Tìm Hiểu Về Hệ Thống Làm Mát Bằng Nước

Các thiết bị làm mát luôn là một trong những bộ phận cần thiết trong hệ thống tản nhiệt ở nhà máy, xưởng sản xuất… Vậy chúng có nhiệm vụ gì? Cấu tạo sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước như thế nào? Có các phương pháp hạ nhiệt bằng nước nào? Chúng ta hãy tìm hiểu thông tin này ngay sau đây và áp dụng vào công việc một cách chính xác, hiệu quả.

Nội dung chính

• 1 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát bằng nước
• 2 Phân loại hệ thống làm mát bằng nước
• 3 Hệ thống làm mát nước được cấu tạo như thế nào?
• 4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát bằng nước
• 5 Các phương pháp làm mát bằng nước
  • 5.1 Tản nhiệt bằng nước đối lưu
  • 5.2 Hạ nhiệt bằng nước bốc hơi
  • 5.3 Làm mát bằng nước cưỡng bức
    • 5.3.1 – Giảm nhiệt bằng nước tuần hoàn
    • 5.3.2 – Giảm nhiệt bằng nước cưỡng bức không tuần hoàn

Nhiệm vụ của hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát thực hiện nhiệm vụ giữ nhiệt độ của các chi tiết trong động cơ không bị vượt quá giới hạn cho phép trong quá trình vận hành giúp máy móc hoạt động hiệu quả.

Phân loại hệ thống làm mát bằng nước

Trong hệ thống làm mát nước được phân loại thành 2 loại là:

• Hệ thống làm mát bằng nước.
• Hệ thống làm mát bằng không khí.

Hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát nước được cấu tạo như thế nào?

Cấu tạo của tháp giải nhiệt nước gồm các bộ phận:

– Thân máy                                    – Quạt gió

– Nắp máy                                     – Ống nước nối tắt

– Đường nước nóng                      – Bơm nước 

– Van hằng nhiệt                            – Puli và đai truyền

– Két nước                                     – Két làm mát dầu

– Dàn ống                                      – Ống phân phối nước lạnh

Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát bằng nước

Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát bằng nước

Từ sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước có có chế hoạt động như sau:

– Khi nhiệt độ của nguồn nước làm mát thấp hơn so với nhiệt độ quy định

• Van hằng nhiệt trong đường ống không cho nước làm mát di chuyển về két nước, mở đường ống nước ra hoàn toàn, cho nước làm máy tới trước bơm nước.
• Bơm nước hỗ trợ đưa nước làm mát vào để làm hạ nhiệt động cơ.

– Khi nhiệt độ của nước làm mát bằng với nhiệt độ quy định

• Van hằng nhiệt có thể mở một phần đường ống để nước làm mát về két nước và mở một phần đường ống nước cho nước về phía trước bơm nước.
• Vận hành bơm nước để đưa nước làm mát động cơ.

– Khi nhiệt độ của nước làm mát cao hơn nhiệt độ đã quy định

• Bơm nước đưa nước vào bên trong để làm mát động cơ.
• Bộ phận van hằng nhiệt hỗ trợ mở hoàn toàn đường ống dẫn nước về két nước, rồi đường ống nước được đóng lại, không cho nước làm mát về trước bơm nước.

Chức năng hoạt động của hệ thống làm mát bằng nhiên liệu nước

Các phương pháp làm mát bằng nước

Tuỳ theo sự lưu thông của nước trong sơ đồ khối hệ thống làm mát bằng nước được chia thành ba loại thông dụng là: bốc hơi, đối lưu và cưỡng bức.

Tản nhiệt bằng nước đối lưu

Trong hệ thống hạ nhiệt bằng nước đối lưu thường gồm: két nước, quạt gió, lớp áo nước trong thân và nắp máy. Két nước sẽ được nối với động cơ thông qua các ống dẫn làm bằng cao su. Chi tiết quạt gió cũng dẫn động bằng puly, từ phần trục khuỷu tới động cơ .

Nhờ sự chênh lệch trọng lượng giữa dòng nước lạnh và nước nóng tại khu vực có nhiệt độ khác nhau. Khi động cơ hoạt động, nguồn nước nóng từ lớp áo nước và di chuyển theo ống vào phía trên két nước, rồi nước đi theo ống dẫn có tiết lưu nhỏ. Ở xung quanh có những phiến tản nhiệt, làm quạt gió hút và đẩy không khí qua, lúc này nước được giảm nhiệt và xuống dưới két nước, rồi men theo ống dẫn, quay trở lại áo nước để làm mát bộ phận động cơ.

Hạ nhiệt bằng nước đối lưu là làm cho nước bốc hơi với tốc độ lưu động của nước nhỏ trong khoảng 0,12 – 0,19m/s, dẫn tới sự chênh lệch nhiệt độ ở nguồn nước đầu vào và đầu ra lớn. Tuy nhiên, hệ thống làm mát này được thiết kế phức tạp hơn, nhưng chúng có ưu điểm là khả năng tự động điều chỉnh sự lưu thông của nguồn nước nên khả năng làm mát các bộ phận tốt hơn.

Do đó, hệ thống làm mát bằng nước đối lưu thường sử dụng ở một số loại động cơ tĩnh, có công suất vận hành nhỏ và xilanh thẳng đứng.

Làm mát bằng nước đối lưu

Hạ nhiệt bằng nước bốc hơi

Hệ thống hạ nhiệt bằng nước bốc hơi có cấu tạo đơn giản. Bộ phận chứa nước gồm khoang chứa nước làm mát ở phần thân và nắp máy, cùng bình chứa nước được lắp ở thân máy.

Khi động cơ hoạt động, nhiệt lượng ở các chi tiết khác như lót xi lanh truyền vào nước ở áo nước trên thân máy. Bởi áo nước được nối thông với thùng chứa nên nước sẽ bị nóng dần lên, thậm chí có thể sôi. Do nước sôi nên tỷ trọng giảm, làm cho chúng nổi lên trên mặt thoáng của bình chứa và bốc hơi, rồi mang theo lượng nhiệt thoát ra ngoài khí trời. Sau khi bốc hơi, nước nóng bị mất nhiệt, tỷ trọng tăng lên rồi chìm xuống, tạo thành hệ thống đối lưu tự nhiên.

Bên cạnh đó, hệ thống làm mát nước không có quạt gió và bơm nước, nhưng yêu cầu nước cần phải sạch và ít muối khoáng, nhằm hạn chế tình trạng đóng đóng cặn ở mặt ngoài của lớp lót xi lanh, giúp việc truyền nhiệt cho nước bị giảm. Mặt khác, trong quá trình làm mát, nước làm mát bị bốc hơi nên tiêu hao nhanh.

Hơn nữa, tốc độ lưu động của nước khi thực hiện đối lưu tự nhiên rất nhỏ nên khả năng làm mát không đồng đều, dẫn tới có tình trạng các vùng làm mát bị chênh lệch về nhiệt độ.

Bởi thế, hệ thống làm mát này không thích hợp để tản nhiệt cho động cơ ô tô, mà chúng thường sử dụng ở một số động cơ hoạt động với công suất nhỏ. Đồng thời, xi lanh đặt nằm ngang.

Hệ thống làm mát bằng nước bốc hơi

Làm mát bằng nước cưỡng bức

Nhằm tăng tốc độ lưu động cho dòng nước làm mát động cơ thì bạn có thể sử dụng hệ thống làm mát cưỡng bức. Trong hệ thống làm mát này, dòng nước lưu thông chủ yếu là do áp lực của bơm và thường có hai loại là tuần hoàn và không tuần hoàn. 

– Giảm nhiệt bằng nước tuần hoàn

Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn có cấu tạo gồm: van nhiệt, két nước, quạt gió, bơm, các ống dẫn và khoang chứa nước ở bên trong động cơ.

Khi động cơ hoạt động, nếu nhiệt độ của nước ở mức thấp hơn 3430K (tương đương 70◦C) thì nước nóng từ áo nước chỉ di chuyển qua ống dẫn, van nhiệt, bơm rồi trở về áo nước mà không thông qua két nước. Mặt khác, khi nước có  nhiệt độ bằng hoặc lớn hơn 3430K thì từ các chi tiết van nhiệt mở, nước nóng từ áo nước sẽ tới két nước. Lúc này, nước làm mát sẽ đi qua bơm, rồi tới ống dẫn trở về áo nước để thực hiện việc tản nhiệt cho động cơ.

Tuỳ theo két nước đó có thông với khí trời qua lỗ thông hơi hoặc đã được đậy kín, chúng sẽ có hai loại là kín và hở. Trong quá trình hoạt động của động cơ, nước trong két sẽ bị bốc hơi và cạn dần. Thế nên, tùy theo điều kiện vận hành của động cơ mà chúng ta có thể tra thêm nước vào két một lượng vừa đủ.

Ưu điểm của tản nhiệt bằng nước cưỡng bức kín so với làm mát bằng nước cưỡng bức hở như:

• Nhiệt độ sôi của nước được nâng cao. Bởi áp suất ở bên trong cao, cho phép các hiện tượng hình thành những “nút hơi” ở chi tiết áo nước, để làm giảm khả năng truyền nhiệt và lưu thông của nguồn nước.
• Nước sẽ không bị chảy ra ngoài và không bị bốc hơi. Đối với động cơ hoạt động ở những khu vực không có nước sạch để làm mát hay trong điều kiện khí hậu mùa đông có mức nhiệt độ nước thấp thì bạn cần phải sử dụng đến những chất hỗn hợp, để làm giảm nhiệt độ đông đặc của nguồn nước.
• Lượng nước tiêu hao ít và hạn chế được hiện tượng hình thành bọt khí trong lớp áo nước.
• Động cơ vận hành ở những vùng trên cao như núi tốt hơn. Vì áp suất khí trời ở đó thường thấp và nước sôi ở mức 3680K (95◦C) hoặc thấp hơn.

Hệ thống làm mát bằng nhiên liệu nước cưỡng bức

– Giảm nhiệt bằng nước cưỡng bức không tuần hoàn

Kết cấu của hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức không tuần hoàn thường không có két nước, không có van nhiệt và không có quạt gió. 

Trong quá trình động cơ làm việc, bơm sẽ thực hiện chức năng hút nước từ ao, hồ, sông, suối… thông qua lưới lọc để đưa vào lớp áo nước. Nước nóng ở khoang chứa nước được xả ra ngoài. Vì thế, hệ thống làm mát này sẽ gọi hạ nhiệt cưỡng bức tuần hoàn hở.

Ngoài ra, đối với một số động cơ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thấp thì chúng còn sử dụng thêm bộ trao đổi nhiệt, giúp hâm nóng nước đến một mức nhiệt độ nhất định trước khi được đưa vào làm mát động cơ. Bộ trao đổi nhiệt sx được cung cấp nhiệt lượng nhờ nguồn nước nóng trong  khoang nước từ động cơ xả ra.

Tuy cấu tạo của hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức phức tạp hơn so với tản nhiệt bằng nước bốc hơi hay đối lưu, nhưng khả năng làm mát của nó tốt. Vì vậy, nhiều doanh nghiệp sử dụng hệ thống này để làm mát động cơ hiện nay.

Trên đây là sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước, bạn có thể tìm hiểu và áp dụng các phương pháp giảm nhiệt thích hợp trong công nghệ ở mỗi thiết bị mà doanh nghiệp đang sử dụng.