रखने के लिए)। रेडिएटर की तरह दिखने वाला एक हीट एक्सचेंजर टर्बोचार्जर कंप्रेसर आउटलेट और इंजन एयर मैनिफोल्ड के बीच पाइप में लगाया जाता है। इसे एयर इंटरकूलर या आफ्टरकूलर कहते हैं। इस रेडिएटर का काम दहनशील हवा से गर्मी को दूर करना है। यह हीट एक्सचेंजर अपने पानी (परम हीट सिंक) को प्राप्त करने के लिए या तो जैकेट वॉटर सिस्टम या सर्विस वॉटर सिस्टम का उपयोग कर सकता है।
जब सर्विस वॉटर का उपयोग किया जाता है, तो इंटरकूलर वाटर सिस्टम में पानी को साफ और बनाए रखने के लिए सर्विस वॉटर सिस्टम और इंटरकूलर वॉटर सिस्टम के बीच एक अतिरिक्त हीट एक्सचेंजर हो सकता है ताकि यह एयर इंटरकूलर को नुकसान न पहुंचाए।

शीतलन प्रणाली की मूल बातें
अधिकांश डीजल इंजनों में एक शीतलन प्रणाली होती है जो जैकेट की तरह दिखती है और इसमें एक बंद लूप होता है। जैसे ही शीतलक इंजन के माध्यम से बहता है, यह सिलेंडर लाइनर्स, सिलेंडर हेड्स और अन्य भागों से गर्मी उठाता है।

कूलेंट जितना ठंडा होगा जब वह इंजन से बाहर निकलेगा, इंजन उतना ही अच्छा काम करेगा। दूसरी ओर, शीतलक तापमान जो बहुत अधिक है, इंजन के पुर्जों को ज़्यादा गरम करके संरचनात्मक क्षति का कारण बन सकता है। चिकनाई वाले तेल को जैकेट के पानी और हीट एक्सचेंजर का उपयोग करके भी ठंडा किया जा सकता है। अधिकांश डीजल इंजन लगभग 180oF के जैकेट जल निर्वहन तापमान और 8 और 15oF के बीच इंजन के माध्यम से तापमान में वृद्धि के साथ सबसे अच्छा काम करते हैं।

अधिकांश डीजल इंजन अपने शीतलक के रूप में पानी से ठंडा हो जाते हैं। फिर भी, पानी अपने आप में जंग, खनिज निर्माण और ठंड का कारण बन सकता है।
एथिलीन ग्लाइकॉल या प्रोपलीन ग्लाइकॉल जैसे एंटीफ्ऱीज़र को उन इंजनों में जोड़ने की आवश्यकता होती है जो ठंड के करीब या नीचे हो सकते हैं। सबसे आम समाधान एंटीफ़्रीज़ और पानी को मिलाना है, जो -40 डिग्री फ़ारेनहाइट तक कम तापमान पर काम करता है। वाणिज्यिक एंटीफ़्रीज़ में ऐसे रसायन होते हैं जो जंग लगने से रोकते हैं। एंटीफ्ऱीज़र जोड़ने से गर्मी को स्थानांतरित करना कठिन हो जाता है।
अधिकांश समय, आपातकालीन सेवा के लिए परमाणु रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले डीजल इंजन ठंडे तापमान के संपर्क में नहीं आते हैं। इन शर्तों के तहत, एंटीफ्ऱीज़र की कोई ज़रूरत नहीं है। फिर भी, जंग को उन रसायनों को मिलाकर रोका जा सकता है जो पानी से जंग को रोकते हैं जो इसके खनिजों को छीन लिया गया है।

पानी का रसायन: इंजन को ठंडा करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले पानी में ऐसा कोई रसायन नहीं होना चाहिए जो जमा या स्केल का कारण हो। अधिकांश समय, डी-मिनरलाइज्ड पानी का उपयोग किया जाता है। पानी का पीएच 8 से 9.5 के बीच होना चाहिए।
सिलिंडर लाइनर्स और सिलिंडर हेड्स पर स्केल बनने से रोकने के लिए नाल्को 2000 जैसे संक्षारण अवरोधक को जोड़ना सबसे अच्छा है। एक इंच के पैमाने का सोलहवाँ हिस्सा इंजन में एक इंच स्टील जोड़ने के समान है, जिससे गर्मी कम होने की संभावना कम हो जाती है। शीतलक का एक रासायनिक विश्लेषण हर बार किया जाता है, और पानी की रसायन शास्त्र को सही रखने के लिए सही मात्रा में संक्षारण अवरोधक जोड़ा जाता है।

इंजन को ठंडा कैसे रखें
कुछ व्यवस्थाओं में, इंटरकूलर के पानी और जैकेट के पानी को रेडिएटर के अलग-अलग हिस्सों से ठंडा किया जाता है। ज्यादातर समय, इन स्थितियों में चिकनाई वाले तेल को ठंडा करने के लिए जैकेट वॉटर सर्किट का उपयोग किया जाता है।
एक विस्तार टैंक (जिसे "हेड" या "मेक-अप टैंक" भी कहा जाता है) की मदद से, जो सिस्टम पर सिर रखने के लिए इंजन के ऊपर स्थापित होता है, शीतलक को इंजन सिस्टम में ही संग्रहित किया जाता है। इंजन पंप को चलाता है, जो सिस्टम से हवा खींचता है और इंजन को शीतलक भेजता है। अधिकांश प्रणालियों में, पानी थर्मोस्टैट द्वारा नियंत्रित वाल्व के माध्यम से इंजन से बाहर निकलता है। यदि पानी बहुत ठंडा है, तो एक लाइन उसे हीट एक्सचेंजर के चारों ओर जाने देती है। पानी हीट एक्सचेंजर के माध्यम से चला जाता है अगर यह बहुत गर्म है।
थर्मास्टाटिक कंट्रोल वाल्व (TCV) पता लगाता है कि शीतलक कितना गर्म है और उस पर प्रतिक्रिया करता है।

जैसे ही इंजन शीतलक का तापमान वाल्व के निर्धारित बिंदु से नीचे गिरता है, शीतलक को जैकेट वॉटर हीट एक्सचेंजर के माध्यम से भेजा जाता है। जब शीतलक का तापमान निर्धारित बिंदु से अधिक होता है, तो वाल्व शीतलक को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से भेजता है। अतिरिक्त गर्मी को कच्चे या सेवा जल प्रणाली में भेजा जाता है। जब डीजल इंजन स्टार्ट होता है तो सर्विस वॉटर का बहाव अपने आप शुरू हो जाता है।
हीट एक्सचेंजर के निकास, या बायपास लाइन के माध्यम से, पानी जैकेट वॉटर पंप और अंततः इंजन में वापस चला जाता है। कई प्रणालियों में, स्नेहन तेल प्रणाली को जैकेट जल प्रणाली में हीट एक्सचेंजर द्वारा ठंडा किया जाता है। उन इंजनों के लिए जहां जैकेट के पानी की तुलना में ल्यूब ऑयल को ठंडा रखना महत्वपूर्ण है, ल्यूब ऑयल सिस्टम में हीट एक्सचेंजर के माध्यम से ऑयल हीट को सीधे सर्विस/रॉ वाटर सिस्टम में भेजा जाता है।
जब शीतलक सिलेंडर ब्लॉक में जाता है, तो यह आंतरिक चैनलों और/या पाइपों के माध्यम से सिलेंडर लाइनर के नीचे तक प्रवाहित होता है। जैसे ही तरल ऊपर जाता है, यह सिलेंडर लाइनर्स के चारों ओर और सिलेंडर हेड्स में बहता है। जब शीतलक सिलेंडर सिर छोड़ देता है, तो यह आउटलेट हेडर में जाता है और फिर थर्मास्टाटिक वाल्व में जाता है।
इंटरकूलर या आफ्टरकूलर वाले इंजनों पर, जैकेट का कुछ पानी इंटरकूलर के माध्यम से आने वाले एयर चार्ज से गर्मी लेने के लिए जाता है जिसकी आवश्यकता नहीं होती है। इंटरकूलर या आफ्टरकूलर वाले कई इंजनों पर, यह अतिरिक्त हीट एक अलग हीट एक्सचेंजर द्वारा सर्विस/रॉ वाटर सिस्टम को भेजी जाती है। यह अच्छा है क्योंकि इंटरकूलर में पानी को जैकेट जल प्रणाली में पानी की तुलना में कम तापमान पर ठंडा किया जाना चाहिए। अधिकांश ALCO इंजन इंटरकूलर में पानी को ठंडा करने के लिए जैकेट वाटर सिस्टम का उपयोग करते हैं।

एक्सपेंशन टैंक - कई इंजन एक प्रेशराइज्ड क्लोजर के साथ एक्सपेंशन टैंक का उपयोग करते हैं, या सिस्टम पर अपेक्षित हेड (नेट पॉजिटिव प्रेशर हेड - NPSH) को बनाए रखने के लिए एक्सपेंशन टैंक को पर्याप्त रूप से माउंट किया जाता है। अधिकांश समय, विस्तार टैंक को जैकेट कूलिंग वॉटर सिस्टम के उच्चतम बिंदु के ठीक ऊपर रखा जाता है, और सिस्टम को हवा से मुक्त रखने के लिए वेंट लाइनों का उपयोग किया जाता है। उच्च दबाव बनाए रखने के लिए कुछ विस्तार टैंकों को पंप किया जा सकता है, जो शीतलन द्रव के क्वथनांक को बढ़ाने में मदद करता है।

एक स्टैंडपाइप एक टैंक है जो लंबवत रूप से स्थापित होता है और इंजन के समान ऊंचाई पर होता है। इसमें इंजन शीतलक होता है और गर्म होने पर शीतलक के विस्तार के लिए हवा के लिए जगह होती है।
स्टैंडपाइप आमतौर पर हवा के लिए निकाल दिए जाते हैं, जिससे एक शीतलन प्रणाली बनती है जो दबाव में नहीं होती है। आवश्यक एनपीएसएच तक पहुंचने के लिए स्टैंडपाइप में पानी का स्तर काफी अधिक होना चाहिए, या टैंक पर दबाव डाला जाना चाहिए।

जैकेट वॉटर पंप: इंजन सिंगल-स्टेज सेंट्रीफ्यूगल जैकेट वॉटर पंप चलाता है, जो गियर की एक श्रृंखला के माध्यम से इंजन के क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित होता है।

जैसा कि देखा गया है, पानी पंप के सक्शन इनपुट में प्रवेश करता है। इंजन गियर ट्रेन पंप ड्राइव गियर को चलाती है, जो बदले में पंप शाफ्ट और प्ररित करनेवाला को घुमाती है। जब प्ररित करनेवाला मुड़ता है तो शीतलक की गति केन्द्रापसारक बल से बढ़ जाती है। जैसे ही शीतलक पंप आवरण में प्रवेश करता है, इसका वेग कम हो जाता है और इसका दबाव आनुपातिक रूप से बढ़ जाता है। शीतलक उच्च दबाव पर सिलेंडर लाइनर के निचले सिरे तक जैकेट वॉटर हेडर में पंप आवरण से फैलता है।

इंजन के लिए शीतलक थर्मोस्टैटिक नियंत्रण वाल्व के नीचे से होकर ऊपर आता है। जब शीतलक का तापमान कम होता है, जैसा कि आरेख के दाईं ओर दिखाया गया है, स्लाइडिंग वाल्व पॉपपेट ऊपर की स्थिति में रहता है और शीतलक हीट एक्सचेंजर के चारों ओर जाता है।
जैसे ही शीतलक का तापमान बढ़ता है, तापमान नियंत्रण तत्वों के अंदर मोम छर्रों का विस्तार होता है। यह तत्व ट्यूब और वाल्व पॉपपेट को नीचे धकेलता है। तो, बाईपास के माध्यम से प्रवाह सीमित या थ्रॉटल है, जैसा कि आरेख के बाईं ओर दिखाया गया है, और शीतलक को हीट एक्सचेंजर में भेजा जाता है।
उपयोग में, शीतलक के तापमान को स्थिर रखने के लिए वाल्व लगभग 10 से 150 डिग्री फ़ारेनहाइट की तापमान सीमा पर अपनी स्थिति बदलता है।

जैकेट वॉटर हीट एक्सचेंजर - जैकेट वॉटर हीट एक्सचेंजर्स आमतौर पर एक खोल और ट्यूबों से बने होते हैं। खोल की तरफ, इंजन कूलेंट आमतौर पर ट्यूबों के ऊपर बहता है, जबकि सेवा पानी ट्यूबों के माध्यम से बहता है।

जैकेट वाटर कीपवार्म सिस्टम
जब किसी मोटर को थोड़ी देर के लिए बंद कर दिया जाता है तो इंजन के अंदर का तापमान बहुत कम हो जाता है। एक ठंडे इंजन को तेजी से शुरू करना और जल्दी से लोड करना, जो आपातकालीन स्थितियों में परमाणु अनुप्रयोग डीजल के लिए विशिष्ट है, इंजन को बहुत अधिक तनाव में डालता है और इसे तब तक तेजी से घिसता है जब तक कि यह अपने सामान्य ऑपरेटिंग तापमान तक नहीं पहुंच जाता।
जैकेट वाटर कीपवार्म सिस्टम को मानक जैकेट वॉटर कूलिंग सिस्टम के समान योजना पर दिखाया गया है। यह हिस्सा इंजन कूलेंट के तापमान को सामान्य ऑपरेटिंग तापमान पर या उसके करीब रखता है। इसका मतलब यह नहीं है कि सभी हिस्से अपने सामान्य तापमान पर हैं।
क्योंकि डीजल इंजन शुरू करने के लिए संपीड़न से गर्मी का उपयोग करते हैं, इंजन को गर्म रखने से यह बहुत तेजी से शुरू होता है और इस बात की संभावना कम हो जाती है कि इंजन चालू नहीं होगा क्योंकि सेवन हवा का तापमान बहुत कम है।

कीपवार्म पंप: कीपवार्म पंप एक एकल-चरण केन्द्रापसारक पंप है जो बिजली द्वारा संचालित होता है। यह इंजन चालित पंप के समान है जिसमें इंजन के बंद होने पर भी इंजन के माध्यम से गर्म शीतलक चलता रहता है।

कीपवार्म हीटर: जैकेट वॉटरकीप वार्म हीटर एक विसर्जन-शैली वाला इलेक्ट्रिक वार्मर है, ठीक लुब्रिकेंट ऑयल कीपवार्म हीटर की तरह।
इसे एक अलग स्टैंडपाइप या हीटिंग टैंक में रखा जाता है। इंजन को सही तापमान पर रखने के लिए इसे थर्मोस्टेट द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

सिस्टम कैसे काम करता है: जब इंजन "स्टैंडबाय" मोड में होता है, तो "कीपवार्म" सिस्टम चालू हो जाता है। कीपवार्म पंप सिस्टम में एक वैक्यूम बनाता है और इंजन के जैकेट वॉटर इनलेट में पानी भेजता है। जब इंजन चल रहा हो, तो गलत दिशा में प्रवाह को रोकने के लिए चेक वाल्व को कीपवार्म सिस्टम में लगाया जा सकता है। गर्म शीतलक इंजन के माध्यम से प्रवाहित होता है, सिलेंडरों, सिलेंडर सिरों और पानी से ठंडा होने वाले अन्य भागों को गर्म करता है।

शीतलक जल के लिए प्रणाली
इंटरकूलर वाटर सिस्टम इंटरकूलर या आफ्टरकूलर को पानी देता है, जो इंजन के दहन वायु सेवन पाइप पर स्थापित होता है। यह रेडिएटर की तरह एक हीट एक्सचेंजर है जो टर्बोचार्जर कंप्रेसर के बाद दहन हवा को ठंडा करता है और इंजन के एयर मैनिफोल्ड/प्लेनम से पहले।
ठंडक हवा को अधिक सघन बनाती है, जिससे अधिक ऑक्सीजन अधिक ईंधन को जलाती है और अधिक शक्ति बनाती है। इसके अलावा, दहन हवा पिस्टन के मुकुट को ठंडा करती है।
इंटरकूलिंग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला पानी आमतौर पर आसपास की हवा के तापमान के काफी करीब होना चाहिए। इस कारण से, आमतौर पर जैकेट के पानी के बजाय सर्विस वॉटर का उपयोग करना बेहतर होता है, जिसका तापमान बहुत अधिक होता है (160 से 180oF)।
एक विशिष्ट इंटरकूलर और आफ्टरकूलर जल प्रणाली आरेख
क्योंकि ये पुर्जे वही हैं जो जैकेट जल प्रणाली में उपयोग किए जाते हैं, हम उनके बारे में और बात नहीं करेंगे।
कुछ इंटरकूलर जल प्रणालियों में, इंटरकूलर के पानी को बहुत ठंडा होने से बचाने के लिए एक थर्मोस्टेट का उपयोग किया जा सकता है, विशेष रूप से ठंड के मौसम में या जब इंजन ज्यादा काम नहीं कर रहा हो। यह जितना संभव हो दहन हवा में नमी को संघनित करने से रोकता है। कुछ प्रणालियों में, जैकेट जल प्रणाली और इंटरकूलर जल प्रणाली को जोड़ा जाता है ताकि जरूरत पड़ने पर इंटरकूलर को गर्म किया जा सके।
यदि इंजन में आने वाली दहन हवा बहुत ठंडी है, तो इंजन को शुरू होने में अधिक समय लग सकता है, लोड कम होने पर यह काम नहीं कर सकता है, और सिलेंडर लाइनर अच्छी तरह से लुब्रिकेटेड नहीं हो सकता है। इस प्रभाव को कम करने के लिए, कई निर्माता इंटरकूलर में ठंडा पानी के प्रवाह को थर्मोस्टेटिक रूप से प्रतिबंधित करते हैं और/या आवश्यकतानुसार गर्म जैकेट पानी की आपूर्ति करते हैं।
सर्किट में थर्मास्टाटिक वाल्व इंटरकूलर में पानी को बहुत ठंडा होने से बचाता है, जिससे इंजन में जाने वाली हवा भी बहुत ठंडी हो जाती है। जब हवा बहुत ठंडी होती है, तो यह इंजन में संघनन पैदा कर सकती है और टेलपाइप से "सफेद" धुआं निकल सकता है।

अधिक चीजें जो इसे ठंडा बनाती हैं
अधिकांश समय, डीजल जनरेटर को कुछ खुले स्थानों वाली इमारत में रखा जाता है।
ईडीजी रूम में गर्मी के कई स्रोत हैं, जैसे इंजन और जनरेटर। सर्वोत्तम प्रदर्शन के लिए, इस क्षेत्र में स्विचगियर, कंट्रोल पैनल, मॉनिटरिंग उपकरण, फ्यूल डे टैंक, एयर कंप्रेसर और एयर स्टोरेज टैंक को ठंडे तापमान पर रखा जाना चाहिए।
EDG कमरा 122 डिग्री F (50 डिग्री) से अधिक गर्म नहीं हो सकता। इसलिए, गर्मी से छुटकारा पाने के लिए पर्याप्त ठंडी हवा (परिवेश वायु) लाना आवश्यक है और कमरे के तापमान को अनुमत उच्चतम स्तर से नीचे रखें। भले ही कमरे के तापमान का इंजन पर अधिक प्रभाव नहीं पड़ता है, बहुत अधिक EDG कमरे के तापमान का जनरेटर और अन्य भागों पर प्रभाव पड़ सकता है। यदि इंजन के दहन के लिए हवा कमरे से आती है, तो इंजन में आने वाली गर्म हवा उसे कम शक्तिशाली बना सकती है।