新聞主題	應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功率的千瓦數(shù)計算

 

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)過額定功率計算公式、非標(biāo)準(zhǔn)條件下功率修正、突加負(fù)載計算公式最后得出準(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)動的交流發(fā)電機(jī)組》等。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對平臺應(yīng)急發(fā)電用柴油機(jī)性能提出了嚴(yán)格要求，選型時應(yīng)予以滿足。

（1）在海洋平臺上，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小時最少可在其額定功率的110%下連續(xù)運(yùn)行1小時。

（3）應(yīng)急發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)工作時的額定制動有效壓力（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應(yīng)的制動平均有效壓力改變。

（8）匹配的柴油機(jī)的輸出功率應(yīng)計及整套發(fā)電機(jī)組的額定輸出功率、必要的獨立輔助設(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)配備兩套獨立的啟動能源，每一套應(yīng)該可以提供3次冷啟動而無需更換，并且在最低環(huán)境溫度下，每間隔15秒可以啟動一次。

（10）柴油機(jī)暴露的表面最大溫度不能超過60℃。

 

 

二、柴油機(jī)功率計算與選擇

 

 

 

1、 柴油機(jī)額定有效功率計算

 

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組采用三相無刷同步交流發(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)匹配時的功率損失。

發(fā)電機(jī)組的功率是除去必要的獨立輔助設(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)場額定功率的初選：

P_x ≧（P_n /η+P_∫）/ K₁ ............................（1）

式中，P_x——為柴油機(jī)現(xiàn)場額定功率；

P_n——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)工作時間小于12h 時一般取1.0，長期運(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)行額定有效功率計算，在柴油機(jī)型號選定后再進(jìn)行功率的核算。

P_x ≧ P_n /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。

對于環(huán)境條件的功率修正包括：

（1）現(xiàn)場大氣壓力（若無通用的壓力數(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）在最高溫度條件時的相對濕度（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，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）的計算結(jié)果進(jìn)行柴油機(jī)選取和定型。

● 現(xiàn)場環(huán)境功率與標(biāo)準(zhǔn)功率的換算采用GB/T607210.3.1中的公式：

P_{r =} P_x  / ɑ_c ............................（3）

式中，P_r ——為ISO標(biāo)準(zhǔn)功率kW；

P_x——為柴油機(jī)現(xiàn)場額定功率；

ɑ_c ——為環(huán)境修正系數(shù)：

 

式中，k為指示功率比；

η_m——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；

P_r——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)總氣壓，kPa；

P_x——為當(dāng)?shù)丨h(huán)境總氣壓，kPa；

Ø_r——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的相對濕度；

Ø_y——為當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下的相對濕度；

P_sr——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)飽和蒸汽壓，kPa；

P_sx——為現(xiàn)場環(huán)境飽和蒸汽壓，kPa；

T_x——為當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下的溫度，K；

T_r——為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)狀況下的溫度，K；

T_cx——為現(xiàn)場環(huán)境增壓中冷介質(zhì)絕對溫度，K；

T_cr——為標(biāo)準(zhǔn)狀況下增壓中冷介質(zhì)絕對溫度，K：

α，m，n，s為與發(fā)動機(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)而計算出指示功率比k和環(huán)境修正系數(shù)ɑ_c 的值，從而計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)型號確定后，確定或估計柴油機(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 ɑ_c P_r -P_∫）≧ P_n............................（4）

 

3、柴油機(jī)突加負(fù)載計算

 

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，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。

● 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 ɑ_c P_r -P_∫）≧ wP_n............................（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。

計算時應(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，可以根據(jù)GB/T2820.5 中給出的制動壓力和加載之間的關(guān)系得到?值。

P_me = kP / V_stn_r............................（6）

式中，P_me 為平均制動有效壓力，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；

V_st——為柴油機(jī)工作容積，cm³；

n_r——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，根據(jù)GB/T2820.12中7.1規(guī)定，當(dāng)采用更大的加載步時，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，適用時也可增加飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。因此當(dāng)柴油機(jī)突載能力不能滿足要求時，需要柴油機(jī)廠家對其發(fā)動機(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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