新聞主題	集裝箱柴油發電機組的設計原則和建議

 

摘要：所謂靜音型柴油發電機組顧名思義就是發出較小噪音的柴油發電機。它是把標準型的柴油發電機組本體，經過產品優化環節安裝在一個定制的戶外集裝箱之內，同時應用子系統集成技術，把自動供油、供配電、應急照明、消音降噪、煙塵凈化、消防預警、以及并聯管控平臺等系統配套集成在集裝箱內，使之成為一套可靠、高效、環保的模塊化備用電源平臺。低噪音發電機組主要應于需要柴油發電機供電而不想收到噪音干擾的場所，但是這種于特環境的靜音發電機價格，較普通發電機價格也高。康明斯公司在本文將集裝箱式柴油發電機組的設計原則和建議詳細介紹給大家，但愿能在用戶選擇柴發外罩時刻能給您帶來參考價值。

 

一、靜音箱式柴發標準和結構特點

 

1、噪音要求

      通過對柴油發電機的排氣噪音、進風與出風的噪音進行降噪處理達到低音的效果。一臺敞開式柴油發電機工作時音可到到110分貝左右，世界頂級的柴油發電機噪音于也不會低于95分貝。當人在噪音超過85分貝的場所健康就會受到影響。所以高于85分貝的靜音發電機就不能稱于靜音的，因此柴油發電機降噪的效果一定要低于85dB。

      柴油發電機技術發展較快，各方面技術也較成熟，靜音柴油發電機的技術也不例外。柴油發電機降噪的方法也各顯神通。目的只有一個就是把柴油發電機的音降到最低。低于65分貝的靜音柴油發電機是我們大家共同奮斗的目標。就目前來講有經驗的發電機廠家最好的降噪分貝在65分貝1米測距，次一點的成績在75分貝1米測距，這也是大部分柴油發電機廠家可以達到的降噪水平。

2、隔音結構

      由于靜音箱隔音指標要求高，靜音箱設計為三層隔振結構型式、內外兩扇隔音門，靜音箱內外殼用 2-3mm厚優質冷軋電解鋼板與多層阻尼隔音材料復合而成，外表采用靜電噴涂，三層殼體間填有隔音板、阻尼板、環保吸音棉等材料，內層有吸音模塊材料等，靜音箱門邊有密封膠墊，箱內配有產品測試電纜接口等。集裝箱箱體外觀如圖1和圖2所示。

3、吸音、隔振結構

（1）箱內表面貼有50-300mm厚大波浪強力吸音棉，這種做法具有良好的吸音效果。

（2）靜音箱底部配有四個減振器，以減少外界振動聲源對隔音箱的影響。

4、靜音箱體材質和配置

（1）采用懸浮結構可有效降低固體噪聲的傳播，采用多層高分子復合板材制做，既能減輕箱體的重量又能有提高隔聲效果。

（2）箱體的內外殼采用2-3mm的冷扎鋼板，經過沖壓、焊接、酸洗、噴涂制作而成的，內部采用3—6層的阻尼、隔聲、吸音材料制做而成的復合隔聲墻板。

（3）根據客戶的使用要求，厚度設計為150mm—500mm，門設計為單道和雙道隔聲吸音門。

（4）靜音箱內部的配置，一個燈、一個插座、線孔及檢測產品放置臺面（這些配置都是根據客戶要求設置）。

（5）靜音箱的所用材料都是阻燃、無異味的環保材料。

 

圖1  集裝箱式柴油發電機組總裝軸測圖（左）

圖2  集裝箱式柴油發電機組總裝軸測圖（右）

 

二、柴發進排風系統的設計

      集裝箱式柴油發電機組進排風設計如圖3所示，其中頂部排風系統如圖4所示。

1、進風通道

（1）設置在發電機后端相同高度側，需要在滿足系統滿負載工作的燃燒、輻射空氣量以及風速、背壓等基本要求的同時，額外考慮到箱內阻礙物體對空氣流向的影響。

（2）進風通道必須考慮在高氣壓環境下的消音降噪功能，高效消聲通道的設計建議使用高強度的沖孔鍍鋅板材一次成型壓制，消聲片厚度及間距以150-200mm為宜，消聲通道長度不宜超過1000mm。同時，需要提醒的是，任何沒有機械輔助進風的迷宮式通道設計都是應該避免的。

（3）如需在進風口處設置自動百葉，應對百葉角度以及進風通道面積放大適當倍數計算，控制百葉開啟的電動裝置應為直流型杠桿傳動機構（冗余設置），確保百葉在8秒內能夠快速全部打開，機組停止時延時關閉。同時由于功能性的區別，應該獨立設立防火閥，避免使用防火閥獨立作為自動百葉的應用。

（4）箱體內進風通道內，盡量不設置阻擋柴油發電機組進風的大型電氣設施，減少因環境溫度以及減震處理所造成的額外成本。

（5）如必須要在集裝箱柴油發電機組進風通道內配置柴油發電機組的出口斷路器或控制柜時，斷路器柜距離發電機進風口水平方向不得小于800mm。

2、排風通道

（1）設置在發動機端相同高度處，如使用柴油機驅動的自帶散熱器，應選用50度環境溫度的散熱風扇及水箱。如選用遠置或分離水塔的設計，需配置有機械輔助排風風機（冗余設置）。

（2）同進風通道的描述，排風通道必須考慮在高氣壓環境下的消音降噪功能，高效消聲通道的設計建議使用高強度的沖孔鍍鋅板材一次成型壓制，消聲片厚度及間距以150-200mm為宜，消聲通道長度不宜超過1500mm。

（3）由于排風風速以及溫度的影響，如由于更高的低噪音需求或者排風舒適度的考慮，需在排風通道末端做物理的隔斷，阻擋物與散熱器的直線距離應不小于2000mm，且需保證排風通道出口的暢順。

提示：帶有空空中冷的柴發機組由于對環境要求較高，不適宜戶外箱式部署，應在柴發選型時盡量避免。如有切實需求，需做更加特別的技術規范要求。 

圖3  集裝箱柴油發電機組進風和降噪結構圖

圖4  集裝箱柴發機組頂置排風示意圖

 

三、柴發排煙管路的設計

1、防水及支撐

      排煙管路如需穿過集裝箱頂部時，需在集裝箱頂部出口處安裝防水、泄水結構處理，同時集裝箱頂部應有與主體框架施工時一次成型，且預制有與主框架聯接的獨立承重梁及減震支撐件的設計。

2、排煙道

      排煙管路不論箱體內或箱體外的部署，都必須考慮排煙管路的隔熱以及防腐問題。建議選用高溫巖棉，隔熱纖維全程包裹處理后，外覆不低于6mm的SUS316不銹鋼或鋁板。上行彎頭部分，在曲線最低處設置開口式的排水口。 

3、消音器

      柴發機組增壓器排煙出口必須安裝波紋管后通過鋼性管路與消音器相連，2000千伏安以下的柴發機組可使用集裝箱體內置一體式消聲器，消聲器內部結構如圖5所。此外，2000千伏安以上的柴發機組排煙管需獨立安裝消音器和顆粒捕集器，消音器和顆粒捕集器之間不得直接連接，尾氣裝置示例如圖6所示。

 

圖5  柴油發電機消聲器內部結構示意圖

圖6  集裝箱柴油發電機組（加裝尾氣裝置）示意圖

 

四、出口斷路器與電氣連接的設計

1、出口斷路器

（1）通常的柴油發電機組電力輸出主端口設計，需要考慮機裝的塑殼斷路器（熱磁或固態式），目的在于中斷負載電流的額定容量以及分斷故障短路電流。

（2）如柴油發電機組本身設計已具備了過電流的保護功能，則可以使用機裝分離（塑殼）開關。

（3）如考慮到集裝箱柴油發電機組箱內空間狹小，需要規劃獨立操作方艙或者采用外置斷路器的設計時，輸出電力電纜或母線可以與發電機輸出端子建立直接連接。

2、電力線輸出的隔震處理

（1）發電機輸出端子與出口斷路器柜之間的連接建議使用電纜上走線的方式，當使用鎧裝母線做連接時，發電機側必須為軟性連接且至少一個折彎，以允許三維方向的移動。

（2）軟連接部分，大規格硬電纜盡管柔性也很好，但彎曲能力可能不夠，盡量考慮使用多股的柔性電纜或軟銅帶做以連接。

（3）另需注意電纜/母線通過集裝箱體的出口處的防水處理。

3、控制電路的接線

      連接至遠置控制設備和遠程指示器的交流和直流控制線必須與電力線分開，采用獨立的套管布線。以降低控制電路中的電路干擾。發電機組上的連接必須使用多芯導線和柔性管套。

4、附件分支電路

（1）集裝箱式柴油發電機組箱體內，系統運行所需的所有附件設備，必須設置分支電路。

（2）附件分支電路上端電力來源比較多，這些電路經由自動轉換開關的負載端子排、發電機端子排或者蓄電池直流供電。相互連鎖關系比較復雜，需要做集中的收集與邏輯管理。

（3）附件包括：主控柜、輸油泵、電動百葉、照明、電磁閥、蓄電池充電器和冷卻液加熱器、電機加熱器以及空間加熱器等等。

五、燃油供給系統設計

      在數據中心集裝箱柴油發電機組的供油系統設計中，除卻標準的備用柴發供油系統設計之外，需重點考慮以下幾點：

1、日用油箱的容量

      一般來說，備用柴發機組的滿載耗油量約為0.26公升每千瓦時，比如1800KW備用柴發機組的滿載耗油量約為468公升，根據柴發機組的容量大小，集裝箱柴油發電機組對日用油箱的通常要求為最低2個小時，最高不超過8個小時，且需要滿足當地消防規例。

2、日用油箱的防護與安裝設計

（1）在集裝箱柴油發電機組箱體內設置日用油箱，由于空間限制很難獨立設置油箱間，所以首要考慮的是日用油箱的本體防護與日后維護的便利，要求設計時考慮雙層壁的日用油箱。

（2）另外，日用油箱的擺放區間，與柴發設備擺放區間應設有物理圍堰分區，雙層保護的范圍內通常可以設置日用油箱泄露的感測功能和聲光警報，以防止燃油泄露時在箱體內蔓延。

（3）具體在日用油箱設計方面，除卻正常的燃油系統進回油管路、自動液位控制、與大型儲油罐的進油管路、快速卸油管路、排泄孔等傳統設計外；容易疏漏且需要著重提示的是：

① 帶百葉的箱體設計，日用油箱透氣孔需預制管路伸出箱體外；

② 箱體需要保留有人工加油或者清理、更換日用油箱的足夠空間與通道；

③ 主回路燃油輸送泵不能擺放在箱體內，且可采用復式設計，以提高系統可靠性。

3、供油管路的材質與設計

（1）由于集裝箱內空間有限，油路系統預制完成后再行更換的難度很大，因此應該嚴格采用碳鋼（黑鐵）加厚材質予以設計。

① 系統中不得使用鑄鐵、鋁制材料的管材與接頭，因為這些材料質地疏松，會有漏油現象發生。

② 不得使用鍍鋅或者銅的材質，是因為燃油中的硫化物與冷凝水綜合后產生的硫酸會腐蝕鍍鋅層造成油路堵塞，而銅也會發生分子結構變化，使燃油變質。

（2）考慮到數據中心通常使用的大功率電噴型柴發設備，設備運行時，回油流量比較大以及回油溫度高且日用油箱容量較小。建議在有大型儲油罐的設計時，柴發設備回油管路不在連接日用油箱，直接接入大型儲油罐。如在沒有大型儲油罐的設計時，則需考慮盡量加大日用油箱的容量或增加額外燃油冷卻器的設置。

六、柴發照明系統設計

      在選擇燈具時，應選擇具有防爆、防潮、防塵等特殊性能的燈具，在極端惡劣的環境下也能正常使用，以保證燈具的高可靠性。同時，還應配置應急備用燈，以便在突然停電的情況下能夠及時進行照明，確保工作人員的生命財產安全。在燈具的安裝選擇上，應優先考慮LED燈具，其節能環保、壽命長等優點顯著。

1、照明的設計

      集裝箱柴油發電機組箱內應設置兩套交流與直流電源供電的防爆型照明系統，各布置于箱體縱向兩側的上端，線管應選用一次成型的鍍鋅管。

2、照明的邏輯控制

      正常情況下照明系統選擇電源為自動轉換開關的負載端子排，由市電供電。當市電停電瞬間，或系統出現故障時，由直流電源照明系統供電，正常發電或者市電重新開始供電時，延時切換至交流電源照明系統繼續工作。 

七、防火及消防系統設計

1、箱體內填充物的防火材質

      集裝箱柴油發電機組箱體內的各種材質，均不應該采用易燃或者助燃物料，箱體隔音材料應選擇巖棉，用耐火纖維包裹后，以不低于6mm的的鍍鋅沖孔鋼板全面覆蓋。

2、消防的設計

      箱體內須配置消防裝置，包括儲油間的防爆型火災自動報警探頭、滅火裝置、防火閥、報警裝置等。具體在箱體進排風通道處內部設置防火閥，防火閥關閉時能夠將箱體封閉起來，防止滅火氣體的泄漏。當箱體內起火時，防火閥關閉，噴射滅火氣體，同時，開啟戶外聲光報警及遠程報警信號。

3、消防裝置

      滅火裝置建議使用七氟丙烷，或根據結構設計，預制柜式氣溶膠自動滅火裝置。同時，由于集裝箱的特殊結構，消防系統的告警及操作溫度設置都需要適當提高。

七、箱體避震和固定設計

1、柔性連接

      在集裝箱柴油發電機組箱體內部，柴油發電機組的震動隨著工況的變化，是不可避免的。因此，所有部件與柴油發電機組的物理連接必須采用柔性連接，以吸引振動位移，避免造成損壞。

2、隔離措施

      需要隔離的部件包括：發動機排氣系統、燃油管、電纜（電氣連接部分已詳細描述）柴油發電機組本體、通風管道（聯機式散熱器）、機械軸流風機（遠置散熱器）等。忽略這些物理連接和電氣結點的隔離可能會導致集裝箱體或者是發電機組零部件出現松脫與損壞，甚至造成箱體變形以及運行中的發電機組出現各種突發故障。

3、避震措施

      在柴油發電機組本體的避震器件，由于發動機部分通常已安裝有合成橡膠減震墊，基礎底座首選使用高效鋼制彈簧減震器，彈簧減震器需由底部的橡膠墊、減震器主體、固定螺栓、支撐彈簧、調節螺絲和螺釘螺母所組成，可以消除98%以上的柴發機組的震動。

（1）高效鋼制彈簧減震器的安裝位置需要考慮設備的重心，非對稱布置。

（2）但需明確使用地腳螺栓（L或者J型），將高效鋼制彈簧減震器牢牢固定在集裝箱箱體底座預制的主要結構上。

（3）針對數據中心應用較多的大型柴發設備時，由于集裝箱柴油發電機組箱體內高度空間受限，箱體內柴油發電機組本體可選用多層復合材料制作的隔離減震墊，同時在集裝箱柴油發電機組箱外部安裝上述高效鋼制彈簧減震器，且與外部基礎以錨固螺栓固定，依舊能滿足在集裝箱柴油發電機組的整體避震性能。

（4）高效鋼制彈簧減震器的數量及規格，可根據減震器的額定承載重量與集裝箱柴油發電機組箱體的總重量，選擇相應規格的減震器及數量，不需要額外再考慮箱體的動載荷。

八、柴發的接地及防雷設計

1、直接接地

       在低壓集裝箱柴油發電機組箱體內，柴發設備需要通過導線（接地電極導線）接地、而不是有一接入電阻直接與地（接地電極）連接。電極規范通常要求在所有帶有接地導線（通常為中線）、連接相負載的低壓系統中使用此接地方式。同時，如果發電機中線連接至市電接地中線上（通常在三級轉換開關的中線端子上）則發電機中線不得在發電機上接地。

2、電阻式接地

      中壓的集裝箱柴油發電機組箱體內，需考慮增加電阻式接地，接地電阻安裝在發電機中性點到接地電極的路徑中，配電系統中可使用三角形-Y型變壓器，為相負載設備提供一個中性點。

3、箱體接地與防雷

（1）必須有滿足要求的接地網敷設到集裝箱附近，當沒有現成的接地網時應當就地構建適當的獨立接地裝置。

（2）集裝箱體須有不少于2處和接地網相連，要求接地電阻小于10歐姆，箱體內的附屬電氣設備也必須按照規范要求做好接地措施。

（3）同時，集裝箱一般放置在室外，需要增加箱體防雷的設計。

 

總結：

      集裝箱柴油發電機組也稱作模塊化柴發，適合長期放置在戶外使用，高集成，占地小，靈活配置。由于摒棄了傳統的大機房建設環節，省去了建筑物內部的進排氣和動載荷計算預留等傳統規劃難點，節省出大量的配套投資費用，有效的降低了數據中心一次性投資成本。同時工廠化的預制生產模式，減少了分期施工的不確定性，可以有效的控制采購風險，提高產品在可驗證環境下的系統可靠性，是各類型綠色數據中心建設的良好選擇。對于模塊化柴發的產品規劃與設計，請參考以下建議。

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