戶外型耐低溫風冷柴油發電機組的優勢
柴油發電機的啟動遇到寒冷季節會變得有難度。這是因為低溫會導致機身溫度過低，不好引燃噴油等，有時候還會出現發電機凍住的情形。針對這種氣候，康明斯公司建議企業選擇風冷型柴油發電機組。其優點在于風冷發電機組結構簡單、故障率低、啟動性能好，所需空氣量少，風扇消耗功率低，油耗也較低，沒有凍裂或過熱沸騰危險，利于維護；這類機型適用于高原或缺水或寒冷的地方，不必考慮加水、沸點、凍結等方面的問題，因受到熱負荷和機械負荷限制，但是通常風冷型柴油發電機組無法達到中、大功率用戶要求。
一、低溫啟動困難的原因分析
柴油發電機組在低溫環境下啟動困難一直是個難題，其主要原因如下：
（1）低溫環境蓄電池容量衰減啟動電動機扭矩減小
一般柴油發電機組多采用電啟動，特別是通信基站備用較小功率發電機組，蓄電池工作的最佳環境溫度常在10～40℃之間。當環境溫度降低時，蓄電池的容量隨之衰減，有時會僅有25℃時容量的50％，啟動電動機的啟動扭矩的大小與蓄電池的容量有關，啟動扭矩大幅度減小造成啟動困難。
（2）運動部件間啟動阻力力矩增大
在低溫條件下，不同材質冷縮變形可致使配合間隙減小，柴油機曲軸與軸瓦、活塞與缸套等零件材質不同，熱膨脹系數也不同，不同冷縮變形率造成配合間隙異常導致啟動阻力矩增大。同時在低溫條件下，柴油機潤滑油黏度增大、流動性變差甚至失去流動能力，也增大了柴油機啟動的阻力矩。由于綜合原因導致的啟動阻力力矩增大，使柴油機難以達到啟動所需轉速，便會出現啟動困難。
（3）進氣溫度過低和壓縮終了壓力過低
低溫環境中的空氣溫度很低，進入柴油機氣缸內的燃燒空氣溫度很低，且柴油機缸筒、活塞等相關部件以及潤滑油溫度也很低，空氣在壓縮過程中的熱損失較大，被缸筒、活塞等部件的吸收，壓縮終了時空氣的溫度有可能達不到柴油的自燃點。氣缸內壓縮油氣混合物溫度過低，缸筒、活塞等部件運動接觸表面潤滑不良，還會造成壓縮油氣混合物的壓力低于啟動時所需壓力。
（4）低溫環境中柴油物理特性發生變化
有關數據表明，當氣溫從40℃降到-10℃時，柴油的黏度增大83％，密度增大8％。低溫條件下柴油的黏度和密度均增大，表面張力加大，流動性變差，霧化不良，從而延長了柴油機的點火滯后期。
水冷柴油發電機組因有冷卻水回路，可通過電加熱水套預熱器循環流動加熱缸套水，使機體升溫，機油流動性增強等提高啟動成功率，但因為水冷發電機組缺少風冷發電機組所具有的優點，如風冷柴油發電機組的特點是無需設置水冷卻系統，省去了冷卻水自動補給循環系統等設施，也不會發生漏水、腐蝕、氣蝕及防凍等方面的問題。風冷柴油發電機組具有經濟性好、可靠性高、壽命長和維護使用方便等特點，適用于高山、荒野、沙漠地帶、無水高寒地區的無人值守通信基站、衛星接收站等場合，而水冷柴油發電機組難以在一些場所使用。
風冷柴油發電機組因其結構原因無法采用類似水套加熱器類裝置，且因為風冷機機體散熱片多，冷卻快，那么如何保證在-40℃以下使用時能夠順利啟動是需要解決的問題，本設計提出了一種解決方案，結合通信基站備用電源供電的特點，該方案可以實現在極低溫度（-40℃）環境中發電機組能可靠啟動，并能提高發電機組的運行性能，如減少低溫環境下的磨損，提高發電機組的壽命。
二、風冷機組對比水冷的優勢
1、發電機廠家實踐證明，水冷柴油發電機組有25-30%以上的故障是由冷卻系統造成的。而風冷柴油發電機組因不設置水冷卻系統，所以其故障數比水冷柴油發電機降低約27%。風冷柴油發電機組更不會產生什么腐蝕、穴蝕、銹蝕及使缸體、缸蓋、散熱器內積水垢的問題。因此風冷柴油發電機組更適合于北方極度嚴寒的氣候環境，它不會因缸體凍裂漏水而失掉運行能力。
2、柴油發電機組的正常使用壽命，主要取決于活塞組同缸套等摩擦副的磨狀況。而缸套等重要的磨損量，主要取決于發動機在露點以下工作時間的長短。由于風冷柴油發電機組缸壁溫度高、升溫快，所以最大限度的避免了酸性腐蝕和磨損。
3、風冷柴油發電機組在燃氣溫度一定的情況下，缸壁溫度越高，發動機散發到空氣中的熱量就越少，因而熱率例越高，燃油經濟性就越好。通常風冷柴油發電機組的缸壁溫度要比水冷柴油機缸壁溫度高數十倍，因此其熱效率要比水冷柴油發電機高。同于風冷發電機組傳給空氣的熱量少，因此其冷卻風量，只需水冷柴油機的2/3左右，再加上風扇功率消耗低，因而風冷柴油發電機組的燃油消耗率也變低。
4、風冷柴油發電機組在零下35度的情況下，仍能很好啟動和可靠工作，不會有凍裂機體的危險，也不需用防凍液或者水加熱器。風冷柴油發電機組用在干旱沙漠地區不怕缺水，用在高原低氣壓地區，不會像水冷柴油發電機那樣有冷卻水開鍋的現象，用在沿海鹽堿地區缸體、缸套也不會因受冷卻水的直接侵蝕而損壞。
5、水冷柴油發電機組的散熱器和周圍空氣的溫差小，因為散熱器溫度受到水沸點的限制。而風冷柴油發電機組其缸蓋平均散熱面溫度為170度，與周圍空氣有更大的溫差，即使在火熱的環境也不會發生水冷柴油發電機組那種過熱沸騰的危險。
三．戶外型耐低溫風冷柴油發電機組的特點
康明斯電力技術有限公司通信基站戶外型耐低溫風冷柴油發電機組由三部分組成，底部為油箱、中部為發電機組箱體，頂部為防雨帽，如圖1所示。發電機組箱體內中部安裝發電機組及其輔助設備，箱體具有防雨、防火、防盜和通風功能。箱體一端裝有消音器和排煙口，另一端安裝有柴油發電機組和加熱系統控制箱，控制箱下部為啟動柴油發電機組和加熱系統工作的蓄電池，控制箱內裝有用于給蓄電池充電的浮充電源。
圖1 通信基站戶外型耐低溫風冷柴油發電機組結構示意圖
1-排氣電動百葉窗 2-防雨頂罩 3-進氣電動百葉窗 4-靜音保溫箱 5-加熱保溫油箱
6-排污口 7-安裝支腳 8-空間加熱器 9-控制箱 10-浮充電源 11-蓄電池
12-箱內開進氣小孔隔板 13-發電機 14-消音器 15-排煙口 16-柴油發電機組
圖7-5 通信基站戶外型耐低溫風冷柴油發電機組結構示意圖
箱體上部為防雨頂罩，可防止風雨進入發電機組及冬季積雪，影響正常使用。
進風和排風處均安裝有電動百葉窗，其動作電源與柴油發電機組啟動電源共用12v蓄電池。箱體安裝有兩個空間加熱器，加熱器電源采用通信基站市電電源，該市電亦作為柴油發電機組市電狀態檢測信號，在市電正常時，柴油發電機組不工作，在寒冷季節由市電提供加熱電源，市電失電后柴油發電機組按設定間隔時間啟動，柴油發電機組啟動時不再需要加熱器工作。發電機組箱體內設有溫度傳感器，溫度過高時即便環境溫度高于15℃時應可啟動空間加熱器除濕，用于防潮。
在室外溫度低于15℃時，溫度控制系統使加熱回路通電控制，使箱內溫度始終保持在15℃左右，使發電機組始終處于適宜隨時應急啟動的狀態。
百葉窗控制系統與柴油發電機組控制系統還存在聯動控制，柴油發電機組啟動成功后，百葉窗才打開，柴油發電機組停機后，如果室外溫度高于25℃時，則等待機箱通風散熱到25℃時百葉窗關閉，防止內部溫度過高影響下次起機運行，如柴油發電機組停機后，如果室外溫度低于25℃時，則百葉窗在停機后約10s內關閉，以使內部溫度保持便于下次起機運行。百葉窗打開時為保證進、排風量充足，設計為葉片可90°開起保證最大開起通風面積。
冷卻空氣流動路徑如圖2所示，柴油發電機組工作時，進、排氣百葉窗均打開，空氣由進氣百葉窗處進入，經發電機組風扇，經過箱內對應柴油發電機組發電機部分開有氣流通孔的隔板進入發電機組艙，經過發電機組表面帶走發電機組散發熱量后經排氣百葉窗排出箱體。
圖2 柴油發電機冷卻空氣流動路徑示意圖
在箱體內壁和底部貼裝有降噪保溫棉，用于吸音降噪和保溫，阻止內部熱量通過箱體壁向外傳導、輻射流失內部加熱熱量。
溫度檢測單元可將箱外、箱內溫度參數通過rs485通信接口上傳基站動力環境控制系統，便于監控中心人員及時了解發電機組狀況，如加熱系統是否正常工作、柴油發電機組是否處于合適的啟動溫度等。
油箱加熱保溫層結構如圖3所示，油箱表面采用電加熱的伴熱帶包纏，該電加熱伴熱帶加熱電源與空間加熱器共用通信基站市電電源。
圖3 柴油發電機油箱加熱保溫層結構示意圖
在油箱內部貼壁多點安裝有溫度傳感器，控制加熱溫度始終保持在10℃以上，伴熱帶外面均勻涂敷20mm厚保溫涂層，外部用0.5mm厚鋁箔整體包護處理，防止保溫涂層脫落及增強美觀度。
為進一步提高極低溫度（-40℃）下的啟動成功率，在柴油發電機組的燃燒空氣進氣通道處安裝有進氣預熱器，對進入發動機氣缸內的空氣通過電熱元件加熱，提高進氣溫度。進氣道預熱器加熱電源由發電機組啟動蓄電池提供，在啟動時預熱加熱器供電。
本技術方案綜合利用加熱保溫技術，并結合通信基站備用電源供電特點，當柴油發電機組處于極寒環境時，油料和箱體內發動機等均可保持在10～15℃的適宜溫度，始終保持良好起機備用狀態。該方案可以實現在極低溫度（-40℃）環境中發電機組的可靠啟動，在環境溫度為-40℃時，發電機組可在10min內順利啟動，并具有在啟動成功后3min內可帶

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