康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

性能特点和作用说明

柴油发电机组的结构与特点

 

摘要：柴油发电机组主要由柴油机、同步发电机、油箱、控制系统四个部分组成，利用柴油为燃料，柴油内燃机组控制柴油在汽缸内有序燃烧，产生高温、高压的燃气，当燃气膨胀时推动活塞使曲轴旋转，产生机械能，通过传动装置带动同步交流发电机旋转，将机械能转换为电能输出，给各用电负载提供电源。

 

一、柴油发电机组的发展历史

 

柴油发电机组是一种能源转换设备，它是将热能（燃油通过燃烧）转化为机械能（发动机旋转），再将机械能转换为电能的设备，燃油是其原料，电能是其产品。1897年全世界第一台柴油发电机诞生于德国的奥格斯堡（Augsburg），是由MAN公司的创始人 Rudolf Diesel 发明的。目前，柴油机的英文名字即为创始人的姓名 Diesel。

 

从1897年第一台柴油发电机组诞生到现在的一百多年时间里，柴油发电机组的技术发展一直与柴油发动机的技术发展及控制技术的发展密切相关。前50年技术进步相对缓慢。后50年来随着柴油机技术水平的快速发展和机组控制技术的不断更新换代，柴油发电机组从20世纪60年代使用的手启动、机房固定安装的普通机组，到70年代研制成功了自启动机组，80年代研制成功了微型计算机控制的自动化无人值守机组，到90年代开始研制低噪声排放的机组，2000年后注重噪声和尾气排放环境保护。最近几年，随着云计算技术的发展，柴油发电机组智能控制也朝云监控方向发展。从而使柴油发电机组的技术装备水平不断提高，现代柴油发电机组具有灵活、方便、自动化程度高、噪声小和排放低等优点。随着科学技术的不断发展，一些新技术、新成果的应用使得现代柴油发电机组具有更高的适用性、可靠性、安全性以及良好的环保特性，将不断满足现代社会对柴油发电机组的更高要求。

 

柴油发电机组侧视图

 

 

二、柴油发电机组的结构

 

柴油发电机组是一种机电一体化设备，它由柴油发动机、交流发电机和机组控制系统三大部件组成，如图1-1所示，包括前端的供油系统和后端的输配电系统，组成一个完整的电站系统。其技术涉及机械动力学、电学、自动化控制等各个领域。

柴油发电机组一般有如下构成的组件：

－柴油发动机

－三相交流无刷同步发电机

－控制屏

－散热水箱

－燃油箱

 

 

柴油发电机组有多种分类方法，按柴油机的转速可分为高速机组（3000rpm）、中速机组（1500rpm）和低速机组（1000rpm以下）；按柴油机的冷却方式可分为水冷和风冷机组；按柴油机柴油调速方式可分为机械调速、电子调速、液压调速和电子喷油管理控制调速系统（简称电喷或ECU）；按机组使用的连续性可分为长用机组和备用机组；柴油发电机组通常采用三相交流同步无刷励磁发电机，按发电机的励磁方式可分为自励式和他励式。本节重点介绍按照应用场地，冷却方式和控制方式的分类方式。

柴油发电机组是一种成套发电设备。柴油机电站可以是单台柴油发电机组自成体系独立发电、供电，也可多台柴油发电机组并列发电、供电。在这个系统中，只要保证燃油供应，就可不间断地输出电能。

在柴油发电机组的各主要部件中，柴油机有着最为重要的地位，这不仅是因为柴油发动机的价值最高，而且也是因为柴油发动机是整个柴油发电机组的心脏，在能源转换过程中发挥着主要的作用。只有优质的发动机、优质的发电机、优质的控制系统和优质的成套工艺才能组成最优质的发电机组。

 

柴油发电机组平面图

柴油发电机组后视图

 

 

三、柴油发电机组的特点

 

柴油发电机组是集柴油机、发电机和自动控制等多个学科领域相交叉的技术。柴油发电机组是以柴油机为动力的发电设备，它与常用的蒸汽发电机组、水轮发电机组、燃气涡轮发电机组、原子能发电机组等发电设备相比较，具有结构紧凑、占地面积小、热效率高、启动迅速、控制灵活以及燃料储存容易等优点。

（1）单机容量等级多

柴油发电机组的单机容量从几千瓦至几万千瓦，目前国产机组最大单机容量为几千千瓦。用作船舶、邮电、高层建筑、工矿企业、军事设施的常用、应急和备用发电机组的单机容量，可选择的容量范围大，具有适用于多种容量用电负荷的优势。

采用柴油发电机组作为应急和备用电源时，可采用一台或多台机组，装机容量根据实际需要灵活配置。

（2）配套设备结构紧凑、单位功率重量轻、安装地点灵活

柴油发电机组的配套设备比较简单、辅助设备少、体积小、重量轻。以高速柴油机为例，功率重量比一般在8～20kg/kW，而蒸汽动力装置比柴油发电机的这项指标大4倍以上。与水轮机组需建水坝、蒸汽机组需配置锅炉、燃料储备和水处理系统等比较，柴油发电机组具有占地面积小、建设速度快和投资费用低的优点。

常用发电机组通常采用独立配置方式，一般不与外（市）电网并联运行。而备用发电机组或应急发电机组一般与变配电设备配合使用。机组占地面积小，安装地点灵活。

（3）热效率高，燃油消耗

柴油机是目前热效率最高的热力发动机，其有效热效率为30％～46％，高压蒸汽轮机约为20％～40％，燃气轮机约为20％～30％，因此柴油发电机组的燃油消耗较低。

（4）启动迅速、并能很快达到全功率

柴油机的启动一般只需几秒钟，在应急状态下可在1min内达到全负载运行；在正常工作状态下约在5～30min内达到全负载，而蒸汽动力装置从启动到全负载一般需要3～4h。柴油机的停机过程也很短，紧急状态可即时停机，正常状态的停机过程不超过3min，可以频繁起停。所以柴油发电机组很适合作为应急发电机组或备用发电机组。

（5）维护操作简单，所需操作人员少，在备用期间的保养容易

（6）柴油发电机组的建设与发电的综合成本最低

柴油发电机组中的柴油机一般为四冲程、水冷、中高速内燃机。燃用不可再生的柴油或在柴油中掺烧乙醇、生物柴油、压缩天然气（CNG）和液化石油气（LPG）等可再生能源以节省能源和保护环境。柴油机燃烧后的排放物主要为CO、HC、PM（颗粒）污染环境，而且排气噪声较大。尽管如此，柴油发电机组与水力、风力、太阳能等可再生能源发电以及核能、火力发电等相比较，具有非常明显的优势：柴油发电机组的建设与发电的综合成本最低。

 

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