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新聞主題 |
柴油發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇作用及原理 |
摘要：風(fēng)扇是發(fā)動機(jī)功率的消耗者，最大時約為發(fā)動機(jī)功率的10％。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動機(jī)過冷，降低污染，節(jié)約燃料。在柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)，柴油發(fā)電機(jī)組作為通信電源的終極保障，以其高可靠性和性價比等優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用。隨著通信規(guī)模的爆發(fā)性增長，特別是大型樞紐、數(shù)據(jù)中心的集中建設(shè)，其備用發(fā)電機(jī)組功率需求達(dá)50000kVA以上，單機(jī)功率也高達(dá)2000～3260kVA。
智能變速風(fēng)扇采用電控硅油離合器技術(shù)，根據(jù)機(jī)組負(fù)載的不同，通過ECU（ElectronicControl Unit，微機(jī)控制器）監(jiān)控不同散熱器組件的溫度值，依據(jù)溫度值與轉(zhuǎn)速百分比的對應(yīng)關(guān)系，ECU向離合器發(fā)出轉(zhuǎn)速命令，通過PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）形式實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的無級、連續(xù)智能控制，從而達(dá)到優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，改善柴油發(fā)電機(jī)組的節(jié)能環(huán)保運(yùn)行等的核心技術(shù)及效果。
目前的柴油發(fā)電機(jī)組，大都采用水箱帶風(fēng)扇冷卻，風(fēng)扇靠柴油機(jī)上的動力直接驅(qū)動，機(jī)組運(yùn)行時，冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速一直與柴油機(jī)保持同步，從空載至滿負(fù)載始終在額定轉(zhuǎn)速1500r/min附近，即不論機(jī)組的負(fù)載大小，冷卻風(fēng)扇都送出最大的風(fēng)量和最大功率的能耗。通信行業(yè)配套的大功率機(jī)組，柴油機(jī)冷卻風(fēng)扇的功率高達(dá)80kW以上，必須優(yōu)化其冷卻系統(tǒng)。
柴油機(jī)工況的特性是：柴油機(jī)機(jī)身（水溫）溫度，保持在較高（通常為80～98℃）狀態(tài)的帶載能力及效率是最佳的。在柴油機(jī)啟動至投入負(fù)載這階段，應(yīng)該使水溫快速升高，然而，冷卻風(fēng)扇卻始終全功率反方向降低溫度，造成很多無功損耗，特別是極端低溫的環(huán)境，能耗及環(huán)保的影響更為明顯；另外，在機(jī)組整個帶載過程，最佳的工況是使柴油機(jī)的發(fā)熱與風(fēng)扇的冷卻效果保持相對平衡。為此，應(yīng)用變速風(fēng)扇，是優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)始終處于最佳工況并大幅降低能耗、改善燃燒效果及減少排放的有效途徑。
如圖1所示為配置智能變速風(fēng)扇的機(jī)組外形圖，如圖2為智能變速風(fēng)扇節(jié)能效果圖。可以直觀看出，應(yīng)用智能變速風(fēng)扇的效果。
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圖1 配置智能變速風(fēng)扇的發(fā)電機(jī)組外形圖 |
圖2 柴油機(jī)智能變速風(fēng)扇節(jié)能效果圖 |
當(dāng)柴油機(jī)啟動后，風(fēng)扇處于怠速，其風(fēng)量及消耗功率最小，使機(jī)組暖機(jī)并快速進(jìn)入帶載最佳轉(zhuǎn)態(tài)，減少無功損耗及降低噪聲；在進(jìn)入帶載或滿載前（柴油機(jī)上節(jié)溫器打開后），通過智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)量，優(yōu)化柴油機(jī)的冷卻平衡，在滿足柴油機(jī)最佳運(yùn)行溫度的同時，最大限度地提高設(shè)備的效率和降低風(fēng)扇功率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
1．電控硅油離合器系統(tǒng)及控制原理
電控硅油離合器系統(tǒng)主要由硅油離合器、控制器Di、速度傳感器和柴油機(jī)固有的散熱器（水箱）組件、風(fēng)扇、柴油機(jī)控制單元ECU等組成如圖3所示。控制原理如下：
1）通過ECU監(jiān)控各種相關(guān)溫度值：水箱、中冷器、排氣、機(jī)油和燃油等。
2）根據(jù)溫度值與轉(zhuǎn)速百分比的對應(yīng)關(guān)系，ECU向離合器發(fā)出轉(zhuǎn)速命令，通過PWM形式實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制。
3）電控硅油離合器采用失效保護(hù)措施：如果離合器斷電，則全速運(yùn)轉(zhuǎn)，確保萬無一失安全可靠運(yùn)行。
由上可知，電控硅油離合器系統(tǒng)特別簡單、可以很方便地在任何現(xiàn)有柴油機(jī)加裝應(yīng)用。冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（功率）的優(yōu)化，反饋信號采集完整、控制可靠簡捷。
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圖3 柴油機(jī)電控硅油離合器Di控制原理 |
2．電控硅油離合器工作原理
電控硅油離合器工作原理如圖4所示。
1）當(dāng)控制閥打開時，硅油從硅油腔進(jìn)入工作區(qū)域，硅油進(jìn)入工作區(qū)域后通過硅油表面張力傳遞動力，由主動盤帶動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。同時硅油在離心力的作用下，通過回流管流回儲油腔。
2）控制閥的開關(guān)由電磁線圈控制。當(dāng)電磁線圈通電時，控制閥門關(guān)閉；當(dāng)電磁線圈斷電時，控制閥門打開。通過PWM形式，可以方便地實(shí)現(xiàn)電磁線圈對應(yīng)開關(guān)量，進(jìn)而使控制閥處于閉環(huán)受控狀態(tài)。
從上面可知，硅油離合器的核心工作原理：主動盤（柴油機(jī)驅(qū)動），透過硅油表面張力傳遞，使從動盤（安裝風(fēng)扇）實(shí)現(xiàn)可控差速旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)速差靠硅油工作區(qū)域充滿程度改變其張力的大小來實(shí)現(xiàn)；而硅油工作區(qū)域充滿程度則由電磁閥的開關(guān)量，通過PWM命令控制調(diào)節(jié)；PWM的信號源取自相關(guān)溫度值，從而實(shí)現(xiàn)智能、電控、閉環(huán)和精準(zhǔn)的優(yōu)化柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。
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圖4 柴油機(jī)電控硅油離合器工作原理圖 |
3．主要技術(shù)特點(diǎn)
智能變速風(fēng)扇，采用獨(dú)特的設(shè)計思路，巧妙地將大部分構(gòu)件集合于最小體積內(nèi)的硅油離合器之中，其主要特點(diǎn)：
1）應(yīng)用范圍廣泛：可以滿足任何柴油機(jī)的改裝。
2）裝配便捷：結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單，可以裝配在曲軸或傳送帶輪上。
3）功率范圍大：單個最大功率可達(dá)45kW、扭矩為250N·m、風(fēng)量為55776m3/h、靜壓為834Pa，可以單個或多個使用。
4）節(jié)能減排運(yùn)行：能根據(jù)柴油機(jī)冷卻需要響應(yīng)不同的最佳轉(zhuǎn)速，減少不必要的功率消耗，節(jié)省燃油，降低排放。
5）使用壽命長：相比電磁離合器，采用高穩(wěn)定性的硅油柔性控制，零件幾乎沒有磨損、沒有沖擊力，可靠性極高、使用壽命長。
6）效率更高：相比液壓驅(qū)動離合器，不需要其他額外零部件和電源，效率更高，特別是高電壓柴油發(fā)電機(jī)組，液壓的動力源很難滿足。
7）較高的性價比：少投入、高收益，既節(jié)能、又環(huán)保，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
相比常規(guī)恒速風(fēng)扇，智能變速風(fēng)扇的節(jié)能效果特別顯著，最高可達(dá)50％以上。同時也能進(jìn)一步改善低溫氣候操作性能，降低柴油機(jī)排放，降低散熱器堵塞，延長傳送帶的使用壽命，減少塵土的產(chǎn)生和降低風(fēng)扇噪聲等效果，切實(shí)能為用戶創(chuàng)造額外的價值，這對于不斷提高柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用技術(shù)水平具有一定的意義。
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