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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)組的實際使用條件與普通平原地區(qū)設(shè)計條件產(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,會給購買用戶造成了持續(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,對發(fā)展高原型柴油發(fā)電機(jī)組是必要的趨勢。
一、高原氣候環(huán)境特點
我國海拔超過1000m的高原面積約為358萬平方千米,約占國土面積的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)境特點通過對高原氣候特征的分析,可總結(jié)為如下幾點:
(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)日照時間長,紫外線輻射強(qiáng);
(4)氣候干燥,風(fēng)沙強(qiáng);
(5)水的沸點低;
高原的氣候特點可用“三低兩強(qiáng)”來說明,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,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作時截然不同。有關(guān)科研機(jī)構(gòu)實驗數(shù)據(jù)表明,對非增壓柴油發(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,水的沸點下降,水冷柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)常會因水箱“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。啟動性能高原低溫低壓環(huán)境對柴油發(fā)電機(jī)的啟動性能影響非常大,導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)常不能正常啟動,而且冷機(jī)狀態(tài)下強(qiáng)行啟動會加劇缸套活塞等關(guān)鍵部件磨損。
2、動力性能的影響
高原高溫環(huán)境會引發(fā)柴油發(fā)電機(jī)動力性能下降,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)動力性下降
空氣濾清器的作用是用于阻擋或濾除進(jìn)氣中的灰塵和雜質(zhì),以減少對氣缸套、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)對啟動性能的影響
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?、產(chǎn)品動作性能、電壽命、對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)增壓時供氣量將增加,尤其針對高原沙塵大的特點,要求空濾器應(yīng)盡可能具有效率高、阻力小、流量大、壽命長、體積小、重量輕、成本低、保養(yǎng)易等特點。
5、高原低溫起動
高原低溫起動條件比較嚴(yán)酷。海拔4000m以內(nèi)溫度雖不是很低(-30℃),但由于氣壓低,起動時壓縮終點壓力及溫度不夠,以及增壓裝置對起動進(jìn)氣的阻滯作用,因此使起動狀況不佳。但對機(jī)組來講,有利的方面是起動負(fù)荷相對較低,可在起動后溫度上升至適當(dāng)狀況再加載。根據(jù)多年低溫起動試驗研究,考慮采用預(yù)熱起動并輔以低溫電瓶組合措施。
6、增壓潤滑系統(tǒng)
增壓器是高溫、高速旋轉(zhuǎn)的部件,轉(zhuǎn)速高達(dá)105r/min,冷卻潤滑極為重要,其油料需增壓油品,并同時適用柴油機(jī)系統(tǒng)。
康明斯在高原地區(qū)的試驗表明,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)組各項技術(shù)性能在海拔4000m可以恢復(fù)到原出廠值,對策措施是完全有效可行的。
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