康明斯发电机组高原功率恢复的试验研究的实例结果

1.前 言

康明斯柴油发电机作为给工程机械、发电机组主要配套动力, 适应于 3000 m 以下海拔高度。随着西部大开发序幕的拉开, 各种动力设备在西部的需求量日益增大。但由于环境的巨大变化, 低海拔地区使用的柴油发电机不能满足高海拔地区的使用要求。为了提高柴油发电机的高原工作能力, 对 6CTA8.3- G2 原型机进行了一系列的匹配与试验工作, 开发出了能在 5000 m 海拔高度正常使用的高原柴油发电机。

随着海拔高度的增加, 大气状态发生很大的变化, 使柴油机的进气量、燃烧、热损失、燃油消耗率、涡轮增压器的性能等都发生变化, 致使柴油机机械负荷和热负荷状况与平原地区不同。一般情况下, 限制涡轮增压柴油机功率发挥的主要因素是涡轮前燃气温度和涡轮增压器转速。涡轮转速提高, 会使压气机形成较高的增压压力, 压比升高, 以此来补偿因海拔升高所产生的进气减少, 体现了涡轮增压的自动补偿能力。但高压比同时会引起柴油发电机的进气温度过高, 导致进气量减少, 柴油机性能恶化。

通过采用中冷器可以降低增压器进入气缸的空气温度。理想的高原用柴油发电机是增压中冷型柴油发电机, 能使柴油发电机受环境因素诸如大气压力和大气温度的影响降到最小。

2.增压器选型

6CTA8.3- G2 增压中冷柴油发电机 选用 3 种增压器, 分别在海拔 70 m、2200 m 高原恢复功率的试验研究 和 3800 m 进行试验对比, 试验结果如表 1。从试验结果看出, 3 种增压器在低海拔分不出明显优劣; 高原用柴油发电机恢复功率, 应全面考虑整机系 1# 和 3# 增压器在海拔 2200 m 时的额定点功率相统。优化进排气系统, 降低进气阻力, 加大进气量, 对于原机额定点 160 kW 功率下降达 5%, 2# 增压尽量保证燃烧正常进行所需的进气量; 调整和优 器的额定功率和最大扭矩均在期望值内, 在 2200 化匹配供油系统, 使燃烧较好, 最高爆发压力在允 m 是较好的选择; 在海拔 3800 m 时, 1# 和 3# 增压许的范围内, 保证机械负荷; 调整和优化冷却系 器功率下降较多, 增压器转速超过 130000 r/min, 统, 使柴油机能得到好的冷却效果, 保证柴油机热 不能满足高原柴油机对动力性和可靠性的要求。负荷在允许的范围内。在本试验研究中, 主要是 从柴油机整机性能发面的分析, 2# 增压器是较为对增压器进行选型和调整。 理想的选择。

表 1 柴油机选配 3 种增压器在不同海拔下匹配试验数据比较

选择 2# 增压器在不同海拔下性能试验比较

选用 2# 增压器在柴油机上进行不同海拔高度的性能试验, 随着海拔高度的升高, 柴油发电机和增压器各项性能指标也在发生变化, 试验结果如图 1：

图 2 所示。从试验结果可以看出, 随着海拔高度的升高, 柴油机扭矩和功率下降幅度不大; 但柴油机油耗、增压器转速和涡前排温呈同步上升趋势, 但都在工作范围之内。

图 2 增压器在不同海拔下性能特性曲线

增压器与柴油机在不同海拔下联合运行曲线随着海拔的升高, 空气稀薄, 柴油发电机的进气量减少, 会使增压器在转速升高的同时, 压比升高、进气流量降低, 从而导致柴油发电机在压气机特性曲线上的外特性运行线会向喘振线方向偏移。

图 3 为柴油机与 2# 增压器不同海拔下运行曲线图

从图中可看出, 随着海拔高度增加, 柴油机运行线接近高效率区, 同时 3800 m 运行线离喘振线还有较大裕度, 有更高海拔高度的工作潜力。