機房設計與設備安裝

發(fā)電機房進(jìn)排風(fēng)要求和高溫散熱條件

 

柴油發(fā)電機組機房的通風(fēng)和散熱問(wèn)題是機房設計中要特別注意解決的問(wèn)題，無(wú)論是對發(fā)電機組的運行還是對操作人員的身心健康，都有很大的影響。良好的機房通風(fēng)系統必須確保有足夠的空氣流入和流出，并可在機房?jì)葘?shí)現自由循環(huán)。如果處理不當，將直接影響柴油發(fā)電機組的運行。

 

一、機房散熱方案設計

 

柴油機、發(fā)電機、排煙管在運行時(shí)均散發(fā)出熱量，使室溫升高。為了不使室溫過(guò)高而影響發(fā)電機的輸出功率，采取的措施通常為熱風(fēng)管道與柴油機散熱器連一起，其連接處采用軟接頭，出風(fēng)口盡量靠近且正對散熱器，采取措施以減少機房?jì)鹊臒崃糠e聚，完全無(wú)泄漏地排出所有廢氣和保證房間內有充足的冷卻風(fēng)，這樣才能保證發(fā)電機組滿(mǎn)負載、長(cháng)時(shí)間、低噪聲和無(wú)公害運行和延長(cháng)發(fā)電機組使用壽命，并為發(fā)電機組操作人員提供一個(gè)良好的工作環(huán)境。

為了避免控制屏內的電子元器件因溫度過(guò)高而產(chǎn)生故障，一般規定機房?jì)鹊沫h(huán)境溫度不得高于45℃。

因此，機房?jì)葢凶銐虼蟮目臻g，從而確保機房?jì)鹊臍鉁乇３志?，及空氣正常、順暢的流通。如無(wú)受特殊安裝條件的限制，通常通風(fēng)系統應采用直進(jìn)、直出型。并絕對避免發(fā)電機組排放的熱空氣通過(guò)機房進(jìn)風(fēng)口再次進(jìn)入機房形成熱風(fēng)回流。

如圖1、圖2所示的空氣流動(dòng)路線(xiàn)是比較好的方式，冷空氣從發(fā)電機組尾部經(jīng)過(guò)控制屏、發(fā)電機、柴油機到散熱器，最后由冷卻風(fēng)扇將熱空氣通過(guò)一個(gè)可裝拆的排風(fēng)管排到室外，形成一個(gè)完整良好的空氣循環(huán)。

 

圖1 單臺柴油發(fā)電機組機房的通風(fēng)散熱

圖2 雙臺柴油發(fā)電機組機房的通風(fēng)平面圖

 

 

二、普通水冷機組的通風(fēng)和散熱

 

水冷發(fā)電機組機房的熱風(fēng)主要是通過(guò)風(fēng)扇和散熱器來(lái)散熱，機房的布置和設施應將熱風(fēng)引到機房外。通常利用門(mén)洞或墻洞，再加上可拆移的引風(fēng)罩將熱風(fēng)引出機房。若利用墻洞固定引風(fēng)罩必須考慮隔熱和減振問(wèn)題，可采用帆布框罩緩沖隔振，采用石棉層來(lái)隔熱。風(fēng)罩和管道應平順、光滑，避免急彎，以最短距離引出機房，進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口處都需要采取措施，防止雨水和小動(dòng)物進(jìn)入風(fēng)道。

為了保證機房?jì)扔辛己玫耐L(fēng)效果，機房?jì)葢虚_(kāi)向戶(hù)外或通向建筑物另一部分的面積足夠大的進(jìn)風(fēng)口，以便讓足夠的新鮮空氣進(jìn)入。在某些較小或特殊要求的機房，有時(shí)可以用通風(fēng)管把空氣抽入房間或直接地送到發(fā)電機組的進(jìn)氣口，但這種做法一般不推薦使用。此外，機房還應有面積足夠大的排風(fēng)口和暢通無(wú)阻的排風(fēng)通道，保證熱風(fēng)從該口及其通道排出室外。機房的排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口應保持足夠的距離，避免熱風(fēng)回流，并設置有擋風(fēng)雨的百葉窗。百葉窗可以是固定的，也可以是在氣溫低或自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)能夠自動(dòng)調節的。排氣管應按相關(guān)設計規范經(jīng)由排煙管道引至屋面高空排放。

 

三、使用遠距離分體散熱器通風(fēng)和散熱

 

當發(fā)電機組被安裝在地下室時(shí)，實(shí)際空間很可能會(huì )限制風(fēng)槽的運用，在這種情況下，一般可采用其他的通風(fēng)和散熱方法。對于普通型發(fā)電機組的機房安裝，散發(fā)的熱量已計算在散熱器空氣流量中；但對于那些把散熱器安裝在遠處的機房，機房冷卻空氣的流量是由發(fā)動(dòng)機、發(fā)電機和排氣系統任何部分向周?chē)諝馍l(fā)的總熱量來(lái)計算的，所以應采取一些必要且有效的措施排出機房中的熱風(fēng)。

柴油機和發(fā)電機冷卻空氣的需求量在前面已有說(shuō)明。排氣系統的散熱取決于在房間內排氣管的長(cháng)度及使用的隔熱材料，在計算房間內的空氣流量時(shí)，這些熱源散出的熱量也在計算范圍以?xún)?。排氣管應按相關(guān)設計規范經(jīng)由排煙管道引至屋面高空排放。

遠置式散熱水箱的冷卻系統是可以選擇的方式之一。在該系統中，散熱器是與發(fā)電機組分開(kāi)的，并由電動(dòng)風(fēng)機作散熱之用，此系統可作為一個(gè)全封閉的單元組件供戶(hù)外使用，亦可作為開(kāi)放形式供室內裝置用。為確保電動(dòng)風(fēng)機與發(fā)電機組工作的同步，建議采用發(fā)電機組輸出電力作為電動(dòng)風(fēng)機的供電電源。

當散熱器安裝高于3m以上或水平距離超過(guò)10m時(shí)，大多數發(fā)電機組要求裝一個(gè)分置的水箱和電動(dòng)水泵，分置水箱的尺寸取決于整個(gè)冷卻系統的容量，即需要的管道總量加上冷卻用水量。

冷卻水由一臺電動(dòng)循環(huán)泵帶動(dòng)，從分置水箱經(jīng)過(guò)散熱器和發(fā)電機組進(jìn)行循環(huán)。一般散熱器風(fēng)機和水泵電動(dòng)機是由發(fā)電機供電的，它們消耗的功率應計入發(fā)電機組輸出功率。當發(fā)電機組處于停用狀態(tài)，水從散熱器流入分置水箱，而當發(fā)電機組在運行時(shí)，水從分置水箱流入散熱器，此分置水箱必須長(cháng)期保持足夠的冷卻水以確保充滿(mǎn)全部冷卻系統及冷卻水的有效循環(huán)，分體式散熱器安裝如圖3所示。

 

圖3 柴油發(fā)電機組分體式散熱器遠置安裝圖

 

 

對此系統需要注意以下幾點(diǎn)：

1）要防止外來(lái)雜質(zhì)污染冷卻液。

2）分置水箱的擾流可使冷卻液氧化。

3）避免空氣滯留于系統中，管道應備有通氣孔。

4）進(jìn)行適當的水處理以達到發(fā)電機組使用要求。

5）要預防冷卻液凝結。

6）使冷卻液在機體中保持（無(wú)壓）自然流動(dòng)。

如果散熱器裝于和發(fā)動(dòng)機同一水平面，則無(wú)須采用分置水箱，但應在散熱器正上方配置一個(gè)膨脹水箱，以容許冷卻水受熱膨脹和補充。

 

四、采用熱交換器的通風(fēng)和散熱

 

熱交換器冷卻有“標準熱交換器冷卻方式”和“分體水箱配熱交換器冷卻方式”兩種類(lèi)型。這種系統需要空間比分置式水箱要少，其封閉水路能利用補充水箱的球形閥將蒸發(fā)損失的冷卻水自動(dòng)補充，以保證冷卻系統中始終有足夠的冷卻水。熱交換器安裝方式如圖4所示。

大多數的柴油發(fā)電機組都能夠配套熱交換器，在水質(zhì)可能被污染的地區或能從冷卻塔或大型貯水裝置提供冷卻水的場(chǎng)合都可以采用熱交換器作為發(fā)電機組的冷卻手段，但是水經(jīng)過(guò)熱交換器后不能作家庭用水。

由于用后的水必須流向廢水管，所以絕大多數地方不允許用食用水作熱交換器用。熱交換器的水壓可維持在大約0.14MPa。

 

圖4 柴油發(fā)電機組水冷熱交換器安裝圖

 

當使用遠置式散熱器或熱交換器的冷卻系統時(shí)，必須保持一定的通風(fēng)余量，以提供足夠的空氣給發(fā)動(dòng)機燃燒，并作為機房的通風(fēng)及冷卻發(fā)電機組發(fā)出的輻射熱之用。

注：

1）對于遠置散熱器和熱交換器的冷卻系統：一些具有渦輪增壓及（空氣一空氣）增壓冷卻系統但對一些采用（空氣一水）增壓冷卻系統的發(fā)動(dòng)機便合適。

2）如將設有（空氣一空氣）增壓冷卻系統的發(fā)動(dòng)機配合熱交換器的冷卻方式使用，將會(huì )導致輸出功率損失。

 

五、冷卻水的處理

 

當柴油發(fā)電機組使用于較低溫環(huán)境中時(shí)，為防止冷卻水有結冰的危險，機體內的冷卻水就必須進(jìn)行必要的抗冷凝保護，具體方法是在往機體內加注純凈的冷卻水時(shí)，應按要求加注40％～60％劑量的乙二醇防凍液，同時(shí)，應采取必要的均勻混合措施，如預先在專(zhuān)門(mén)容器內將水與防凍液攪拌均勻，并在加注完后，將發(fā)電機組運行至熱機狀態(tài)，以獲得最佳的均勻混合。

為防止發(fā)電機組凍損，建議用戶(hù)加裝發(fā)電機組專(zhuān)用水套加熱器。該加熱器的電源應為市電AC 220V的電源，當發(fā)電機組處于備用停機狀態(tài)時(shí)，該加熱器能夠視環(huán)境溫度和機體內冷卻水的實(shí)際溫度進(jìn)行自動(dòng)加熱。使機體內冷卻水的溫度始終保持在＋5～＋40℃之間。

對于環(huán)境溫度較高的地區，客戶(hù)應在冷卻水中均勻地混合適當比例的防銹液，以免水道生

銹，從而確保水循環(huán)正常暢通，增強發(fā)電機組的冷卻效能。

為防止冷卻系統內所有金屬材料銹蝕，純水應加防銹劑。

 

六、風(fēng)冷機組的通風(fēng)和散熱

 

對于風(fēng)冷發(fā)電機組，最好安裝專(zhuān)用冷卻風(fēng)管。對于六缸機，目前廠(chǎng)家可提供成套的進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)管件。若安裝兩臺八缸發(fā)電機組，可以依據發(fā)電機組“V”形夾角的排風(fēng)角度，開(kāi)挖地下引風(fēng)道，用引風(fēng)機排出熱風(fēng)。平時(shí)引風(fēng)口用蓋板蓋平，開(kāi)機時(shí)打開(kāi)蓋板，使其與發(fā)動(dòng)機排出的熱風(fēng)形成風(fēng)斗。柴油機的排氣管，也可以像散熱風(fēng)道一樣，從地下排出。但要注意下述問(wèn)題：

1）對于風(fēng)冷發(fā)電機組，柴油機冷卻和燃燒都需要新鮮空氣，因此設計時(shí)應注意不能吸入熱風(fēng)和廢氣。

2）所有風(fēng)道要避免過(guò)多轉彎，要以最短通風(fēng)管路將熱風(fēng)和廢氣排出，不要讓柴油機在機房?jì)任霟犸L(fēng)，影響發(fā)電機組運行。

3）風(fēng)冷柴油機冷卻的熱風(fēng)和廢氣，會(huì )形成機房氣流的反射作用，因此應充分利用這個(gè)特點(diǎn)，以改善機房的通風(fēng)散熱。

4）排氣管應以柴油機廢氣排出口算起，后接管道的截面只能加大，不能縮小。

5）排氣管道應纏繞石棉層，再用玻璃纖維布包裹住。石棉層應選用石棉紡織繩，不要用石棉扭繩。用玻璃纖維布包裹后，最后用鍍鋅鐵絲以螺旋形扎緊。

 

七、高壓機組的散熱

 

一般來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)電機組多在市電無(wú)電的情況下用作應急發(fā)電機組，由于柴油發(fā)電機組在運行過(guò)程中需要散熱，柴油發(fā)電機組的散熱裝置可以直接安裝在柴油發(fā)動(dòng)機的軸端并通過(guò)柴油發(fā)動(dòng)機進(jìn)行驅動(dòng)，但是這種結構的散熱裝置時(shí)刻運行在最大功率處，在不需要高散熱能力的情況下會(huì )有較大的能源浪費而且不利于柴油發(fā)電機組處于最優(yōu)的工作溫度(冬天時(shí)希望將柴油發(fā)電機組的工作溫度控制在80-95℃)。當然，也可以通過(guò)驅動(dòng)獨立散熱裝置對柴油發(fā)電機組進(jìn)行散熱，但是由于柴油發(fā)電機組輸出的電壓等級比較高，而散熱裝置需要的驅動(dòng)電壓比較低(比如柴油發(fā)電機組輸出的電壓為10kv，而散熱裝置需要的驅動(dòng)電壓為400v)，在沒(méi)有市電的情況下，有以下方式實(shí)現獨立驅動(dòng)：

（1）依靠現有發(fā)電機房保障電源驅動(dòng)散熱裝置，這種方式不僅會(huì )增加發(fā)電機房容量和負擔，較低的驅動(dòng)頻率導致散熱裝置的工作效率不高。

（2）增加一個(gè)變壓器對柴油發(fā)電機組的輸出電壓進(jìn)行降壓，然后再在低壓下驅動(dòng)散熱裝置，這種方式需要對增加的變壓器單獨安裝并配備相應的保護裝置，導致成本過(guò)高、占地面積過(guò)大、管理麻煩。

（3）設置一種具有雙等級電壓輸出的柴油發(fā)電機組（如圖5所示），通過(guò)在柴油發(fā)動(dòng)機轉軸的兩端分別連接不同電壓輸出的發(fā)電機，這種一體式雙等級電壓輸出的柴油發(fā)電機組不需要額外增加變壓器，一方面可以滿(mǎn)足柴油發(fā)電機組作為應急發(fā)電機組的需求，另一方面可以滿(mǎn)足散熱裝置的驅動(dòng)需求，結構緊湊，占地面積小，還可以減少設備負擔。

圖5  柴油發(fā)電機獨立散熱系統圖

 

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