導讀：柴油發(fā)電機的起動良好性，不僅取決于本身的技術狀況，還受外界氣溫的影響。例如進入嚴冬，氣溫會越來越低，而柴油發(fā)電機組運行正常工作都需要在零度以上，但在冬季低溫環(huán)境下啟動就較為困難，會給用戶供電安全生產保障帶來了一定的風險和困難。因此，柴油發(fā)電機組作為重要后備和應急補充，低環(huán)境溫度會對柴油發(fā)電機組的運行造成嚴重的影響。本文通過對柴油發(fā)電機低溫啟動困難的原因分析以及多年的實踐，康明斯公司在本文中提供了多項能夠保證柴發(fā)在低溫環(huán)境下正常啟動和運行的措施，從而了保證用戶供電安全生產有序進行。

一、低溫環(huán)境啟動困難的原因和排除

      柴油發(fā)電機在環(huán)境溫度10℃以下時一般都不同程度的會出現啟動困難的問題。在北方每年的12月份起直到次年2月份，幾乎占一季度的時間的夜晚和清晨都在0℃以下，柴油發(fā)電機（尤其是室外停放的）均會不同程度受到氣候條件影響而表現出啟動困難。柴油發(fā)電機組在低溫環(huán)境下經過一夜時間降溫，機組溫度早已和氣溫相近，從而產生諸多因素使機組啟動困難。柴油發(fā)電機組冬季低溫環(huán)境下啟動難的問題，必須引起設備保障部門的足夠重視。

1、冬季起動更困難的主要原因

（1）冬季環(huán)境溫度低，機油黏度增大，各運動機件的摩擦阻力增加，使起動轉速降低。

（2）蓄電池容量隨溫度下降而降低，使起動轉速進一步降低。

（3）由于起動轉速降低，壓縮空氣滲漏增多，氣缸壁散熱量增大，致使壓縮終了時的空氣溫度和壓力大為降低，進而使柴油發(fā)火的延遲期增長，嚴重時甚至不能燃燒。

（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量變差，難以與空氣迅速形成良好的可燃氣體并及時發(fā)火燃燒，甚至不能著火，導致起動困難。

2、啟動困難或無法啟動的解決方法

    當柴油發(fā)電機啟動困難或者不能啟動時，首先應注意柴油發(fā)電機的啟動轉速。由于啟動轉速除與發(fā)動機的轉動阻力、蓄電池的容量以及啟動電路的技術狀況有關外，還與外界的氣溫有關，因此當按下啟動按鈕而不能啟動時，可能出現以下現象，啟動轉速正常，啟動轉速降低曲軸因起動機不工作而不轉，或啟動機空轉而曲軸不轉動。啟動困難，柴油發(fā)電機不能啟動或不易啟動的原因、診斷與排除上述現象除啟動轉速正常及受氣溫影響而使啟動轉速降低甚至使曲軸不能轉動外，都屬于蓄電池或啟動電路技術狀況不良的故障現象，故應檢查蓄電池和啟動電路技術狀況。 

    至于柴油發(fā)電機因氣溫低使啟動轉速降低不能啟動，可以根據當時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，一般為柴油發(fā)電機受氣溫影響不能啟動，應加溫后再啟動。如啟動轉速正常，但發(fā)動機不能啟動，注意觀察柴油是否進入氣缸。因為此故障多是由氣缸的密封性差、供油提前角不符合要求和啟動油量不足等原因造成的。

    為從這些原因中迅速、準確地找出不能啟動的具體確切的原因，關鍵觀察柴油是否進缸，即觀察排氣管是否排煙和傾聽發(fā)動機有無爆發(fā)聲。啟動轉速正常，啟動時無煙排出，也無爆發(fā)聲。此故障現象的實質是柴油沒有進缸，原因是噴油泵不泵油（其直接原因可能油道內有空氣、對電磁閥控制油路的電線無電) ，或低壓油路不供油（其直接原因可能油箱無油、油路內有空氣或堵塞、輸油泵不工作等）。這時，應本著先易后難、先外后里的原則，首先觀察噴油泵拉線是否退回、操縱桿和驅動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輸油泵的手動泵，檢查油路是否堵塞和有空氣，按下起動機按鈕，檢查輸油泵工作是否良好。

二、低溫環(huán)境對柴發(fā)的影響分析

1、溫度過低對柴發(fā)啟動和運行的影響

      柴油發(fā)動機的每個工作循環(huán)由進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。柴油機在進氣過程吸入的是空氣，在壓縮行程接近終了時，柴油經噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器噴入氣缸，在很短時間內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下，活塞向下運動并帶動曲軸旋轉而做功，廢氣經過排氣管排入大氣。氣溫過低而無預防措施的情況下，將造成柴油發(fā)電機組啟動困難和啟動后輸出功率下降的影響。

（1）柴油機氣缸壓縮終了時空氣溫度達不到啟動所要求的溫度，且氣缸內壓縮空氣壓力也明顯低于啟動所要求的壓力，造成啟動困難；或啟動后帶載能力不足。

（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地下降，導致柴油機啟動系統(tǒng)功率下降；環(huán)境溫度較低時，機油黏度變大，各摩擦負之間阻力加大，使柴油機啟動轉速下降。上述兩個不利條件的疊加，更增加啟動難度。

（3）當環(huán)境溫度過低，機油在氣溫較低時粘度較大，其流動性變差，不僅增加柴油發(fā)電機組的零件磨損，而且由于零件運動阻力增大，使機械功率損失增加，柴油發(fā)電機組的輸出功率就會降低。經常性冷缸啟動加速磨損，將整體降低機器的負載能力。

（4）環(huán)境溫度過低，氣缸溫度就會很低，氣缸內的水蒸氣就容易凝結在缸壁上，而柴油發(fā)電機燃燒時生成的二氧化硫遇到冷凝在缸壁上的水，就會變成強列的腐蝕劑粘附在缸壁上，因此缸壁表面就會受到強烈的腐蝕，導致其表面金屬組織疏松；當氣缸套與活塞環(huán)之間相互摩擦刮削時，會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蝕點、凹坑。氣缸的損傷影響柴油發(fā)電機組的負載能力。

2、低溫對柴油供應的影響

      目前國內應用的輕柴油按凝固點分為7個標號：10#、5＃柴油、0＃柴油、-10＃柴油、-20＃柴油、-35＃柴油和-50＃柴油。

      選用不同標號的柴油應主要根據使用時的氣溫決定。比如在0°C凝固的柴油稱之為0號柴油，在-10°C凝固的柴油稱之為-10號柴油，在-20°C凝固的柴油稱之為-20號柴油，在-35°C凝固的柴油稱之為-35號柴油，在-50°C凝固的柴油稱之為-50號柴油。需要注意的是，這個凝點并不是柴油完全凝固成固體了，而是柴油失去流動性了。

      柴油的構成成分復雜，與純化合物的液體不同，有一個影響到實際使用的指標叫冷濾點。冷濾點是指在規(guī)定條件下，當柴油通過過濾器每分鐘不足20ml時的最高溫度（即流動點使用的最低環(huán)境溫度）。

表1  柴油凝點與冷濾點指標

因此，并不是在凝點之上的柴油都可以使用，在冷濾點的溫度下，柴油雖然仍然是液體，但液體中會凝結出一個個的小晶粒，這個晶粒無法通過柴油濾清器。所以，柴油的選擇必須高于冷濾點。對照上表，最低氣溫在4℃以上地區(qū)選擇0號柴油，最低氣溫在-5℃以上地區(qū)選擇-10號柴油，最低氣溫在-14℃以上地區(qū)選擇-20號柴油，最低氣溫在-29℃以上地區(qū)選擇-35號柴油，最低氣溫在-44℃以上地區(qū)選擇-50號柴油。根據當地的最低氣溫合理選擇柴油的標號，既不要過度節(jié)約也不要浪費。按當地最低氣溫選擇柴油，常用的場景如下表2所列。

表2    燃油標號選用方法

備注：按以上最低適用溫度使用時，仍會有10%被凍住的風險率。

三、冷啟動預防措施

      后備柴油發(fā)電機組一般設定為自動啟動，停電時即全速啟動，無怠速啟動過程。啟動后轉速和電壓正常后并機、帶載，整個過程要求在30秒之內完成。秋冬季節(jié)溫度低，若經常性冷缸啟動，必然造成設備嚴重磨損，甚至在電池性能不佳的情況下也可能啟動失敗。基于前述的低溫下不良影響，需要采取必要的應對措施。

1、循環(huán)水電加熱裝置

      大型柴油發(fā)電機組一般均配備了循環(huán)水電加熱裝置，氣缸和潤滑油常年保持在35-55℃之間，利于需要應急時能立即全速啟動且啟動后帶載能力達到設計要求。

      水套加熱器是為柴油發(fā)電機冷卻水、機油專業(yè)預熱的裝置，使機體達到適合運行的溫度，是低溫工作環(huán)境下柴油發(fā)電機組必備的配套設備。通過電加熱將機體內的部分冷卻水進行加熱，通過熱水和冷水的密度差原理進行熱循環(huán)，進而將機組缸體、機構固件上的潤滑油預熱，達到暖機和改善潤滑條件的目的。油機工作環(huán)境溫度低于0℃時應開啟水套加熱器，將水溫加熱維持至30℃左右適宜。

2、根據當地最低溫選擇柴油標號

      對照表格的柴油冷濾點，按當地最低溫選擇相應標號。如上海地區(qū)最低溫為-5℃左右，選擇-10#柴油。

      對于放置在室外的柴油發(fā)電機組，應更全面考慮低溫對整個輸油路徑的影響。除了需要根據往年最低溫選擇柴油標號外，對于室外輸油管裸露部位、室外臨時油箱等采取保溫防護措施，防止出現突發(fā)的突破溫度下限的情況。

3、合理選用機油

      應根據柴油機的特點和本地區(qū)的氣候情況來選擇粘度合適的機油，冬季低溫地區(qū)宜使用低溫性能優(yōu)秀的潤滑機油或專業(yè)防凍機油。此類機油黏度小，潤滑性能好，啟動阻力小，可以有效改善低溫條件下柴油機的啟動性能。比如，北方地區(qū)使用的是粘度等級為SAE15W-40的多級機油，適宜在冬季使用。

4、提升啟動蓄電池能力

      蓄電池最佳工作溫度為20～40℃，隨著環(huán)境溫度的降低，其輸出能力也相應地下降，導致柴油機啟動系統(tǒng)功率下降；同時環(huán)境溫度較低時，機油黏度變大，各摩擦負之間阻力加大，疊加了啟動難度。必要時需對蓄電池進行保溫，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系統(tǒng)功率。

      根據有關資料，0℃時鉛酸蓄電池損失約30%的容量，對于室外環(huán)境的柴油發(fā)電機組更需要重視，對于容量下降明顯的在冬天之前及時更換新的啟動電池。

5、環(huán)控系統(tǒng)覆蓋

      對于柴油發(fā)電機組本體的加熱裝置或缸體溫度設置監(jiān)控點，加熱系統(tǒng)故障或加熱器保險絲熔斷導致無法加熱的，能及時得到處置。啟動電池和臨時油箱宜設置溫度監(jiān)控，也可本地放置溫度計便于巡檢時進行檢查。

6、縮短保養(yǎng)間隔期

      冬季冰雪災害性低溫天氣期間，應增加柴油發(fā)電機組設備維護檢查頻次。提前更換柴油濾清器、機油濾清器、空氣濾清器等常用部件，更換機油和冷卻水防凍液。保持機組各部位清潔、干燥，電路接觸良好，確保油機工作在最佳狀態(tài)。

7、執(zhí)行起動試驗計劃

      冬季冰雪低溫天氣期間，應增加專項柴油發(fā)電機組啟動測試，及時排查機組安全隱患，確保在雙路市電中斷的情況下，柴油發(fā)電機組可以及時啟動保障設備電源供應。

8、注意發(fā)電機房保溫

      冬季注意關閉發(fā)電機房門窗，條件允許的情況下，宜安裝電動百葉窗，有利于發(fā)電機房的保溫隔熱。冰雪天氣期間應開展專項檢查和巡視，防止機房門窗屋面、電纜溝等滲水或結冰。

總結：

     對于冷啟動性能方面的柴油機，其啟動困難問題比汽油機突出；尤其是冬天低溫下，柴油機潤滑油的粘度大，加之柴油在低溫條件下流動性差，如果汽缸磨損，壓力不足。總之，柴油發(fā)動機在低溫下是會出現難以啟動的先天特征，但是也不是無法克服和避免的。因此，在低溫環(huán)境情況下啟動是相當困難的，最佳解決方法便是采取冷卻系統(tǒng)裝配預加熱裝置。