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改善冬季柴油發(fā)電機(jī)低溫啟動(dòng)困難的對(duì)策分析 |
導(dǎo)讀:柴油發(fā)電機(jī)的起動(dòng)良好性,不僅取決于本身的技術(shù)狀況,還受外界氣溫的影響。例如進(jìn)入嚴(yán)冬,氣溫會(huì)越來(lái)越低,而柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常工作都需要在零度以上,但在冬季低溫環(huán)境下啟動(dòng)就較為困難,會(huì)給用戶供電安全生產(chǎn)保障帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)和困難。因此,柴油發(fā)電機(jī)組作為重要后備和應(yīng)急補(bǔ)充,低環(huán)境溫度會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。本文通過(guò)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)低溫啟動(dòng)困難的原因分析以及多年的實(shí)踐,康明斯公司在本文中提供了多項(xiàng)能夠保證柴發(fā)在低溫環(huán)境下正常啟動(dòng)和運(yùn)行的措施,從而了保證用戶供電安全生產(chǎn)有序進(jìn)行。
一、低溫環(huán)境啟動(dòng)困難的原因和排除
柴油發(fā)電機(jī)在環(huán)境溫度10℃以下時(shí)一般都不同程度的會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)困難的問(wèn)題。在北方每年的12月份起直到次年2月份,幾乎占一季度的時(shí)間的夜晚和清晨都在0℃以下,柴油發(fā)電機(jī)(尤其是室外停放的)均會(huì)不同程度受到氣候條件影響而表現(xiàn)出啟動(dòng)困難。柴油發(fā)電機(jī)組在低溫環(huán)境下經(jīng)過(guò)一夜時(shí)間降溫,機(jī)組溫度早已和氣溫相近,從而產(chǎn)生諸多因素使機(jī)組啟動(dòng)困難。柴油發(fā)電機(jī)組冬季低溫環(huán)境下啟動(dòng)難的問(wèn)題,必須引起設(shè)備保障部門的足夠重視。
1、冬季起動(dòng)更困難的主要原因
(1)冬季環(huán)境溫度低,機(jī)油黏度增大,各運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦阻力增加,使起動(dòng)轉(zhuǎn)速降低。
(2)蓄電池容量隨溫度下降而降低,使起動(dòng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低。
(3)由于起動(dòng)轉(zhuǎn)速降低,壓縮空氣滲漏增多,氣缸壁散熱量增大,致使壓縮終了時(shí)的空氣溫度和壓力大為降低,進(jìn)而使柴油發(fā)火的延遲期增長(zhǎng),嚴(yán)重時(shí)甚至不能燃燒。
(4)低溫下的柴油黏度增大,使噴射速度降低,加之空氣在壓縮終了時(shí)的旋流速度、溫度和壓力都比較低,使噴入氣缸的柴油霧化質(zhì)量變差,難以與空氣迅速形成良好的可燃?xì)怏w并及時(shí)發(fā)火燃燒,甚至不能著火,導(dǎo)致起動(dòng)困難。
2、啟動(dòng)困難或無(wú)法啟動(dòng)的解決方法
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難或者不能啟動(dòng)時(shí),首先應(yīng)注意柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)速除與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力、蓄電池的容量以及啟動(dòng)電路的技術(shù)狀況有關(guān)外,還與外界的氣溫有關(guān),因此當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕而不能啟動(dòng)時(shí),可能出現(xiàn)以下現(xiàn)象,啟動(dòng)轉(zhuǎn)速正常,啟動(dòng)轉(zhuǎn)速降低曲軸因起動(dòng)機(jī)不工作而不轉(zhuǎn),或啟動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而曲軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。啟動(dòng)困難,柴油發(fā)電機(jī)不能啟動(dòng)或不易啟動(dòng)的原因、診斷與排除上述現(xiàn)象除啟動(dòng)轉(zhuǎn)速正常及受氣溫影響而使啟動(dòng)轉(zhuǎn)速降低甚至使曲軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)外,都屬于蓄電池或啟動(dòng)電路技術(shù)狀況不良的故障現(xiàn)象,故應(yīng)檢查蓄電池和啟動(dòng)電路技術(shù)狀況。
至于柴油發(fā)電機(jī)因氣溫低使啟動(dòng)轉(zhuǎn)速降低不能啟動(dòng),可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣溫和排氣管排氣情況加以判斷。如氣溫很低,噴入氣缸的柴油以蒸汽的形態(tài)排出時(shí),一般為柴油發(fā)電機(jī)受氣溫影響不能啟動(dòng),應(yīng)加溫后再啟動(dòng)。如啟動(dòng)轉(zhuǎn)速正常,但發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng),注意觀察柴油是否進(jìn)入氣缸。因?yàn)榇斯收隙嗍怯蓺飧椎拿芊庑圆?、供油提前角不符合要求和啟?dòng)油量不足等原因造成的。
為從這些原因中迅速、準(zhǔn)確地找出不能啟動(dòng)的具體確切的原因,關(guān)鍵觀察柴油是否進(jìn)缸,即觀察排氣管是否排煙和傾聽(tīng)發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)爆發(fā)聲。啟動(dòng)轉(zhuǎn)速正常,啟動(dòng)時(shí)無(wú)煙排出,也無(wú)爆發(fā)聲。此故障現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是柴油沒(méi)有進(jìn)缸,原因是噴油泵不泵油(其直接原因可能油道內(nèi)有空氣、對(duì)電磁閥控制油路的電線無(wú)電) ,或低壓油路不供油(其直接原因可能油箱無(wú)油、油路內(nèi)有空氣或堵塞、輸油泵不工作等)。這時(shí),應(yīng)本著先易后難、先外后里的原則,首先觀察噴油泵拉線是否退回、操縱桿和驅(qū)動(dòng)連接盤的固定螺栓是否松脫、油箱是否有油,然后擰松噴油泵上的放氣螺釘,按下燃油泵按鈕或壓動(dòng)輸油泵的手動(dòng)泵,檢查油路是否堵塞和有空氣,按下起動(dòng)機(jī)按鈕,檢查輸油泵工作是否良好。
圖1 柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)圖 |
圖2 柴油機(jī)冷啟動(dòng)電壓試驗(yàn)波形 |
二、低溫環(huán)境對(duì)柴發(fā)的影響分析
1、溫度過(guò)低對(duì)柴發(fā)啟動(dòng)和運(yùn)行的影響
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程。柴油機(jī)在進(jìn)氣過(guò)程吸入的是空氣,在壓縮行程接近終了時(shí),柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上,通過(guò)噴油器噴入氣缸,在很短時(shí)間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合,形成可燃的混合氣。在燃燒的高壓氣體推動(dòng)下,活塞向下運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)而做功,廢氣經(jīng)過(guò)排氣管排入大氣。氣溫過(guò)低而無(wú)預(yù)防措施的情況下,將造成柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)困難和啟動(dòng)后輸出功率下降的影響。
(1)柴油機(jī)氣缸壓縮終了時(shí)空氣溫度達(dá)不到啟動(dòng)所要求的溫度,且氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力也明顯低于啟動(dòng)所要求的壓力,造成啟動(dòng)困難;或啟動(dòng)后帶載能力不足。
(2)蓄電池最佳工作溫度為20~40℃,隨著環(huán)境溫度的降低,其大電流輸出能力也相應(yīng)地下降,導(dǎo)致柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)功率下降;環(huán)境溫度較低時(shí),機(jī)油黏度變大,各摩擦負(fù)之間阻力加大,使柴油機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速下降。上述兩個(gè)不利條件的疊加,更增加啟動(dòng)難度。
(3)當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低,機(jī)油在氣溫較低時(shí)粘度較大,其流動(dòng)性變差,不僅增加柴油發(fā)電機(jī)組的零件磨損,而且由于零件運(yùn)動(dòng)阻力增大,使機(jī)械功率損失增加,柴油發(fā)電機(jī)組的輸出功率就會(huì)降低。經(jīng)常性冷缸啟動(dòng)加速磨損,將整體降低機(jī)器的負(fù)載能力。
(4)環(huán)境溫度過(guò)低,氣缸溫度就會(huì)很低,氣缸內(nèi)的水蒸氣就容易凝結(jié)在缸壁上,而柴油發(fā)電機(jī)燃燒時(shí)生成的二氧化硫遇到冷凝在缸壁上的水,就會(huì)變成強(qiáng)列的腐蝕劑粘附在缸壁上,因此缸壁表面就會(huì)受到強(qiáng)烈的腐蝕,導(dǎo)致其表面金屬組織疏松;當(dāng)氣缸套與活塞環(huán)之間相互摩擦刮削時(shí),會(huì)使腐蝕層表面疏松的金屬很快磨損脫落,或在缸套工作表面出現(xiàn)蝕點(diǎn)、凹坑。氣缸的損傷影響柴油發(fā)電機(jī)組的負(fù)載能力。
2、低溫對(duì)柴油供應(yīng)的影響
目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的輕柴油按凝固點(diǎn)分為7個(gè)標(biāo)號(hào):10#、5#柴油、0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油和-50#柴油。
選用不同標(biāo)號(hào)的柴油應(yīng)主要根據(jù)使用時(shí)的氣溫決定。比如在0°C凝固的柴油稱之為0號(hào)柴油,在-10°C凝固的柴油稱之為-10號(hào)柴油,在-20°C凝固的柴油稱之為-20號(hào)柴油,在-35°C凝固的柴油稱之為-35號(hào)柴油,在-50°C凝固的柴油稱之為-50號(hào)柴油。需要注意的是,這個(gè)凝點(diǎn)并不是柴油完全凝固成固體了,而是柴油失去流動(dòng)性了。
柴油的構(gòu)成成分復(fù)雜,與純化合物的液體不同,有一個(gè)影響到實(shí)際使用的指標(biāo)叫冷濾點(diǎn)。冷濾點(diǎn)是指在規(guī)定條件下,當(dāng)柴油通過(guò)過(guò)濾器每分鐘不足20ml時(shí)的最高溫度(即流動(dòng)點(diǎn)使用的最低環(huán)境溫度)。
表1 柴油凝點(diǎn)與冷濾點(diǎn)指標(biāo)
標(biāo)號(hào)
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凝點(diǎn)
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冷濾點(diǎn)
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0#柴油
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0℃
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4℃
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-10#柴油
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-10℃
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-5℃
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-20#柴油
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-20℃
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-14℃
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-35#柴油
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-35℃
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-29℃
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因此,并不是在凝點(diǎn)之上的柴油都可以使用,在冷濾點(diǎn)的溫度下,柴油雖然仍然是液體,但液體中會(huì)凝結(jié)出一個(gè)個(gè)的小晶粒,這個(gè)晶粒無(wú)法通過(guò)柴油濾清器。所以,柴油的選擇必須高于冷濾點(diǎn)。對(duì)照上表,最低氣溫在4℃以上地區(qū)選擇0號(hào)柴油,最低氣溫在-5℃以上地區(qū)選擇-10號(hào)柴油,最低氣溫在-14℃以上地區(qū)選擇-20號(hào)柴油,最低氣溫在-29℃以上地區(qū)選擇-35號(hào)柴油,最低氣溫在-44℃以上地區(qū)選擇-50號(hào)柴油。根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁睾侠磉x擇柴油的標(biāo)號(hào),既不要過(guò)度節(jié)約也不要浪費(fèi)。按當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁剡x擇柴油,常用的場(chǎng)景如下表2所列。
表2 燃油標(biāo)號(hào)選用方法
5#柴油
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適合最低溫在8℃以上地區(qū)
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0#柴油
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適合最低溫在4℃以上地區(qū)
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-10#柴油
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適合最低溫在-5℃以上地區(qū)
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-20#柴油
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適合最低溫在-14℃以上地區(qū)
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-35#柴油
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適合最低溫在-29℃以上地區(qū)
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-50#柴油
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適合最低溫在-44℃以上地區(qū)
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備注:按以上最低適用溫度使用時(shí),仍會(huì)有10%被凍住的風(fēng)險(xiǎn)率。
三、冷啟動(dòng)預(yù)防措施
后備柴油發(fā)電機(jī)組一般設(shè)定為自動(dòng)啟動(dòng),停電時(shí)即全速啟動(dòng),無(wú)怠速啟動(dòng)過(guò)程。啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速和電壓正常后并機(jī)、帶載,整個(gè)過(guò)程要求在30秒之內(nèi)完成。秋冬季節(jié)溫度低,若經(jīng)常性冷缸啟動(dòng),必然造成設(shè)備嚴(yán)重磨損,甚至在電池性能不佳的情況下也可能啟動(dòng)失敗?;谇笆龅牡蜏叵虏涣加绊?,需要采取必要的應(yīng)對(duì)措施。
1、循環(huán)水電加熱裝置
大型柴油發(fā)電機(jī)組一般均配備了循環(huán)水電加熱裝置,氣缸和潤(rùn)滑油常年保持在35-55℃之間,利于需要應(yīng)急時(shí)能立即全速啟動(dòng)且啟動(dòng)后帶載能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
水套加熱器是為柴油發(fā)電機(jī)冷卻水、機(jī)油專業(yè)預(yù)熱的裝置,使機(jī)體達(dá)到適合運(yùn)行的溫度,是低溫工作環(huán)境下柴油發(fā)電機(jī)組必備的配套設(shè)備。通過(guò)電加熱將機(jī)體內(nèi)的部分冷卻水進(jìn)行加熱,通過(guò)熱水和冷水的密度差原理進(jìn)行熱循環(huán),進(jìn)而將機(jī)組缸體、機(jī)構(gòu)固件上的潤(rùn)滑油預(yù)熱,達(dá)到暖機(jī)和改善潤(rùn)滑條件的目的。油機(jī)工作環(huán)境溫度低于0℃時(shí)應(yīng)開(kāi)啟水套加熱器,將水溫加熱維持至30℃左右適宜。
2、根據(jù)當(dāng)?shù)刈畹蜏剡x擇柴油標(biāo)號(hào)
對(duì)照表格的柴油冷濾點(diǎn),按當(dāng)?shù)刈畹蜏剡x擇相應(yīng)標(biāo)號(hào)。如上海地區(qū)最低溫為-5℃左右,選擇-10#柴油。
對(duì)于放置在室外的柴油發(fā)電機(jī)組,應(yīng)更全面考慮低溫對(duì)整個(gè)輸油路徑的影響。除了需要根據(jù)往年最低溫選擇柴油標(biāo)號(hào)外,對(duì)于室外輸油管裸露部位、室外臨時(shí)油箱等采取保溫防護(hù)措施,防止出現(xiàn)突發(fā)的突破溫度下限的情況。
3、合理選用機(jī)油
應(yīng)根據(jù)柴油機(jī)的特點(diǎn)和本地區(qū)的氣候情況來(lái)選擇粘度合適的機(jī)油,冬季低溫地區(qū)宜使用低溫性能優(yōu)秀的潤(rùn)滑機(jī)油或?qū)I(yè)防凍機(jī)油。此類機(jī)油黏度小,潤(rùn)滑性能好,啟動(dòng)阻力小,可以有效改善低溫條件下柴油機(jī)的啟動(dòng)性能。比如,北方地區(qū)使用的是粘度等級(jí)為SAE15W-40的多級(jí)機(jī)油,適宜在冬季使用。
4、提升啟動(dòng)蓄電池能力
蓄電池最佳工作溫度為20~40℃,隨著環(huán)境溫度的降低,其輸出能力也相應(yīng)地下降,導(dǎo)致柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)功率下降;同時(shí)環(huán)境溫度較低時(shí),機(jī)油黏度變大,各摩擦負(fù)之間阻力加大,疊加了啟動(dòng)難度。必要時(shí)需對(duì)蓄電池進(jìn)行保溫,保證能正常充電且有足夠的輸出電流,從而保證有足夠的啟動(dòng)系統(tǒng)功率。
根據(jù)有關(guān)資料,0℃時(shí)鉛酸蓄電池?fù)p失約30%的容量,對(duì)于室外環(huán)境的柴油發(fā)電機(jī)組更需要重視,對(duì)于容量下降明顯的在冬天之前及時(shí)更換新的啟動(dòng)電池。
5、環(huán)控系統(tǒng)覆蓋
對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組本體的加熱裝置或缸體溫度設(shè)置監(jiān)控點(diǎn),加熱系統(tǒng)故障或加熱器保險(xiǎn)絲熔斷導(dǎo)致無(wú)法加熱的,能及時(shí)得到處置。啟動(dòng)電池和臨時(shí)油箱宜設(shè)置溫度監(jiān)控,也可本地放置溫度計(jì)便于巡檢時(shí)進(jìn)行檢查。
6、縮短保養(yǎng)間隔期
冬季冰雪災(zāi)害性低溫天氣期間,應(yīng)增加柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)備維護(hù)檢查頻次。提前更換柴油濾清器、機(jī)油濾清器、空氣濾清器等常用部件,更換機(jī)油和冷卻水防凍液。保持機(jī)組各部位清潔、干燥,電路接觸良好,確保油機(jī)工作在最佳狀態(tài)。
7、執(zhí)行起動(dòng)試驗(yàn)計(jì)劃
冬季冰雪低溫天氣期間,應(yīng)增加專項(xiàng)柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)測(cè)試,及時(shí)排查機(jī)組安全隱患,確保在雙路市電中斷的情況下,柴油發(fā)電機(jī)組可以及時(shí)啟動(dòng)保障設(shè)備電源供應(yīng)。
8、注意發(fā)電機(jī)房保溫
冬季注意關(guān)閉發(fā)電機(jī)房門窗,條件允許的情況下,宜安裝電動(dòng)百葉窗,有利于發(fā)電機(jī)房的保溫隔熱。冰雪天氣期間應(yīng)開(kāi)展專項(xiàng)檢查和巡視,防止機(jī)房門窗屋面、電纜溝等滲水或結(jié)冰。
總結(jié):
對(duì)于冷啟動(dòng)性能方面的柴油機(jī),其啟動(dòng)困難問(wèn)題比汽油機(jī)突出;尤其是冬天低溫下,柴油機(jī)潤(rùn)滑油的粘度大,加之柴油在低溫條件下流動(dòng)性差,如果汽缸磨損,壓力不足??傊?,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下是會(huì)出現(xiàn)難以啟動(dòng)的先天特征,但是也不是無(wú)法克服和避免的。因此,在低溫環(huán)境情況下啟動(dòng)是相當(dāng)困難的,最佳解決方法便是采取冷卻系統(tǒng)裝配預(yù)加熱裝置。
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