新聞主題	柴油發(fā)電機冷卻風(fēng)扇作用及原理

 

摘要：風(fēng)扇是發(fā)動(dòng)機功率的消耗者，最大時(shí)約為發(fā)動(dòng)機功率的10％。為了降低風(fēng)扇功率消耗，減少噪聲和磨損，防止發(fā)動(dòng)機過(guò)冷，降低污染，節約燃料。在柴油發(fā)電機組行業(yè)，柴油發(fā)電機組作為通信電源的終極保障，以其高可靠性和性?xún)r(jià)比等優(yōu)勢得到廣泛應用。隨著(zhù)通信規模的爆發(fā)性增長(cháng)，特別是大型樞紐、數據中心的集中建設，其備用發(fā)電機組功率需求達50000kVA以上，單機功率也高達2000～3260kVA。

 

智能變速風(fēng)扇采用電控硅油離合器技術(shù)，根據機組負載的不同，通過(guò)ECU（ElectronicControl Unit，微機控制器）監控不同散熱器組件的溫度值，依據溫度值與轉速百分比的對應關(guān)系，ECU向離合器發(fā)出轉速命令，通過(guò)PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）形式實(shí)現風(fēng)扇轉速的無(wú)級、連續智能控制，從而達到優(yōu)化冷卻系統，改善柴油發(fā)電機組的節能環(huán)保運行等的核心技術(shù)及效果。

 

目前的柴油發(fā)電機組，大都采用水箱帶風(fēng)扇冷卻，風(fēng)扇靠柴油機上的動(dòng)力直接驅動(dòng)，機組運行時(shí)，冷卻風(fēng)扇轉速一直與柴油機保持同步，從空載至滿(mǎn)負載始終在額定轉速1500r/min附近，即不論機組的負載大小，冷卻風(fēng)扇都送出最大的風(fēng)量和最大功率的能耗。通信行業(yè)配套的大功率機組，柴油機冷卻風(fēng)扇的功率高達80kW以上，必須優(yōu)化其冷卻系統。

 

柴油機工況的特性是：柴油機機身（水溫）溫度，保持在較高（通常為80～98℃）狀態(tài)的帶載能力及效率是最佳的。在柴油機啟動(dòng)至投入負載這階段，應該使水溫快速升高，然而，冷卻風(fēng)扇卻始終全功率反方向降低溫度，造成很多無(wú)功損耗，特別是極端低溫的環(huán)境，能耗及環(huán)保的影響更為明顯；另外，在機組整個(gè)帶載過(guò)程，最佳的工況是使柴油機的發(fā)熱與風(fēng)扇的冷卻效果保持相對平衡。為此，應用變速風(fēng)扇，是優(yōu)化冷卻系統，實(shí)現柴油機始終處于最佳工況并大幅降低能耗、改善燃燒效果及減少排放的有效途徑。

如圖1所示為配置智能變速風(fēng)扇的機組外形圖，如圖2為智能變速風(fēng)扇節能效果圖?？梢灾庇^(guān)看出，應用智能變速風(fēng)扇的效果。

 

圖1 配置智能變速風(fēng)扇的發(fā)電機組外形圖

圖2 柴油機智能變速風(fēng)扇節能效果圖

 

 

當柴油機啟動(dòng)后，風(fēng)扇處于怠速，其風(fēng)量及消耗功率最小，使機組暖機并快速進(jìn)入帶載最佳轉態(tài)，減少無(wú)功損耗及降低噪聲；在進(jìn)入帶載或滿(mǎn)載前（柴油機上節溫器打開(kāi)后），通過(guò)智能調節風(fēng)扇的風(fēng)量，優(yōu)化柴油機的冷卻平衡，在滿(mǎn)足柴油機最佳運行溫度的同時(shí)，最大限度地提高設備的效率和降低風(fēng)扇功率，達到節能減排的目的。

 

1．電控硅油離合器系統及控制原理

 

電控硅油離合器系統主要由硅油離合器、控制器Di、速度傳感器和柴油機固有的散熱器（水箱）組件、風(fēng)扇、柴油機控制單元ECU等組成如圖3所示?？刂圃砣缦拢?/span>

1）通過(guò)ECU監控各種相關(guān)溫度值：水箱、中冷器、排氣、機油和燃油等。

2）根據溫度值與轉速百分比的對應關(guān)系，ECU向離合器發(fā)出轉速命令，通過(guò)PWM形式實(shí)現風(fēng)扇轉速控制。

3）電控硅油離合器采用失效保護措施：如果離合器斷電，則全速運轉，確保萬(wàn)無(wú)一失安全可靠運行。

由上可知，電控硅油離合器系統特別簡(jiǎn)單、可以很方便地在任何現有柴油機加裝應用。冷卻風(fēng)扇轉速（功率）的優(yōu)化，反饋信號采集完整、控制可靠簡(jiǎn)捷。

 

圖3 柴油機電控硅油離合器Di控制原理

 

 

2．電控硅油離合器工作原理

 

電控硅油離合器工作原理如圖4所示。

1）當控制閥打開(kāi)時(shí)，硅油從硅油腔進(jìn)入工作區域，硅油進(jìn)入工作區域后通過(guò)硅油表面張力傳遞動(dòng)力，由主動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)風(fēng)扇旋轉。同時(shí)硅油在離心力的作用下，通過(guò)回流管流回儲油腔。

2）控制閥的開(kāi)關(guān)由電磁線(xiàn)圈控制。當電磁線(xiàn)圈通電時(shí)，控制閥門(mén)關(guān)閉；當電磁線(xiàn)圈斷電時(shí)，控制閥門(mén)打開(kāi)。通過(guò)PWM形式，可以方便地實(shí)現電磁線(xiàn)圈對應開(kāi)關(guān)量，進(jìn)而使控制閥處于閉環(huán)受控狀態(tài)。

從上面可知，硅油離合器的核心工作原理：主動(dòng)盤(pán)（柴油機驅動(dòng)），透過(guò)硅油表面張力傳遞，使從動(dòng)盤(pán)（安裝風(fēng)扇）實(shí)現可控差速旋轉；轉速差靠硅油工作區域充滿(mǎn)程度改變其張力的大小來(lái)實(shí)現；而硅油工作區域充滿(mǎn)程度則由電磁閥的開(kāi)關(guān)量，通過(guò)PWM命令控制調節；PWM的信號源取自相關(guān)溫度值，從而實(shí)現智能、電控、閉環(huán)和精準的優(yōu)化柴油機冷卻系統，達到節能環(huán)保的目的。

 

圖4 柴油機電控硅油離合器工作原理圖

 

3．主要技術(shù)特點(diǎn)

 

智能變速風(fēng)扇，采用獨特的設計思路，巧妙地將大部分構件集合于最小體積內的硅油離合器之中，其主要特點(diǎn)：

1）應用范圍廣泛：可以滿(mǎn)足任何柴油機的改裝。

2）裝配便捷：結構緊湊、安裝簡(jiǎn)單，可以裝配在曲軸或傳送帶輪上。

3）功率范圍大：?jiǎn)蝹€(gè)最大功率可達45kW、扭矩為250N·m、風(fēng)量為55776m³/h、靜壓為834Pa，可以單個(gè)或多個(gè)使用。

4）節能減排運行：能根據柴油機冷卻需要響應不同的最佳轉速，減少不必要的功率消耗，節省燃油，降低排放。

5）使用壽命長(cháng)：相比電磁離合器，采用高穩定性的硅油柔性控制，零件幾乎沒(méi)有磨損、沒(méi)有沖擊力，可靠性極高、使用壽命長(cháng)。

6）效率更高：相比液壓驅動(dòng)離合器，不需要其他額外零部件和電源，效率更高，特別是高電壓柴油發(fā)電機組，液壓的動(dòng)力源很難滿(mǎn)足。

7）較高的性?xún)r(jià)比：少投入、高收益，既節能、又環(huán)保，具有較高的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

相比常規恒速風(fēng)扇，智能變速風(fēng)扇的節能效果特別顯著(zhù)，最高可達50％以上。同時(shí)也能進(jìn)一步改善低溫氣候操作性能，降低柴油機排放，降低散熱器堵塞，延長(cháng)傳送帶的使用壽命，減少塵土的產(chǎn)生和降低風(fēng)扇噪聲等效果，切實(shí)能為用戶(hù)創(chuàng )造額外的價(jià)值，這對于不斷提高柴油發(fā)電機組的應用技術(shù)水平具有一定的意義。

 

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