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新聞主題 |
高原柴油發(fā)電機(jī)的影響因素和緩解措施 |
導(dǎo)讀：在高原地區(qū)，由于環(huán)境因素的變化，導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)際使用條件與普通平原地區(qū)設(shè)計(jì)條件產(chǎn)生了較大的差異，致使柴油發(fā)電機(jī)組的性能及可靠性嚴(yán)重下降，會(huì)給購(gòu)買用戶造成了持續(xù)不斷的損失。因此，加強(qiáng)柴油發(fā)電機(jī)組高原環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)的基礎(chǔ)研究工作，對(duì)發(fā)展高原型柴油發(fā)電機(jī)組是必要的趨勢(shì)。
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一、高原氣候環(huán)境特點(diǎn)
我國(guó)海拔超過1000m的高原面積約為358萬(wàn)平方千米，約占國(guó)土面積的37％，其中具有代表性的有青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原和云貴高原等。高原氣候環(huán)境特點(diǎn)通過對(duì)高原氣候特征的分析，可總結(jié)為如下幾點(diǎn)：
（1）天氣寒冷、晝夜溫差大；
（2）大氣壓力低、空氣密度小、空氣含氧量低；
（3）日照時(shí)間長(zhǎng)，紫外線輻射強(qiáng)；
（4）氣候干燥，風(fēng)沙強(qiáng)；
（5）水的沸點(diǎn)低；
高原的氣候特點(diǎn)可用“三低兩強(qiáng)”來(lái)說(shuō)明，即“氣溫低、氣壓低、空氣含氧量低、紫外線強(qiáng)、風(fēng)沙強(qiáng)”。
二、高原環(huán)境的影響
渦輪增壓柴油發(fā)電機(jī)在高原地區(qū)工作時(shí)，大氣條件的改變．使柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣量、燃燒、熱損失、機(jī)械效率、燃油消耗率等指標(biāo)發(fā)生巨變，最終導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷狀況與平原地區(qū)T作時(shí)截然不同。有關(guān)科研機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，對(duì)非增壓柴油發(fā)電機(jī)，海拔高度每上升1000米，額定功率下降7％～12％，最低燃料消耗率增加2％～12％，排溫升高4％～12％，缸蓋溫度升高7％，機(jī)體熱強(qiáng)度上升2％～5％。對(duì)增壓柴油發(fā)電機(jī)，海拔高度每上升1000m，額定功率下降4％～7％，最低燃油消耗率增加3％～7％，渦輪前溫度升高7％，缸蓋溫度升高7％，機(jī)體熱強(qiáng)度上升1％～3％，渦輪增壓器轉(zhuǎn)速上升6％～8％。
1、冷卻系統(tǒng)的影響
柴油發(fā)電機(jī)在高原動(dòng)力恢復(fù)后，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷增大，其中熱負(fù)荷表現(xiàn)更為突出，熱負(fù)荷增大是限制高原柴油發(fā)電機(jī)最大功率發(fā)揮的主要因素。隨著海拔高度的上升，氣壓降低，水的沸點(diǎn)下降，水冷柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)常會(huì)因水箱“開鍋”影響工作。一方面，由于可燃混合氣濃度降低，燃燒速度減慢，引起后燃現(xiàn)象，排溫增加，熱負(fù)荷升高。另一方面，空氣密度減小，風(fēng)扇的質(zhì)量流量下降，柴油發(fā)電機(jī)冷卻效果變差。過高熱負(fù)荷不但使柴油發(fā)電機(jī)性能下降，還易發(fā)生拉缸。既要控制后燃產(chǎn)生的熱負(fù)荷升高，又要控制冷卻系統(tǒng)因高原散熱能力下降引起的溫升。啟動(dòng)性能高原低溫低壓環(huán)境對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)性能影響非常大，導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)常不能正常啟動(dòng)，而且冷機(jī)狀態(tài)下強(qiáng)行啟動(dòng)會(huì)加劇缸套活塞等關(guān)鍵部件磨損。
2、動(dòng)力性能的影響
高原高溫環(huán)境會(huì)引發(fā)柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力性能下降，主要影響因素如下：
（1）溫度較高導(dǎo)致功率下降；
（2）水箱散熱能力下降，造成柴油發(fā)電機(jī)易于過熱。
（3）進(jìn)氣充量減少，導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力性下降
空氣濾清器的作用是用于阻擋或?yàn)V除進(jìn)氣中的灰塵和雜質(zhì)，以減少對(duì)氣缸套、活塞環(huán)、活塞及氣門等主要部件的磨損和故障，延長(zhǎng)柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命。沙漠地區(qū)空氣的含塵密度高，空氣濾清器濾清效率下降，進(jìn)氣阻力加大，進(jìn)氣量減少，導(dǎo)致功率進(jìn)一步降低。
3、其他性能的影響
（1）對(duì)啟動(dòng)性能的影響
高原或沙漠地區(qū)冬季或夜晚溫度可低至-30℃以下。低溫環(huán)境造成機(jī)油黏度增大，蓄電池容量下降，啟動(dòng)困難。
（2）可靠性的影響
主要現(xiàn)象為空氣濾清器堵塞頻繁、機(jī)件磨損嚴(yán)重及柴油發(fā)電機(jī)熱負(fù)荷高等。
（3）材料老化的影響
紫外線加速發(fā)電機(jī)組表面橡膠、塑料、油漆等高分子老化，龜裂。
（4）電氣性能影響
高原環(huán)境對(duì)低壓電器產(chǎn)品的影響主要體現(xiàn)在溫升、絕緣性能、接通能力和分?jǐn)嗄芰Αa(chǎn)品動(dòng)作性能、電壽命、對(duì)PLC的干擾等方面。
三、解決措施
1、功率恢復(fù)型增壓技術(shù)
功率恢復(fù)型增壓主要是對(duì)非增壓柴油機(jī)在高原功率下降的情況下采取的增壓措施，它通過增壓供氣，增加氣缸的充氣密度，以提高過量空氣系數(shù)，達(dá)到缸內(nèi)燃油充分燃燒、恢復(fù)平均有效壓力的目的，使其功率恢復(fù)到原機(jī)低海拔標(biāo)定水平，期間其供油量保持不變。因此，良好的增壓匹配是發(fā)電機(jī)組性能恢復(fù)zui重要的技術(shù)關(guān)鍵。
2、中冷措施
進(jìn)氣經(jīng)增壓后，其溫度隨壓力同時(shí)升高，影響進(jìn)氣密度及功率恢復(fù)，并造成熱負(fù)荷和排溫的急劇升高，進(jìn)一步影響到可靠性。采用中間冷卻裝置對(duì)增壓進(jìn)氣進(jìn)行冷卻，有利于降低熱負(fù)荷，并進(jìn)一步提高功率，其與增壓措施的配合是提高功率和可靠性的關(guān)鍵一環(huán)。
3、熱平衡控制
增壓恢復(fù)功率后，原機(jī)冷卻系統(tǒng)已不能滿足要求。原因在于高原環(huán)境下，空氣密度下降，冷卻水沸點(diǎn)降低，如若采取水中冷措施，更增加了新的熱源，為此需重新調(diào)整選配合適的水箱和風(fēng)扇參數(shù)，使柴油機(jī)熱平衡得到合理控制。
4、增壓型空氣濾清系統(tǒng)
柴油機(jī)增壓時(shí)供氣量將增加，尤其針對(duì)高原沙塵大的特點(diǎn)，要求空濾器應(yīng)盡可能具有效率高、阻力小、流量大、壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕、成本低、保養(yǎng)易等特點(diǎn)。
5、高原低溫起動(dòng)
高原低溫起動(dòng)條件比較嚴(yán)酷。海拔4000m以內(nèi)溫度雖不是很低(-30℃)，但由于氣壓低，起動(dòng)時(shí)壓縮終點(diǎn)壓力及溫度不夠，以及增壓裝置對(duì)起動(dòng)進(jìn)氣的阻滯作用，因此使起動(dòng)狀況不佳。但對(duì)機(jī)組來(lái)講，有利的方面是起動(dòng)負(fù)荷相對(duì)較低，可在起動(dòng)后溫度上升至適當(dāng)狀況再加載。根據(jù)多年低溫起動(dòng)試驗(yàn)研究，考慮采用預(yù)熱起動(dòng)并輔以低溫電瓶組合措施。
6、增壓潤(rùn)滑系統(tǒng)
增壓器是高溫、高速旋轉(zhuǎn)的部件，轉(zhuǎn)速高達(dá)105r/min，冷卻潤(rùn)滑極為重要，其油料需增壓油品，并同時(shí)適用柴油機(jī)系統(tǒng)。
康明斯在高原地區(qū)的試驗(yàn)表明，柴油發(fā)電機(jī)組隨海拔高度上升功率下降、油耗率上升、熱負(fù)荷升高，性能變化十分嚴(yán)重。實(shí)施增壓中冷功率恢復(fù)等高原適應(yīng)性成套技術(shù)措施后柴油發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)技術(shù)性能在海拔4000m可以恢復(fù)到原出廠值，對(duì)策措施是完全有效可行的。
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