機房設計與設備安裝

發電機房進排風要求和高溫散熱條件

 

柴油發電機組機房的通風和散熱問題是機房設計中要特別注意解決的問題，無論是對發電機組的運行還是對操作人員的身心健康，都有很大的影響。良好的機房通風系統必須確保有足夠的空氣流入和流出，并可在機房內實現自由循環。如果處理不當，將直接影響柴油發電機組的運行。

 

一、機房散熱方案設計

 

柴油機、發電機、排煙管在運行時均散發出熱量，使室溫升高。為了不使室溫過高而影響發電機的輸出功率，采取的措施通常為熱風管道與柴油機散熱器連一起，其連接處采用軟接頭，出風口盡量靠近且正對散熱器，采取措施以減少機房內的熱量積聚，完全無泄漏地排出所有廢氣和保證房間內有充足的冷卻風，這樣才能保證發電機組滿負載、長時間、低噪聲和無公害運行和延長發電機組使用壽命，并為發電機組操作人員提供一個良好的工作環境。

為了避免控制屏內的電子元器件因溫度過高而產生故障，一般規定機房內的環境溫度不得高于45℃。

因此，機房內應有足夠大的空間，從而確保機房內的氣溫保持均衡，及空氣正常、順暢的流通。如無受特殊安裝條件的限制，通常通風系統應采用直進、直出型。并絕對避免發電機組排放的熱空氣通過機房進風口再次進入機房形成熱風回流。

如圖1、圖2所示的空氣流動路線是比較好的方式，冷空氣從發電機組尾部經過控制屏、發電機、柴油機到散熱器，最后由冷卻風扇將熱空氣通過一個可裝拆的排風管排到室外，形成一個完整良好的空氣循環。

 

圖1 單臺柴油發電機組機房的通風散熱

圖2 雙臺柴油發電機組機房的通風平面圖

 

 

二、普通水冷機組的通風和散熱

 

水冷發電機組機房的熱風主要是通過風扇和散熱器來散熱，機房的布置和設施應將熱風引到機房外。通常利用門洞或墻洞，再加上可拆移的引風罩將熱風引出機房。若利用墻洞固定引風罩必須考慮隔熱和減振問題，可采用帆布框罩緩沖隔振，采用石棉層來隔熱。風罩和管道應平順、光滑，避免急彎，以最短距離引出機房，進風口和排風口處都需要采取措施，防止雨水和小動物進入風道。

為了保證機房內有良好的通風效果，機房內應有開向戶外或通向建筑物另一部分的面積足夠大的進風口，以便讓足夠的新鮮空氣進入。在某些較小或特殊要求的機房，有時可以用通風管把空氣抽入房間或直接地送到發電機組的進氣口，但這種做法一般不推薦使用。此外，機房還應有面積足夠大的排風口和暢通無阻的排風通道，保證熱風從該口及其通道排出室外。機房的排風口和進風口應保持足夠的距離，避免熱風回流，并設置有擋風雨的百葉窗。百葉窗可以是固定的，也可以是在氣溫低或自動啟動時能夠自動調節的。排氣管應按相關設計規范經由排煙管道引至屋面高空排放。

 

三、使用遠距離分體散熱器通風和散熱

 

當發電機組被安裝在地下室時，實際空間很可能會限制風槽的運用，在這種情況下，一般可采用其他的通風和散熱方法。對于普通型發電機組的機房安裝，散發的熱量已計算在散熱器空氣流量中；但對于那些把散熱器安裝在遠處的機房，機房冷卻空氣的流量是由發動機、發電機和排氣系統任何部分向周圍空氣散發的總熱量來計算的，所以應采取一些必要且有效的措施排出機房中的熱風。

柴油機和發電機冷卻空氣的需求量在前面已有說明。排氣系統的散熱取決于在房間內排氣管的長度及使用的隔熱材料，在計算房間內的空氣流量時，這些熱源散出的熱量也在計算范圍以內。排氣管應按相關設計規范經由排煙管道引至屋面高空排放。

遠置式散熱水箱的冷卻系統是可以選擇的方式之一。在該系統中，散熱器是與發電機組分開的，并由電動風機作散熱之用，此系統可作為一個全封閉的單元組件供戶外使用，亦可作為開放形式供室內裝置用。為確保電動風機與發電機組工作的同步，建議采用發電機組輸出電力作為電動風機的供電電源。

當散熱器安裝高于3m以上或水平距離超過10m時，大多數發電機組要求裝一個分置的水箱和電動水泵，分置水箱的尺寸取決于整個冷卻系統的容量，即需要的管道總量加上冷卻用水量。

冷卻水由一臺電動循環泵帶動，從分置水箱經過散熱器和發電機組進行循環。一般散熱器風機和水泵電動機是由發電機供電的，它們消耗的功率應計入發電機組輸出功率。當發電機組處于停用狀態，水從散熱器流入分置水箱，而當發電機組在運行時，水從分置水箱流入散熱器，此分置水箱必須長期保持足夠的冷卻水以確保充滿全部冷卻系統及冷卻水的有效循環，分體式散熱器安裝如圖3所示。

 

圖3 柴油發電機組分體式散熱器遠置安裝圖

 

 

對此系統需要注意以下幾點：

1）要防止外來雜質污染冷卻液。

2）分置水箱的擾流可使冷卻液氧化。

3）避免空氣滯留于系統中，管道應備有通氣孔。

4）進行適當的水處理以達到發電機組使用要求。

5）要預防冷卻液凝結。

6）使冷卻液在機體中保持（無壓）自然流動。

如果散熱器裝于和發動機同一水平面，則無須采用分置水箱，但應在散熱器正上方配置一個膨脹水箱，以容許冷卻水受熱膨脹和補充。

 

四、采用熱交換器的通風和散熱

 

熱交換器冷卻有“標準熱交換器冷卻方式”和“分體水箱配熱交換器冷卻方式”兩種類型。這種系統需要空間比分置式水箱要少，其封閉水路能利用補充水箱的球形閥將蒸發損失的冷卻水自動補充，以保證冷卻系統中始終有足夠的冷卻水。熱交換器安裝方式如圖4所示。

大多數的柴油發電機組都能夠配套熱交換器，在水質可能被污染的地區或能從冷卻塔或大型貯水裝置提供冷卻水的場合都可以采用熱交換器作為發電機組的冷卻手段，但是水經過熱交換器后不能作家庭用水。

由于用后的水必須流向廢水管，所以絕大多數地方不允許用食用水作熱交換器用。熱交換器的水壓可維持在大約0.14MPa。

 

圖4 柴油發電機組水冷熱交換器安裝圖

 

當使用遠置式散熱器或熱交換器的冷卻系統時，必須保持一定的通風余量，以提供足夠的空氣給發動機燃燒，并作為機房的通風及冷卻發電機組發出的輻射熱之用。

注：

1）對于遠置散熱器和熱交換器的冷卻系統：一些具有渦輪增壓及（空氣一空氣）增壓冷卻系統但對一些采用（空氣一水）增壓冷卻系統的發動機便合適。

2）如將設有（空氣一空氣）增壓冷卻系統的發動機配合熱交換器的冷卻方式使用，將會導致輸出功率損失。

 

五、冷卻水的處理

 

當柴油發電機組使用于較低溫環境中時，為防止冷卻水有結冰的危險，機體內的冷卻水就必須進行必要的抗冷凝保護，具體方法是在往機體內加注純凈的冷卻水時，應按要求加注40％～60％劑量的乙二醇防凍液，同時，應采取必要的均勻混合措施，如預先在專門容器內將水與防凍液攪拌均勻，并在加注完后，將發電機組運行至熱機狀態，以獲得最佳的均勻混合。

為防止發電機組凍損，建議用戶加裝發電機組專用水套加熱器。該加熱器的電源應為市電AC 220V的電源，當發電機組處于備用停機狀態時，該加熱器能夠視環境溫度和機體內冷卻水的實際溫度進行自動加熱。使機體內冷卻水的溫度始終保持在＋5～＋40℃之間。

對于環境溫度較高的地區，客戶應在冷卻水中均勻地混合適當比例的防銹液，以免水道生

銹，從而確保水循環正常暢通，增強發電機組的冷卻效能。

為防止冷卻系統內所有金屬材料銹蝕，純水應加防銹劑。

 

六、風冷機組的通風和散熱

 

對于風冷發電機組，最好安裝專用冷卻風管。對于六缸機，目前廠家可提供成套的進風和排風管件。若安裝兩臺八缸發電機組，可以依據發電機組“V”形夾角的排風角度，開挖地下引風道，用引風機排出熱風。平時引風口用蓋板蓋平，開機時打開蓋板，使其與發動機排出的熱風形成風斗。柴油機的排氣管，也可以像散熱風道一樣，從地下排出。但要注意下述問題：

1）對于風冷發電機組，柴油機冷卻和燃燒都需要新鮮空氣，因此設計時應注意不能吸入熱風和廢氣。

2）所有風道要避免過多轉彎，要以最短通風管路將熱風和廢氣排出，不要讓柴油機在機房內吸入熱風，影響發電機組運行。

3）風冷柴油機冷卻的熱風和廢氣，會形成機房氣流的反射作用，因此應充分利用這個特點，以改善機房的通風散熱。

4）排氣管應以柴油機廢氣排出口算起，后接管道的截面只能加大，不能縮小。

5）排氣管道應纏繞石棉層，再用玻璃纖維布包裹住。石棉層應選用石棉紡織繩，不要用石棉扭繩。用玻璃纖維布包裹后，最后用鍍鋅鐵絲以螺旋形扎緊。

 

七、高壓機組的散熱

 

一般來說，柴油發電機組多在市電無電的情況下用作應急發電機組，由于柴油發電機組在運行過程中需要散熱，柴油發電機組的散熱裝置可以直接安裝在柴油發動機的軸端并通過柴油發動機進行驅動，但是這種結構的散熱裝置時刻運行在最大功率處，在不需要高散熱能力的情況下會有較大的能源浪費而且不利于柴油發電機組處于最優的工作溫度(冬天時希望將柴油發電機組的工作溫度控制在80-95℃)。當然，也可以通過驅動獨立散熱裝置對柴油發電機組進行散熱，但是由于柴油發電機組輸出的電壓等級比較高，而散熱裝置需要的驅動電壓比較低(比如柴油發電機組輸出的電壓為10kv，而散熱裝置需要的驅動電壓為400v)，在沒有市電的情況下，有以下方式實現獨立驅動：

（1）依靠現有發電機房保障電源驅動散熱裝置，這種方式不僅會增加發電機房容量和負擔，較低的驅動頻率導致散熱裝置的工作效率不高。

（2）增加一個變壓器對柴油發電機組的輸出電壓進行降壓，然后再在低壓下驅動散熱裝置，這種方式需要對增加的變壓器單獨安裝并配備相應的保護裝置，導致成本過高、占地面積過大、管理麻煩。

（3）設置一種具有雙等級電壓輸出的柴油發電機組（如圖5所示），通過在柴油發動機轉軸的兩端分別連接不同電壓輸出的發電機，這種一體式雙等級電壓輸出的柴油發電機組不需要額外增加變壓器，一方面可以滿足柴油發電機組作為應急發電機組的需求，另一方面可以滿足散熱裝置的驅動需求，結構緊湊，占地面積小，還可以減少設備負擔。

圖5  柴油發電機獨立散熱系統圖

 

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