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  冷却液中混入空气,是造成汽缸套、水泵、水道穴蚀的主要原因。穴蚀严重时,可造成水泵和水散热器性能下降,甚至导致活塞卡滞和柴油机损坏。冷却液中产生空气的原因主要包括以下4点:一是加注冷却液时带入,二是水散热器上水室产生紊流时掺入,三是柴油机汽缸垫密封不严时压入,四是水泵水封密封不严时吸入。针对小型挖掘机,排查其柴油机冷却系统除气不良的原因。

小型挖掘机柴油机冷却系统除气不良的原因

  1.故障现象
  小型挖掘机冷却系统采用的是带有储液罐的非正压式除气装置。在对其柴油机冷却系统进行除气测试时,维修人员发现其冷却系统中的空气无法在规定时间排除干净。
  柴油机运转过程中,冷却液受热膨胀,冷却系统内部形成压力。当冷却系统内部压力大于水散热器压力盖正压阀开启压力时,积存在水散热器上水室顶部的部分空气及冷却液被压入储液罐中停机后,随着冷却系统温度降低,冷却液体积收缩,冷却系统内部形成负压。当负压大于水散热器压力盖负压阀开启压力时,储液罐中的冷却液被重新吸回到水散热器上水室。
  由于非正压式除气装置存在涡流区,造成冷却液中的空气在短时间内不能全部从冷却液中分离出来。为此,测试要求非正压式除气装置需要在5次完整的冷热循环后除净冷却系统中的空气。前3次测试过程中,冷却系统中的气泡越来越少。当进行第4次冷热循环、冷却液温度在88℃维持20min(该柴油机节温器打开温度为85℃)时,检查冷却液中完全没有气泡。当加大挖掘机负荷,冷却液温度升高到92℃时冷却液中又出现细小气泡。随着温度的进一步升高,温度达到95℃时(节温器全开),冷却液中出现大量气泡。第5次冷热循环同第一次相同,冷却液中又含有大量气泡,除气测试失败。
  2.原因分析

  综合上述现象进行分析,我们认为冷却液中的空气不能有效排除,可能有以下3个方面原因:一是柴油机机体内部存在贮气空间;二是冷却系统贮气空间内的空气由高温大流量冷却液排出一部分,不能完全排净;三是冷却系统出现热区,当温度超过某一限制时,冷却液产生蒸发形成水蒸气,导致空气不能有效排除。

小型挖掘机柴油机冷却系统 除气不良的原因

  3.故障排查
  由于柴油机在进行水道设计时消除了产生贮气空间,可排除柴油机机体内部存在贮气空间的可能,因此应重点排查冷却系统的其他部位。
  (1)柴油机出水管
  采用非正压除气方式时,柴油机出水管应起到除气作用,为此该段管路必须逐渐向上布置。如果柴油机出水管处于弯曲状态,冷却液中的空气可贮存在弯曲位置形成气阻,经现场检查,确认该水管安装正确。
  (2)水散热器上水室
  对水散热器结构进行校核,发现冷却液冷却循环时,冷却系统中的空气会贮存在水散热器上水室,当压力盖正压阀开启后,方能进入储液罐,为此检查水散热器上水室结构。
  由于该挖掘机水散热器空间有限,其上水
  室抗进气量容积X~Y位置小于冷却系统容积11%的要求。采用有膨胀空间上水室,当冷却液加注到Y位置时,Y~Z位置(膨胀空间)的空气不能排出,形成空气的膨胀空间。当冷却液进入散热器上水室时,容易形成紊流从而将膨胀空间内的空气再次带入冷却系统中。
  为此我们改用了无膨胀空间上水室并配置带有储液罐的非正压除气装置。当冷却液受热膨胀、压力盖正压阀打开时,存储在上水室的空气会随着冷却液进入储液罐。随着冷却液往复循环,可不断排除冷却系统中的空气。至此,该上水室无故障。
  (3)水散热器芯体
  排除上水室的影响因素后,继续校核水散热器芯体结构。该挖掘机配套的是管带式水散热器,可以看出每个冷却液通道非常小。水散热器芯体在制造过程中可能会存在质量缺陷等问题,可导致某些通道出现堵塞,产生空气积存区域。为进一步检查水散热器芯体是否存在故障,我们将节温器更换为全开式进行测试,以保证进入水散热器冷却液流量最大。随着除气测试的进行,发现冷却液中的气泡越来越少。到第3次冷热循环时,冷却液温度为88℃,冷却液中未发现气泡。但是当冷却液温度上升到92℃时,冷却液中又出现气泡,并随着温度的升高,气泡数量越来越多。
  由于本次测试采用了全开式节温器,流经水散热器的流量已经达到最大值,如果水散热器芯体中存在贮存空气的空间,就不会出现上述现象,从而排除了水散热器芯体中存在贮存空气的可能。导致除气不良的原因,可能是冷却液存在问题。
  (4)冷却液

  在上述测试过程中,冷却液采用的是纯净水。为验证冷却液中的空气是由于该纯净水沸点低所致,测试时将纯净水更换为柴油机正常使用的冷却液。冷却液比纯净水的沸点高9℃,且含有气泡抑制剂,可有效降低气泡的产生。当除气测试进行到第3次时,冷却液温度至100℃,冷却液中没有气泡产生。这表明冷却系统中的空气已经除净,从而验证了测试中空气的产生是由于冷却系统所用纯净水沸点过低造成气化,导致空气不能排除干净。

小型挖掘机柴油机冷却系统 除气不良的原因

  从上述故障排查实例可以看出,水散热器上水室结构及测试用冷却液影响除气效果。非正压除气装置可除净冷却液中的空气,可确认该装置有效。
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