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長時間空載或低負載運轉柴油發電機的危害性

 

前言：康明斯發電機由于其良好的性能，在國內應用越來越廣泛。但如果用戶不按要求正確使用柴油發電機，特別是令柴油發電機長時間地低速空載運轉，將嚴重影響柴油發電機的工作性能，甚至會大大縮短其使用壽命。柴油發電機組的負荷越小越有益，其實這是一個很嚴重的誤區，因為超過10分鐘的長時間低怠速或空載會損壞發動機，這是由于室溫度太低以致于燃油不能完全，從而引起在噴油器噴孔以及環周圍形成積炭并引起氣門粘連。如果發動機冷卻液溫度低于60°C，未燃燒的燃油將會沖刷掉汽缸壁上的油，并使曲軸箱的油稀釋，進而影響潤滑油的品質，并縮短發動機壽命，因此應盡量縮短怠速時間以防止這種情況發生。

 

一、負荷率的影響與優點

 

1、負荷率的影響

      柴油發電機負荷率是指柴油發電機運行時所承擔的負載與其額定負載之間的比例。在實際應用中，柴油發電機通常會在不同的負載下運行，而負荷率則直接影響著發電機的效率、壽命以及運行成本等方面。因此，合理控制柴油發電機負荷率對于保障其正常運行和延長使用壽命具有重要意義。

      一般來說，柴油發電機的額定負載是指其設計時所能承受的最大負載，同時也是發電機最為高效的運行負載。在實際應用中，發電機的負荷率往往會隨著實際負載的變化而發生變化。如果負荷率太低，會導致柴油發電機處于部分負載狀態下運行，從而降低其燃油效率，增加燃油消耗和運行成本。而負荷率過高，則可能導致發電機過載，從而損壞發電機或縮短其使用壽命。

      因此，合理控制柴油發電機的負荷率是非常重要的。一般來說，通過監測負載變化、調節負載輸出和控制負載功率等方式可以有效控制發電機的負荷率，從而實現高效、穩定的運行。同時，也可以通過增加發電機容量、優化配電系統以及采用智能化調節控制系統等手段提高發電機的負荷率，進一步提升其運行效率和壽命。

      總之，柴油發電機負荷率是影響發電機運行效率和壽命的重要因素，合理控制負荷率可以有效提高發電機的性能和經濟效益。因此，在實際操作中需要密切關注發電機的負荷率，并采取適當的措施來維護其正常運行。

2、負荷率的優點

（1）提高發、供電設備的利用率。

      減少國家投資。負荷率提高了.高峰負荷會被壓下去，而低谷負荷會被抬高，這樣可以提高發、供電設備的利用率，減少為滿足短時間高峰負荷而必須增加的發、供電設備容量，可節約投資。

（2）有利于降低線路損耗。

      在日用電量不變的情況下，平穩的負荷和波動的負荷所產生的線路損耗是不一樣的。在平均電流一樣的情況下，電流波動大所產生的損耗也大。

（3）有利于機組的經濟運行。

      由于提高了負荷率，使高峰低谷差減少，為臺理地安排發電機組的經濟運行提供了合適的條件，可降低發電煤耗和發電成本，使水力發電在更為有利的水頭下運行，減少了棄水損失。

（4）提高了電阿的安全運行水平和供電質量。

      在裝機容量不變的情況下，壓低了高峰負荷也就相當于增加了電力系統的備用容量，這樣可以減少或避免困發電負荷不足而造成的事故，并滿足了供用電的平衡，使電網的電壓和頻率穩定.提高了電網的供電質量。

（5）減少了用戶的設備投資和電費開支。

      負荷率的提高，減少了用戶線路和高峰負荷值，從而減小了電費開支。

（6）改善了公共服務業的緊張情況。

       為了提高負荷率，采取了工廠輪休，錯開上、下班時間等措施，改善了交通狀況，也使公共事業（如自來水，煤氣等）的供應情況得到改善。

 

圖1  柴油機負荷率與油耗率關系曲線圖

圖2  柴發負荷率與同時率關系曲線圖

 

二、空載或低負荷運行的后果

 

      發電機組的能力和要求因發電機而異，但有一些被廣泛接受的準則。大多數人同意發電機應以最大容量的30%的最小負載運行。這是絕對最小值，遠非理想-通常，負載為最大容量的60-75%被認為是可取的。應不惜一切代價避免空載運行，除了短時間診斷運行（例如檢查適當的怠速）。 康明斯柴油發電機低速空載運轉的危害性主要有以下幾點，希望引起廣大用戶注意，避免產生不必要的損失：

1、氣缸壓力低

      柴油發動機的工作原理是將熱空氣壓縮到極端程度（遠遠超過汽油發動機），因此當燃料進入氣缸時，無需火花塞即可點燃。因此，高氣缸壓力是發動機正常工作不可或缺的一部分。當發電機在低負載下運行時，氣缸壓力低會導致燃燒不良，從而降低發動機的效率。燃燒不良會導致循環問題——煤煙和未燃燒的燃料殘留物堵塞本已密封不良的活塞環，使低壓問題更加嚴重。

2、低溫冒白煙

      在低負載下，發動機冷卻并在不足以產生適當燃燒的溫度下運行。這也導致燃料僅部分燃燒。除了沉積物外，這還會導致大量廢氣排放。廢氣是在運行不良的柴油發動機中常見的白煙——碳氫化合物排放量高的危險煙霧。

3、高油耗，補燃期長

      低負荷運行會以多種方式對發動機的機油分配系統造成嚴重破壞。由于燃燒不良而形成的硬碳沉積物會導致孔拋光，從而破壞油的珩磨痕跡（凹槽）。機油會燃燒，機油消耗量會增加。由于活塞環密封不良，未燃燒的燃料會污染潤滑油，冷凝水和殘留物也會污染潤滑油，從而導致破壞性的酸積聚。由于柴油發電機轉速低，噴油泵的噴油壓力相應較低，柴油霧化不良，同時燃燒室內氣流運動減弱，柴油和空氣混合不均勻，在速燃和緩燃期中，尚有一些燃料及分解物未能與氧氣混合，不能及時燃燒而拖到膨脹過程中，隨著氣體的擾動才能與氧氣接觸而氧化燃燒。這時汽缸內氧氣已大大減少、廢氣增加、燃燒條件變壞使補燃期延長。其后果是柴油發電機的零件熱負荷增加、排氣溫度高并使渦輪增壓器的工作條件進一步惡化，從而影響柴油發電機的使用壽命。

4、造成漏油漏水

      柴油發電機低速空載運轉，將導致缸體溫度過低，柴油發電機各部位得不到應有的膨脹，克服不了冷機狀態時的間隙，柴油發電機就會出現漏油漏水的現象。

5、柴油燃燒不完全

      柴油發電機在空載或低負荷工況下運轉時，燃燒室溫度將大幅度降低，燃料的物理、化學準備條件相當差，著火落后期長，使柴油混合氣來不及完全燃燒就隨廢氣排出，從而出現排濃煙現象。同時，由于柴油不能完全燃燒，將產生積碳并堵塞噴油嘴的噴油孔，甚至還會出現卡住活塞環、粘住氣門等嚴重后果。柴油發電機潤滑不因為柴油發電機低速空載運轉，機油溫度壓力都較低，因此，機油不能起到很好的潤滑作用。同時，一些耒燃燒的柴油將沖刷汽缸壁上的潤滑油，引起曲軸箱中的潤滑油被稀釋并產生酸酯，使柴油發電機中的運動零件得不到良好的潤滑，從而加速柴油發電機的磨損，縮短其使用壽命。

6、污染加劇

      因低溫未燃燒燃料而產生的白煙已經提到過。然而，這并不是低負荷運行導致污染增加的唯一原因。漏油通過密封不良的活塞環進入燃燒室被燃燒并產生明顯的藍煙，而黑煙是噴油器損壞的結果。低負載或無負載操作會導致許多其他問題，包括每種情況或低負載或無負載的具體情況將決定每個問題的嚴重性：

（1）曲軸箱中的壓力增加。

（2）渦輪增壓器過度磨損和漏油（如果存在）。

（3）碳沉積在許多表面，包括閥門、活塞和排氣歧管。

（4）發動機排氣口液–從排氣歧管泄漏的黑色油性液體。

 

圖3  柴油發動機氣缸做功示意圖

圖4  低負荷造成柴油機無法充分燃燒

 

三、空載或低負載運行的注意事項

 

（1）在某些時候，發電機無疑需要在低于最佳負載的情況下運行。如果它不是定期和長時間發生，則不必對您的發電機造成任何損壞。

（2）空載操作不應超過20分鐘。低負荷運行后，發電機應在短時間內增加負荷運行，以提高溫度和壓力，一年一次，應該運行“負載”測試。

（3）非必要情況，康明斯發電機廠家皆不建議用空載或低負載運行方法長期使用柴油發電機組。若確實有長期低負載使用的需求，請購買一臺小型柴油發電機組備用，進行負載切換使用。

 

總結：

      上述危害事件對發電機組具有累積影響。首先，用戶可能會觀察到無法解釋的功率損耗和間歇性性能不佳。這是由于運行效率低下以及部件磨損加速所致。很快，組件將開始出現故障，導致計劃外維護和停機時間增加。為了延長柴油發電機組的使用壽命，更好地發揮它的功能，我們應該注意正確的操作和維護，減少低負載/空載運行時間和最小負載單元不能低于額定功率的25%-30%。毫無疑問，定期以低負載或空載運行發電機將最終導致發電機完全故障。因此，正確運行和維護柴油發電機可以確保您永遠不會斷電，無論電網是否有電力供應，既可提供不間斷電源，又可保護敏感設備免受電涌和波動的影響。

 

 

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