新聞主題	戶外型耐低溫風冷柴油發(fā)電機組的優(yōu)勢

 

摘要：柴油發(fā)電機的啟動遇到寒冷季節(jié)會變得有難度。這是因為低溫會導(dǎo)致機身溫度過低，不好引燃噴油等，有時候還會出現(xiàn)發(fā)電機凍住的情形。針對這種氣候，康明斯公司建議企業(yè)選擇風冷型靜音柴油發(fā)電機組。其優(yōu)點在于風冷發(fā)電機組結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、啟動性能好，所需空氣量少，風扇消耗功率低，油耗也較低，沒有凍裂或過熱沸騰危險，利于維護；這類機型適用于高原或缺水或寒冷的地方，不必考慮加水、沸點、凍結(jié)等方面的問題，因受到熱負荷和機械負荷限制，但是通常風冷型柴油發(fā)電機組無法達到中、大功率用戶要求。

 

一、低溫啟動困難的原因分析

 

      柴油發(fā)電機組在低溫環(huán)境下啟動困難一直是個難題，其主要原因如下：

（1）低溫環(huán)境蓄電池容量衰減啟動電動機扭矩減小

      一般柴油發(fā)電機組多采用電啟動，特別是通信基站備用較小功率發(fā)電機組，蓄電池工作的最佳環(huán)境溫度常在10～40℃之間。當環(huán)境溫度降低時，蓄電池的容量隨之衰減，有時會僅有25℃時容量的50％，啟動電動機的啟動扭矩的大小與蓄電池的容量有關(guān)，啟動扭矩大幅度減小造成啟動困難。

（2）運動部件間啟動阻力力矩增大

      在低溫條件下，不同材質(zhì)冷縮變形可致使配合間隙減小，柴油機曲軸與軸瓦、活塞與缸套等零件材質(zhì)不同，熱膨脹系數(shù)也不同，不同冷縮變形率造成配合間隙異常導(dǎo)致啟動阻力矩增大。同時在低溫條件下，柴油機潤滑油黏度增大、流動性變差甚至失去流動能力，也增大了柴油機啟動的阻力矩。由于綜合原因?qū)е碌膯幼枇α卦龃?，使柴油機難以達到啟動所需轉(zhuǎn)速，便會出現(xiàn)啟動困難。

（3）進氣溫度過低和壓縮終了壓力過低

      低溫環(huán)境中的空氣溫度很低，進入柴油機氣缸內(nèi)的燃燒空氣溫度很低，且柴油機缸筒、活塞等相關(guān)部件以及潤滑油溫度也很低，空氣在壓縮過程中的熱損失較大，被缸筒、活塞等部件的吸收，壓縮終了時空氣的溫度有可能達不到柴油的自燃點。氣缸內(nèi)壓縮油氣混合物溫度過低，缸筒、活塞等部件運動接觸表面潤滑不良，還會造成壓縮油氣混合物的壓力低于啟動時所需壓力。

（4）低溫環(huán)境中柴油物理特性發(fā)生變化

      有關(guān)數(shù)據(jù)表明，當氣溫從40℃降到-10℃時，柴油的黏度增大83％，密度增大8％。低溫條件下柴油的黏度和密度均增大，表面張力加大，流動性變差，霧化不良，從而延長了柴油機的點火滯后期。

      水冷柴油發(fā)電機組因有冷卻水回路，可通過電加熱水套預(yù)熱器循環(huán)流動加熱缸套水，使機體升溫，機油流動性增強等提高啟動成功率，但因為水冷發(fā)電機組缺少風冷發(fā)電機組所具有的優(yōu)點，如風冷柴油發(fā)電機組的特點是無需設(shè)置水冷卻系統(tǒng)，省去了冷卻水自動補給循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)施，也不會發(fā)生漏水、腐蝕、氣蝕及防凍等方面的問題。風冷柴油發(fā)電機組具有經(jīng)濟性好、可靠性高、壽命長和維護使用方便等特點，適用于高山、荒野、沙漠地帶、無水高寒地區(qū)的無人值守通信基站、衛(wèi)星接收站等場合，而水冷柴油發(fā)電機組難以在一些場所使用。

      風冷柴油發(fā)電機組因其結(jié)構(gòu)原因無法采用類似水套加熱器類裝置，且因為風冷機機體散熱片多，冷卻快，那么如何保證在-40℃以下使用時能夠順利啟動是需要解決的問題，本設(shè)計提出了一種解決方案，結(jié)合通信基站備用電源供電的特點，該方案可以實現(xiàn)在極低溫度（-40℃）環(huán)境中發(fā)電機組能可靠啟動，并能提高發(fā)電機組的運行性能，如減少低溫環(huán)境下的磨損，提高發(fā)電機組的壽命。

 

二、風冷機組對比水冷的優(yōu)勢

 

1、發(fā)電機廠家實踐證明，水冷柴油發(fā)電機組有25-30%以上的故障是由冷卻系統(tǒng)造成的。而風冷柴油發(fā)電機組因不設(shè)置水冷卻系統(tǒng)，所以其故障數(shù)比水冷柴油發(fā)電機降低約27%。風冷柴油發(fā)電機組更不會產(chǎn)生什么腐蝕、穴蝕、銹蝕及使缸體、缸蓋、散熱器內(nèi)積水垢的問題。因此風冷柴油發(fā)電機組更適合于北方極度嚴寒的氣候環(huán)境，它不會因缸體凍裂漏水而失掉運行能力。

2、柴油發(fā)電機組的正常使用壽命，主要取決于活塞組同缸套等摩擦副的磨狀況。而缸套等重要的磨損量，主要取決于發(fā)動機在露點以下工作時間的長短。由于風冷柴油發(fā)電機組缸壁溫度高、升溫快，所以最大限度的避免了酸性腐蝕和磨損。

3、風冷柴油發(fā)電機組在燃氣溫度一定的情況下，缸壁溫度越高，發(fā)動機散發(fā)到空氣中的熱量就越少，因而熱率例越高，燃油經(jīng)濟性就越好。通常風冷柴油發(fā)電機組的缸壁溫度要比水冷柴油機缸壁溫度高數(shù)十倍，因此其熱效率要比水冷柴油發(fā)電機高。同于風冷發(fā)電機組傳給空氣的熱量少，因此其冷卻風量，只需水冷柴油機的2/3左右，再加上風扇功率消耗低，因而風冷柴油發(fā)電機組的燃油消耗率也變低。

4、風冷柴油發(fā)電機組在零下35度的情況下，仍能很好啟動和可靠工作，不會有凍裂機體的危險，也不需用防凍液或者水加熱器。風冷柴油發(fā)電機組用在干旱沙漠地區(qū)不怕缺水，用在高原低氣壓地區(qū)，不會像水冷柴油發(fā)電機那樣有冷卻水開鍋的現(xiàn)象，用在沿海鹽堿地區(qū)缸體、缸套也不會因受冷卻水的直接侵蝕而損壞。

5、水冷柴油發(fā)電機組的散熱器和周圍空氣的溫差小，因為散熱器溫度受到水沸點的限制。而風冷柴油發(fā)電機組其缸蓋平均散熱面溫度為170度，與周圍空氣有更大的溫差，即使在火熱的環(huán)境也不會發(fā)生水冷柴油發(fā)電機組那種過熱沸騰的危險。

 

三．戶外型耐低溫風冷柴發(fā)特點

 

      康明斯電力技術(shù)有限公司通信基站戶外型耐低溫風冷柴油發(fā)電機組由三部分組成，底部為油箱、中部為發(fā)電機組箱體，頂部為防雨帽，如圖1所示。發(fā)電機組箱體內(nèi)中部安裝發(fā)電機組及其輔助設(shè)備，箱體具有防雨、防火、防盜和通風功能。箱體一端裝有消音器和排煙口，另一端安裝有柴油發(fā)電機組和加熱系統(tǒng)控制箱，控制箱下部為啟動柴油發(fā)電機組和加熱系統(tǒng)工作的蓄電池，控制箱內(nèi)裝有用于給蓄電池充電的浮充電源。

 

圖1 通信基站戶外型耐低溫風冷柴油發(fā)電機組結(jié)構(gòu)示意圖 1-排氣電動百葉窗 2-防雨頂罩 3-進氣電動百葉窗 4-靜音保溫箱 5-加熱保溫油箱 6-排污口 7-安裝支腳 8-空間加熱器 9-控制箱 10-浮充電源 11-蓄電池 12-箱內(nèi)開進氣小孔隔板 13-發(fā)電機 14-消音器 15-排煙口 16-柴油發(fā)電機組 圖7-5 通信基站戶外型耐低溫風冷柴油發(fā)電機組結(jié)構(gòu)示意圖

 

 

      箱體上部為防雨頂罩，可防止風雨進入發(fā)電機組及冬季積雪，影響正常使用。

      進風和排風處均安裝有電動百葉窗，其動作電源與柴油發(fā)電機組啟動電源共用12V蓄電池。箱體安裝有兩個空間加熱器，加熱器電源采用通信基站市電電源，該市電亦作為柴油發(fā)電機組市電狀態(tài)檢測信號，在市電正常時，柴油發(fā)電機組不工作，在寒冷季節(jié)由市電提供加熱電源，市電失電后柴油發(fā)電機組按設(shè)定間隔時間啟動，柴油發(fā)電機組啟動時不再需要加熱器工作。發(fā)電機組箱體內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，溫度過高時即便環(huán)境溫度高于15℃時應(yīng)可啟動空間加熱器除濕，用于防潮。

      在室外溫度低于15℃時，溫度控制系統(tǒng)使加熱回路通電控制，使箱內(nèi)溫度始終保持在15℃左右，使發(fā)電機組始終處于適宜隨時應(yīng)急啟動的狀態(tài)。

      百葉窗控制系統(tǒng)與柴油發(fā)電機組控制系統(tǒng)還存在聯(lián)動控制，柴油發(fā)電機組啟動成功后，百葉窗才打開，柴油發(fā)電機組停機后，如果室外溫度高于25℃時，則等待機箱通風散熱到25℃時百葉窗關(guān)閉，防止內(nèi)部溫度過高影響下次起機運行，如柴油發(fā)電機組停機后，如果室外溫度低于25℃時，則百葉窗在停機后約10s內(nèi)關(guān)閉，以使內(nèi)部溫度保持便于下次起機運行。百葉窗打開時為保證進、排風量充足，設(shè)計為葉片可90°開起保證最大開起通風面積。

      冷卻空氣流動路徑如圖2所示，柴油發(fā)電機組工作時，進、排氣百葉窗均打開，空氣由進氣百葉窗處進入，經(jīng)發(fā)電機組風扇，經(jīng)過箱內(nèi)對應(yīng)柴油發(fā)電機組發(fā)電機部分開有氣流通孔的隔板進入發(fā)電機組艙，經(jīng)過發(fā)電機組表面帶走發(fā)電機組散發(fā)熱量后經(jīng)排氣百葉窗排出箱體。

      在箱體內(nèi)壁和底部貼裝有降噪保溫棉，用于吸音降噪和保溫，阻止內(nèi)部熱量通過箱體壁向外傳導(dǎo)、輻射流失內(nèi)部加熱熱量。

      溫度檢測單元可將箱外、箱內(nèi)溫度參數(shù)通過RS485通信接口上傳基站動力環(huán)境控制系統(tǒng)，便于監(jiān)控中心人員及時了解發(fā)電機組狀況，如加熱系統(tǒng)是否正常工作、柴油發(fā)電機組是否處于合適的啟動溫度等。

      油箱加熱保溫層結(jié)構(gòu)如圖3所示，油箱表面采用電加熱的伴熱帶包纏，該電加熱伴熱帶加熱電源與空間加熱器共用通信基站市電電源。

 

圖2 柴油發(fā)電機冷卻空氣流動路徑示意圖

圖3 柴油發(fā)電機油箱加熱保溫層結(jié)構(gòu)示意圖

 

      在油箱內(nèi)部貼壁多點安裝有溫度傳感器，控制加熱溫度始終保持在10℃以上，伴熱帶外面均勻涂敷20mm厚保溫涂層，外部用0.5mm厚鋁箔整體包護處理，防止保溫涂層脫落及增強美觀度。

      為進一步提高極低溫度（-40℃）下的啟動成功率，在柴油發(fā)電機組的燃燒空氣進氣通道處安裝有進氣預(yù)熱器，對進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的空氣通過電熱元件加熱，提高進氣溫度。進氣道預(yù)熱器加熱電源由發(fā)電機組啟動蓄電池提供，在啟動時預(yù)熱加熱器供電。

      本技術(shù)方案綜合利用加熱保溫技術(shù)，并結(jié)合通信基站備用電源供電特點，當柴油發(fā)電機組處于極寒環(huán)境時，油料和箱體內(nèi)發(fā)動機等均可保持在10～15℃的適宜溫度，始終保持良好起機備用狀態(tài)。該方案可以實現(xiàn)在極低溫度（-40℃）環(huán)境中發(fā)電機組的可靠啟動，在環(huán)境溫度為-40℃時，發(fā)電機組可在10min內(nèi)順利啟動，并具有在啟動成功后3min內(nèi)可帶額定負載工作的能力，并能提高發(fā)電機組綜合運行的性能，減少寒冷環(huán)境金屬件冷縮特點引起的過度磨損，延長發(fā)電機組的使用壽命。

 

總結(jié)：

      風冷式柴油發(fā)電機組以其高效能、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢成為了現(xiàn)代社會中的主流小型發(fā)電設(shè)備。風冷柴油發(fā)電機可以適應(yīng)各種應(yīng)用，由于其主要獨特之處在于它們能在較高的工作溫度下工作，并能迅速預(yù)熱，這樣可以大大降低氣缸孔和活塞環(huán)的磨損。在大多數(shù)情況下，使用風冷柴油發(fā)電機是長期運行的關(guān)鍵，如海上和導(dǎo)航浮標、燈塔或電信設(shè)備。也常用于在災(zāi)區(qū)工作的響應(yīng)小組。在使用風冷柴油發(fā)電機時，火災(zāi)、洪水、雪崩或地震區(qū)域往往充滿碎片和灰塵，不易堵塞。考慮到風冷柴油發(fā)電機容量小，故障發(fā)生率要低得多，在戰(zhàn)斗條件下，可以可靠地使用風冷柴油發(fā)電機進行軍事行動。隨著科技的不斷進步和應(yīng)用的廣泛推廣，風冷式柴油發(fā)電機組必將帶來更多的便利和可能。我們相信，未來的柴油發(fā)電機組一定會更加先進、高效和智能，讓我們拭目以待。

 

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