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康明斯柴油发电机组在应用中的高温工作性能
发布时间:2020-02-20 08:35:59  ▏阅读:

 作为发电设备,柴油发电机组有着一些独特的优点:体积相对较小,灵活便捷;操作方便,简单易控制;能源原料(燃油)来源广泛,启动快,可以快速供电和快速停止发电;供电平稳,供电质量可以通过技术改进得以提高,可以对负载进行点对点的直接供电;受各种自然气候和地理环境影响较小,能全天发电。

毫无疑问,根据这些优点,其作为备用电源、移动电源和自备电源的优势在短期内是无可取代的。而人类社会越发展,对电力供应的需求越高,对供电保障的要求越高,因而对备用电源、移动电源和自备电源的使用也会水涨船高。所以,笔者专门研究了这一低成本、高性能又环保的发电机组用柴油机

康明斯厂家直销.png

1技术路线

针对康明斯动力设备(深圳)有限公司的280KW型号为KC280GF发电机组用柴油机的应用研究,主要依托于康明斯M11系列6缸四气门柴油机,在此基础上进行应用研究,提高调速性能要求,满足公用电力类用电设备的需要,满足在 50 ℃环境温度下的正常工作运行要求及一40 ℃低温下的正常启动要求。

1.1柴油机的调速系统

由于机组的使用范围为公用电力类型的备用应急电站,依据GB/T 282旧一2009中电站性能等级的分类,按照G2级要求进行设计柴油机调速性能就可以满足机组要求。GB02820.5一2009中规定 c,2级电站调速要求如下:频率降5%,稳态频率带巧%,瞬态频率偏差:100%突减功率时12%,突加功率时一10%,频率恢复时间/5 s。

为了满足这一调速性能要求,柴油机(陆用发电机组驱动型)的调速系统采用电子调速器。柴油机(陆用发电机组驱动型)电子调速器按控制方式分为模拟式和数字式两种,基本原理采用的都是 PID闭环控制,PID控制方法是工业过程控制领域中广泛应用的一种方法。由于柴油机(陆用发电机组驱动型)速度系统基本上可以看成是一个惯性加小纯滞后系统,近似线性系统,所以采用PID方式控制柴油机(陆用发电机组驱动型)转速,在很宽的范围内可以保证柴油机(陆用发电机组驱动型)具有良好的速度特性。

此次应用研究的柴油机(陆用发电机组驱动型)采用康明斯公司的电子调速器,首先柴油机(陆用发电机组驱动型)、转速传感器、控制器、执行器通过一定的连接构成一个速度闭合环路,由控制器根据转速传感器检测到的柴油机(陆用发电机组驱动型)转速信号对柴油机(陆用发电机组驱动型)转速进行控制。其中最为关键的部件是控制器,此处采用众智6110系列控制器,众智系列控制器就是采用PID控制原理设计制作,控制器原理见图1。

 控制器由模拟放大电路、微分电路、积分电路、PWM等电路组成。它的输人信号是转速传感器输出的正弦波信号,输出信号是驱动执行器的 PWM方波校正功率信号它的工作运行过程是:首先在控制器内部的基准电路单元上设置标定转速,然后对输人工作运行转速信号与设定转速进行比较,两者的差作为偏差信号。该偏差信号经过PID运算,变成相应的校正信号,校正信号放大后输出给执行器(功率输出信号有单向的0一/+,也有双向的一/一/+;对应单、双向执行器)。偏差越大,输出的校正信号电压越高,校正偏差的速度越快;随着偏差的减小,校正电压逐渐减小。当输人转速高于设定转速时,输出电压为零。由于柴油机(陆用发电机组驱动型)自身质量和摩擦以及负载变化等原因,使得偏差始终存在,因此调节过程会连续不断地进行,最终使《匚作转速恒定在没定转速上。

1.2高温工作运行性能

对于该机组要求满足环境温度50 ℃条件下正常使用的要求,我们通过对柴油机(陆用发电机组驱动型)散热系统的理论计算,在原来已有试验数据的基础上,将柴油机(陆用发电机组驱动型)的风扇直径设计为700 mm,水箱散热面积设计为 93 m2,然过测试互召值,来评估高温下柴油机(陆用发电机组驱动型)能否正常工作运行。当互召值冫50 ℃时,判定为满足要求。

用公式(1)来确定柴油机(陆用发电机组驱动型)在试验转速下的互丆沼值:

互召=不一乙,+乙 (1)式中,互7诏为在试验进行时的大气压力下冷却液沸腾时周围空气的温度,℃;乙为散热器盖上的蒸汽阀在额定开启压力下,冷却液的沸腾温度,℃;不,为柴油机(陆用发电机组驱动型)出水凵处稳定水温,℃;乙为水温达到稳定时,机组进气口的空气温度(也就是环境空气温度),℃。表1给出了常用散热器盖蒸汽阀工作运行压力和水的沸腾温度的对应值。

表1散热器盖蒸汽阀工作运行压力和水的沸腾温度的对应值

项目 参数

散热器盖蒸汽阀工作运行压力/kl)a 50 90

1.3低温启动性能

为了满足机组在一40 ℃环境温度下的应急备用能力,对柴油机(陆用发电机组驱动型)采用缸套水预热的方式,在备用期间用220 v/380 v的市电通过预热装置对缸套水进行加热。通过机组的控制模块设定预热装置的工作运行温度范围为36、50 ℃,水温低于36 ℃时,启动加热;水温高于50 ℃时,加热停止,使柴油机(陆用发电机组驱动型)水套的温度始终保持在36、50 ℃左右,柴油机(陆用发电机组驱动型)处于热备用状态。机油、柴油采用满足一40 ℃环境温度使用条件的油品,从而保证柴油机(陆用发电机组驱动型)在巧s内能顺利实现启动。

2试验结果和结果分析

2 · 1调速性能试验

调速性能实验数据见表2。

表2性能实验数据表

功率比转速”/ 扭矩0功率比油耗be/转速波动例/%(r · min (N · m) P/kW (g · kW-l · Il-I) /0、min

 

1 }

《500

] 532.07 240.6

209·

0

1 500

1 378.87 216.6

209.49

冖/)一

1 500

1 149.06 180.5

210·49

5一0

1 500

766·04 丨20.3

219 ·08

40

1 500

6丨2· 83 96·3

233.34

05“

1 500

383.02 60.2

271. I l

10

1 500

巧3.2 } 24彐

458.36

0

1 500

0 0

 

 

由表2中试验数据通过计算可以得到:

频率降: ' × 1開%=0,”为标定空载转速,为标定满载转速。

稳态频率带: × 100%=0·2%,取稳态下最大的转速波动值。

100%突减功率时:转速瞬时转速”1为1 578 r/min,恢复时间3 s ,由公式计算:

60%突加功率时:转速瞬时转速”2为1 436 r/min,恢复时间4 s ,由公式计算如用0%:一4,3%(按照2820·5中负载接受曲线查询,佐:1.8 MPa时,首次加载45%左右,根据我公司柴油机(陆用发电机组驱动型)情况,此处可以实现60%突加功率)。从以上试验数据可以看出,调速性能完全满足G2级电站调速要求。

2 · 2高温性能试验数据

高温性能试验在机组满载的状态下进行试验,实验数据见表3。

表3高温性能实验数据

累计时间[min

环境空气柴油机(陆用发电机组驱动型)进温度/℃ 水温度/ ℃

柴油机(陆用发电机组驱动型)出水温度/℃

0

10

20

30

40

60

70

90

36,2 36· 1

36.3

36.4

36.5

36.6

36 · 5

36 · 7

36 · 6

36 · 5

60.6

67.7 72 · 2

74 · 2

75.6 75 ·9

76.9

77 · 5

77 · 3

77 ·4

68 · 6

75 · 6

80.1

82.0

83 ·4

83 · 7

84· 7

85 · 3

85

85 · 2

在高温性能试验中,由于柴油机(陆用发电机组驱动型)的散热器蒸汽阀工作运行压力为70 kPa,此时水的沸点在1巧℃ 左右,受柴油机(陆用发电机组驱动型)所能承受的热负荷限制,柴油机(陆用发电机组驱动型)仅能在短时间内能承受110 ℃的冷却水温,考虑到机组需要持续工作运行,柴油机(陆用发电机组驱动型)需要稳定运转,所以设定丆:100 ℃。从试验数据中得出,:85 ·2 ℃,乙:36·5 ℃,由公式互B:乙一+计算:工B:

5L3 ℃冫50 ℃,完全满足要求。

2 · 3低温启动性能试验


2 ·4性能曲线启动在规定的环境温度下进行,连续启动3 次,每次间隔5 min,试验数据。

柴油机(陆用发电机组驱动型)的性能试验曲线见图2,通过分析以上试验数据及下面的特性曲线图可以得出以下结论: a.采用以上配置的柴油机能够实现G2级电站的调速要求,能够满足环境温度50 ℃时的正常使用要求,在一40 ℃下能够实现顺利启动。

b.柴油机运转稳定,并具有良好的经济性,非常适合于公用电力类备用应急机组的使用要求。

3应用情况

发电机组用柴油机经过严格的出厂试验及现场安装调试,已经在雅柯斯电力设备(中国)有限公司成功实现批量化配套应用,产品已经出口销售到中东、俄罗斯等地区,并在国内其他多家发电机组公司得到应用。以低温启动可靠,运转稳定,在高温下可靠工作运行,得到用户的青睐。此应用研究和方案的成功实施,可为类似用途柴油机的方案设计提供参考。

 


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