柴油发电机的构成和控制及作业机理

摘要：柴油发电机一般是压燃式发电机，利用燃料的化学能转化为热能和动能。燃料和空气在地面的大气压力下相遇并混合，同时通过喷油器喷入汽缸。在气缸中，依靠压缩终了时缸内充量的发烫、高压引起混合气自燃，产生爆炸并向下推动活塞。因此，深圳发电机出租公司就可以看到柴油发电机是基于热力学机理进行作业的，同时还需要润滑、冷却等技术的**，确保发电机的安全和稳定。

      发电机组驱动柴油发电机一般采用四冲程。其原理为柴油发电机将热能转变为机械能的过程，是经过进气、压缩、作功和排气四个持续的步骤来实现的，每进行一次这样的程序就叫一个工作循环。凡是主轴旋转两圈，活塞往复四个行程完成一个工作循环的，称为四冲程发电机。柴油发电机通常由曲柄连杆、配气（两大装置）和燃料供给、润滑、冷却、启动、进排烟（五大系统）构成，其组成与内部解析图如图1、图2所示。

      曲柄连杆系统是由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等构成，构成如图3所示。这是发电机出现动力，并将活塞的直线往复运动转变为主轴旋转运动而对外输出动力。

      配气系统是由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等构成。其功能是将新鲜气体及时充入气缸，并将燃烧产生的废气及时排出气缸柴油机故障案例。

      柴油发电机燃料供给装置由燃油箱、输油泵、喷油嘴、柴油滤清器等结构，系统构造如图4所示。其功能是向汽缸内供给纯空气并在规定期刻向缸内喷入定量柴油，以调节发电机输出容量和速度，最后，将燃烧后废气排出气缸。

（1）喷油泵是将柴油从油箱经管道进入过滤器滤清，当某气缸需要喷油时，将柴油压入喷油泵，并由喷油泵喷入燃烧室。

（2）燃油滤芯的用途是让燃油在进入油泵之前滤出杂质。滤芯在作业时，终究会因杂质堆积而形成阻碍，从而减轻发电机的容量。故而滤芯的阻力无法超过规定值。必须按维保和检修手册中的建议，按一定的存放时间、工作小时数替换滤芯。

      对进气装置统根本要求是尽可能多的向发电机提供清洗空气。进气步骤可分为自然吸气、增压、增压中冷、双增压中冷。装置统详细由空气滤清器、进气管道、缸盖气道等组成。其中空气滤清器的主要功用是滤除空气中的杂质、尘埃，保证进入气缸空气的清洁度，以延长发电机的使用年限。

      柴油发电机通常采用水冷却式。水冷式由水泵、散热器、风扇、节温器和水套（在机体内）等构造，其作用是利用冷却水的循环将过热零件的热量通过散热器散发到大气中，从而维持发电机电动正常工作温度。喷入柴油发电机燃烧室的柴油，燃烧出现的大量的热量；其中约三分之一通过活塞及连杆系统，转换成机械能，对外做功；约三分之一由排气排出；约三分之一由冷却机构统散失。

（1）康明斯发电机冷却方式为循环水冷却式，它与其他发电机冷却装置统具有相同功用，即储存足够的防锈水、构成循环水流、控制发电机的水温、散失冷却系统统多余的热量。康明斯发电机冷却装置统的特点在于：使用化学装置（水滤器）对系统统进行保护。

（2）散热器分为水箱式和热交换器式两种，其中热交换器式主用于机房（舱）空间有限，空气流通困难的环境。

（4）传动皮带的作业状态将直接影响冷却机构统作业温度；张紧过度的皮带将使两端轴、带轮及皮带增加磨损；张紧不够的皮带将会打滑，使所传动的部件作业效率降低、皮带发热造成故障。

      润滑装置由机油泵、滤芯、油道、机油盘等构造。润滑装置统的用途是将定量、洁净，有适当粘度的润滑油输送至各必要部位，以减小摩擦力，减缓机件损伤，并清洁、冷却摩擦表面。它对柴油发电机的工作可靠性和耐久性有很重要的功用，包括：降低零件的磨耗和降低摩擦功；对润滑表面进行冷却和清洗；对油膜吸附的地方起防锈作用；提供液压介质。

      启动系统统由蓄电池、导线、电磁切断阀、启动开关、起动机、充电机组成，用以使静止的发电机起动并转入自行运行状态。各部分主要功用如下：

      柴油发电机将热能转变为机械能的程序，是经过进气、压缩、作功和排气四个连续的过程来实现的，每进行一次这样的流程就叫一个工作循环。凡是主轴旋转两圈，活塞往复四个行程完成一个作业循环的，称为四冲程发电机。四冲程柴油发电机的工作机理：

      如图5（a） 曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，此时，进气门开启，排气门关闭柴油发电机常见故障。活塞移动步骤中，汽缸内容积逐渐增大，形成真空度，于是可燃混合气通过进气门被吸入气缸，直至活塞到达下止点，进气门关闭时结束。

      因为进气装置统存在进气阻力，进气终了时气缸内气体的压力低于大气压力，约为0.075MPa～0.09MPa。因为气缸壁、活塞等高温件及上一循环留下的发烫残余废气的加热，气体温度升高到370K～440K。进气行程中进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。

      如图5（b）所示，进气行程结束时，活塞在主轴的带动下，从下止点向上止点运动，气缸内容积逐渐降低。此时进、排气门均关闭，纯空气被压缩，至活塞到达上止点时压缩结束。压缩流程中，气体压力和温度同时升高，并使混合气进一步均匀混合，因为柴油的压缩比大，约为15～22，压缩终了的温度和压力比过高，压力可达3MPa～5MPa，温度可达800K~1000K。

      如图6（a）在压缩行程终了时，喷油泵将高压柴油经喷油泵呈雾状喷入汽缸内的过热高压空气中，被迅速汽化并与空气形成混合气。因为气缸内的温度高于柴油的自燃温度（约500K左右），柴油混合气便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷油边燃烧，汽缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行作功。作功行程中，瞬时压力可达5MPa～10MPa，瞬时温度可达1800K～2200K。

      如图6（b）所示，在做功行程接近终了时，排气门打开，进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动。废气在自身剩余压力和在活塞推动下，被排出气缸，至活塞到达上止点时，排气门关闭，排烟结束。因排烟系统统存在排烟阻力，排气冲程终了时，汽缸内压力略高于大气压力，约为0.105MPa～0.115MPa，温度约为900K～1200K。

      四个行程中只有作功行程发生动力，其他三个行程是为作功行程做准备作业的辅助行程，都要消耗一部分能量。发电机启动时的第一个循环，必须有外力将曲轴转动，以完成进气和压缩行程。当作功行程开始后，作功用量便通过曲轴储存在飞轮内，以维持以后的循环得以继续进行。

      在柴油发电机各种工况运行中，当外界负荷出现变化时能自动调节喷油嘴的供油量，以保证柴油发电机在规定的速度下稳定运行，避免柴油发电机运转飞车运转（飞车）一控制较高转速；保证爱较低速度下能稳定运转一控制较低转速：随着外界负载的变化，自动调整供油量，使之在规定的速度下稳定工作。

      机械离心式调速器是根据弹簧力和离心力相平衡进行调速的，工作中，弹簧力总是将供油拉杆向循环供油量增加的方向移动；而离心力总是将供油拉杆向循环供油量减轻的方向移动。当负荷减少时，转速升高，离心力大于弹簧力，供油拉杆向循环保油量减轻的方向移动，循环供油量降低，转速减少，离心力又小于弹簧力，供油拉杆又向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，速度又升高，直到离心力和弹簧力平衡，供油拉杆才保持不变。这样转速基本稳定在很小的范围内变化。

      反之当负荷增加时，转速减少，弹簧力大于离心力，供油拉杆向循环供油量增加的方向移动，循环供油量增加，转速升高，弹簧力又小于离心力，供油拉杆又向循环供油量降低的方向移动，循环供油量减轻，速度又减轻，直到离心力和弹簧力平衡。

      电子调速板是根据接受的电信号，通过操作界面和执行器来改变喷油嘴供油量的大小。电子速度控制器主要由转速调整电位器、速度探头、控制模块、执行器和保险电路等构成。

      传感器通过飞轮上的齿圈检测出发电机转速实际值，并送至控制系统，在控制器中实际值与预先设定需要的转速相比较，其比较的差值经控制线路的整理、放大，驱动执行器输出轴，通过调节连杆拉动喷油咀齿杆，进行供油量的调整，从而达到保持此设定转速的目的。电子控制系统统会将负荷变化而致使的设定转速与实际转速之间的差值清除，使发电机保持原设定的转速。根据机组需要，也可调节不均匀度电位器，以使调速装置统获得满意的静态调速率。电子调速器还配有多种附件装置，根据机组需要，装上相应附件，可以实现自动同步、负载分配及负载预置等用途要求。

      调速板的性能好环直接影响着柴油发电机运行的稳定性和可靠性。评定速度控制器性能的具体作业指标有以下几个：

      转运波动率Yn是指柴油发电机稳定工况下较大速度Nmax（或较小转速Nmin）与平均转速Nm之差同平均转速Nm之比值百分数，即γn=（Nmax-Nm）*100%/Nm稳定工况下，较大转速Nmax（或较小转速Nmax）与平均速度之差同平均转速之比值百分数。

      瞬时速差率dd是指柴油发电机突加（或突卸）全负荷的较小（或较大）速度n2（或n4）与负荷改变前的速度n1（或n3）之差同标定速度ne之比值百分数，即

      过渡过程稳定时间t是指从突加（或突卸）全负荷转速开始波动到速度达到新的稳定范围（即转速波动率Yn不大于规定值）为止的时间（以秒计）。

      过渡流程的稳定期间是过渡程序的详细工作指标之一。它表明处理过渡步骤中波动情形的快慢。稳定时问愈短，速度波动排除愈快，就说明速度控制器的稳定性好。t一般限制在5-10秒内。

      调速器的稳态调速率是指当操纵手柄在标定供油位置不变时，空车稳定速度与全负荷稳定速度之差同标定转速比值百分数，可用公式表示为：

      δrt用来衡量调速板的正确性，是调速器的静态优势，其数值小，表示速度控制器的准确性愈好。

      调速器作业时，因为喷油咀和调速器的各种装置中存在着摩擦，需要有一定的力来克服，因为系统中摩擦阻力阻止套筒的移动，于是不论柴油发电机速度增加减轻，调速器都不会立即作出反应，改变供油量。例如发电机作业速度为200转/分钟，调速板可能对速度在n1=197转/分钟到n2=203转/分钟范围内的变动都不作反应。这种情形称为调速器的不灵敏性。这两个起功能的极限速度之差与发电机平均速度Nm之比称为不灵敏度，即：

      不灵敏度具体是由于喷油器、调速板机构中存在摩擦所引起的。显然摩擦力越小，速度控制器就越灵敏。实验表明，低速时不灵敏度显着增加。不灵敏度过大会致使柴油发电机频率忽快忽慢定。一般在标定速度下不灵敏度不超过1.5—2%，较低转速时不超过10—13%。

      根据不一样功能，我国将调速装置统的精度等级分为四级。对于船用柴油发电机调速装置统，突卸负荷只要求达到4级精度即可，而且稳定期间t也不作主要规定。对柴油发电机组，则要求高于3级，对发电用电站或应急发电机组，则要求1级或2级精度。

      凸轮轴供应合时的喷油量所需的正时。凸轮轴通过正时齿轮或者齿型皮带由主轴驱动而转动，通过气门传动组件定期将气门打开，将新鲜燃料充入汽缸或者将燃烧后的废气清除汽缸康明斯柴油发电机价格。曲轴正时齿轮与中间齿轮、喷油器正时齿轮之间均有配对正时记号。如果松开联轴节连接螺栓，将泵体向外搬动，即油泵凸轮轴在油泵正时齿轮不动的前提下顺时针方向转动一个角度，供油提前角度增加；反之，将泵体向内搬动，供油提前角度降低；柴油发电机较佳供油提前角随发电机速度升高而增大，因此，喷油嘴凸轮轴前端应装配供油提前角自动提前器。

      喷油咀完成定量喷油的工作。喷油器是实现燃油喷射、雾化的重要部件。要求喷油咀应能满足发电机对其喷雾特点的要求，即应具有一定的油束贯穿距离和喷注锥角以及良好的雾化质量，并且在喷油结束时不产生滴漏状况。以上三部分部件连同其他部件一起确保发电机在期望的转速下正常运行。

      想知道发电机的作业原理需要先了解四个基本循环流程：进气、压缩、点火和排烟。这四个步骤循环进行，驱动柴油发电机运转。总之，熟悉柴油发电机的作业原理是关键，它们的复杂过程非常重要，可以直接影响柴油发电机组的性能。可以把柴油发电机比喻为人体的心脏，细心呵护好它，才能让柴油发电机组为公司企业供电保驾护航。