圣豐技術(shù)交流：用歷史解說(shuō)柴油發(fā)電機(jī)操作原理
發(fā)布日期：2017-03-04 08:08:45
圣豐技術(shù)交流：用歷史解說(shuō)柴油發(fā)電機(jī)操作原理
柴油發(fā)電機(jī)是一種小型發(fā)電設(shè)備，系指以柴油等為燃料，以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動(dòng)和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成。
柴油發(fā)電機(jī)
發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，而以柴油機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械設(shè)備我們稱之為“柴油發(fā)電機(jī)”。
1897年全世界第一臺(tái)柴油機(jī)誕生于德國(guó)的奧格斯堡（Augsburg），是由MAN公司的創(chuàng)始人Rudolf Diesel發(fā)
明的。柴油機(jī)的英文名字即為創(chuàng)始人的姓名 Diesel。
MAN公司乃當(dāng)今世界上最為專業(yè)的柴油機(jī)制造公司，單機(jī)容量額定可達(dá)到15000kW。是海洋船運(yùn)業(yè)的主要?jiǎng)恿?yīng)商。中國(guó)的大型柴油機(jī)發(fā)電廠亦依賴MAN公司，如廣東惠州東江電廠（10萬(wàn)kW）。佛山電廠（8萬(wàn)kW）均為MAN公司提供的機(jī)組。
世界上最早的柴油機(jī)被存放在德國(guó)國(guó)家博物館的展廳里。
工作原理
在柴油機(jī)汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。
將無(wú)刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用‘電磁感應(yīng)’原理，發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。
這里只描述發(fā)電機(jī)組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩(wěn)定的電力輸出，還需要一系列的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)控制、保護(hù)器件和回路。
保護(hù)裝置
柴油發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置是由高集成度、總線不出芯片單片機(jī)、高精度電流電壓互感器、高絕緣強(qiáng)度出口中間繼電器、高可靠開關(guān)電源模塊等部件組成。
差動(dòng)保護(hù)裝置
（1）品種齊全：差動(dòng)保護(hù)裝置，品種特別齊全，可以滿足各種類型變配電站的各種設(shè)備的各種保護(hù)要求，這就給變配電站設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)提供了很大方便。
（2）硬件采用最新的芯片提高了技術(shù)上的先進(jìn)性，CPU采用80C196KB，測(cè)量為14位A/D轉(zhuǎn)換，模擬量輸入回路多達(dá)24路，采到的數(shù)據(jù)用DSP信號(hào)處理芯片進(jìn)行處理，利用高速傅氏變換，得到基波到8次的諧波，特殊的軟件自動(dòng)校正，確保了測(cè)量的高精度。利用雙口RAM與CPU變換數(shù)據(jù)，就構(gòu)成一個(gè)多CPU系統(tǒng)，通信采用CAN總線。具有通信速率高（可達(dá)100MHZ，一般運(yùn)行在80或60MHZ）抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。通過鍵盤與液晶顯示單元可以方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察與各種保護(hù)方式與保護(hù)參數(shù)的設(shè)定。
（3）硬件設(shè)計(jì)在供電電源，模擬量輸入，開關(guān)量輸入與輸出，通信接口等采用了特殊的隔離與抗干擾措施，抗干擾能力強(qiáng)，除集中組屏外，可以直接安裝于開關(guān)柜上。
（4）軟件功能豐富，除完成各種測(cè)量與保護(hù)功能外，通過與上位處理計(jì)算機(jī)配合，可以完成故障錄波（1秒高速故障記錄與9秒故障動(dòng)態(tài)記錄），諧波分析與小電流接地選線等功能。
（5）可選用RS232和CAN通信方式，支持多種遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約，方便與各種計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
（6）采用寬溫帶背景240×128大屏幕LCD液晶顯示器，操作方便、顯示美觀。
機(jī)組型號(hào)
不同的使用場(chǎng)合試用不同的機(jī)組型號(hào)。
標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組
標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組廣泛應(yīng)用于機(jī)房?jī)?nèi)安裝的一般場(chǎng)所。機(jī)組主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、機(jī)座、減震裝置、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、和輸出保護(hù)開關(guān)等部分組成。
防護(hù)型機(jī)組
防護(hù)型機(jī)組應(yīng)用于對(duì)噪聲沒有特殊要求的戶外場(chǎng)所。主要由標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組、防護(hù)罩殼、排煙系統(tǒng)等組成。由于防護(hù)罩殼沒有設(shè)置降噪裝置，只要滿足通風(fēng)和防雨雪條件即可，故其外形體積較小，成本較低。機(jī)組運(yùn)行時(shí)開門開窗通風(fēng)。防護(hù)型電站可以單臺(tái)，也可以多臺(tái)并聯(lián)使用，多臺(tái)并聯(lián)使用特別適用于負(fù)載變化較大、連續(xù)運(yùn)行可靠性要求較高及低成本經(jīng)濟(jì)使用的場(chǎng)合，如配套油田鉆機(jī)等。
掛車電站分兩輪拖卡和四輪拖掛兩種，70KW以下機(jī)組用兩輪拖卡，70KW～500KW機(jī)組用四輪拖掛。掛車電站由標(biāo)準(zhǔn)掛車和防音型機(jī)組組成，具備防音型機(jī)組的全部性能和優(yōu)點(diǎn)，適宜于野外作業(yè)及機(jī)動(dòng)性供電。掛車設(shè)置有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、交通警示燈和剎車裝置，配有機(jī)械支腿，減震以及緩沖裝置等。牽引裝置可調(diào)節(jié)高度，符合交通安全行駛要求。掛車電站可預(yù)裝電纜架和動(dòng)力電纜，以實(shí)現(xiàn)快速供電。在城市道路和二級(jí)以上公路，兩輪拖卡拖行速度可達(dá)30km/h，四輪拖掛拖行速度可達(dá)50km/h。
防音型機(jī)組
防音型機(jī)組廣泛應(yīng)用于對(duì)環(huán)境保護(hù)有特殊要求的戶外或室內(nèi)需要防護(hù)降噪的場(chǎng)所，主要由標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組、防音罩殼、進(jìn)排風(fēng)降噪裝置和排氣降噪裝置等組成，其主要特征是防音罩殼設(shè)置隔音和吸音層、進(jìn)排風(fēng)通道做降噪處理、排氣采用工業(yè)型和住宅型消聲器的組合，分別降低其高頻和低頻段的噪聲。標(biāo)準(zhǔn)防音型機(jī)組噪聲一般在78～85dB（A），超級(jí)防音型機(jī)組噪聲一般在70～78dB（A）。超級(jí)防音型機(jī)組是在標(biāo)準(zhǔn)防音型機(jī)組的基礎(chǔ)上對(duì)噪聲排放采取更加嚴(yán)格的控制措施，如采用迷宮式進(jìn)排風(fēng)通道設(shè)計(jì)等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
超級(jí)防音型機(jī)組一般外型尺寸都較大，制造成本也比標(biāo)準(zhǔn)防音型機(jī)組要高得多。防音型機(jī)組和超級(jí)防音型機(jī)組通常在防音罩殼外操作、保養(yǎng)和檢修。
露天電站
低噪聲方艙電站和集裝箱電站一般應(yīng)用于對(duì)環(huán)境保護(hù)有特殊要求的戶外使用場(chǎng)所，可以直接放置在戶外露天使用，省去建造機(jī)房，同時(shí)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)和投入使用周期短等特點(diǎn)。低噪聲方艙電站和集裝箱電站的噪聲一般在75～85dB（A），可以在方艙和機(jī)廂內(nèi)進(jìn)行操作、保養(yǎng)和檢修。
車載移動(dòng)電站
車載電站廣泛應(yīng)用于通信、電視轉(zhuǎn)播、高速公路、搶險(xiǎn)、供電和軍隊(duì)等對(duì)于快速、機(jī)動(dòng)性和可靠性要求較高的電源應(yīng)急場(chǎng)合。主要將機(jī)組安裝在汽車的車廂內(nèi)，并可以配備電動(dòng)電纜絞盤、多路輸出插座和機(jī)械（或液壓）支腿，也可以很方便的實(shí)現(xiàn)多輛車載移動(dòng)電站并聯(lián)使用。車載移動(dòng)電站一般噪聲在70～80dB（A）。
節(jié)約用油
保護(hù)最佳供油前角以最常用的195型柴油機(jī)為例，其供油提前角的最佳角度為16度－20度。當(dāng)柴油機(jī)使用一段時(shí)間后，由于磨損，供油提前角就會(huì)減少，造成供油時(shí)間過晚，耗油大增。故應(yīng)保證供油角處于最佳角度。
保證機(jī)器不漏油柴油機(jī)輸油管常因接頭面不平、墊片變形或損壞而存在漏洞現(xiàn)象。處理的辦法是：將墊片涂上氣門漆放在玻璃板上磨平，可校正油管接頭；增設(shè)柴油回收裝置，可用塑料管將油嘴上的回油管與空芯螺絲連接，使回油流入油箱。
油料用前進(jìn)行凈化柴油機(jī)的故障有一半以上出自供油系統(tǒng)。處理的辦法是：買回的柴油擱置沉淀2－4天再使用，可沉淀98%的雜質(zhì)；如現(xiàn)買現(xiàn)用，可在油箱加油濾網(wǎng)處放兩層綢布或衛(wèi)生紙。
改變“大馬拉小車”做法機(jī)井上常用“大機(jī)器帶小水泵”。實(shí)際上是一種浪費(fèi)。改進(jìn)辦法：適當(dāng)加大柴油機(jī)皮帶輪，在柴油機(jī)降速運(yùn)行的情況下提高水泵轉(zhuǎn)速，使流量、揚(yáng)程增加，達(dá)到節(jié)能目的。
調(diào)整噴油器的噴油壓力195型柴油機(jī)噴油器的噴油壓力120+5公斤/平方厘米。當(dāng)噴油壓力低于100公斤/平方厘米時(shí)，燃油消耗量增加10－20克/千瓦小時(shí)，可直接用比較法檢查和調(diào)整噴油泵上的壓力。
主要用途
柴油發(fā)電機(jī)組是一種小型發(fā)電設(shè)備，系指以柴油等為燃料，以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動(dòng)和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成。整體可以固定在基礎(chǔ)上，定位使用，亦可裝在拖車上，供移動(dòng)使用。柴油發(fā)電機(jī)組屬非連續(xù)運(yùn)行發(fā)電設(shè)備，若連續(xù)運(yùn)行超過12h，其輸出功率將低于額定功率約90%。盡管柴油發(fā)電機(jī)組的功率較低，但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全，便于操作和維護(hù)，所以廣泛應(yīng)用于礦山、鐵路、野外工地、道路交通維護(hù)、以及工廠、企業(yè)、醫(yī)院等部門
基本結(jié)構(gòu)
柴油發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是由柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，柴油機(jī)作動(dòng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
柴油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：由氣缸、活塞、氣缸蓋、進(jìn)氣門、排氣門、活塞銷、連桿、曲軸、軸承和飛輪等構(gòu)件構(gòu)成。柴油發(fā)電機(jī)的柴油機(jī)一般是單缸或多缸四行程的柴油機(jī)，下面我只說(shuō)說(shuō)單缸四行程柴油機(jī)的工作基本原理：柴油機(jī)起動(dòng)是通過人力或其它動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)柴油機(jī)曲軸使活塞在頂部密閉的氣缸中作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊谶\(yùn)動(dòng)中完成四個(gè)行程：進(jìn)氣行程、壓縮行程、燃燒和作功（膨脹）行程及排氣行程。當(dāng)活塞由上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)氣門打開，經(jīng)空氣濾清器過濾的新鮮空氣進(jìn)入氣缸完成進(jìn)氣行程?；钊上孪蛏线\(yùn)動(dòng)，進(jìn)排氣門都關(guān)閉，空氣被壓縮，溫度和壓力增高，完成壓縮過程?；钊麑⒁竭_(dá)最頂點(diǎn)時(shí)，噴油器把經(jīng)過濾的燃油以霧狀噴入燃燒室中與高溫高壓的空氣混合立即自行著火燃燒，形成的高壓推動(dòng)活塞向下作功，推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，完成作功行程。作功行程完了后，活塞由下向上移動(dòng)，排氣門打開排氣，完成排氣行程。每個(gè)行程曲軸旋轉(zhuǎn)半圈。經(jīng)若干工作循環(huán)后，柴油機(jī)在飛輪的慣性下逐漸加速進(jìn)入工作。
柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)有直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。
直流發(fā)電機(jī)主要由發(fā)電機(jī)殼、磁極鐵芯、磁場(chǎng)線圈、電樞和炭刷等組成。工作發(fā)電原理：當(dāng)柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于發(fā)電機(jī)的磁極鐵芯存在剩磁，所以電樞線圈便在磁場(chǎng)中切割磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，由磁感應(yīng)產(chǎn)生電流并經(jīng)炭刷輸出電流。
交流發(fā)電機(jī)主要由磁性材料制造多個(gè)南北極交替排列的永磁鐵（稱為轉(zhuǎn)子）和硅鑄鐵制造并繞有多組串聯(lián)線圈的電樞線圈（稱為定子）組成。工作發(fā)電原理：轉(zhuǎn)子由柴油機(jī)帶動(dòng)軸向切割磁力線，定子中交替排列的磁極在線圈鐵芯中形成交替的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，磁通的方向和大小變換多次，由于磁場(chǎng)的變換作用，在線圈中將產(chǎn)生大小和方向都變化的感應(yīng)電流并由定子線圈輸送出電流。
為了保護(hù)用電設(shè)備，并維持其正常工作，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流還需要調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制等等。
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