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改善小型柴油發(fā)電機組高原環(huán)境適應性的主要措施

TCY- 787型交流土頻柴油發(fā)電機組采用德國HATZ公司生產(chǎn)的1B40型單缸風(fēng)冷四沖程柴油機做動(dòng)力,采用先進(jìn)的交流無(wú)刷同步發(fā)電機和自動(dòng)穩壓設計,外形美觀(guān)、土作可靠、維修方便,可用于220V /50 Hz、功耗小于3 kW的設備供電。本文作者以該型機組為例,分析改善其高原環(huán)境適應性的主要措施。
改善柴油發(fā)電機組冷啟動(dòng)性能的主要措施
改善柴油機冷啟動(dòng)性能的主要技術(shù)措施有:①在進(jìn)氣歧管內安裝進(jìn)氣預熱裝置以提高進(jìn)氣溫度或采用燃燒預熱方式,在進(jìn)氣管內燃燒少量燃油預熱進(jìn)氣;②在冷卻系統中安裝加熱器以提高冷卻液溫度;③在潤滑系統中安裝加熱器以提高潤滑液溫度;④選用較大功率的啟動(dòng)電機、大容量的低溫啟動(dòng)蓄電池、低溫潤滑油和添加防凍液。
1B40柴油機為風(fēng)冷機型,在進(jìn)氣道上安裝有進(jìn)氣預熱絲,在冷啟動(dòng)前,可以通過(guò)控制面板上的啟動(dòng)鑰匙進(jìn)行進(jìn)氣預熱。提高潤滑液溫度的具體措施是:在油底殼放油螺栓位置加裝電阻式預熱塞,12 V電源由啟動(dòng)蓄電池提供,其控制電路和進(jìn)氣預熱裝置相同,由啟動(dòng)鑰匙控制。
恢復柴油機發(fā)電機組高原功率的主要措施
目前,恢復柴油機高原功率的主要措施有:改裝增壓器、參數優(yōu)化、采用含氧燃料和補氧措施。
改裝增壓器
根據前面的分析,增加進(jìn)氣密度可以提高內燃機的功率。采用增壓技術(shù)來(lái)提高進(jìn)氣密度是恢復柴油機高原功率的主要措施,同時(shí)也能改善柴油機燃油經(jīng)濟性和冷啟動(dòng)性能。
增壓方法按照驅動(dòng)增壓器所用能量來(lái)源的不同,基本可分為六類(lèi):機械增壓;廢氣渦輪增壓;復合增壓;慣性增壓;氣波增壓和電動(dòng)增壓。針對1B40柴油機的結構特點(diǎn),綜合考慮不同增壓方式的增壓效率和改裝難度,采用慣性增壓和電動(dòng)增壓是比較理想的改裝方式。
1)慣性增壓
慣性增壓是利用進(jìn)氣管道內氣流的慣性效應和波動(dòng)效應來(lái)提高柴油機充氣效率的一種增壓裝置。慣性增壓不需對柴油機本身的結構作很大改動(dòng),只要合理地選擇進(jìn)排氣管的尺寸(截面、長(cháng)度),并將進(jìn)排氣歧管適當地組合起來(lái),就能利用進(jìn)排氣管內氣體的動(dòng)力效應來(lái)增加氣缸的充氣量,使發(fā)動(dòng)機的功率提高10~20%。這種增壓方法對高速小功率柴油機特別適宜。
2)電動(dòng)增壓器
電動(dòng)增壓器主要由直流(或交流異步)電動(dòng)機和壓氣機兩部分組成,采用蓄電池和充電發(fā)電機為電源,土作時(shí)由電動(dòng)機驅動(dòng)同軸聯(lián)接的壓氣機高速旋轉以達到增加進(jìn)氣量的目的。自上世紀90年代以來(lái),國外的增壓器公司如博格華納、蓋瑞特等開(kāi)始進(jìn)行電子增壓器的研究,產(chǎn)品己發(fā)展到第3代。當前,電動(dòng)增壓器主要有兩種應用型式,一種是在廢氣渦輪增壓器上再加裝一級電輔助增壓器;另一種是直接由電機驅動(dòng)壓氣機土作以實(shí)現進(jìn)氣增壓。由于1B40柴油機為非增壓型機組,采用第二種方式比較合理。改裝時(shí),只需將原機型上的空氣濾清器拆下,用進(jìn)氣膠管將電動(dòng)增壓器的出風(fēng)口與柴油機的進(jìn)氣口連接在一起,空氣濾清器安裝在增壓器的進(jìn)氣口上。
當前,電動(dòng)增壓器存在的主要問(wèn)題是:柴油發(fā)電機組所配備的啟動(dòng)蓄電池和充電發(fā)電機的容量有限,限制了電動(dòng)增壓器電機的選用功率;其次,廢氣渦輪增壓器的渦輪轉速每分鐘可達幾萬(wàn)轉到十幾萬(wàn)轉,而電動(dòng)機的轉速一般在每分鐘幾千或上萬(wàn)轉,限制了增壓比的提高?;谏鲜鰞牲c(diǎn)原因,電動(dòng)增壓器的增壓效率還較低,對柴油機功率的提升有限。近年來(lái),隨著(zhù)輕質(zhì)高強度材料的開(kāi)發(fā)應用以及國內外電機制造水平的提高,采用永磁材料制成的高速無(wú)刷電機轉速己經(jīng)達到每分鐘十幾萬(wàn)轉。
參數優(yōu)化
國內外研究表明,通過(guò)對柴油機的燃油供給系統和燃燒系統參數的調整和優(yōu)化,可以在一定程度上改善柴油機的高原土作特性,減少功率下降的幅度。參數調整優(yōu)化的主要措施包括供油定時(shí)、噴油壓力的匹配調整;適當提高壓縮比;優(yōu)化燃燒室結構;優(yōu)化增壓器與柴油機的匹配等。針對1B40柴油機的結構特點(diǎn),采用適當提高壓縮比的方法來(lái)提升高原功率。
改變1B40柴油機壓縮比的方法主要有兩種,一是改變燃燒室的結構,二是改變氣缸墊的厚度。改變燃燒室的結構不僅會(huì )改變壓縮比,還會(huì )影響到可燃混合氣的形成和燃燒過(guò)程的進(jìn)行,需要綜合考慮多種因素,并且改變燃燒室結構的制造土藝復雜,成本高。采用改變氣缸墊厚度的方法在制造土藝上比較簡(jiǎn)單、成本低,但是氣缸墊厚度過(guò)薄會(huì )影響到氣缸的密封,在設計時(shí)必須綜合考慮。兩種方法相比較,采用減小氣缸墊片厚度來(lái)提高壓縮比的方法較適用。
采用補氧措施和含氧燃料
造成高原地區柴油機功率下降的主要原因是空氣含氧量的降低,因此從提高空氣含氧量的角度出發(fā),可以恢復部分功率。氧氣的制取技術(shù)主要有兩種:分子篩制氧技術(shù)和膜法制氧技術(shù),目前研究較多的是膜法制氧技術(shù)。但是由于存在成本較高、裝置體積、重量過(guò)大、安裝不便等不足,該技術(shù)還未獲得廣泛應用。
另一種措施是采用含氧燃料。含氧燃料也稱(chēng)為代用燃料。目前,含氧燃料主要就是在汽油、柴油等常規燃料中添加酒精、丙酮及其它含氧化合物。研究表明,使用含氧燃料不但可以改善柴油機的動(dòng)力性能,而且可以降低碳煙的排放,減輕環(huán)境污染。



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