柴油發電機組工作時，燃料在汽缸里燃燒會產生大量的熱，而其中1/3的熱量將被機組的零件（如汽缸套、汽缸蓋、活塞、氣門等）所吸收，若不及時加以冷卻，則其中運動機件將可能因受熱膨脹而破壞其正常間隙，或因潤滑油失效而卡死，各機件也可能因高溫而導致其機械強度降低甚至損壞，并且導致汽缸充氣量減少和燃燒不正常。因此，為保證柴油發電機組正常工作，必須給這些在高溫條件下工作的機件加以冷卻，根據冷卻介質的不同，目前柴油發電機組冷卻系統可以分為風冷式冷卻和水冷式冷卻兩種。
1、風冷卻方式是以空氣作為冷卻介質，所以又可以叫空氣冷卻，它是由風扇產生的調整運動的空氣直接將柴油機受熱零部件的熱量傳送出去，使柴油發電機在最適宜的溫度下工作，這種冷卻方式由散熱風扇和導罩等組成，與水冷系統相比，風冷系統具有零件少、結構簡單、整機重量較輕、使用維修比較方便和對地區環境變化適應性好等優點。
為了增加散熱棉結，通常在氣缸體、氣缸蓋和各個散熱器上的外壁都鑄有很多皺折狀的散熱片。工作時風扇轉動將空氣沿導風罩流向氣缸體與氣缸蓋表面，冷空氣流經散熱片時，將氣缸體和氣缸蓋付出的熱量帶走。
2、水冷卻方式是用水作為冷卻介質，將柴油機受熱零件的熱量傳達出去。這種冷卻方式有冷卻比較均勻、可使柴油發電機穩定在最有利的水溫下工作、運轉時噪聲小、當氣溫或工作負載變化時，更便于調節冷卻強度等優點。
水冷卻方式有開式和閉式兩種。開式冷卻系統中，循環水直接與大氣相通，冷卻系統內的蒸汽壓力總是保持為大氣壓力。閉式系統中，水在密閉系統內循環，冷卻系統的蒸壓力大于大氣壓力，由于冷卻水溫與外界氣溫溫差加大，因而提高了整個冷卻系統的散熱能力。
柴油發電機組的工作溫度過高或過低都會降低它的動力性和經濟性，冷卻系統的功能更是保持機組最適合的工作溫度，發揮其良好的經濟性、動力性和可靠性、耐久性，目前兩種冷卻系統各有優缺點，綜合實際使用情況，目前絕大多數柴油發電機采用的是水冷式冷卻系統，對于冷卻系統冷卻水的要求是應使用軟水，不能直接使用海水或是井水硬水，在寒冷季節以及常年寒冷的地區還應加入合適的防凍劑和防銹劑。


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