新聞主題	柴油發電機啟動系統的組成和作用

 

摘要：柴油發電機電起動系統主要由起動機、蓄電池、充電發電機、調節器和電池連接線等組成。啟動系統的功用是把來自蓄電池的能量轉換并傳送到用于轉動柴油機的起動機上，再由起動機帶動飛輪旋轉，使柴油機進入自行運轉狀態。在完全著車進入工作狀態后，起動機停止工作自動退回原位，至此，啟動過程全部完成。康明斯公司在本文中闡述了柴油發電機啟動系統的結構組成、啟動條件和要求，以及常見柴油機啟動故障的原因分析，供于用戶借鑒。

 

一、起動系統的基本組成

 

      柴油發動機由靜止狀態轉為運轉狀態，必須依靠外力助推動曲軸轉動，才能得到初始的進氣、壓縮、燃燒作功等幾個過程，產生動力，使柴油機連續不斷地循環運轉。柴油機從靜止狀態到開始運轉的全過程，稱為啟動。完成啟動所需的一系列的裝置，稱為柴油發電機的啟動系統。

1、起動機

      柴油發電機的起動機是四極四刷串激直流電動機，外觀模型如圖1、圖2所示。這種電動機的特點是，輕載時，其電磁轉矩與電樞電流的平方成正比；負載增加時，電磁轉矩增加很快，但負載較大時，通過的激磁繞組電流也增大，鐵心趨于飽和，盡管流過激磁繞組的電流隨負載增加而增大，但磁極的磁通卻變化不大，因此，它的電磁轉矩與負載電流成正比，適合作啟動電動機。ST614型啟動電動機帶彈簧脫離裝置，康明斯型啟動電動機帶有螺旋花鍵裝置。它們均能在柴油發電機啟動后自動脫離，防止轉子因柴油發電機啟動后高速旋轉而損壞。

 

圖1  柴油機起動機整體結構圖

圖2  柴油機起動機創建模型樹

 

2、硅整流充電發電機

      康明斯系列柴油發電機均采用這種充電發電機，它與相應電壓調節器配合使用，作啟動蓄電池的充電電源。硅整流充電發電機使用時應注意的問題如下：

① 應與相應規格的電壓調節器和相應容量的蓄電池合使用。

② 接線時必須注意極性，否則將會造成損壞。

③ 12缸V型柴油發電機啟動時，應注意鑰匙開關左、中、右三檔位置。

3、充電機電壓調節器

      電壓調節器應與硅整流充電發電機配合工作。當柴油發電機的轉速超過800r/min以上時，充電發電機開始向蓄電池充電，由電壓調節器控制使充電發電機輸出電壓保持在一定范圍以內。

4、啟動蓄電池

      蓄電池為起動機提供啟動時所必需的電流和電壓。通常，蓄電池的電量不低于75%才能保證起動機正常運轉。在起動機運轉時，蓄電池要向起動機提供足夠的電流。

      康明斯柴油發電機組所用的蓄電池一般都是鉛酸蓄電池。以瓦爾塔鉛酸蓄電池為例，其正極為二氧化鉛，負極為海綿狀鉛，電解質為硫酸水溶液，隔板（隔膜）使用微孔橡膠隔板或微孔塑料隔板，電池殼體使用硬橡膠、工程塑料、玻璃鋼等材料制成。其內部剖析圖如圖3所示，外觀如圖4所示。

5、電池連接線

      蓄電池連接線是起動系統連接各個組件的主要線路，必須保證接口的穩定性和安全性。

 

圖3  鉛酸蓄電池內部剖析圖

圖4  瓦爾塔蓄電池外形圖

 

二、啟動基本條件和要求

 

      柴油機借助于外力，獲得第一個工作循環的條件，即在外力作用下進行進氣、壓縮、噴油，直至燃油燃燒、膨脹做功而自行運轉的過程。柴油發電機啟停控制系統如圖5所示，啟動系統接線如圖6所示。

1、起動轉速

      柴油機起動所要求的最低轉速稱為起動轉速。柴油機起動轉速與柴油機的類型、環境條件、柴油機技術狀態、燃油品質等有關。

2、起動轉速范圍

（1）高速機80～150r／min；

（2）中速機60～70r／min；

（3）低速機10～30r／min。

3、柴油機的起動要求

（1）迅速、可靠；

（2）達到啟動轉速，消耗能量少；

（3）易于實現設備自啟動和遠程遙控；

（4）曲軸處于任何位置均可啟動。

4、柴發自啟動規定

       目前在行業中對于柴油發電機沒有強制規定必須要自動啟動，只是規定柴油發電機要設置自動和手動啟動裝置以及在多長時間內啟動。所謂自動啟動就是在沒有人干預的情況下柴油發電機啟動。手動啟動就是通過人去按啟動按鈕啟動。

（1）《高層民用建筑設計防火規范》GB50045－95（2005年版）第9.1.2條要求：一類二類高層建筑自備發電設備，應設有自動和手動啟動裝置，并能在30S內供電，當采用自啟動有困難時，可采用手動啟動裝置。

（2）《建筑設計防火規范》GB50016－2006第1.1.2條：一級負荷供電的建筑，當采用自備發電設備作備用電源時，自備發電設備應設置自動和手動啟動裝置，且自動啟動方式應能在30S內供電。

（3）《民用建筑電氣設計規范》JGJ16－2008第13·9.7條：當消防應急電源由自備發電機組提供備用電源時，應符合下列要求：消防用電負荷為一級時，應設自動啟動裝置，并應在30S內供電。

 

圖5  柴油發電機啟停控制過程

圖6  柴油機啟動系統接線圖

 

三、柴油機啟動故障的原因

 

       柴油機啟動故障是指在正常環境溫度狀況下，或者在柴油機使用說明規定的特定條件下，連續啟動多次而不能正常著車的現象。柴油機啟動故障主要分為：

1、柴油機冷車啟動困難而熱車不困難

（1）啟動轉速正常而排氣管無煙霧排出。

      產生這種現象主要有兩個因素：

① 合計低壓油路中進入空氣，從而導致低壓油路中無柴油運移到泵油泵或者噴油器，造成柴油機無法正常啟動。

② 主要合計噴油泵中斷油電磁閥的位置及狀態是否處于供油位置，假設未在供油位置，那么會導致無法向噴油器供油而無煙霧排出。

（2）啟動轉速正常而排氣管冒出白色煙霧。

      出現這樣的現象主要有三個方面原因：

① 柴油內含有水分，而在柴油燃燒時，水霧隨著燃燒后的廢氣一起排出，形成白色煙霧。

② 在環境溫度比較低的狀況下，柴油在氣缸內將來得及燃燒或者燃燒不充分而被排出，造成冒白煙。

③ 汽缸墊沖壞或汽缸蓋螺栓不緊，使冷卻水進入汽缸。

（3）啟動轉速正常而排煙管道冒黑色煙霧。

      產生這樣現象主要有四個方面原因：

① 噴油器滴油、漏油、霧化不良。

② 噴油泵各缸供油不均勻，有一個或幾個缸供油量少，而另幾個缸供油量多。

③ 進排氣阻力太大。主要由于空氣濾清器污損嚴重、排氣管阻力大、消聲器匹配不當等原因所造成的。

④ 增壓器故障。由于增壓器轉子轉速下降，進氣壓力降低，出現漏氣現象等原因，使氣缸充氣量減少。

2、冷車啟動困難，啟動升溫后熱車容易啟動

      造成這樣的現象主要有以下兩個方面原因：

（1）活塞與氣缸之間的磨損間隙過大

      經過長時間不間斷的工作，活塞與氣缸之間的間隙越來越大，并有可能達到了臨界極限值，當溫度升高后，機油會均勻潤滑彌補氣缸與活塞之間的間隙，機油溫度升高后溫度會下降，從而導致活塞與氣缸之間摩擦阻力減小，所以熱車容易啟動起來。

（2）噴油嘴磨損過度

      當噴油嘴磨損同樣達到最大同意間隙時，由于熱脹冷縮作用，在冷車時候間隙過大，導致噴油效果不好，而致使冷車難以啟動。而在熱車狀況下，噴油嘴受熱膨脹后間隙減小，恢復到原來的正常噴油狀態，因此熱車很容易就啟動起來了。

3、柴油機熱車啟動困難

      產生這樣現象主要有四個方面原因：

（1）柴油機噴油泵的柱塞磨損，造成泄油量大。

（2）柴油機活塞與缸壁間隙太小，形成咬缸。

（3）柴油機過熱。

（4）柴油機曲軸軸向間隙小，造成啟動加載。

4、柴油機冷、熱車啟動均困難

      造成冷、熱車啟動均困難的原因主要有以下六個方面：

（1）由機械方面原因造成的，例如活塞、活塞環與氣缸之間的磨損間隙過大，導致氣缸內的霧化柴油不能夠燃燒而不能夠啟動。

（2）某個氣缸或者多個氣缸與活塞環出現“對口”現象。

（3）氣門間隙問題，氣門磨損后間隙過大，造成升程不夠，間隙過小，氣門關閉不嚴，導致氣缸內壓縮壓力下降，霧化后的柴油難以自燃，造成啟動困難。

（4）噴油器工作狀態不良，噴油器因堵塞或者其它原因導致不噴油或者噴油量過小，噴油壓力不夠，影響柴油機的啟動。

（5）柴油機噴油泵調速器調整不當。

（6）柴油機低壓油路有問題。

 

總結：

      總之，柴油機的起動系統是設備穩定、連續運轉的基礎。為了確保柴油發電機的正常使用，起動系統的建設和使用必須得到足夠重視和開發。此外，柴油機啟動故障的現象很復雜，影響柴油機啟動的原因也很多，這里不可能一一進行介紹，但是無論是何種引起柴油機不能正常啟動的現象，都要認真分析產生該現象的原因，然后針對原因去尋找解決排除故障的方法。柴油機在平常的使用過程中，要常常進行維護、保養，只有平常維護保養到位，才能盡量避免柴油機啟動困難現象的發生。

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