摘要：康明斯柴油发电机组在低温天气使用中经常出现多次启动失败现象，国二直喷机型在外界气温降至-10℃以下时冷启动即有明显困难，气温降至-40℃以下时若不采取低温启动措施则根本无法启动。低温环境下，冷却液冰点升高、机油粘度增大、蓄电池容量衰减、柴油流动性变差，多重不利因素叠加导致启动阻力剧增、着火条件恶化。本文围绕寒冷气候下的维护、寒冷气候下的操作、防寒措施及常见冷启动装置四个方面，系统阐述防冻液选用与冷却液排放、浸入式加热器的使用、加温措施与保温处理、材料润滑与电气设备配置要求，以及冷启动液、水套加热器、机油加热器和蒸汽预热法的工作原理与操作要点，为运维人员在低温季节保障康明斯柴油发电机组可靠启动提供实用技术参考。
一、寒冷气候下的维护
1. 防冻液的选用
（1）推荐使用永久型防冻液。在寒冷气候下工作的柴油发电机，推荐使用永久型带有附加防锈剂的防冻液。
（2）防冻液规格要求。防冻液应符合保养委员会（TMC）推荐条例RP329条（乙烯乙二醇）或RP330条（丙烯乙二醇）规定的规格，使用全配方防冻液可大大简化冷却系统的保养。
（3）禁止使用“防漏”型防冻剂。在康明斯柴油发电机上，不推荐使用“防漏”型防冻剂。虽然这些防冻剂与DCA水处理法在化学上并不矛盾，但“防漏”剂可能堵塞冷却液滤清器而使它们失效。
（4）防冻液浓度控制。乙二醇型防冻液体积浓度一般控制在35%～50%之间，浓度过低冰点不足，浓度过高则散热性能下降。应根据当地最低气温确定合适的配比。
2. 冷却液的排放
（1）彻底排放的必要性。对所有的柴油发电机，通过打开放水开关和取下放水螺塞放掉气缸体和气缸盖中的冷却液。如果使用空气压缩机、热交换器或其他由冷却液冷却的附属设备，也应打开开关放掉冷却液。在冰冻气候下柴油发电机附属设备中没有彻底放冷却液将产生重大损坏。
（2）排放操作要点。排放时应确保机组处于冷态，打开所有放水开关和放水螺塞，包括气缸体、气缸盖、散热器、水泵及附属设备的最低点放水口，待冷却液完全排尽后再关闭。
（3）长期停用机组的处理。若机组在寒冷季节长期停用，应彻底排放冷却液或将防冻液浓度调整至足够抵御当地最低气温的水平，避免残留水分结冰膨胀造成缸体、缸盖及散热器冻裂。
3. 加热器的使用
（1）浸入式加热器的类型。在寒冷气候下使用柴油发电机，可采用浸入式的冷却液和机油的加热器，以保持一定的温度，使得柴油发电机起动后即可以满负荷运转。
（2）冷却液加热器的作用。冷却液加热器通过对水套内冷却液进行循环加热，使机体保持一定温度，降低起动阻力，缩短起动时间，并在起动后迅速达到正常工作温度。其原理如图1所示。
（3）机油加热器的作用。机油加热器安装在油底壳部位，通过加热机油降低其粘度，减小曲轴转动阻力，改善冷启动条件。应用时应控制加热时间，避免因加热时间过长、机油温度过高而导致机油老化变质。
（4）加热器使用的注意事项。加热器工作电源应可靠，长期使用时应定期检查加热元件和控制线路；起动前应检查并关闭通向加热器的旁路管道进出阀，防止机组起动后冷却液循环压力较大反流至加热器内部导致管路泄漏。
图1 柴油发电机水套加热器工作原理图
二、寒冷气候下的操作
在低气温条件下工作的柴油发电机，为使其得到满意的性能，需要改装一下柴油和周围设备。温度越低需要的改装越大。改装的基本原则如下。
1. 采用可靠加温措施
（1）加温措施的基本要求。采用实际而可靠的柴油发电机加温措施和设备，使柴油发电机保持适当的起动特性。
（2）加温措施的选择依据。应根据当地最低气温、机组型号及运行要求选择加温方式，可选方案包括燃油水套加热器、电加热器、机油加热器等。
（3）加温措施的效果验证。加温后应确认水套温度、机油温度达到起动要求，一般水套温度应升至30℃以上方可尝试起动。
2. 减少外部影响
（1）装置安装位置的要求。这种装置或机构应尽可能不受外部影响。
（2）防风防雪措施。机组房舱应保持良好的密封性，防止冷风直接吹入；室外安装的加热器应采取防雨雪措施，避免因进水导致电气故障。
（3）保温处理。对供油管道、柴油滤芯、蓄电池及冷却液管路进行必要的保温处理，减少热量散失，提高低温环境下的运行可靠性。
3. 平衡改造与保养
（1）改造与保养的平衡原则。进行适当改造以保持满意的工作温度而又使所增加的设备和附件保养工作量最小。
（2）可拆卸附件的优势。柴油发电机的绝大多数附件被设计成可拆卸的，所以，这些附件不用时对柴油发电机的影响很小。在温暖季节可拆除部分低温专用附件，减少日常维护工作量。
（3）温度失控的后果。如果柴油发电机不能保持合适的温度，会由于柴油发电机磨损增加、性能恶化以及形成过多的积炭、胶质和其他沉积物而使保养成本提高。
（4）预防措施的必要性。为克服低温危害而采取一些专门的预防措施是十分必要的，但应注意要使柴油发电机在温暖环境下使用时所需的改动工作量最小。
4. 操作前的检查与准备
（1）燃油标号确认。检查燃油标号是否与环境温度相适应，气温低于5℃时应使用-10号柴油，严寒地区应使用-35号等更低标号柴油。
（2）机油粘度确认。检查机油粘度等级是否适合当前环境温度，必要时更换低粘度冬季机油。
（3）蓄电池状态检查。检查蓄电池电解液密度、端电压及接线紧固情况，确保起动电量充足。
（4）冷却液液位与浓度检查。检查冷却液液位高度和防冻液浓度，确保满足低温防冻要求。
三、防寒措施
配置低温工作设备时最常使用的两个术语是“防寒措施”和“北极地区技术标准”。为使柴油发电机可在可能遇到的最低温度下起动和工作，应采取以下防寒措施：
1. 材料与润滑方面
（1）使用适当的材料。
（2）使用低温润滑油以保证润滑良好。
2. 低温防护与燃油选用方面
（1）采取低温防护措施，因为金属材料温度不变，但低温下的散热率会改变。
（2）使用合适等级的低温用燃油。
3. 加热措施与外部热源方面
（1）采取加热措施以增加柴油发电机气缸体和部件的温度，使得最低可在-32℃（-25.6 °F）的低温下进行行动。
（2）采用合适的外部加热源。
4. 电气设备方面
电气设备具有预期的最低温度下工作的能力。
北极地区技术标准是指柴油发电机在极寒地区-54℃的低温下良好工作所需要的零件设计材料和规范。
注意：在康明斯柴油发电机上，不推荐使用“防漏”型防冻剂。虽然这些防冻剂与DCA水处理法在化学上并不矛盾，但“防漏”剂可能堵塞冷却液滤清器而使它们失效。
四、常见冷启动装置
1. 冷启动液
冷启动液是一种辅助起动燃料，在气缸壁添加低凝析油的条件下，可达到启动的目的。由于燃烧不稳定，容易引发和压力，因此柴油机温度越低，柴油机工作将有更大的程度。因此，在使用冷启动液时，必须按规定量加入，不能增加太多。
这种启动方式可以在瞬间启动发动机，但由于油的低温和高粘度，启动一段时间后，气缸壁上的油不多，条件恶劣。发动机工作使零件之间的往复运动和旋转运动形成干燥，使零件磨损，因此，在用冷起动液启动发动机后，不应增加节气门操作，在雾化条件下选择起动液，控制喷油时间、喷射位置和喷射量。此外，空气过滤器的进气口不应直接注入启动液，以免影响空气过滤器的过滤元件，增加提升液的数量，从而使发动机冷却器的启动超过速度限制。根据上述情况，建议谨慎冷流体。
2. 水套加热器
当作业环境温度低于0℃时，可在部署工作前起用水套加热器。通常室外采用燃油水套加热器，室内机型采用电加热器。
（1）燃油水套加热器工作原理：
如图2所示，从柴油发电机组燃油油箱抽取燃料后，在涡轮室进行燃烧，通过水泵将冷却液循环加热。水套加热器工作电源取自蓄电池直流系统，电功率约为0.6kW，热功率约为35kW，耗油量为3.85L/h。经实际测试，在冬季气温为-15℃时，经过2.5h加热，即可将柴油发电机组水套温度升至30℃以上，满足起动温度要求。
图2 水套加热器工作原理图
（2）电加热装置的工作原理：
在柴油发动机上，一般加装冷却水自动加热装置，使发电机组在备机状态时，柴油机应处于热机状态，以便发电机组在市电失电时15s内起动发电机组并带负载工作。柴油机自动加热装置，当水温低于30摄氏度时，温控器触点接通，KM吸合，加热器EH工作。当水温上升至50摄氏度时，温控器触点断开，KM释放，加热器EH断电。
（3）使用注意事项：
在发电机组静态条件下，加热约4h后尝试起动底盘发动机，依旧具备足够起动电量。如长时间不关闭加热器，在检测到水温达到70℃时，将自动熄火停止加热，只进行冷却液循环，避免发生水温过高的问题。
在起动柴油发电机组前，需检查并将通向加热器的旁路管道进出阀关闭，以防止机组起动后冷却液循环压力较大，反流至加热器内部导致管路发生泄漏。此种起动方式耗时较长，难以在突发性供电保障场景下保证及时可靠发电。
当遇到需紧急起动发电机的情况时，也可进入机组房舱，摘除空气滤清器，向两组进气管道内各喷射5s柴油机起动液后起动。其原理为通过乙醚等低闪点烷烃类气体在缸内爆燃而引燃柴油。此种方式可不经预热，直接起动柴油发电机组，但在设备热机完成前无法重新安装空滤，长时间工作易导致缸体受损。同时，起动液成分对人体有害，喷射过程可能影响人体健康。当外部电源突发故障急需机组起动时，同样需要几分钟的准备时间。
3. 机油加热器
在油底壳安装螺旋式电阻器，该电阻器可加热油底壳的机油，降低机油黏度，减小启动阻力。应用此种方法时，应控制加热时间，避免因加热时间过长，机油温度过高，而导致机油老化变质。
4. 蒸汽预热法
即让蒸汽通过管道从水散热器的下水管进入冷却系，或直接进入柴油机冷却水套，用蒸汽预热柴油机汽缸体。此种方法适用于采用软化水作为冷却液的情况。
结语
康明斯柴油发电机组在低温环境下的可靠启动，依赖于寒冷气候下维护、操作、防寒措施及冷启动装置的综合运用。在维护方面，应选用带有附加防锈剂的永久型防冻液，彻底排放冷却液，并采用浸入式加热器保持机体温度；在操作方面，应遵循采用可靠加温措施、减少外部影响、平衡改造与保养三项基本原则，并做好操作前的检查与准备；在防寒措施方面，应从材料、润滑、防护、燃油、加热、外部热源及电气设备七个方面系统配置，极寒地区还需参照北极地区技术标准。常见冷启动装置包括冷启动液、水套加热器、机油加热器及蒸汽预热法，各有其适用条件与操作禁忌。运维人员应根据当地实际气温与机组型号，合理选择启动方式，严格执行操作规范，方能保障康明斯柴油发电机组在低温条件下的启动成功率与运行可靠性。
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