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操作使用與維護保養 |
柴油發(fā)電機啟動(dòng)條件和對蓄電池的要求 |
摘要：柴油發(fā)電機、起動(dòng)機與蓄電池三者關(guān)系是柴油機決定所需起動(dòng)機功率，起動(dòng)機功率決定所需蓄電池容量。故進(jìn)行起動(dòng)機設計之前，對三者進(jìn)行相應的匹配分析估算，比較合理地確定柴油機需配起動(dòng)機的性能參數，有利于更好地為柴油機服務(wù)，有利于提高起動(dòng)系統工作的可靠性、耐久性、經(jīng)濟性。起動(dòng)機工作的環(huán)境溫度按標準為-30~105 ℃，但由于高溫時(shí)起動(dòng)困難，屬于不正常的情況，不予考慮范圍內?？?/span>明斯公司建議按-18 ℃低溫情況進(jìn)行柴油機所需配套起動(dòng)機的功率估算，這樣既符合絕大多數柴油機處于較惡劣環(huán)境下的工況，基本上能滿(mǎn)足柴油機對起動(dòng)機的性能要求，又有利于起動(dòng)系統的經(jīng)濟性。對低于-18 ℃的低溫起動(dòng)，宜由柴油發(fā)電機生產(chǎn)廠(chǎng)家針對性研究進(jìn)行功率匹配。
一、柴發(fā)的啟動(dòng)條件
使柴油發(fā)電機從靜止狀態(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)的全過(guò)程，叫柴油發(fā)電機的起動(dòng)，完成起動(dòng)所需要的裝置叫啟動(dòng)系統，柴油機與啟動(dòng)系統之間關(guān)系如圖1所示。啟動(dòng)系統電路如圖2所示，其原理是起動(dòng)時(shí)接通起動(dòng)開(kāi)關(guān)，起動(dòng)電機電路通電，繼電器的吸引線(xiàn)圈和保持線(xiàn)圈通電，產(chǎn)生很強的磁力，吸引鐵芯左移，并帶動(dòng)驅動(dòng)杠桿繞其銷(xiāo)軸轉動(dòng)，使齒輪移出與飛輪齒圈嚙合。與此同時(shí)，由于吸引線(xiàn)圈的電流通過(guò)電動(dòng)機的繞組，電樞開(kāi)始轉動(dòng)，齒輪在旋轉中移出，減小沖擊。如果齒輪與飛輪齒端相對，不能馬上嚙合此時(shí)彈簧壓縮，當齒輪轉過(guò)一個(gè)角度后，齒輪與飛輪迅速?lài)Ш?。當鐵芯移動(dòng)到使短路開(kāi)關(guān)閉合的位置時(shí)，短路線(xiàn)路接通，吸引線(xiàn)圈被短路，失去作用，保持線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁力足以維持鐵芯處于開(kāi)關(guān)吸合的位置。
柴油發(fā)電機的設計是在-15℃環(huán)境溫度時(shí)，不依靠低溫起動(dòng)裝置能夠順利起動(dòng)，因此需要起動(dòng)機提供125 r/min 以上的拖動(dòng)轉速。起動(dòng)機電壓如為24V，柴油機起動(dòng)條件如下：
（1）起動(dòng)轉矩
能夠使曲轉旋轉的最低轉矩稱(chēng)為起動(dòng)轉矩，起動(dòng)轉矩必須克服壓縮阻力和內磨擦阻力矩。起動(dòng)阻力矩與柴油發(fā)電機壓縮比、溫度、機油粘度等有關(guān)。
（2）起動(dòng)轉速
能使柴油發(fā)電機起動(dòng)的曲軸最低轉速稱(chēng)為起動(dòng)轉速，在0~20℃時(shí)，柴油機的起動(dòng)轉速為150~300r/min。
（3）起動(dòng)輔助裝置
柴油發(fā)電機在嚴寒冬季起動(dòng)困難，這是由于機油粘度增高，起動(dòng)阻力矩增大，蓄電池工作能力降低，以及燃油氣化性能變壞的緣故。為使之便于起動(dòng)，在冬季應設法將進(jìn)氣、潤滑油和冷卻水預熱。柴油機冬季起動(dòng)困難尤大。柴油機為了能在低溫下迅速可靠的起動(dòng)，常采用一些用以改善燃料著(zhù)火條件和降低起動(dòng)轉矩的起動(dòng)輔助裝置。如電熱塞、進(jìn)氣預熱器、起動(dòng)液噴射裝置以及減壓裝置等。
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圖1 柴油機起動(dòng)機與蓄電池關(guān)系圖 |
圖2 柴油機啟動(dòng)系統電路圖 |
二、柴發(fā)對啟動(dòng)系統的要求
起動(dòng)機是柴油發(fā)電機電啟動(dòng)的必備裝置，起動(dòng)機主要包括電動(dòng)機、電磁開(kāi)關(guān)、離合器以及減速機構，結構剖面圖如圖3所示。電動(dòng)機引入來(lái)自蓄電池的電流并且使起動(dòng)機的驅動(dòng)齒輪產(chǎn)生機械運動(dòng)；傳動(dòng)機構將驅動(dòng)齒輪嚙合入飛輪齒圈，同時(shí)能夠在發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后自動(dòng)脫開(kāi)；啟動(dòng)機電路的通斷則由一個(gè)電磁開(kāi)關(guān)來(lái)控制。其中，電動(dòng)機是起動(dòng)機內部的主要部件，電動(dòng)機包括必要的電樞、換向器、磁極、電刷、軸承和外殼等部件。
1、起動(dòng)機額定功率對蓄電池的要求
當柴油發(fā)電機在-15℃以下的北方地區和在2000 m 海拔以上的高原地區使用時(shí)，應采用高容量蓄電池和低溫蓄電池，以補償起動(dòng)電流因溫度下降而造成的損失。
表1 起動(dòng)機功率和蓄電池容量之間的匹配參數
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起動(dòng)機功率kW
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一般地區使用
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北方和高原地區使用
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蓄電池容量
AH
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冷啟動(dòng)電流
AH
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蓄電池容量
AH
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冷啟動(dòng)電流
AH
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3.7
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≥100
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300
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≥120
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400
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3.7
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≥120
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360
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≥150
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450
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4.8
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||||
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5.5
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≥135
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405
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≥165
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495
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6.6
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≥150
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450
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≥180
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540
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|
8
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≥180
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500
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≥195
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600
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2 、電池連接線(xiàn)的要求
蓄電池和起動(dòng)機之間的電纜連接如圖4所示。起動(dòng)機回路允許的最大電阻為0.004 Ω，因此，正確選用電線(xiàn)的截面積很重要，而且要使電線(xiàn)布置得最短，如果電線(xiàn)過(guò)長(cháng)，選用的截面積要相應加大，因為電路電阻過(guò)大，會(huì )造成電壓降加大，會(huì )發(fā)生起動(dòng)機的齒輪嚙合不良，或者起動(dòng)轉速過(guò)低，使低溫起動(dòng)性能惡化。根據起動(dòng)機的額定功率，推薦電線(xiàn)的截面積見(jiàn)下表2。
表2 起動(dòng)機和蓄電池之間連接電纜的匹配參數
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起動(dòng)機額定功率（kW）
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≤4.5
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≤6.0
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≤7.0
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≤9.0
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起動(dòng)機電源線(xiàn)截面積（mm2）
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50~60
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60~85
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85~100
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100~150
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嚙合開(kāi)關(guān)線(xiàn)截面積（mm2）
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≥8
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≥8
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≥8
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≥8
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5、蓄電池要求
蓄電池的容量用20小時(shí)率額定容量C20（A·h）表示，它是在-18℃±1℃環(huán)境中，以規定的冷卻起動(dòng)電流If=3·C20（A）放電60 s，蓄電池中單體蓄電池的平均電壓不得低于1.4 V。
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圖3 柴油機啟動(dòng)馬達結構和電路示意圖 |
圖4 柴油機啟動(dòng)馬達和蓄電池接線(xiàn)圖 |
三、起動(dòng)機功率與蓄電池容量的確定
1、起動(dòng)機功率的選擇
起動(dòng)機的功率P（kW）應根據柴油機起動(dòng)所需功率選取，它取決于柴油機的起動(dòng)阻力矩MQ（N·m）和最低起動(dòng)轉速nQ（r/min），并可由式1計算：
P≥MQnQ/9550..........................（公式1）
（1）起動(dòng)阻力矩
柴油機的起動(dòng)阻力矩是指在最低起動(dòng)轉速時(shí)的柴油機阻力矩，主要包括氣缸氣體壓縮阻力矩、運動(dòng)件的摩擦阻力矩和慣性力矩。
M=C?V..........................（公式2）
式中，M——溫度為0℃時(shí)柴油機的阻力矩；
V——柴油機的工作容積（L）；
C?——系數，不同柴油機的系數。
（2）最低起動(dòng)轉速
柴油機的最低起動(dòng)轉速是指起動(dòng)時(shí)能保證進(jìn)入氣缸內的混合氣在壓縮終了時(shí)具有一定的溫度和良好的霧化，能使柴油機可靠點(diǎn)火發(fā)動(dòng)所需的最低轉速。柴油發(fā)電機的最低起動(dòng)轉速為100～200r/min。
溫度為0℃時(shí)柴油機起動(dòng)所需功率可由經(jīng)驗公式3推算：
P=（0.74～1.1）V..........................（公式3）
2、傳動(dòng)比選擇
起動(dòng)機與柴油機的傳動(dòng)比一般在如下范圍內選擇：柴油發(fā)電機為8～10。
3、蓄電池容量的選擇
起動(dòng)機的功率確定以后，可以按經(jīng)驗公式4確定蓄電池的容量：
c=（610~810）（P/U）..........................（公式4）
式中，U——起動(dòng)機額定電壓（V）;
P——起動(dòng)機額定功率（kW）;
C——蓄電池額定容量（A·h）。
對于大功率起動(dòng)機（7.0～10kW），蓄電池的容量可以選擇比計算值小一些。
四、啟動(dòng)系統的使用與注意事項
免維護蓄電池是柴油發(fā)電機啟動(dòng)工作的電源裝置，其性能直接影響柴油發(fā)電機正常啟動(dòng)工作，并且應根據啟動(dòng)特性選擇適合容量的起動(dòng)電池。市場(chǎng)通?；诮?jīng)驗，這將導致容量過(guò)高，或者無(wú)法啟動(dòng)太小的能力?？得魉共裼桶l(fā)電機組所用的啟動(dòng)電池，可以根據CCA來(lái)匹配啟動(dòng)馬達，合理且最大化的利用電池容量。匹配公式如下：
CCA =（啟動(dòng)馬達÷起動(dòng)電壓）×2.5..........................（公式5）
（1）匹配電池前要確認電池安裝位置，接線(xiàn)應盡可能靠近起動(dòng)馬達，以縮短電池和馬達之間電纜線(xiàn)連接線(xiàn)的長(cháng)度，同時(shí)防止啟動(dòng)時(shí)的連接線(xiàn)壓降，并且電線(xiàn)用于35平方毫米低壓電纜線(xiàn)線(xiàn)。當馬達啟動(dòng)電流大時(shí)，電壓12V和24V啟動(dòng)馬達，電纜線(xiàn)的電壓降0.5V—1V之間。
（2）蓄電池是柴油發(fā)電機出廠(chǎng)的配套包裝，就是蓄電池是新的狀態(tài)時(shí)，或者防止了一段時(shí)間以后。電池的容量不一定是滿(mǎn)荷電狀態(tài)時(shí)，必須按照電池廠(chǎng)家使用規定。對電池進(jìn)行充電，確保電池是滿(mǎn)荷電狀態(tài)。在柴油發(fā)電機組的操作正常工作過(guò)程中，通常應該用于觀(guān)察充電電流的值是否合適。當表指示值接近“0”時(shí)，或者當充電器綠燈打開(kāi)時(shí)，柴油發(fā)電機電池已至滿(mǎn)荷電狀態(tài)，可以斷開(kāi)充電電源。
（3）柴油機啟動(dòng)馬達普通結構如圖5所示。為了避免起動(dòng)后未及時(shí)放松開(kāi)關(guān)和誤接通起動(dòng)開(kāi)關(guān)，現代柴油發(fā)電機通常會(huì )配置帶保護功能的啟動(dòng)馬達，如圖6所示。
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圖5 柴油發(fā)電機啟動(dòng)馬達結構示意圖（普通型） |
圖6 柴油發(fā)電機啟動(dòng)馬達結構示意圖（帶保護裝置） |
總結：
綜上所述，起動(dòng)柴油機時(shí)，蓄電池必須能在短時(shí)間（5～10s）內向起動(dòng)機連續提供強大的起動(dòng)電流。柴油機一般需要500～1000A，甚至更大。因此，對發(fā)電用蓄電池的基本要求是容量大、內阻小，以保證蓄電池具有足夠的起動(dòng)能力。一般而言，康明斯公司出廠(chǎng)柴油發(fā)電機組配置的啟動(dòng)電瓶為鉛酸蓄電池，其突出特點(diǎn)是內阻小、起動(dòng)性能好、電壓穩定，此外還有成本低、原料豐富等優(yōu)點(diǎn)，所以在柴油發(fā)電機組上廣泛應用。
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