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交流发电机和发电机组额定值的定义
交流发电机上的kVA额定值主要受绕组绝缘系统的热能力控制
交流发电机的额定值定义了其向连接负载提供电力的能力。额定值以kVA为单位,并且是在发电机组应用中交流发电机选型的起点。虽然在选型和选择过程中还必须考虑其他因素,但本文讨论的主题包括额定值和占空比的定义、行业中使用的术语以及这如何为协助GOEM为其发电机组选择合适的交流发电机提供信息。
交流发电机额定值
交流发电机的kVA额定值主要取决于绕组绝缘系统的热容量和所需的预期使用寿命。对于给定的使用寿命,绝缘等级越高,交流发电机运行时的热量越高。
下表列出了用于对绝缘系统的性能进行分类的字母和相应的标称工作温度。
现代绕组绝缘的行业标准是低压系统为H级(<1kV),中压和高压系统为F级(>1kV)。
然而,应该注意的是,分配给绝缘系统等级的字母不一定与交流发电机额定的温升等级相同。如果交流发电机上的kVA额定值导致运行温度低于绝缘系统的标称容量,则运行寿命会延长。相反,如果kVA额定值导致高于绝缘系统标称能力的工作温度,则工作寿命会缩短。
这两种情况都是可接受的运行条件,但是在为特定应用选择交流发电机时,必须考虑交流发电机绕组的预期寿命。
示例:备用电源与主电源应用
在典型的备用电源应用(例如医院)中,每年的运行时间很可能少于200小时。在安装的整个生命周期内,例如15年,这相当于总共多3000小时运行时间。鉴于运行时间相对较低,交流发电机可以在更高的温度下运行,因此额定值相对较高。
出于这个原因,客户将在备用应用的交流发电机上达到kVA额定值峰值。
然而,在连续运行的应用中,例如嵌入式发电方案,运行时间可能高达每年8000小时。这相当于在同样的15年期间运行超过120000小时。在这种情况下,绕组的温度必须使用相对较低的kVA额定值来降低。
因此,客户的交流发电机将达到F级甚至B级kVA额定值。
热损伤曲线说明绝缘寿命随工作温度的变化,并与其他工具结合使用,以便在为特定发电应用的交流发电机指定额定值时做出选型和选择决定。
发电机组额定值
发电机组额定值原理引入了备用和主电源应用的概念。在ISO8528-1的指导下,发电机组额定值的定义按应用分为四个类别。
■ 应急备用电源,(ESP额定值)
■ 限时主电源,(LTP额定值)
■ 主要额定功率,(PRP额定值)
■ 连续运行功率,(COP额定值)
每个定义都规定了以下标准:
■ 负载类型
其中包括可变负载,即负载循环的幅度和持续时间不同,另外还有恒定负载,即负载保持恒定水平,但负载循环的持续时间可能会有所不同。
■ 每年运行小时数
将平均负载水平与发电机组的指定额定值进行比较,并表示为额定kVA的百分比。发电机组必须能够在规定的小时数中在平均负载水平运行。
■ 过载要求
过载能力表示可在指定的持续时间内高于指定kVA额定值的百分比。
交流发电机额定值的术语和定义因行业而异,与发电机组使用的术语和定义不一致。交流发电机的定义以国际标准ISO 8528-3、IEC 60034-1和一些全国标准(如NEMA MG 1-32(北美))为指导,这些标准本身引入了进一步的变化。
下表总结了根据ISO 8528-1对发电机组的定义以及ISO 8528-3和IEC 60034-1对交流发电机的定义。尽管存在差异,但该表显示了如何匹配交流发电机与发电机组的额定值和运行负荷。
需要注意的是,与标准相比,GOEM可能决定提供更高水平的性能,例如更高的平均负载或更长的运行时间。
在将交流发电机与发电机组额定值和应用相匹配时,需要考虑到这一点。
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发电机的润滑系统
润滑系的基本任务就是将机油不断地供给零件的摩擦表面,减小零件的摩擦和磨损。流动的机油可以摩擦表面上的磨等杂质,并冷却摩擦表面。气缸壁和活塞环上的油膜还能提高气缸的密封性。此外,机油还可以防止零件生锈。
所有康明斯柴油机均采用综合润滑系统,对工作负荷大。运动速度高、附近工作条件很差的摩擦表面,如主轴承、附近连杆轴承、附近凸轮轴承、附近摇臂轴承等均需要一定压力将机油输送到摩擦表面间隙中,方能形成油膜保证润滑,这就是压力润滑。其他如活塞与气缸壁、附近配气机构的凸轮等则利用运动零件激溅起来的油滴或油雾来进行润滑,这种润滑方式为飞溅润滑。其他辅助机构零件,如风扇、附近水泵轴和柴油机轴等则采用定期加注润滑剂的方式来进行润滑。
一、附近润滑系的组成及作用
1)机油泵、附近输油管。吸油管和机油盘。它们的作用是将机油吸取加压后送往各润滑部位进行润滑。康明斯柴油机的大部分润滑油道。油管设计在气缸体、附近气缸盖的内部。这种内部油道不易损坏和泄漏,可靠性好。
2)机油滤清装置,包括机油粗滤器(全流滤油器)、附近机油细滤器(旁流滤油器)。用来循环机油中所含的各种杂质,保证润滑系统正常工作。
3)机油冷却装置即具有冷却器,用来冷却机油,防止因机油温度过高和机油粘度降低而失去润滑作用,使柴油机不能正常工作。
4)油压表、附近油尺等,用来检查润滑系的工作状况。
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关于柴油发电机组节能与环保总述
标准GB/T2820.1一1997《往复式内燃机驱动的交流发电机组》第1部分标准9排放中规定:“当发电机组运行时,会产生包括噪声、当地振动、当地热辐射、当地废气和电磁干扰等排放物。任何有关保护环境和人员与的适用法规由制造厂和用户商定产品性能要求时考虑。”环保机组定义:将同时考虑到噪声、当地振动、当地热辐射,废气和电磁干扰等排放物对环境因素有影响的机组称为环保机组。
国标对环保机组要求:振动小、当地噪声低、当地电磁辐射低、当地热辐射小、当地排放污染轻。
另外 标准GB/2819一1995《移动电站通用技术条件》(Mobileelectricpowerplant,Specificationfor)对环境污染做了一定的限定。其中第4.9条污染环境的限值中有相应的规定。
1)振动
电站应根据需要设置减震装置;电站运行时振动的单振幅应不大于0.3mm或0.5mm;使用增压柴油机、当地单缸和两缸柴油机、当地单缸汽油机的电站,其振幅值应符合产品技术条件的规定。
2)噪声
电站的噪声允许值应符合噪声允许值中的规定,增压柴油机组电站和低噪声电站的允许值按产品技术条件的规定执行。
3)无线电干扰
对有抑制无线电干扰要求的电站,应有抑制无线电干扰的措施,其干扰值不大于有关标准中的规定值。频率为0.15~3000MHz;端子干扰电压为3000μv~400μv;干扰场强为100~50μV/m。
4)有害物质浓度
有相应要求时,电站排出的有害物质允许浓度按产品技术条件的规定。
5)烟度
有相应要求时,电站的排气烟度按产品技术条件的规定。
烟度要求:因柴油发电机排气量较汽油机排气量要大,而且排烟问题较严重。下面针对机组原动机为柴油发电机的电源车辆来讨论。排烟是由于不完全燃烧所得到的悬浮在柴油发电机排气中可见的白色、当地蓝色、当地黑色颗粒物。白色通常由水蒸气或液体燃料蒸汽凝聚而成:蓝色通常是因燃料或机油不完全燃烧所得到的微粒:黑色主要由炭粒组成,其颗粒尺寸常小于1μm。这些排出的颗粒物能够吸收、当地反射和折射光线。
烟度是表征柴油发电机排气中颗粒物浓度的参量。烟度是指容量排气所透过的滤纸的染黑度。
我国对不同排气量的柴油发电机排气烟度允许值为4.5~4.0波许单位。通常规定白色滤纸的吸光率为0波许单位,全黑滤纸的吸光率为10波许单位,0~10均匀分度。
机组运转时,振动、当地噪声、当地排放和辐射等是相互关联的。发电机组是一个大型供电系统,它由若干分系统组成,各系统之间是相互关联的。在分析与研究环保问题时,同时应与机组发动机燃料、当地燃烧、当地配气、当地机械运转等环节相联系。另外,这些对环境有影响的因素又是互相联系的。机组运转就必然的有振动,振动自然就会产生噪声;燃料燃烧必然产生热量、当地废气和燃烧噪声;热量的产生必然有热辐射;由于燃料的燃烧不完全和杂质等,就必然产生空气污染问题,即使是完全燃烧生成大量的C02,对环境也有较大影响。由于发电机组中发电机是电磁机械,因而就必然有电磁辐射,形成对其他电子设备的电磁干扰。因而,解决柴油发电机组环保问题时,应该用互相联系的观点来研究机组环保问题。例如:在机组设计隔声罩时同时考虑电磁屏蔽。如用带夹层的双层或多层金属外壳制造声罩,中间有水或其他介质冷却,既可以隔声,也可以进行电磁屏蔽,还可以有效降低热辐射。同时增强了机组在风沙、当地大雨、当地高温、当地严寒等恶劣环境下的供电能力。对于柴油发电机组来讲突出的环保问题是振动、当地噪声和废气。
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发电机组的减震系统、当地散热器和排气管消声器要求
联轴器及避振装置
1.柴油发动机须与单轴承型发电机直接轴接;与双轴承发电机连接时,必须通过高弹联轴器连接;1500kw以上的低压及中压柴油发电机组必须通过高弹联轴器连接。
2.弹簧型避振器须装于底板下,使整个装置坐落在混凝土楼板上而不致将振动传至邻近的设备或建筑物任何部分上。部分厂家的机组发动机与发电机连接形式和减振措施。
散热器
下文是风冷机组和水冷机组技术规格书的相关要求,用户应根据项目的实际情况,选择符合要求的相应机组形式之一。
1.风冷机组
(1)发动机须由配套的散热器进行风冷。
(2)须将散热器分装在专为之设计和经批准的支架上。
(3)散热器须装设通风管道的法兰盘接头,使通风管道能附在散热器上。在散热器和金属百叶窗之间须装设一节带挠性连接器的风管。管道须由镀锌簿钢板制作。所有管道须具有密封的接头。
(4)风扇须有足够的容量并考虑到气流经过管道和百叶窗的附加阻力。
2.水冷机组
(1)发动机须由配套的散热器进行水冷,包括皮带传动风扇、当地冷却剂泵、当地恒温器控制的液冷排气管、当地中间冷却器、当地耐腐蚀并适用于当地条件的冷却剂弗列加过滤器。
(2)须将散热器分装在专为之设计和经批准的支架上。
(3)散热器须装置通风管道的法兰盘接头使通风管道能附在散热器上。在散热器和金属百叶窗之间须装设一节带挠性连接器的风管。管道须由镀锌薄钢板制作。所有管道须具有密封的接头。
(4)风扇须有足够的容量并考虑到气流经过管道和百叶窗的附加阻力。
(5)冷却系统中须加防腐蚀剂。
(6)冷却系统须配备冷却剂加热器,使冷却剂的温度保持在20℃以上,以保证在需要时能易于启动。冷却系统中也须加入防冻剂。
排气管消声器和烟道
(1)排烟系统由消声器、当地膨胀波纹管、当地吊杆、当地管道、当地管夹、当地联接法兰、当地抗热接头等部件组成。
(2)在排烟系统中的连接须使用带抗热接头尺的联接法兰。
(3)在消声器后须连接碳钢或不锈钢膨胀节,波纹管将烟气垂直向上排至图标之位置。排烟管须由符合国标的黑色钢管、当地碳管或不锈钢管制作,或符合 规范要求并由专业厂家生产的不锈钢焊接烟管。
(4)排烟管之弯头具有须等于3倍管径的小弯曲半径,以满足柴油发电机组的背压要求为准。
(5)自排气口至排气管末端的整个系统,除不锈钢的膨胀波纹管外,均须涂以抗热油漆。
(6)整个排烟系统须于镀锌金属网上,裹以符合 标准的非燃性绝缘材料的保温层,金属网孔径及保温层厚度亦需满足 标准要求,排烟管加保温层后外表温度应不大于70℃。
(7)全部排烟管道和消声器的表面须裹以厚度不小于0.8mm的铝金属或不锈钢包层
(8)整个系统须由弹簧吊杆悬挂。悬挂吊杆的设计须经批准。
(9)排气出口处所排出的废气烟色 容许度不应高于林格曼黑度一度、当地烟尘排放浓度不得高于80mg/m3,并须符合当地环保部门的规定。
(10)柴油发电机排放的二氧化硫、当地氮氧化物、当地一氧化碳、当地烃等污染气体需满足GB 20426-2006的要求,达到欧Ⅱ以上排放标准。
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