摘要:康明斯柴发机房设计手册为您提供了康明斯柴油发电机组的设计、安装指南。本标准适用于一般工业与民用建筑电气安装工程的单台、联机固定式柴油发电机组及附属设备的安装与调试工作。手册中提供的柴油发电机组相关图例、数据供参考,技术数据会随时变化,最新技术资料请与康明斯发电机厂家或特约经销商联系。本文系统阐述康明斯柴油发电机组设计生产所依据的标准体系、安装设计的前期注意事项及机房安装的具体规范要求,为用户提供完整的机房设计与安装技术指导。
一、设计、生产所符合的标准体系
康明斯柴油发电机组及其控制系统的制造已通过BS EN ISO 9001质量体系认证,确保从设计、采购、生产到测试的全流程质量管理。发电机组及其控制系统之设计、整装及测试依据下列国际与国家标准执行,这些标准涵盖了电气性能、机械特性、安全防护和电磁兼容性等各个技术领域。
1. 旋转电机通用与专用标准
(1)BS 4999——旋转电机的一般要求(对应IEC 60034)。该标准规定了旋转电机的通用技术要求,包括:额定值与性能参数、温升限值与冷却方式、绝缘等级与介电性能、机械振动与噪声限值、以及试验方法与验收准则。所有康明斯发电机均需满足该标准中适用于其结构和用途的相关条款。
(2)BS 5000——特种或专用旋转电机(对应IEC 60034)。该标准针对特定用途的旋转电机提出了补充要求,涵盖了康明斯发电机组中配套的无刷励磁同步发电机的特殊设计规范和测试条件。该标准还规定了发电机的短路比、瞬态电抗、超速能力及电话干扰系数等专用性能参数。
2. 发电机组整机性能标准
(1)BS 7698——往复式内燃机驱动交流发电机组(对应ISO 8528)。这是发电机组整机性能的核心标准,全面规定了发电机组的功率标定(持续功率、常用功率、备用功率)、负载特性、瞬态响应(突加/突卸负载时的电压和频率恢复性能)、稳态电压/频率调整率以及波动率要求。ISO 8528将发电机组性能分为G1至G4四个等级,康明斯发电机组设计时依据具体应用场景(备用电源、常用电源或连续运行)选择相应的性能等级进行设计和测试。
(2)BS 5514——往复式内燃机规范性能(对应ISO 3046)。该标准规定了柴油发动机的功率标定方法、燃油消耗率测量、机械效率评估、以及在不同环境条件(海拔、温度、湿度)下的功率修正方法,是确定发电机组柴油机选型的根本依据。
3. 电气安全与电磁兼容标准
(1)IEC 60479——电流对人和家畜的影响。该标准规定了不同频率和幅值的电流通过人体时的生理效应阈值,为发电机组的电气安全设计(如接地保护、漏电保护、接触电压限值)提供了基础依据。
(2)BS 7671——电气设备的要求(IEE布线规则第16版)。该标准规范了机房内所有电气布线的设计、安装和检验要求,包括电缆截面积选择、敷设方式、保护措施及标识等,确保发电机组输出配电系统的安全可靠。
(3)BS EN 50081——电磁兼容性-一般发射标准。该标准规定了发电机组及其控制设备在工作时向外辐射的电磁骚扰限值,确保机组不会对周围的通信设备、测量仪器和其他敏感电子设备产生干扰。
(4)BS EN 50082——电磁兼容性-一般抗扰度标准。该标准规定了发电机组对来自外部的电磁干扰(如雷击浪涌、静电放电、射频辐射等)的抗扰度要求,确保机组在复杂的电磁环境中能够稳定运行而不发生误动作或损坏。
4. 开关设备与控制装置标准
(1)BS 159——高压母线和母线连接规范。该标准适用于发电机输出端至高压配电系统的连接设计,规定了母线材料、截面选择、绝缘支撑和连接方式的技术要求。
(2)BS 60298——额定电压1 kV以上至52 kV(含)交流金属封闭开关和控制设备(对应IEC 60298)。该标准适用于中压发电机组(如6 kV或10 kV)配套的高压开关柜的设计、制造和试验要求。
(3)BS EN 60439——低压开关和控制设备组件规范(对应IEC 60439、EN 60439)。该标准规定了发电机组低压输出开关柜(包括主断路器、ATS切换柜和并联控制柜)的设计、型式试验和出厂检验要求。
(4)BS 7354——高压敞开式出线站设计实用规程。该标准适用于发电机房外部的架空或电缆出线设计,涵盖绝缘配合、相间距离和防雷保护等要求。
(5)BS EN 60947-1-6——低压开关和控制装置(对应IEC 60947、EN 60947)。该标准涉及断路器、接触器、继电器等低压控制元件的性能要求和试验方法,是发电机组控制系统的设计基础。
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图1 柴油发电机生产标准与规范手册 |
图2 康明斯柴油发电机组结构图 |
二、安装和设计注意事项
1. 安装前注意事项
购买、安装发电机组前应注意:
(1)机房建筑应获得批准,符合当地建筑规范和消防要求。
(2)有关规范会对以下几方面做出控制:
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燃油的储存(储油间容量、防火间距、防泄漏措施);
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噪声水平(厂界噪声限值、机房隔声要求);
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空气污染水平(排放标准、排烟处理要求);
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电气接地(接地电阻、接地方式)。
应遵照当地的有关规范对发电机组进行正确的安装;工程工艺、选材优良以确保发电机组能以最长时限发挥功效。
2. 设计前注意事项
设计机房前应先确定下列事宜:
(1)总使用面积及局限性(机房可用空间、设备布置可行性);
(2)任何噪声的限制(例如办公区或居民区);
(3)机房通道、发电机组运输及安装的可行性(运输路径、吊装方案);
(4)服务车辆的可到达性(燃油运输、检修通道);
(5)地面条件(水平或倾斜、承载能力)。
3. 安装时注意事项
(1)机房内应有足量的新鲜空气供发电机组燃烧及冷却使用;必要时可安装通风管道,采用强制通风系统。进风口面积不应小于散热器迎风面积的1.2倍,排风口面积不应小于散热器迎风面积。
(2)为了降低机房的温度,排烟管道应用隔热材料包扎(建议采用50 mm厚高密度隔热材料,外覆铝质护套);如果允许的话,尽可能将消音器及大部分排烟管安排在机房外,以减少室内热辐射和噪声。
(3)对于通道及空间的考虑,应以能满足发电机组运送、安装、服务及维护的空间需要为前提,主要通道宽度不宜小于1.5 m,机组操作面净距不小于1.8 m。
三、柴油发电机组安装规范
1. 机房尺寸要求
机房应有足够的空间以容纳下列设备:
(1)发电机组本体及其附属设备;
(2)日用油箱(储油间);
(3)发电机组相关控制柜,如自动转换柜及并联控制柜等;
(4)排烟系统(消音器、排烟管);
(5)通风及消声系统(进排风消声器、吸声墙面)。
2. 基础
发电机组不需要特定的基础,可以直接安装在水平面及具有足够强度的混凝土地面上。建议在机座底架与地面之间添加适当橡胶垫,不仅可以弥补地面上细微不平之处,还可以增加发电机组与地面摩擦阻力及提高减振性能。地面必须能够承受发电机组本身的静态重量。
(1)混凝土地基
混凝土地基从开始浇制到发电机组安装时应有不少于七天的时间供其干固;应确保地基水平控制在±0.5°的平面范围内,其下的土壤层应稳固扎实,不受扰动。
(2)连接
燃油、水、废气管道会长距离地传送振动。所有的管路及电气连接应具备软连接作为过渡,以防止发电机组振动造成发电机组本身或附属设备的损坏。发电机输出电缆应采用柔性电缆或加装挠性连接段。
3. 降噪型机房安装
(1)允许的机房尺寸
布置图3和图4中A及B尺寸能满足发电机组四周维修/逃生通道的要求。建议在机房中,与任何墙壁、箱体或控制柜的距离至少有1米。
(2)带有百叶窗的进、排风消声器
进、排风消声器由100 mm×200 mm的通风消声单元组成,消声器应安装有百叶窗,至少有50%的有效截面,有效截面大于所需最小通风面积;还应有良好的流线和极低的气流阻力,并能满足相关规范的最小要求:噪声水平值为85 dB(A)(1米)。若需获得较低的噪声水平值,应成倍增加消声器的长度。在百叶窗内侧应装有鸟类/害虫防护网,但不得阻碍冷却及排出空气的自由流动。排风消声器应通过一个耐热防油的软连接与发电机组的散热水箱排风端相接。
(3)排烟系统
机房布置图3中,排烟系统是通过固定在天花板上的悬架固定的,如果建筑物的结构不允许该种作法,则需要从地面将排烟管路支撑。排烟管距离地面至少应有2.3米高,以保证地面行经人员的安全及防止突发性的接触。建议在发电机组的排烟出口安装波纹管后再通过刚性管路与排烟消音器相连。机房布置图中"E"尺寸是基于原厂提供标准的85 dB(A)(1米)消音器而得出的。图中还显示排烟管在穿墙时,应使用隔热材料包扎并采用墙壁护盘。
无论是机房内还是机房外,若建筑物由塑料性质的装饰材料覆盖,应将烟管作特别隔热处理,确保高温排烟管与墙壁隔离。当排烟管穿过木质或其它可塑性质的材料时,也应采用同样的做法。在发电机房内,建议采用50毫米厚高密度、高隔离温度的隔热材料包扎排烟管,其外再覆以铝质护套,从而减少操作人员灼伤的可能性并降低了辐射到机房的热量。
(4)电缆系统
从发电机组输出开关至分配电箱的输出电缆应为柔性结构。建议将柔性的电力输出电缆排放在推荐尺寸的电缆沟中的槽架上,并与控制电缆分开。根据安装/环境条件,应将电缆正确支撑及固定。当柔性的单芯电力电缆进入任何屏箱时必须通过一个非金属的密封套、盘。控制电缆与电力电缆间距不应小于300 mm,以防电磁干扰。
(5)切换屏
600 A以下的挂墙式切换屏箱体最大的厚度不超过500毫米,可直接安装在电缆沟上的墙壁上,无太大问题。800 A以上的切换屏箱体为座地式,需要一定的安装空间;机房设计时应在箱体四周预留一定的空间及操作人员通道,最小尺寸不低于800毫米,正面操作通道宽度不宜小于1.5 m。
(6)发电机组
机房布置图3中所示发电机组配有8小时机底油箱(选购),亦可采用非标尺寸的油箱,但机房尺寸需额外考虑。散热水箱与风道或排风消声器之间的导风管长度应不少于300毫米,以保证气流均匀过渡。进风口应在发电机组电机端后面,以获得良好的空气循环。
(7)门
机房的门应朝外开启,这样可以使房门在发电机组运行的过程中可以更好地关闭,但必须设置一个供撤离用的门按键或把手便于快速离开机房。
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图3 降噪柴发机房立面布置图 |
图4 降噪柴发机房平面布置图 |
4. 普通机房安装
除了进、排风和吸音墙面及吊顶方面,其他安装内容与降噪机房基本相同,机房布置如图5、图6所示。
(1)进、排风百叶窗
进、排风百叶窗有效通风面积不少于50%,具有良好的流线及低气流阻力。百叶窗内侧应装有鸟类/害虫防护网,但不得阻碍冷却及排出空气的流动。排风百叶窗应通过耐热防油的软连接与机组散热水箱相连。
(2)隔离减震基础
当周围环境对振动或噪音要求极高,发电机组应安装在专用隔离振动基础上,从而减少振动对建筑物的影响。基础重量的抗动载荷至少应是发电机组自身重量的两倍(油箱中的燃油重量不计入所要求的基础重量)。
隔离基础应该高于地板150 mm,便于发电机组的维修和维护。隔离基础应留有延展空间,防止低温冻涨破裂。隔离基础的钢筋混凝土经过28天不低于2500 psi(17.3 MPa)的压力测试合格。发电机组、燃油和隔离基础的总重(TW)对地基的压强(SBL)应小于2000 lb/ft²(约95.7 kPa)。尽管此数据适用于大多数地基,仍建议查阅地方法规和建筑物的地基分析报告后确定地基承载能力。
隔离基础上应用"J"或"L"型地脚螺栓固定发电机组底座和减振垫,螺栓埋入深度不应小于25倍螺栓直径。
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图5 普通柴发机房立面布置图 |
图6 普通柴发机房平面布置图 |
总结
康明斯柴油发电机组机房的设计与安装需严格遵循BS、IEC及ISO等国际标准体系,涵盖电机性能、发电机组整机、内燃机性能、电磁兼容性和低压开关设备等多个技术领域。安装前应获得建筑审批并遵守当地燃油储存、噪声、排放和接地规范;设计前需明确空间限制、噪声要求、运输条件和服务可达性。基础设计应确保地基承载能力满足要求,混凝土地基应有充足养护期。降噪型机房需重点考虑进排风消声器、排烟系统隔热、柔性电缆连接和切换屏布置;普通机房则侧重于百叶窗通风和隔离减震基础。规范的设计与安装是保障柴油发电机组安全、可靠、经济运行的基本前提。
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