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高原用柴油发电机组改进措施

2019-11-19
来源: 礼德动力
我国海拔超过1000m的高原面积约为358万平方千米,约占国土面积的37% ,其中具有代表性的有青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和云贵高原等。
1 高原气候环境特点通过对高原气候特征的分析,可总结为如下几点:
(1)天气寒冷、昼夜温差大;
(2)大气压力低、空气密度小、空气含氧量低;
(3)日照时间长,紫外线辐射强;
(4)气候干燥,风沙强;
(5)水的沸点低;
(6)高原的气候特点可用“三低两强”来说明,即“气温低、气压低、空气含氧量低、紫外线强、风沙强”。
2 高原环境对柴油发电机组影响
2.1 动力系统涡轮增压柴油机在高原地区工作时,大气条件的改变.使柴油机的进气量、燃烧、热损失、机械效率、燃油消耗率等指标发生巨变,最终导致柴油机的机械负荷和热负荷状况与平原地区T作时截然不同。
有关科研机构实验数据表明,对非增压柴油机,海拔高度每上升1000m,额定功率下降7% ~12% ,最低燃料消耗率增加2% ~12% ,排温升高4% ~12% ,缸盖温度升高7% ,机体热强度上升2% ~5% 。
对增压柴油机,海拔高度每上升1000m,额定功率下降4% ~7% ,最低燃油消耗率增加3% ~7% ,涡轮前温度升高7% ,缸盖温度升高7% ,机体热强度上升1% ~3% ,涡轮增压器转速上升6% ~8% 。
2.2 冷却系统柴油机在高原动力恢复后,机械负荷和热负荷增大,其中热负荷表现更为突出,热负荷增大是限制高原柴油机最大功率发挥的主要因素。随着海拔高度的上升,气压降低,水的沸点下降,水冷柴油机经常会因水箱“开锅”影响工作。
一方面,由于可燃混合气浓度降低,燃烧速度减慢,引起后燃现象,排温增加,热负荷升高。另一方面,空气密度减小,风扇的质量流量下降,柴油机冷却效果变差。过高热负荷不但使柴油机性能下降,还易发生拉缸。
既要控制后燃产生的热负荷升高,又要控制冷却系统因高原散热能力下降引起的温升。
2.3 启动性能高原低温低压环境对柴油机的启动性能影响非常大,导致柴油机经常不能正常启动,而且冷机状态下强行启动会加剧缸套活塞等关键部件磨损。
2.4 高原沙漠环境对机组动力性能的影响
2.4.1 高温导致柴油机动力性下降高原高温环境会引发柴油发电机动力性能下降,主要影响因素如下:
(1)温度较高导致功率下降;
(2)水箱散热能力下降,造成柴油机易于过热。
2.4.2 进气充量减少.导致柴油机动力性下降空气滤清器的作用是用于阻挡或滤除进气中的灰尘和杂质.以减少对气缸套、活塞环、活塞及气门等主要部件的磨损和故障,延长柴油机的使用寿命。
沙漠地区空气的含尘密度高.空气滤清器滤清效率下降,进气阻力加大,进气量减少,导致功率进一步降低。
2.4.3 对启动性能的影响沙漠地区冬季或夜晚温度可低至一30~C以下。低温环境造成机油黏度增大,蓄电池容量下降,启动困难。
2.4.4 对机组可靠性的影响主要现象为空气滤清器堵塞频繁、机件磨损严重及柴油机热负荷高等。
2.4.5 抗老化性能高原紫外线加速机组表面橡胶、塑料、油漆等高分子老化,龟裂。
2.4.6 高原环境对电气性能影响高原环境对低压电器产品的影响主要体现在温升、绝缘性能、接通能力和分断能力、产品动作性能、电寿命、对PLC的干扰等方面。
3 柴油发电机组针对高原环境适应性改进措施
3.1 功率降低的解决措施
3.1.1 发动机选型根据柴油机海拔环境功率曲线或规定.选用满足功率的发动机。
3.1.2 高原增压技术柴油机增压主要是通过提高进气密度来实现。根据增压方式不同,可分为机械增压、废气涡轮增压、电动增压、复合增压、气波增压等。
3.1.3 柴油机高原燃烧优化技术燃油供给系统对柴油机混合气形成和燃烧质量有重要作用。提高供油速率和喷油压力,配以适当的喷油提前角,有助于改善柴油机的经济性和动力性。通过以上措施,可缩短喷油时间,改善油束雾化及油束在燃烧室的分布,从而提高高原适应性。
针对机械泵柴油机,在高原运行时供油系统可作如下调整:
(1)提高泵端压力,优化供油规律;
(2)适量增加喷油器开启压力,提高雾化质量,一定程度上改善燃烧过程;
(3)调整供油提前角,增加压缩终点温度。通过优化喷油定时,改善燃烧过程:
(4)提高供油压力,增加喷油嘴的喷孑L数,使燃油更好地雾化,有利于组织燃烧过程;
(5)适当调整冒烟限制器(负校正装置),以适应高海拔下控制低速工况的要求:
(6)适当调整油泵调速器正校正装置(扭矩凸轮),更有效地控制调试特性。
上述调整,非单一调整,有时需多项配合调整,需由柴油机专业厂家操作。
3.1.4 电控高压共轨燃油喷射技术电控高压共轨燃油喷射系统不仅能随海拔的变化实时调整喷油量、喷油提前角、喷油压力,而且可以调整喷油规律,是高原柴油机性能恢复的重要技术之一。
电控高压共轨燃油喷射系统的主要特点:ECU能根据柴油机工况和使用环境对喷油时刻(喷油提前角)、喷油脉宽(喷油量)、喷油压力以及喷油率(多次喷射)进行柔性控制,达到柴油机对喷油率和放热率的理想要求,提高柴油机工作性能。
3.2 冷却性能降低的解决措施
3.2.1 水箱的设计根据热量公式Lj=3600·Q/计算散热量,设计符合高原散热量的大容量水箱:
3.2.2 散热风扇选型根据风扇的压力曲线,合理选取散热风扇:
3.2.3 低开型节温器选型选用低开型节温器,满足温度较低时冷却系统的大循环散热:
3.2.4 水箱盖的选用通过更换高压水箱盖(110 kp),提高水箱内的冷却液沸点.避免水的沸腾。
3.3 高原低温环境启动措施影响柴油机启动的主要因素:环境温度、进气温度、压缩比和燃烧室形状、可燃混合气的数量和质量、柴油机的瞬时转速、残余废气成分和温度、漏气损失和传热损失。主要通过以下措施:
(1)冷启动液辅助启动。
(2)电热塞辅助启动。
(3)采用进气预热器,增加进气温度。
(4)采用水加热器,升高冷却液温度,给机体加热。
(5)增大蓄电池容量,提供充足电量,双机机组可将蓄电池并联使用。
(6)蓄电池采用暖风加热器、加热膜等保温装置。
(7)超级电容并联蓄电池。
3.4 高原沙漠环境主要解决措施
(1)根据油机厂家给出的温度功率曲线折损情况进行计算选型,加大水冷机组的水箱及风扇。
(2)借鉴工程机械的重度灰尘空气预过滤技术.对进气进行预过滤,最大程度地延长空气滤芯使用寿命,减少空气滤芯的更换,大大延长空气滤清器的维修间隔时间,降低运营成本。
3.5 高原紫外线防护措施
(1)裸露的导线和橡胶油管采用具有抗紫外线辐射性能的波纹管进行防护,增强其抗老化能力。
(2)机组其它裸露部件,在其表面喷涂具有抗紫外线辐射性能的面漆,提高发电机组的抗紫外线辐射能力。从而满足发电机组的抗紫外线要求。
4 结语综上所述,随着海拔升高,柴油发电机组受到高原低温、低压、缺氧紫外线等恶劣环境的影响,柴油发电机组动力系统、冷却系统、启动性能、电气性能等均有不同程度降低,影响装备的正常使用。解决措施:柴油机的选型.选用大功率柴油机或电喷柴油机:对所配套水箱、散热风扇及电气元器件等进行扩容设计:增加加热器等措施改善柴油发电机组启动性能。通过以上措施,可以有效提高柴油发电机组高原使用性能。