改善小型柴油發(fā)電機(jī)組高原環(huán)境適應(yīng)性的主要措施
TCY- 787型交流土頻柴油發(fā)電機(jī)組采用德國(guó)HATZ公司生產(chǎn)的1B40型單缸風(fēng)冷四沖程柴油機(jī)做動(dòng)力，采用先進(jìn)的交流無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)和自動(dòng)穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，外形美觀、土作可靠、維修方便，可用于220V /50 Hz、功耗小于3 kW的設(shè)備供電。本文作者以該型機(jī)組為例，分析改善其高原環(huán)境適應(yīng)性的主要措施。
改善柴油發(fā)電機(jī)組冷啟動(dòng)性能的主要措施
改善柴油機(jī)冷啟動(dòng)性能的主要技術(shù)措施有:①在進(jìn)氣歧管內(nèi)安裝進(jìn)氣預(yù)熱裝置以提高進(jìn)氣溫度或采用燃燒預(yù)熱方式，在進(jìn)氣管內(nèi)燃燒少量燃油預(yù)熱進(jìn)氣;②在冷卻系統(tǒng)中安裝加熱器以提高冷卻液溫度;③在潤(rùn)滑系統(tǒng)中安裝加熱器以提高潤(rùn)滑液溫度;④選用較大功率的啟動(dòng)電機(jī)、大容量的低溫啟動(dòng)蓄電池、低溫潤(rùn)滑油和添加防凍液。
1B40柴油機(jī)為風(fēng)冷機(jī)型，在進(jìn)氣道上安裝有進(jìn)氣預(yù)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(yù)熱。提高潤(rùn)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(yù)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(yù)熱裝置相同，由啟動(dòng)鑰匙控制。
恢復(fù)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組高原功率的主要措施
目前，恢復(fù)柴油機(jī)高原功率的主要措施有:改裝增壓器、參數(shù)優(yōu)化、采用含氧燃料和補(bǔ)氧措施。
改裝增壓器
根據(jù)前面的分析，增加進(jìn)氣密度可以提高內(nèi)燃機(jī)的功率。采用增壓技術(shù)來(lái)提高進(jìn)氣密度是恢復(fù)柴油機(jī)高原功率的主要措施，同時(shí)也能改善柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和冷啟動(dòng)性能。
增壓方法按照驅(qū)動(dòng)增壓器所用能量來(lái)源的不同，基本可分為六類(lèi):機(jī)械增壓;廢氣渦輪增壓;復(fù)合增壓;慣性增壓;氣波增壓和電動(dòng)增壓。針對(duì)1B40柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)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(nèi)氣流的慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng)來(lái)提高柴油機(jī)充氣效率的一種增壓裝置。慣性增壓不需對(duì)柴油機(jī)本身的結(jié)構(gòu)作很大改動(dòng)，只要合理地選擇進(jìn)排氣管的尺寸(截面、長(zhǎng)度)，并將進(jìn)排氣歧管適當(dāng)?shù)亟M合起來(lái)，就能利用進(jìn)排氣管內(nèi)氣體的動(dòng)力效應(yīng)來(lái)增加氣缸的充氣量，使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高10~20%。這種增壓方法對(duì)高速小功率柴油機(jī)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(jī)和壓氣機(jī)兩部分組成，采用蓄電池和充電發(fā)電機(jī)為電源，土作時(shí)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)同軸聯(lián)接的壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)以達(dá)到增加進(jìn)氣量的目的。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)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(dāng)前，電動(dòng)增壓器主要有兩種應(yīng)用型式，一種是在廢氣渦輪增壓器上再加裝一級(jí)電輔助增壓器;另一種是直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)土作以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。由于1B40柴油機(jī)為非增壓型機(jī)組，采用第二種方式比較合理。改裝時(shí)，只需將原機(jī)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(jī)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(dāng)前，電動(dòng)增壓器存在的主要問(wèn)題是:柴油發(fā)電機(jī)組所配備的啟動(dòng)蓄電池和充電發(fā)電機(jī)的容量有限，限制了電動(dòng)增壓器電機(jī)的選用功率;其次，廢氣渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速每分鐘可達(dá)幾萬(wàn)轉(zhuǎn)到十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾千或上萬(wàn)轉(zhuǎn)，限制了增壓比的提高。基于上述兩點(diǎn)原因，電動(dòng)增壓器的增壓效率還較低，對(duì)柴油機(jī)功率的提升有限。近年來(lái)，隨著輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用以及國(guó)內(nèi)外電機(jī)制造水平的提高，采用永磁材料制成的高速無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速己經(jīng)達(dá)到每分鐘十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)。
參數(shù)優(yōu)化
國(guó)內(nèi)外研究表明，通過(guò)對(duì)柴油機(jī)的燃油供給系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，可以在一定程度上改善柴油機(jī)的高原土作特性，減少功率下降的幅度。參數(shù)調(diào)整優(yōu)化的主要措施包括供油定時(shí)、噴油壓力的匹配調(diào)整;適當(dāng)提高壓縮比;優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu);優(yōu)化增壓器與柴油機(jī)的匹配等。針對(duì)1B40柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用適當(dāng)提高壓縮比的方法來(lái)提升高原功率。
改變1B40柴油機(jī)壓縮比的方法主要有兩種，一是改變?nèi)紵业慕Y(jié)構(gòu)，二是改變氣缸墊的厚度。改變?nèi)紵业慕Y(jié)構(gòu)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?nèi)紵医Y(jié)構(gòu)的制造土藝復(fù)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(shè)計(jì)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(bǔ)氧措施和含氧燃料
造成高原地區(qū)柴油機(jī)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(fù)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(yīng)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(guī)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(jī)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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