新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載啟動(dòng)能力指標(biāo)

 

摘要：性能指標(biāo)的作用從總體上或從某一方面來(lái)判斷或衡量一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的性能。包括動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)（冷起動(dòng)、加速性與加載性、排放性）、可靠性和耐久性指標(biāo)、重量和外形尺寸指標(biāo)等。其中指示指標(biāo)用來(lái)評(píng)價(jià)氣缸內(nèi)工作完善程度的指標(biāo)，考慮磁燒的完善程度和結(jié)熱損失。有效指標(biāo)是在指示指標(biāo)基礎(chǔ)上考慮了機(jī)械損失后，在紫油機(jī)輸出軸上所得到的指標(biāo)。而工作參數(shù)表征柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、基本結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化程度的參數(shù)。

 

一、柴油機(jī)性能指標(biāo)

 

      柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的指標(biāo)。它們既是反映柴油機(jī)工作循環(huán)完善程度的參數(shù)，更是評(píng)估柴油機(jī)性能的主要依據(jù)。動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分別從量和質(zhì)兩個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)柴油機(jī)的性能。它們又可以分成指示指標(biāo)和有效指標(biāo)兩類見表1。

表1    柴油機(jī)性能指標(biāo)

      指示指標(biāo)是以實(shí)測(cè)的示功圖所表示的一個(gè)循環(huán)所作的功——指示功為基礎(chǔ)的(從示功圖求出來(lái)的)，它們表征氣缸內(nèi)部工作情況，其優(yōu)劣取決于氣缸內(nèi)部實(shí)際工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度(包括不完全燃燒、燃燒延遲、氣體泄漏、氣缸壁傳熱損失等)。有效指標(biāo)是以在柴油機(jī)輸出軸上所得到的有效功為基礎(chǔ)的，它扣除了柴油機(jī)內(nèi)的一切損失，其優(yōu)劣取決于工作循環(huán)進(jìn)行的完善程度外，還得取決于機(jī)械損失的大小，它是評(píng)定柴油機(jī)工作性能的最終指標(biāo)。

1、動(dòng)力性指標(biāo)

（1）有效扭矩

      燃料在氣缸內(nèi)燃燒放熱、膨脹作功所產(chǎn)生的力，除了克服柴油機(jī)本身各部件的摩擦阻力和驅(qū)動(dòng)各種輔助裝置（水泵、油泵、風(fēng)扇等）之外，最后通過曲軸輸出、供給外界使用的扭矩稱為有效扭矩Me，單位為N·m（或kN·m），其數(shù)值可通過柴油機(jī)實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)由專門的測(cè)功器測(cè)取。

（2）有效功率

      柴油機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)外作功的量稱為有效功率Ne，是柴油機(jī)最主要的動(dòng)力性能指標(biāo)之一，其數(shù)值可通過有效扭矩Me和相應(yīng)轉(zhuǎn)速n計(jì)算得出：Ne=Me·n/9550（kW）。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)功率參數(shù)主要有兩種，即標(biāo)定功率和備用功率。其有功功角和動(dòng)態(tài)特性如圖1、圖2所示。

① 標(biāo)定功率

      在指定的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況（按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，氣壓100 kPa、氣溫300 K）下，在正常修理周期內(nèi)，柴油機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間或允許長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率，稱之為標(biāo)定功率。我國(guó)根據(jù)柴油機(jī)的不同用途，規(guī)定有15分鐘功率、1小時(shí)功率、12小時(shí)功率和持續(xù)功率四種標(biāo)定功率。其中，持續(xù)功率是指柴油機(jī)允許長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率，通常用來(lái)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行功率標(biāo)定，并明確記載在產(chǎn)品銘牌和使用說明書中。

② 備用功率

      當(dāng)大氣條件變化使得進(jìn)入柴油機(jī)的空氣量減少時(shí)，柴油機(jī)所能發(fā)出的最大有效功率將比指定大氣條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功率要低。在特定的使用條件（環(huán)境溫度、大氣壓力、工況等）下，在正常修理周期內(nèi)，柴油機(jī)在運(yùn)用中所能達(dá)到的最大有效功率，稱之為備用功率或最大運(yùn)用功率。

③ 功率修正

      在確定以上功率時(shí)，首先要考慮柴油機(jī)的設(shè)計(jì)及制造水平，這對(duì)柴油機(jī)的功率、工作可靠性及使用壽命起決定性的影響。對(duì)于某一型號(hào)的柴油機(jī)，如果功率定得大，其工作可靠性和使用壽命就會(huì)降低。只有通過持續(xù)的試驗(yàn)，并對(duì)實(shí)際運(yùn)用情況和結(jié)果作系統(tǒng)的調(diào)查研究，在切實(shí)掌握質(zhì)量水平的基礎(chǔ)上，才能比較正確地確定以上各功率。

      由于環(huán)境狀況和使用條件的變化對(duì)柴油機(jī)的功率有很大影響，因此，需要對(duì)柴油機(jī)的功率進(jìn)行修正。對(duì)柴油機(jī)供應(yīng)商而言的功率修正，是將試驗(yàn)大氣條件下測(cè)得的功率換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下柴油機(jī)所應(yīng)發(fā)出的功率，并作為銘牌功率標(biāo)注；對(duì)柴油機(jī)用戶而言的功率修正，是根據(jù)實(shí)際使用區(qū)域的不同，將柴油機(jī)的銘牌功率修正為與使用區(qū)域的大氣狀況所對(duì)應(yīng)的功率，并作為正常的使用功率。

（3）轉(zhuǎn)速

      柴油機(jī)可在較為寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)工作，在柴油機(jī)出廠銘牌和使用說明書中，一般應(yīng)給出標(biāo)定轉(zhuǎn)速（即，標(biāo)定功率下的轉(zhuǎn)速）或最大輸出扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速，供用戶在運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)時(shí)作參考。實(shí)際上，柴油機(jī)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速還受到最高允許轉(zhuǎn)速（或稱極限轉(zhuǎn)速，通常為標(biāo)定轉(zhuǎn)速的110％左右）和最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速（或稱最低怠速轉(zhuǎn)速）的限制。柴油機(jī)的最高允許轉(zhuǎn)速受到運(yùn)動(dòng)部件慣性負(fù)荷、零部件熱負(fù)荷以及燃燒過程惡化、充氣效率下降等因素的限制。若超過最高允許轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)，將會(huì)使柴油機(jī)部件損壞，甚至發(fā)生事故。最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速能確保柴油機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不停機(jī)。若低于該轉(zhuǎn)速時(shí)，柴油機(jī)工作過程將由于吸氣、噴油、著火、燃燒的不穩(wěn)定而使轉(zhuǎn)速和功率波動(dòng)大，甚至熄火停機(jī)。

2、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

（1）有效熱效率

      柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)所發(fā)出的有效功We與得到此有效功所消耗燃料中的熱量Q之比稱為有效熱效率ηe。有效熱效率也可以通過柴油機(jī)的有效功率Ne和每小時(shí)燃油消耗量G計(jì)算得出。柴油機(jī)的有效熱效率一般在0.35～0.45之間。

（2）有效燃油消耗率

      柴油機(jī)每發(fā)出1 kW有效功率，在1 h內(nèi)所消耗的燃油量G稱為有效燃油消耗率ge，簡(jiǎn)稱燃油消耗率。顯然，柴油機(jī)對(duì)外作一定量的功所消耗的燃油量（可由柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中測(cè)得）越少，燃油消耗率越低，其經(jīng)濟(jì)性就越好。燃油消耗率可按下式計(jì)算:

g_e=G/N_e×103 [g/（kW·h）]

3、排放性能指標(biāo)

      柴油機(jī)的有害排放物主要包括有害氣體排放物—CO、HC、NOx和有害固體排放物—微粒。排放性能指標(biāo)可用單位排氣體積中有害排放物的體積表示，如%；或用排氣中質(zhì)量濃度表示，如mg/m3；或采用單位時(shí)間內(nèi)或一次規(guī)定條件測(cè)試中或單位折合運(yùn)行時(shí)間條件下的有害物質(zhì)排放量表示，如g/h，g/一次測(cè)試等；最常用的是由柴油機(jī)發(fā)出單位功所排放的有害污染物質(zhì)量表示的比排放量，即g/（kW·h）。柴油機(jī)有害排放物的測(cè)量必須在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或銷售地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下并使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

      不同行業(yè)、不同用途或不同功率等級(jí)的柴油機(jī)有不同的排放評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。柴油機(jī)在不同的工況條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，廢氣成分的組成會(huì)有很大差異。不同的循環(huán)測(cè)試條件下的排放標(biāo)準(zhǔn)限制值是不相同的。為了綜合考察柴油機(jī)在冷啟動(dòng)、熱啟動(dòng)、加速、減速和勻速運(yùn)轉(zhuǎn)等工況時(shí)的排放情況，同時(shí)便于對(duì)各種柴油機(jī)的排放水平進(jìn)行比較，各國(guó)都是根據(jù)排放法規(guī)和臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范各自擬定出模擬性的實(shí)驗(yàn)規(guī)范。

4、可靠性耐久性指標(biāo)

      可靠性是指柴油機(jī)在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，具有持續(xù)工作不致因故障而影響柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。耐久性是指柴油機(jī)大修前累計(jì)運(yùn)行的時(shí)間。

 

圖1  發(fā)電機(jī)有功功率功角特性

圖2  發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性功角特性

 

二、發(fā)電機(jī)性能指標(biāo)
 

1、電壓和頻率穩(wěn)定時(shí)間

      發(fā)電機(jī)組負(fù)載突變時(shí)，其電壓和頻率會(huì)產(chǎn)生突然下降或升高的現(xiàn)象，從負(fù)載突變時(shí)起至電壓或頻率開始穩(wěn)定所需要的時(shí)間為電壓或頻率穩(wěn)定時(shí)間，以秒（s）為單位計(jì)算。電壓的穩(wěn)定時(shí)間與自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)的性能有關(guān)，頻率的穩(wěn)定時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速器的調(diào)速性能有關(guān)。其中，頻率穩(wěn)定時(shí)間曲線如圖3所示。

2、瞬態(tài)電壓調(diào)整率δ_us和瞬態(tài)頻率調(diào)整率δ_fs  

       發(fā)電機(jī)組在負(fù)載突變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)端電壓和頻率都會(huì)出現(xiàn)瞬間變化。當(dāng)突加或突減負(fù)載時(shí)，由于受柴油機(jī)輸入功率的突增（減）及發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)等因素的影響，發(fā)電機(jī)端電壓和頻率會(huì)產(chǎn)生突然下降或升高的現(xiàn)象。電壓（頻率）的瞬態(tài)變化值與負(fù)載突變前的數(shù)值之差與額定值的百分比，稱為發(fā)電機(jī)組的瞬態(tài)電壓（頻率）調(diào)整率。

（1）瞬態(tài)電壓調(diào)整率計(jì)算公式：

 

式中， u_s-負(fù)載突變時(shí)瞬時(shí)電壓的最大值或最小值（取與負(fù)載突變前的穩(wěn)定電壓差值較大者），V；

u₂-負(fù)載突變前的穩(wěn)定電壓，V；

u-額定電壓，V。

（2）瞬態(tài)頻率調(diào)整率計(jì)算公式：

 

式中， fs-負(fù)載突變時(shí)的瞬時(shí)頻率的最大值或最小值（取與負(fù)載突變前的穩(wěn)定頻率差值較大者），Hz；

f₂-負(fù)載突變前的穩(wěn)定頻率，Hz；

f-額定頻率，Hz。

3、直接啟動(dòng)空載異步電動(dòng)機(jī)的能力

      發(fā)電機(jī)組直接啟動(dòng)（四極籠型三相）異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于啟動(dòng)電流很大以及異步電動(dòng)機(jī)低功率因數(shù)的影響，發(fā)電機(jī)組輸出電壓顯著下降，這時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)必須進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)磁，才能補(bǔ)償發(fā)電機(jī)組輸出電壓的下降。異步電動(dòng)機(jī)容量愈大，強(qiáng)勵(lì)程度就愈高，其原理和啟動(dòng)特性如圖4所示。因?yàn)閱?dòng)電流很大，有可能損傷繞組的絕緣。發(fā)電機(jī)組因其特性上的差別，啟動(dòng)空載異步電動(dòng)機(jī)的容量不得超過其額定容量的70％；而啟動(dòng)有載異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)容量不得超過其額定容量的35％，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，由發(fā)電機(jī)組輸出的剩余功率還可供其他電氣設(shè)備使用。

 

圖3  發(fā)電機(jī)頻率穩(wěn)定時(shí)間曲線

圖4  異步電動(dòng)機(jī)的原理與啟動(dòng)特性

 

4、發(fā)電機(jī)組的并車性能

      型號(hào)規(guī)格相同和容量比不大于3：1的發(fā)電機(jī)組在額定功率的20％～100％范圍內(nèi)應(yīng)能穩(wěn)定地并聯(lián)運(yùn)行，且可平穩(wěn)轉(zhuǎn)移負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率，其有功功率和無(wú)功功率的分配差度應(yīng)不大于表2的規(guī)定；容量比大于3：1的發(fā)電機(jī)組并聯(lián)，各發(fā)電機(jī)組承擔(dān)的有功功率和無(wú)功功率分配差度按產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定。

表2       有功功率和無(wú)功功率的分配差度

說明：當(dāng)使用該容差時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的有功標(biāo)定負(fù)載或無(wú)功標(biāo)定負(fù)載的總額按容差值減小。

5、無(wú)線電干擾允許值

      根據(jù) YD/T 502-2020《通信用低壓柴油發(fā)電機(jī)組》，用于通信電源的柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)無(wú)線電干擾有要求時(shí)，發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有抑制無(wú)線電干擾的措施，其干擾允許值應(yīng)不大于表3和表4中規(guī)定的限值。按照GB/T 20136-2006《內(nèi)燃機(jī)電站通用試驗(yàn)方法》603和604進(jìn)行測(cè)量考核，特殊情況可提出更嚴(yán)格的要求。

表3     傳導(dǎo)干擾限值

表3    輻射干擾限值

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)，是衡量柴發(fā)機(jī)組供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要依據(jù)。其主要技術(shù)性能通常指柴發(fā)機(jī)組的功率因數(shù)從0.8～1.0，三相對(duì)稱負(fù)載在0～100%或100%～0額定值的范圍內(nèi)漸變或突變時(shí)，應(yīng)達(dá)到的性能。同時(shí)了解柴油機(jī)的相關(guān)參數(shù)和排放標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)更好地設(shè)計(jì)、制造、管理、使用和維修柴油機(jī)帶來(lái)積極的影響。此外，還有電壓、頻率波動(dòng)率、超載運(yùn)行時(shí)限、瞬態(tài)電壓、頻率調(diào)整率及直接啟動(dòng)空載異步電動(dòng)機(jī)等性能。隨著及時(shí)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)和引進(jìn)的各類柴發(fā)機(jī)組還具有其他特殊的性能，若需了解其他技術(shù)資料，請(qǐng)查詢康明斯公司官網(wǎng)柴發(fā)技術(shù)類文章。

 

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