應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功率的千瓦數(shù)計(jì)算
為滿足應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的特殊要求，500kw以下應(yīng)急發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)選用四沖程、渦輪增壓、直列式柴油機(jī)，500kw以上應(yīng)急發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)選用四沖程、渦輪增壓、v型柴油機(jī)。在本文中柴油機(jī)經(jīng)過額定功率計(jì)算公式、非標(biāo)準(zhǔn)條件下功率修正、突加負(fù)載計(jì)算公式最后得出準(zhǔn)確結(jié)果，以符合用戶匹配的柴油發(fā)電機(jī)組常載功率配備和突加負(fù)載功率輸出要求。
應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)線框圖
一、柴油機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)要求
應(yīng)急發(fā)電機(jī)組成套采用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范包括《gb/t 6072-2008 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 性能》、《gb/t 2820-1997 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)組》等。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電用柴油機(jī)性能提出了嚴(yán)格要求，選型時(shí)應(yīng)予以滿足。
（1）在海洋平臺(tái)上，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)該具備提供額定外輸電力的能力。
（2）柴油機(jī)每運(yùn)行12小時(shí)最少可在其額定功率的110%下連續(xù)運(yùn)行1小時(shí)。
（3）應(yīng)急發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)工作時(shí)的額定制動(dòng)有效壓力（bmep）不應(yīng)該超過以下數(shù)值：
○二沖程柴油機(jī) 1020kpag
○四沖程柴油機(jī) 1207kpag
○四沖程中間冷卻柴油機(jī)1608kpag。
（4）應(yīng)急柴油機(jī)應(yīng)為柴油機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速應(yīng)為1500r/min。
（5）應(yīng)急柴油機(jī)應(yīng)能在環(huán)境條件下45s內(nèi)達(dá)到發(fā)電機(jī)組額定功率運(yùn)行。
（6）對(duì)于非渦輪增壓的應(yīng)急柴油機(jī)，最大允許的1次加載量等于使用功率。
（7）對(duì)于渦輪增壓的應(yīng)急柴油機(jī)，柴油機(jī)的1次加載量隨與使用功率相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)平均有效壓力改變。
（8）匹配的柴油機(jī)的輸出功率應(yīng)計(jì)及整套發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率、必要的獨(dú)立輔助設(shè)備需要的電功率和a.c.發(fā)電機(jī)的功率損失。
（9）應(yīng)為應(yīng)急柴油機(jī)配備兩套獨(dú)立的啟動(dòng)能源，每一套應(yīng)該可以提供3次冷啟動(dòng)而無(wú)需更換，并且在最低環(huán)境溫度下，每間隔15秒可以啟動(dòng)一次。
（10）柴油機(jī)暴露的表面最大溫度不能超過60℃。
二、柴油機(jī)功率計(jì)算與選擇
1、 柴油機(jī)額定有效功率計(jì)算
應(yīng)急發(fā)電機(jī)組采用三相無(wú)刷同步交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定發(fā)電功率不小于設(shè)計(jì)發(fā)電功率p，額定功率因數(shù)0.8，額定頻率50hz。額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，渦輪增壓中冷，四沖程壓燃式柴油機(jī)，柴油機(jī)的輸出功率要考慮和發(fā)電機(jī)匹配時(shí)的功率損失。
發(fā)電機(jī)組的功率是除去必要的獨(dú)立輔助設(shè)備吸收的電功率之外的發(fā)電機(jī)組端子處輸出的有效功率。
應(yīng)急發(fā)電機(jī)組成套過程中，其柴油機(jī)額定功率和發(fā)電機(jī)組輸出功率的匹配比一般在 1.1~1.18 之間。
●按照式（1）進(jìn)行柴油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)額定功率的初選：
px ≧（pn/η+p∫）/ k1 ............................（1）
式中，px——為柴油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)額定功率；
pn——為發(fā)電機(jī)額定功率；
η——為發(fā)電機(jī)效率，一般在0.95~0.97之間；
p∫——為柴油機(jī)附件的消耗功率；
k1——為柴油機(jī)功率修正系數(shù)，連續(xù)工作時(shí)間小于12h 時(shí)一般取1.0，長(zhǎng)期運(yùn)行一般取0.9。
由于柴油機(jī)在選配之前，其附件的消耗功率一般為未知，因此可按式（2）先進(jìn)行額定有效功率計(jì)算，在柴油機(jī)型號(hào)選定后再進(jìn)行功率的核算。
px ≧ pn/η/ k1............................（2）
2、非標(biāo)準(zhǔn)條件下柴油機(jī)功率修正
由于柴油機(jī)的運(yùn)行功率與環(huán)境條件相關(guān)，柴油機(jī)額定功率為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下測(cè)得，運(yùn)行環(huán)境條件的變化可能導(dǎo)致柴油機(jī)額定輸出功率的降低，因此需要考慮柴油機(jī)功率修正問題。
對(duì)于環(huán)境條件的功率修正包括：
（1）現(xiàn)場(chǎng)大氣壓力（若無(wú)通用的壓力數(shù)據(jù)，可用最高和最低值或海拔高度數(shù)據(jù)替代）。
（2）年最熱月和最冷月的最高和最低氣溫的月平均值。
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的最高和最低環(huán)境空氣溫度。
（4）在最高溫度條件時(shí)的相對(duì)濕度（或水蒸氣壓力或濕、干球溫度）。
（5）冷卻水達(dá)到的最高和最低溫度。
初選柴油機(jī)時(shí)，可就柴油機(jī)使用環(huán)境條件與廠家溝通，如廠家推薦進(jìn)行功率修正，可根據(jù)gb/t6072中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)所需柴油機(jī)功率進(jìn)行修正后，選取柴油機(jī)。如廠家根據(jù)自己產(chǎn)品的性能和實(shí)際應(yīng)用情況不推薦進(jìn)行功率修正，則可直接采取式（1）的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行柴油機(jī)選取和定型。
●現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境功率與標(biāo)準(zhǔn)功率的換算采用gb/t607210.3.1中的公式：
pr = px/ ɑc............................（3）
式中，pr ——為iso標(biāo)準(zhǔn)功率kw；
px——為柴油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)額定功率；
ɑc——為環(huán)境修正系數(shù)：
式中，k為指示功率比；
ηm——為柴油機(jī)機(jī)械效率，由柴油機(jī)廠家指定，如未指定則取0.8；
pr——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)總氣壓，kpa；
px——為當(dāng)?shù)丨h(huán)境總氣壓，kpa；
ør——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的相對(duì)濕度；
øy——為當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下的相對(duì)濕度；
psr——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)飽和蒸汽壓，kpa；
psx——為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境飽和蒸汽壓，kpa；
tx——為當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下的溫度，k；
tr——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的溫度，k；
tcx——為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境增壓中冷介質(zhì)絕對(duì)溫度，k；
tcr——為標(biāo)準(zhǔn)狀況下增壓中冷介質(zhì)絕對(duì)溫度，k：
α，m，n，s為與發(fā)動(dòng)機(jī)類型有關(guān)的系數(shù)。
根據(jù)目標(biāo)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，由gb/t6072.1中表2可查到α，m，n，s等參數(shù)值，根據(jù)gb/t2820.1 中第12條的規(guī)定和發(fā)電機(jī)組的功率修正環(huán)境條件，由gb/t6072中表b.1可查到飽和蒸汽壓等相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出指示功率比k和環(huán)境修正系數(shù)ɑc的值，從而計(jì)算出修正后的最小柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定功率值，所選柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定功率應(yīng)大于修正后的最小柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定功率值。
●在柴油機(jī)型號(hào)確定后，確定或估計(jì)柴油機(jī)附屬構(gòu)件（主要為散熱風(fēng)扇）的功率，按下式進(jìn)行功率的核算：
η（k1 ɑcpr-p∫）≧ pn............................（4）
3、柴油機(jī)突加負(fù)載計(jì)算
柴油機(jī)不但要滿足常載額定功率，還要滿足突加負(fù)載對(duì)于發(fā)電機(jī)組功率的要求，突加負(fù)載主要與柴油機(jī)的調(diào)速性能有關(guān)。
ccs規(guī)范9.7.10.1中要求，“對(duì)于應(yīng)急發(fā)電機(jī)組初次突加的負(fù)荷，應(yīng)不小于規(guī)定的總應(yīng)急負(fù)荷。”abs 規(guī)范要求，當(dāng)所有自動(dòng)連接的應(yīng)急突加負(fù)載的總和超過應(yīng)急發(fā)電機(jī)組滿荷載的50%時(shí)，這些應(yīng)急負(fù)載作為首次加載的載荷；如不超過發(fā)電機(jī)組滿荷載的50%，則按50%進(jìn)行突載試驗(yàn)。
●gb/t13032-91中5.9條規(guī)定
應(yīng)急發(fā)電機(jī)組應(yīng)能突卸、突加100%額定負(fù)載。為此柴油機(jī)的突加負(fù)載功率要求必須滿足：
η（?k1 ɑcpr-p∫）≧ wpn............................（5）
式中，
?——為標(biāo)準(zhǔn)工況下的發(fā)電機(jī)組突加負(fù)載百分比；
w——為突加負(fù)載百分比。
計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)要求遵循的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范進(jìn)行突加負(fù)載百分比w的確定。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組主要采用ccs規(guī)范進(jìn)行突加負(fù)載百分比的確定。
●根據(jù)gb/t2820.2中5.2規(guī)定
發(fā)電機(jī)組在額定功率和頻率下突加負(fù)載特性與所用柴油機(jī)的制動(dòng)平均有效壓力有關(guān)，因此ε值可以由柴油機(jī)生產(chǎn)廠給出，在廠商不能提供時(shí)，可以根據(jù)gb/t2820.5 中給出的制動(dòng)壓力和加載之間的關(guān)系得到?值。
pme= kp / vstnr............................（6）
式中，pme為平均制動(dòng)有效壓力，kpa；
k——為參數(shù)，四沖程為1.2×105，二沖程為0.6×105；
p——為柴油機(jī)額定功率；
vst——為柴油機(jī)工作容積，cm3；
nr——為標(biāo)定轉(zhuǎn)速，r/min。
當(dāng)柴油機(jī)達(dá)不到一次突加負(fù)載的要求時(shí)，根據(jù)gb/t2820.12中7.1規(guī)定，當(dāng)采用更大的加載步時(shí)，需采取適當(dāng)?shù)母郊哟胧┗蛘咴黾影l(fā)電機(jī)組的額定功率，適用時(shí)也可增加飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此當(dāng)柴油機(jī)突載能力不能滿足要求時(shí)，需要柴油機(jī)廠家對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整以滿足突載功率的要求或者用戶重新選配柴油機(jī)。

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