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备用柴油发电机组的水套加热器试验研究

2019-11-18
来源: 礼德动力
  通常情况下,用电设备需要的电力都是由市电提供,但是当市电断电时,就需要备用电源提供所需要的电力供用电设备使用。 柴油发电机组作为供电网的备用电源,因为其稳定性和易操作性而在各行业有着广泛的应用 。 随着信息技术的发展,对备用柴油发电机组性能的要求逐渐提高,尤其是对起动性能。
  
  当柴油发电机组应用于低温环境中,冷机状态强行起动会加剧缸套活塞等关键部件的磨损,所以良好的起动性能要求机体保持在一定温度范围内以便于发动机快速起动。 此时,利用水套加热器加热方式,可使机体冷却系统温度达到并保持在要求的范围内。
  
  在柴油发电机组应用和设计时,冷却系统水套加热器的选择非常重要。 由于环境温度是其可靠起动的关键因素之一 ,因此加热器能否正常工作将影响备用发电机组是否能快速起动。 因此,本文主要通过对不同功率加热器的加热试验进行对比分析,为水套加热器选型提供技术参数。
  
  1 分析范围本文以礼德动力110KVA ( 机组型号为LDDL-P110,发动机型号为1104C-44TAG2)的柴油发电机组为研究对象。
  
  试验时采用乙二醇型冷却液(冷却液配比浓度为50%:50%)作为冷却介质加入到冷却系统中。
  
  试验用的水套加热器为礼德动力 生产的LD型号加热器,分别取功率500W、1000W 以及1500W 的加热器进行试验并对试验结果进行对比分析。
  
  2 试验设计
2。1 试验对象本试验以礼德动力110KVA 机组型号为LDDL-P110,发动机型号为1104C-44TAG2的发电机组为试验对象,采用同一机组,分别装配功率500W、1000W 以及1 500W 的三种加热器进行试验。 
2。2 试验环境本次试验在海拔高度恒定,环境温度约5 ℃的环境下进行。 
2。3 试验工况由于柴油发电机组为备用机组,市电接入柴油发电机组控制柜的接线端子,对发动机的冷却系统持续加热,通过柴油发电机组的控制器对水套加热器的温控装置进行控制,当温度≤36 ℃ 时开始加热,温度≥55 ℃ 时停止加热,使发动机冷却液温度保持在一个良好的范围内以便于应急起动。 
2。4 测量点设计发动机冷却系统的温度传感器通常安装于发动机的节温器附近,测量温度然后通过线缆传输给发电机组的控制器,因此该处必须设置温度测量点。
  
  另外,还需要测量环境温度以及加热器的出水口温度以便于进行对比分析。 为了判断冷却性能的温度状态,还需要测量加热器进水温度以及机体的温度,这些可以同时测量,但不参与计算。
 具体测量点位置如下图:
图1 发电机组温度测量点
 
 
3 试验数据采集及处理方法水套加热器试验的温度采用数据采集仪FlukeHydra 2526A 进行采集,在取样点布置相应的K 型热电偶并将其固定,热电偶和采集仪主机间采用信号线连接。 该采集仪具有20 个测试通道,精度等级为0。5 级,这些通道可以根据测试取样点的数量进行布置。 温度采集时,热电偶需要保护好,不能靠近任何其它的高温源。 数据采集是在发电机组备用状态下,每0。5 小时采集并记录一次,直到节温器附近温度上升到控制系统中设置关闭的55 ℃时为止。 节温器附近温度是由德国VDO 温度传感器测量并经过英国DSE 控制器采集与显示。
  
  采集的数据通过温度测试仪自带的软件导出,
  
  并在EXCEL 中对其进行整理,以便查用。
  
  4 分析和结果现场对同一机组分别装配不同容量的加热器进行测试,试验在上述条件下进行,并据此进行数据采集与导入,得到如下的关键数据供分析:图2、图3 和图4 分别为500W、1000W 和1500W加热器加热试验的时间与环境温度、加热器出水温度以及控制器温度的关系曲线图。
 
水套加热器加热试验数据
 
图2 500W 水套加热器加热试验数据
水套加热器加热试验数据
图3 1000W 水套加热器加热试验数据
水套加热器加热试验数据
图41500W 水套加热器加热试验数据
 
 
4。1 从备用发电机组的应用来看,为了保障发电机组在应急时的快速起动成功,通常要求机组升温到设定的温度区间并通过控制器进行控制加热,以确保发电机组冷却系统保持在该温度区间,根据启动辅助的要求,兼顾其余辅助设备,通常要求6~8 小时完成加热,同时还需要考虑机组装备以及使用的经济性。
  
  基于以上考虑,从应用角度发现图2 中,当机组装配500W 加热器时,连续测试了20 小时,在环境温度为5 ℃时,控制器显示温度最终在41 ℃附近达到平衡,没有能够升温到设定关闭的55 ℃。 加热器出水温度最终在49 ℃附近达到平衡。 因此该加热器需要持续不断地加热。
  
  图3 显示,当机组装备1000W 加热器时,在连续加热5.5 小时后,控制器显示温度到达55 ℃,此时加热器出水口温度为65.1 ℃当加热器出水温度到达55 ℃时,此时加热时间约为1.5 小时。
  
  图4 显示,当机组装备1500W 加热器时,在连续加热2小时后,控制器显示温度到达55摄氏度,
  
  此时加热器出水口温度为67.3 ℃,当加热器出水温度到达55 ℃时,此时加热时间约为1小时。
  
  根据以上测试结果以及对比分析,选择1000W加热器比较适合。
  
  发动机通常选用升功率作为评价性能的指标之一,为了便于备用发电机组的加热器选型以及应用指导,本文设定升瓦数作为加热器选型的参考指标之一,表明的是发动机排量与加热器瓦数之间的关系。 本文选用的发动机排量是4.4L因此:升瓦数= 1000W / 4。4L = 227 W/ L根据本文作者试验,环境温度以及加热器的结构对最终选型会有影响,对于最终升瓦数也会有一定影响,因此本文选择发动机排量每升100~300 W范围的升瓦数作为应用选型的经验值可以在-40 ℃至20 ℃温度范围内进行选型,具体应用在低温时采用较大的估值进行计算,到零上较高温度时采用较低的估值进行计算。 该计算范围仅适用于不带循环泵的加热器。
  
  2 加热效率加热器的加热可以从能量角度计算加热所需要的能量。 
  
  由于吸收的热量来源于电能,所以可以根据加热器功率以及运行的时间计算出加热器吸收的热量。 其中500W 加热器由于没有加热到55 ℃,故不参与计算。
  
1000W 加热器Q吸: = 1 000 × 1. 6 × 3 600/1 000 =5 760 KJ
1500W 加热器Q吸: = 1 500 ×1.03 ×3 600/1 000 =5 562 KJ

加热效率:1000W 加热器η = ( Q放/ Q吸) × 100% =25.5%
                  1500W 加热器η = ( Q放/ Q吸) × 100% =26.4%

5 结论从测试结果可以看出,在同样的测试条件以及同一工况下,3 种功率的加热器加热时间不同,如果选择的加热器功率过小,即使很长的加热时间也难以达到预设温度。 通过不同功率加热器的测试对比,得到1000W 加热器比较适用于本文试验的备用发电机组,并通过设定的升瓦数作为加热器选型的参考指标,得出发动机排量每升100~300 W 范围的升瓦数作为应用选型的经验值可以在-40 ℃ 至20 ℃温度范围内进行选型,但不包含带循环泵的加热器。
  
  通过机组加热器的加热效率计算,得出两种加热效率比较接近,都在25%~30%之间,因此在技术应用过程中,也可以通过理论计算的释放热量进而反向推算出冷却系统吸收所需要的热量,最终根据预设时间计算出加热器的功率,对技术应用具有指导作用。