柴油发电机组容量选择和机房设计应遵循的原则

摘　要 :本文对柴油发电机组的设计、安装中几个常见的问题如柴油发电机机组选择、容量选择、通风冷却系统、储供油系统、及排烟消音系统在设计和安装中应注意和遵循的原则进行了阐述。

柴油发电机组是船舶中主要的动力来源 ,在船舶中有着举足轻重的作用 ,柴油发电机组的好坏将直接影响整个船舶的工作状态。下面对柴油发电机组的设置、安装中一些常见问题进行探讨。

1　柴油发电机组机房位置的选择及机房大小要求

柴油发电机组作为船上电源的唯一供给 ,尽量靠近船舶的总配电柜 ,以便接线方便 ;为防噪音、震动污染应尽量远离工作区和生活区 ,避开主要出口通道 ;应考虑运输、安装、检修方便 ;应考虑储油、运油方便 ;应考虑水、烟污染问题等。

一般发电机组机房都建在船舶主体的中心线上(辅机除外) ,机组的底座焊接在船体的龙骨上，一般放在船舱的最底层 ,如机房单建则机房应有两堵外墙 ,机房大小应根据机组数量及机组的大小来确定 ,机组间距及机组距舱壁的距离应满足以下表中要求。

2　柴油发电机组容量的选择

柴油发电机组容量的选择除了要考虑柴油发电机组所带负荷的大小外 ,还应考虑到大功率电动机或电动机组启动对发电机电网所造成的冲击等因素。根据所带负荷的大小确定发电机组容量的计算公式 ,即按稳态供电负荷计算 ,公式为 :

S = α ×PΣ(ηΣ ×COSΦ) (KVA) (1)

式中 : PΣ ———供电总负荷 ;

ηΣ ———计算效率 ;

α ———负荷率 0. 8～1. 0 ;

COSΦ———发电机功率因数。

采用上述公式计算是确定发电机组容量的基本方法 ,如所带负荷中无大功率电机 ,无启动冲击电流 ,采用该方法即可确定发电机组容量 ,如电网中还有较大功率电机 ,有启动冲击电流 ,则还需要校验母线允许电压降及发电机端瞬时电压降及电机启动本身需要。

按母线允许的瞬时电压降计算 ,公式如下 :

S = Pn ×K×C ×Xd[ (1ΔE) - 1] (2) 式中 : Pn ———大功率电机组容量 ;

K ———电动机启动电流倍数 ;

C ———按启动方式确定的系数,全压启动;

C = 1,Y ———Δ 启动0. 67 ,自藕降压

0. 25～0. 64 ;

Xd ———发电机暂态电抗 0. 25 ;

Δ E ———母线允许瞬时压降 , 有电梯

0. 2 ,无电梯 0.25～0. 3。

发电机端电压瞬时压降一般不大于 20 % ,启动瞬时发电机端电压 := 1.05UH 以标幺值表示为1.05。

Xq ———发电机端子外电路计算电抗 ,

以标幺值计。

另外还需校验电动机启动时 ,本身能顺利启动所需条件 ,公式为 :

S = [ ( PΣ - PM) ηΣ + PM ×K ×C ×

COSΦ ] COSΦ (4) 式中 : P ———电动机容量 ;

COSΦ ———电动机启动功率因数,取0.4;

K ———电动机启动电流倍数 ;

C ———按启动方式确定系数 ,全压启动

C = 1 , Y - Δ 启动 0. 67 ,自藕降压 0. 25～0. 64。

通过以上公式 ,取最大者来确定发电机组容量。另外在海拔较高地区还要对发电机容量进行修正 ,每台机组输出功率按下式计算 :

P = { Ne[ C - (1 - C ) ] - Np} ×η (5) 式中 : P ———机组的实际输出功率 ;

Ne ———机组的标定功率 ;

Np ———机组风扇消耗的功率 ; η ———发电机的效率 ;CFM———MM 大气状况率修正系数1 ,根据大气状况按《柴油发电机台架性能试验方法》的可调油量法功率的修正公式计算 ;

C1 ———进排风阻力影响修正系数 ,地面取 1. 0。

3　柴油发电机房的通风冷却系统

一般排风的作法是设置热风通道 ,热风通道与散热器连在一起 ,连接处用软接头 ,热空气在发动机的一端排出 ,应将排风槽伸出建筑物外 ,以防任何热空气回流 ,因为如果这些热空气由冷却系统引入机房 ,将会导致发动机过热 ,如被引入作为燃烧用 ,还将损耗功率。一般出风口的面积最小应为散热器面积的 1.5 倍。如机房设在首层 ,发动机进风口位置尽可能紧靠新鲜空气的进口端 ,这样就可不必设进风槽 ,只需装设进风百叶窗或装有百叶窗的机房门即可 ,但进风面积必须满足机组要求 ,一般柴油发电机组运行时 ,机组及排烟管道等部件都向机房内散发热量 ,使机房温度升高 ,同时还会散发一些有毒气体 ,机组运行还需要足够的新鲜空气 ,故机房需进行通风降温。

应大于发电机组散热器面积的 18 倍。

4　供油储油系统

柴油发电机组运行需供应大量柴油 ,必须储备一定的油量 ,对小型机组只需设油箱 ,对大一点的机组应设置储油间 ,如再大的机组还应在室外专设储油设施。柴油机储油量按下式计算 :

V = G ×t ×K 1000AR (6) 式中 : G ———机组每小时耗油量 , G =geNe1000 ,geNe 分别为机组耗油率及标定功率 ;

t ———机组运行时间 ,(3～8 小时) ;

K———安全系数 ,一般取 1. 1～1. 2 ;

A ———容积系数 ,一般取 0. 9 ;

R ———燃油密度 ,轻柴油约为 0. 85。

油箱安装时应注意以下几点 ,油箱 (罐) 最高油面不能比机组底座高出2. 5m ,否则应在中间加日用油箱 ;出油位要比油箱底高 50mm ,以免将沉淀物吸入机组 ;油箱底应加额外的盛油盘将溢 出的油收集 ;油箱顶必须带检视口 ,以便检修 ;送油管应为黑铁管 ,不能用镀锌管 ,以免产生化学反应 ,损害机组 ;回油管油路到油箱必须保持在 2. 5m 高度以下。

5　排烟消音系统

排烟系统应尽可能布置的短平 ,但应满足当地规划、环保部门的规定 ,尽量少用弯头及长径型的弯头。热排烟因高速流动 ,使流线变得异常不稳定 ,若其流向急转变化 ,将使排烟系统的背压加大 ,阻碍排烟效果 ,从而导致发电机组的功率损失 ,因此应尽可能的降低背压。当条件要求增加排烟系统的长度大于 9m 时 ,则排烟管径应加大。从发动机排烟总管排出的第一段管道必须包含一段柔性软管或波纹管 ,排烟管的第二段应被支撑住 ,以容许柔性管走动时 ,不致于将承重施加于发电机的总管上。排烟管壁厚应大于 3mm。

当排烟管需要穿过墙壁时 ,应当配置套管或壁外套板 ,否则墙壁将会因过度受热而出现裂缝 , 并有可能造成火灾。排烟口应远离建筑物进气栏或门窗 ,设计成防雨型 ,在靠近发动机的长排烟管处配置疏水点或泄水收集盘。

排烟管道上应设置排烟消音器 ,根据场所的不同选用不同的消音器 ,对噪音控制要求不高场所 ;管道顶端用共震或吸收式消音器 ,对控制噪音要求较高场所用住宅消音器 ,有易爆气体场所用火花制动器式消音器。

对于小型机组 ,当地环保部门允许时 ,烟气可直接排入大气 ,对较大机组 ,当地环保部门一般不允许烟气直接排入大气 ,还应设置消烟池。消烟池尺寸由机组大小决定 ,一般 3～20m3 。

总述 ,柴油发电机组的设计是一个多专业、多部门密切配合才能完成的工作 ,电气专业设计过程中 ,要了解机组本身特性 ,了解当地环保、供电等部门的一些规定 ,要考虑各专业之间的配合 ,便于施工、运行管理及维护等。