1.内燃机的种类及特点
内燃机的种类很多,根据基本工作原理可分为往复活塞式内燃机;旋转活塞式内燃机和燃气轮机等。其中以往复活塞式内燃机使用最广泛。为了表示和区别各种内燃机在构造和工作上的特点,内燃机又可分为以下各种类型:
(1)按照所采用的主要燃料分类:①柴油机;②汽油机;③煤气机;④天然气机。
(2)按照工作循环过程分类:
1)二冲程:活塞移动两个冲程,完成一个循环。
2)四冲程:活塞移动四个冲程,完成一个循环。
(3)按照机体结构型式分类:
1)单缸:一台内燃机只有一个气缸。
2)多缸:一台内燃机具有两个或两个以上气缸。所有气缸轴线在同一垂直平面内的称为直列立式内燃机;所有气缸中心线在同一水平平面内的称为直列卧式内燃机;而气缸中心线分别在两个平面上,并且两平面相交呈“V”形的称为V型内燃机;当V形夹角为180°时则称为对置式内燃机。
(4)按照冷却方式分类:
1)风冷:利用空气作为冷却介质。
2)水冷:利用水作为冷却介质。
(5)按照进气方式分类:
1)非增压式(又称自然吸入式):内燃机没有增压器,空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸内。
2)增压式:内燃机上装有增压器,空气通过增压器提高压力,然后进入气缸内。
(6)按照点火方式分类:
1)压燃式:利用气缸内的空气被高度压缩后产生的高温,使燃料自行着火燃烧。柴油机就属于这种点火方式,所以柴油机又称为压燃式内燃机。
2)点燃式:利用外界热源(如火花塞发出的电火花)点燃燃料,使其着火燃烧。如汽油机、天然气机等都属于这种点火方式。
(7)按照额定转速分类:
1)高速:额定转速在1000R/MIn以上。
2)中速:额定转速在600~1000R/MIn范围内。
3)低速:额定转速在600R/MIn以下。
(8)按照用途分类:
1)固定式:作为固定设备动力的内燃机,如发电机、钻井机、水泵等所用的内燃机。
2)移动式:作为移动机械动力的内燃机,如汽车、拖拉机、船舶、机车等所用的内燃机。
2.柴油发电机组的特点
柴油发电机组是一种以柴油为动力,拖动发电机发电的电源设备。柴油发电机组具有效率高、体积小、重量轻、起动及停机时间短、成套性好、建站速度快、操作方便、维护简单等优点,但存在着电能成本高、机组振动和噪声大、操作人员工作条件较差等缺点。
目前生产的柴油发电机组容量范围自几千瓦至几千千瓦(kW),在农村小型发电设备中,以75kW以下自励恒压应用最广。在大电网供电范围以内的用电单位,通常采用柴油发电机组作为应急备用电源,而在大电网电力不能输送的地方以及一些流动单位,则采用柴油发电机组作为正常照明或动力电源。
由于柴油机轴上输出的转矩是周期性脉动转矩,使得发电机在剧烈振动条件下工作,因此要求发电机的机座、端盖及风扇等具有足够的机械强度和刚度,特别是柴油发电机组轴系的设计要适当,以防止因机械扭振而断轴。
3.柴油发电机组的构成
柴油发电机组主要由柴油机、发电机、联轴器、底盘、控制屏、燃油箱、蓄电池以及备件工具箱等组成。有的机组还装有消声器和外罩。为了便于移动和在野外条件下使用,有的机组还固定安装在汽车或拖车上,作为移动电站使用。
1)柴油机:柴油机是柴油发电机组的原动机,通过燃烧柴油产生的热能带动曲轴旋转,从而输出机械能。
2)发电机:发电机是将机械能转换为电能的机器,通常采用三相同步发电机。发电机的型式一般采用卧式、防滴式。中小型发电机通常采用风扇自冷方式。(www.xing528.com)
3)控制屏:柴油发电机组产生的电能通过控制屏向用电设备输出并进行分配。控制屏上装有机组的操作系统、测量仪表、指示灯及各种保护装置,供操作人员进行操作和监视机组运行。控制屏有箱式和柜式等型式。小容量机组的控制屏一般为箱式结构,通过支架直接固定在底盘上;大容量机组的控制屏一般为柜式结构,单独落地安装在机组旁。
4)联轴器:柴油机与发电机之间通过联轴器直接传动或用传动带传动。联轴器一般采用弹性联轴器或刚性联轴器。其中弹性联轴器用得较多,这种联接方式对柴油机和发电机轴的校正中心要求较低,并具有缓冲和吸振的能力,可以在一定程度内减轻和消除由于负载波动所引起的冲击或振动。
5)底盘:小型发电机组的柴油机、发电机及控制屏、油箱等均装在底盘上。底盘一般用型钢和钢板焊接而成,形似雪橇,以便于滑行移动和安装。
6)燃油箱:燃油箱是储存燃油的容器,一般安装在机组的上方或水箱前方,其容量可以保证机组连续运行4~6H。燃油箱的加油口处装有滤网,对燃油进行初步过滤。加油口盖上有通气孔,以保持燃油箱内压力与大气压力相同。
7)蓄电池:一般采用铅酸蓄电池。其作用是给起动电动机供电,停机时作为站房的照明电源。此外,还可供发电机充磁和机组预热用。
8)备件工具箱:供存放维修保养用的备件及工具用。
在没有专用柴油机的情况下,可根据农村的实际条件,自行组装简易柴油发电机组。简易柴油发电机组的型式较多。例如,可以利用现有的柴油机或拖拉机的发动机,通过带轮用传动带(或通过变速箱用齿轮传动)带动发电机发电。
4.柴油发电机组的主要性能
柴油发电机组的性能指标是指机组功率因数在0.8~1.0,而三相对称负载在0~100%额定值的范围内渐变或突变的情况下,应达到的性能。
1)稳态电压调整率δU(%)为
式中,U1为负载变化后的稳定电压的最大值(或最小值);U为空载整定电压值。
Ⅰ~Ⅲ类机组δU为±(1%~±3%);Ⅳ类机组δU不超过±5%。
2)稳态频率调整率δF(%)为
式中,F1为负载渐变后的稳态频率的最大值(或最小值);F0为负载变化前的频率;F为额定频率。
Ⅰ~Ⅲ类机组δF为0.5%~3%;Ⅳ类机组δF不超过5%。
3)电压稳定时间(S),是指从负载突变时算起到电压开始稳定所需的时间,通常用示波器来测量。
Ⅰ~Ⅲ类机组电压稳定时间为0.5~1S;Ⅳ类机组电压稳定时间为3S。
4)频率稳定时间(S),是指从负载突变时算起到频率开始稳定所需的时间,通常也是用示波器来测量。
Ⅰ~Ⅲ类机组频率稳定时间为2~5S;Ⅳ类机组频率稳定时间为7S。
5)空载电压整定范围,是指机组整定电压应能在额定值的95%~105%范围内调节和稳定工作。例如额定电压为400V的机组,其空载电压可在380~420V之间调整。
6)在三相不对称负载下运行线电压的稳定度,是指机组供电在三相不对称负载下运行时,如果每相电流都不超过额定值,而且各相电流之差不超过额定值的25%,则各线电压与三相电压平均值之差应不超过三相线电压平均值的5%。
7)机组的并机性能,是指两台规格型号完全相同的三相机组,在额定功率因数下,应能在20%~100%额定功率范围内稳定并联运行。为了提高有功功率和无功功率合理分配精度和运行的稳定性,要求机组中柴油机调速器具有稳态调速率在2%~5%范围内调节的装置。在控制箱(屏)内的调压装置可使稳态电压调整率在5%范围内调整。
另外,还有电压、频率波动率、超载运行时限、瞬态电压、频率调整率及直接起动空载异步电动机的能力等性能。
5.柴油发电机组的型号含义
柴油发电机组是以柴油机作动力,驱动同步交流发电机而发电的电源设备。为了便于生产管理和使用,国家对柴油发电机组的名称和型号编制方法做了统一规定,机组的型号排列和符号含义如下:
柴油发电机组型号实例:
1)300GF18表示输出额定功率为300kW、交流工频、陆用、设计序号为18的普通型柴油发电机组。
2)500GFz表示输出额定功率为500kW、交流工频、陆用、自动化柴油发电机组。
3)30PT1表示输出额定功率为30kW、400Hz中频、挂车式、设计序号为1的柴油发电机组。
4)90GQ1表示输出额定功率为90kW、交流工频、汽车式、设计序号为1的柴油发电机组(电站)。
5)17zQ1表示输出额定功率为17kW、直流、汽车式、设计序号为1的柴油发电机组。
6)200GFC1表示输出额定功率为200kW、交流工频、船用、设计序号为1的柴油发电机组。
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