重康动力（深圳）有限公司

摘要：目前许多客户在给发电机组配备的直接连接储油罐补充燃油时，存在显著的安全隐患。当储油罐存油不足1/3时加注柴油，容易将罐底的水和杂质带入输油管路，造成燃油管道堵塞，影响发电机喷油嘴，进而导致发电机停机甚至损坏。值机人员在油料注入发电机油箱前加装滤清装置，但由于新加入储油罐的燃油混有大量杂质和水，同样会造成滤清器堵塞、流量变小，加注时间长、工作量大，甚至出现油满外溢造成经济损失和消防安全隐患。为克服以上缺陷，康明斯柴油发电机技术人员在储油罐和发电机自带小油箱之间加装一套能自动控制给小油箱加注燃油的系统。本文系统阐述该供油系统的基本功能、自动供油装置的设计要点、工作原理及实际应用效果，为柴油发电机组供油系统的自动化改造提供技术参考。

 

一、自动供油系统的功能与设计

 

1、供油系统的基本功能

在燃油系统中，日用油箱以及输油管均为每台发电机组单独配置一组，可以与发电机组视同为一个黑匣子。因此，从主柴油罐到各发电机组日用油箱的输送通道同样需要具备并行维护与容错能力。柴油发电机组系统油箱均采用常压油箱。康明斯厂家要求一个油箱必须具备如下功能：

储存燃油：油箱必须能储存一定量的燃油，避免泄漏，并尽可能减少挥发。油箱材质应具有良好的耐油性和密封性，结构设计应满足防火和环保要求。

加油：油箱必须允许安全地加入燃油，加油口应设置防尘盖和接地装置，防止静电积聚引发火灾。加油操作应避免燃油飞溅，减少油气挥发。

通气：所有的油箱均要保持通风良好，以便油箱内空气及其他气体能散入大气。通气管应设于油箱最高点，管口应装设阻火器，防止外部火源引入油箱内部。

泵油：系统应能将燃油输送到次级油箱或发动机。输油泵的选型应综合考虑扬程、流量和可靠性，确保在各种工况下均能连续稳定供油。

型式：典型的柴油发电机组系统配套主油箱可以是集装箱型、圆球型或卧式圆柱型。卧式圆柱型埋地油罐因其占地面积小、安全性高，在大型数据中心和工业项目中应用最为广泛。

系统总体设计：发电机组共配置两个油箱——机外油箱（大油箱，即主储油罐）和机内油箱（小油箱，即日用油箱）。在机外油箱柴油充足的情况下，系统自动向机内油箱供油；在机外油箱加油时，必须停止向机内油箱供油，以防止底部沉积物被搅起后进入精密燃油系统。在值班室和发电机房同时实现油位显示、声光告警和手动加油功能，确保值班人员能实时掌握油位状态。

2、自动供油装置的设计要点

在原发电机油箱箱体的泄油孔上连接液面连通器，并在连通器内安装干簧管液面控制器，通过控制电磁阀的通断实现自动加油。本次发电机自动供油技术改造的关键点在于：

（1）油箱液面下降或上升后，干簧管液面控制器能否灵敏、可靠地控制电磁阀工作。干簧管的响应速度和动作精度直接决定了系统能否在油位到达设定值时及时开启或关闭供油。

（2）电磁阀在长期运行中是否能保持正常工作状态。电磁阀作为执行元件，其线圈耐热性、阀芯密封性和抗堵塞能力是决定系统长期可靠性的核心因素。应选用适用于柴油介质的专用电磁阀（防爆型），并定期进行功能测试。

（3）延伸的声、光辅助告警电信号长距离传输后是否失效。信号传输距离过长可能导致电压衰减或电磁干扰，影响告警的准确性。设计时应根据传输距离选用合适截面积的铜芯电缆，并采用屏蔽线或双绞线以减少干扰。

 

二、自动供油装置的原理

 

1. 系统组成与管路配置
（1）连通器主体选用直径2英寸和1英寸的PVC-U给水管材，并配合相应规格的弯头、三通及转接头，根据现场空间和油箱位置进行灵活布设。若现场条件允许，建议改用PPR管材，因其热熔连接方式密封性更优，可有效降低长期使用中的渗漏风险。
（2）2英寸主管路用于安装干簧管液面控制器，且可在不同高度处分叉引出多个安装位，以便分别布置用于串、并联信号输出的干簧管，以及独立显示液位和触发声光告警的干簧管，实现多点冗余检测。
（3）1英寸支管路作为连接2英寸主管路与发电机油箱泄油孔之间的输油通道，其内径较小，有利于保持供油压力稳定，并减少管路残留空气对液位检测的干扰。

2. 核心液位检测工作原理
（1）系统采用两位干簧管浮球开关组成油位传感器，其内部为两个常闭开关串联结构，确保在非触发状态下电路保持导通，仅在液位越限时断开，从而输出开关量信号。
（2）传感器本体为一个四壁及底部均开有通孔的内腔容器，通孔设计使容器内外液位迅速平衡。内腔中装有一浮子，该浮子与内腔间隙配合，仅能沿垂直方向自由滑动，浮子至少一端固定有永久磁铁。
（3）与浮子磁铁端相对应的容器外壁位置，安装有干簧管，该干簧管通过导线连接至电源或报警器。当浮子随液位升降时，磁铁靠近或远离干簧管，触发簧片吸合或断开，从而精确检出当前液位位置。
（4）该传感器具有优异的耐腐蚀性能，内部无复杂电子电路，抗电磁干扰能力强，且动作时无电火花产生，适用于燃油环境。只要选用合适的材质（如不锈钢或耐油塑料），即可在多种液体、压力及温度条件下稳定运行。
（5）整个供油系统的控制电源直接取自发电机的12 V蓄电池，无需外接独立电源，既简化布线，又确保在市电中断时仍能维持液位监测和控制功能。

3. 液位状态显示与声光告警机制
（1）为防止值班员因疏忽未能及时发现油箱满油或缺油状态，系统增设声音报警功能。当油位上升至最高设定点或下降至最低设定点时，报警电路被触发，发出持续或间歇的蜂鸣声，提醒值班人员干预。
（2）所有液位开关信号和告警信号均通过多股屏蔽电缆集中传输至值班室监控面板，便于远程实时观察。
（3）除开关量告警外，大油箱另设一组五位干簧管组成的油位传感器，其输出信号驱动五个LED指示灯，以阶梯方式直观显示当前油位百分比，方便值班员快速掌握油量趋势。

4. 大油箱加油控制流程
（1）大油箱补油采用交流220 V供电的电动油泵，油泵启停由继电器逻辑电路控制。按下加油启动开关S1后，继电器K3的常闭触点闭合形成自锁回路，同时继电器K4得电，接通油泵电源，开始向大油箱注油，此时LED指示灯D12点亮，提示加油进行中。
（2）在加油过程中，继电器K3动作后，其常闭触点断开，自动切断通往发电机小油箱的加油供电回路，使小油箱暂停进油。此举目的明确：防止大油箱底部沉积的油渣因新油注入而悬浮翻起，随油流进入发电机油箱，避免堵塞喷油嘴或损坏精密部件。
（3）当大油箱液位上升至满油设定点时，继电器K2动作，其常闭触点断开，切断K4线圈供电，油泵即停止运转，加油过程自动终止。
（4）大油箱同样配有五级LED油位指示器和独立的最高/最低液位声音告警器，与发电机油箱的告警系统互为补充，确保两级油箱均处于受控状态。

5. 异常工况应对与安全冗余设计
（1）主储油罐应始终维持充裕的柴油储备，确保在外部补给中断期间仍能满足发电机连续运行所需油量。
（2）若主储油罐意外缺油，而发电机油箱液面降低触发电磁阀开启供油，此时电磁阀阀体内可能因无油液流动而丧失对流散热条件，导致线圈长时间通电后温升过高，存在烧毁风险。为此，系统须增设一路手动旁路电磁阀油管，与主电磁阀并联连接。
（3）该旁路管路采用手动球阀或手动截止阀控制，当主电磁阀出现故障或线圈温度异常时，值班员可立即开启旁路阀门，临时恢复供油，保障发电机组连续运行，同时为维修主电磁阀争取时间。此冗余设计显著提高了整个供油系统的可靠性和应急处理能力。

 

多台柴油发电机组供油设施设计图

 

三、效果说明

 

该柴油发电机自动供油装置技改项目完成后，经一年的实际应用验证，系统工作效果良好，供油系统不再出现燃油管道和滤清器堵塞现象，发电机的喷油嘴工作正常。基本解决了过去在柴油机房因加注燃油不当而造成发电机启动不了、无端出现故障甚至损坏的问题，尤其在雷雨季节停电次数多、时间长时，更凸显其保障及时安全供油的优势。同时也杜绝了动力油料的浪费，达到节约经费、减少值班工作量和消除消防安全隐患的目的，为确保广播电视的安全播出提供了进一步保障。

该系统实现了柴油发电机油箱液面“缺油自补、满油自断”的预期目标，不再需要人工干预，避免了清洁度不高的燃油堵塞管道和损坏发电机零部件的安全隐患，也不再出现手动注油时油面过低或油液外溢的失误。系统运行稳定可靠，值班人员仅需通过值班室的LED指示和声音告警即可掌握油位状态，大幅降低了劳动强度和人为失误风险，为发电机组的长期可靠运行提供了有力保障。

1. 技术改造前后的关键数据对比

为量化评估改造效果，对改造前后各12个月的运行数据进行统计分析，关键指标对比如下：

上述数据表明，自动供油系统在消除燃油管路堵塞、减少滤清器消耗、避免喷油嘴损坏和非计划停机方面均发挥了显著作用，同时极大降低了人工维护工作量和油料损耗。

2. 对喷油嘴与燃油系统寿命的间接保护效应

改造前，储油罐底部沉积的水分和杂质在加油过程中被搅起进入供油管路，是造成喷油嘴针阀卡滞、喷孔磨损和雾化质量下降的主要原因。喷油嘴作为精密偶件，其配合间隙仅为微米级，微小的硬质颗粒即可在高压喷射过程中划伤针阀导向面和座面，导致喷油压力下降、滴漏和燃烧恶化。

改造后，由于输油泵仅在油位低于下限时自动启动，且加油过程中强制停止向发电机油箱供油，从根本上避免了罐底沉积物进入供油系统的路径。这一改进相当于将燃油过滤的第一道防线从滤清器前端前移到了储油罐管理环节，大幅降低了滤清器的负荷，延长了其使用寿命。预计喷油嘴的检修间隔可从改造前的约1500小时延长至4000小时以上，单机每年可节省喷油器维修和更换费用约5000～8000元（以常用功率200 kW机组为例）。

3. 对值班人员工作负担的实际减轻

改造前，值机人员每日需人工巡查油箱油位，平均每周需手动启动油泵加油2～3次（夏季高温或雨季停电频繁时频率更高），每次加油需全程值守约30～45分钟，月均额外工时约6小时，且需在加油过程中不断观察油位以防止溢油。

改造后，供油系统完全自动运行，值班人员仅需每日巡检一次油位指示和告警状态（约5分钟），仅在系统发出异常告警时进行干预。月均维护时间降低约92%，释放了人力资源用于其他运维工作。同时，由于无需在加油过程中接触燃油，减少了操作人员暴露于柴油挥发物和皮肤接触油品的健康风险。

4. 经济性综合评估

从全生命周期成本角度分析，该自动供油系统技术改造的投入产出比显著：

• 改造直接材料成本：约3000～5000元（含干簧管液面控制器、电磁阀、PVC/PPR管材、电缆、继电器、LED指示灯等）

• 改造施工人工成本：约2000～3000元

• 年度节约燃料浪费：按每年减少溢油和泄漏约50 L计算，节约柴油费用约400元

• 年度减少滤清器更换费用：滤清器单价约300元/只，每年少换4只，节约1200元

• 年度减少喷油嘴维修费用：约5000～8000元

• 年度减少非计划停机损失：广电安全播出保障价值难以量化，但单次停机造成的播出中断损失远高于改造费用

综合计算，改造投资回收期不超过6个月，长期经济效益和播出安全保障效益非常显著。

5. 运行中的典型问题及应对措施

在一年多的实际运行中，系统曾出现两种典型异常情况，均已通过技术手段有效解决：

（1）电磁阀偶发性卡滞：在冬季低温环境下，曾发生两次电磁阀开启后无法正常关闭的情况，导致油位小幅超调。分析原因为低温下柴油粘度增大，阀芯复位阻力增加。应对措施：选用耐低温密封材料的专用电磁阀，并在电磁阀控制回路中增加定时断电保护（最长连续供油时间不超过30分钟），即使液面控制器失效也能自动切断。

（2）信号远传衰减：油位告警信号传输距离超过50米时，曾出现LED指示灯亮度不足的问题。应对措施：将传输电缆截面由1.0 mm²升级至1.5 mm²，并在信号接收端增加信号放大中继器，确保声光告警在值班室内清晰可辨。

上述问题发现并解决后，系统已连续稳定运行超过8个月，未再出现同类异常。

 

 

总结

柴油发电机组自动供油系统通过干簧管液面控制器与电磁阀的协同工作，实现了日用油箱液位的自动监测与精确控制，有效解决了传统手动加油方式中因燃油清洁度不足导致的管道堵塞、喷油嘴损坏以及油液外溢等安全隐患。系统设计充分考虑了主储油罐加油时的杂质扰动、电磁阀长期运行的散热需求以及信号长距离传输的可靠性，并设置了手动旁路应急供油通道，确保系统在极端情况下仍能正常运行。经一年实际运行验证，燃油管道堵塞、喷油嘴损坏和非计划停机事件均100%消除，月均维护工时降低约92%，投资回收期不超过6个月。该改造方案成本可控、实施简便，对于提高发电机组供油系统的自动化水平、降低维护工作量和保障应急供电可靠性具有较高的推广应用价值。

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