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柴油发电机低温运行的危害和防寒措施 |
冬季气候寒冷，环境温度很低，启动柴油发电机会更加困难，因为这时柴油发电机的进气温度、冷却水的温度、机油温度、燃油温度及蓄电池内电解液的温度相应降低，如果这时不能正确地使用柴油发电机，将会造成启动困难、功率下降、油耗上升，甚至不能正常运转。因此，冬季使用柴油发电机时，必须采取及时有效的防寒措施，避免由于设备不能使用造成经济损失和安全事故。
我们之所以说柴油机“怕冷”，其实主要怕的是没有适合低温使用的柴油。普通的0号柴油，在气温下降到6度左右的时候，还可以勉强应付，但是一旦低于5度这个临界点，0号柴油就会趋向于结蜡。也就是柴油的流动性会逐渐下降，这对于依靠压燃工作方式的发动机来说，流动性变差的柴油在经过高压油泵和喷油器双重增压后，雾化的程度依然很难保证压燃所需。
一、低温对设备的危害
1、在严寒条件下，尤其是环境温度处于零下20℃以下时，最显著的问题就是柴油发电机无法启动，电瓶电解液和冷却水出现结冰现象，导致机体冻坏，散热器和电瓶不同程度受冷至损；部件较常温环境下磨损加剧。
2、在柴油发电机曲轴箱内与零件外部之间的机油，在低温环境下导致粘度加大，渗透力变差，内在阻力增强，会使电瓶容量及端电压骤然下降，电瓶放电量减弱。在低温环境下会造成机油过度粘稠，导致曲轴和曲轴周边的活塞、转动齿轮等运行部件转动阻力加大。
3、电瓶放电量减弱，会导致起动机发动柴油发电机的启动力矩变小，曲轴转运速度和活塞的运动速度也随之减小，压缩行程进度缓慢，压缩气体出现渗漏，气体经气缸壁传热消耗变大，致使最终压缩的空气温度和压力陡然下降。
4、柴油发电机在低温下工作时，机油黏度大，流动性差，机油泵的泵油量显著减少，润滑不良，使机件磨损增大。
5、由于冷机时机油黏度大，使机件间的摩擦阻力增大，机械损失增多，柴油发电机功率降低，经济性差，换句话就耗油大！
6、柴油发电机工作温度低时，大量的热被冷却水和冷空气带走，特别是被“懂行”的忽悠怂恿之下，拆除节温器，也就是一启动就是大循环的状态；这就使热量损失增大，也使柴油发电机的功率降低，油耗就大。
7、低温使用会使柴油喷射不良，混合气燃烧不完全。这不仅使柴油发电机的功率和经济性更为降低，一部分未燃烧的柴油沿气缸壁下流至曲轴箱，还使缸壁上的油膜被冲淡，曲轴箱内的机油被稀释，一定程度上影响了机油性状，从而进一步造成柴油发电机的磨损增大。
8、低温使柴油发火的延迟时间增长，导致柴油发电机的工作粗暴，进而更使柴油发电机的磨损增大，使用寿命缩短。
实践表明，周围温度从零上20摄氏度瞬间降低到零下30摄氏度时，压缩空气温度降低100-110摄氏度，此时，进入到气缸的柴油被点燃的时间较平时慢了1-2倍，在更为严酷的环境下，柴油机存在无法启动的问题。
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图1 柴油发电机的低温运行危害 |
二、低温防护措施
1、提前使用低温标号柴油
通常情况下，气温在10度以下时，就要考虑使用-10号柴油了，或者0号与-10 号混合使用。气温在5度左右，并且仍然有下降的趋势，那么必须要使用-10号柴油。当然，北方气温更低，则要相应使用更低气温标号的柴油。
2、更换低粘度的机油。
低温下，机油粘度变大，对发动机的启动就会造成很大的阻力。在农村，冬天很多用户在柴油发电机在启动之前要在水箱中加入一些开水，其实就是可以让机油快使的变稀一点。所以在入冬之前的保养，一定要更换成低粘度等级的发动机机油。
3、对电瓶做好保温措施
很多朋友就是对供油管道和柴油滤芯进行一些保温处理，这样也无可非议。但是往往忽略了电瓶的保温。因为电瓶在低温下，容量会相应下降，而柴油车的电瓶一般都没有相应的保温处理。这样对冷车启动是很不利的。主要是因为柴油发动机的启动对转速要求比较高，毕竟它没有辅助点燃装置。这样一来，如果电瓶电量下降，势必造成启动转速达不到启动的要求，所以有句话是∶雾化不够，转速来凑。适当的对电瓶做些保温处理是很有必要的。
4、安装预热装置
一些电辅助加热装置，也可以成为保证冬天柴油机使用的利器，只不过现在这类产品的质量和功效也是参差不齐，安装需要有一定的鉴别能力。
（1）如图3所示，从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。加热器工作电源取自底盘直流系统，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。在柴油发电机静态条件下，加热约4h后尝试起动发动机，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。
（2）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，直接起动机组，但在机组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，同样需要数min的准备时间。
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图2 柴油发电机加热器 |
图3 柴油发电机加温加热装置系统图. |
5、快速启动装置
快速起动模块其本质为一台AC-DC转换器，如图4所示，可以通过从储能机组输出侧吸收电能，并转换为24V直流电供给起动机使用。一般在起动时，会在数s内获得约32kVA的功率，并提供最高1725A的冷起动低压电流。由于模块的电源转换容量远大于电池，所以可在与储能机组联用时有效提升发动机一次性起动成功率。
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图4 柴油发电机组快速起动电路示意图 |
6、电气接线改进方法
针对直流起动线路，提出以下4种改进方案。
（1）增加电缆截面积
通过在现有线路基础上，从电池正极额外并联一根截面积为185mm2铜缆，经过开关、快速起动模块至起动机。同时，将电池负极直接接至起动机负极，如图5所示。此种方法需考虑现有舱内空间及穿线孔是否足以容纳新电缆，同时对于线路损耗只能降低约一半，造价较高，工程量也较大。
（2）在起动机处增设超级电容器
如图6所示。在原有电路结构不变的情况下，通过在起动机两侧增设一组开关及超级电容，在起动机组前先将电容充电，起动时即可由电容快速放电进行辅助起动。当选用2kA/500F的24V超级电容时，瞬间释放功率约为15kW。图6中S1为电容充电开关，在起动前合入以对C1进行充电。该方案优点是对机组平台改动较小，容易实现，且能有效提升起动成功率。其缺点为超级电容成本较高，且放电时间较短，在恶劣工作环境下持续运行能力无法得到验证。
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图5 增加柴油发电机连接电缆截面积 |
图6 柴油发电机起动机增设超级电容器. |
（3）将电瓶直接并联于起动机
通过使用2根150mm2电缆通过开关后，直接就近连接于起动机两端，如图7所示。此方案可大大降低电瓶至起动机的线路长度，仅需4m线路即可。但由于电瓶线路不再经过二极管VD1，当柴油机组与储能机组联用、启用快速起动模块时，将导致模块输出不经过充电机直接作用于电瓶两端，产生冲击电流，影响电池寿命及线路安全。
（4）将快速起动模块与电瓶起动线路隔离
如图8所示。从电瓶两端并联接出新线路，增设两组开关，并直接就近并联于起动机。QS3与QS4为原有开关，QS5及QS6为新设开关。在发电机组单独使用时，仅合入QS5及QS6，即可通过较短的起动线路，实现与方案三相近的起动效果。当使用快速起动模块时，断开QS5及QS6，合入QS3及QS4即可由模块进行供电，并由VD1实现电瓶反充电保护。由于快速起动模块输出电流较大，故此时线路造成的损耗可忽略不计，机组依旧可保证一次起动成功。
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图7 柴油发电机启动电瓶并联图 |
图8 柴油发电机组直流起动电路改进方案 |
三、低温运行的注意事项
（1）在低温条件下，柴油粘度高、流动性差，致使柴油雾化不良，着火条件不好，柴油发电机工作不稳定，甚至供油出现中断。为此，冬季应选用与环境温度基本适应的柴油，例如：
（2）在较低的温度下，机油粘度增加，使曲轴转动阻力增大，在蓄电池电压不变的情况下启动柴油发电机时，可以用增加电量的方法对柴油发电机进行启动。因为柴油发电机在温度很低的情况下启动磨损增大且各种阻力加大。在条件允许的情况下可以换冬季机油。
（3）当柴油发电机在环境温度为-35℃左右时，柴油发电机启动后，如果向水散热器内加注冷水，由于温度太低，会使冷水进入散热器内即刻结冰，所以在环境温度较低的地区，要向散热器内加注与环境温度相适应的防冻液以防机体和散热器及水泵冻裂。
（4）在温度较低的地区，蓄电池的电解液密度要根据温度的变化，适当地提高电解液的密度，同时由于启动阻力大，电瓶放电电流增大。此时还要适当调整充电发电机的调节器，以增大充电电流。
（5）在冬季启动柴油发电机时最好向散热器内加注热水，决不允许采取用喷灯或明火给机油加热的方法来减小机油的粘度或阻力。这样做的后果会使机油变质并在喷烧部位形成机油胶块，并容易使机油壳垫片老化变质。
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