第三章 柴油机发电机组维护概述.docx

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第三章柴油机发电机组维护概述

第三章柴油机发电机组

第一节柴油机

在通信领域，油机发电机组作为交流电源供给设备：

在没有市电的地方，油机发电机组就成为通信设备的独立电源；在有市电供给的地方，油机发电机组就作为备用电源，以便在市电停电时期保证通信设备的供电需要，确保通信设备的不间断工作。

油机发电机组是由柴油（汽油）机和发电机两大部分组成。

一、柴油机工作原理

柴油机是内燃机的一种，将柴油喷射到汽缸内与空气混合，燃烧得到热能转变为机械能的热力发动机，它是通过气缸内连续进行进气、压缩、工作、排气四个过程来完成能量转换的。

活塞在气缸中运动时有两个极端位置：

上止点和下止点（又称上死点和下死点）。

上止点和下止点间的距离称为活塞冲程（又称为活塞行程）当活塞由上止点移到下止点时，所经过的容积称为气缸工作容积，又称活塞排量，通常以升或立方厘米计算。

工作容积与燃烧室容积之和叫气缸总容积。

气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。

图3-1柴油机的四冲程

（一）进气冲程

第一冲程——进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。

当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。

当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。

随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：

造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。

从进气开始，由于存在残余废气，所以稍高于大气压力P0。

在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时产生流动阻力，所以进气冲程的气体压力低于大气压力，其值为0.085～0.095MPa，在整个进气过程中，气缸内气体压力大致保持不变。

当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。

虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。

（二）压缩冲程

第二冲程——压缩。

压缩时活塞从下止点间上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：

二是为气体膨胀作功创造条件。

当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：

Pc＝4～8MPa，Tc＝750～950K。

柴油的自燃温度约为543—563K，压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。

喷入气缸的柴油，并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005秒，称为发火延迟期。

因此，要在曲柄转至上止点前10～35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后5～10°时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。

（三）工作冲程

在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。

燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。

所以这一冲程又叫作功或工作冲程。

随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。

燃料在气缸内燃烧时压力的急剧升高，最高点表示最高燃烧压力Pz，此点的压力和温度为：

Pz＝6～15MPa，Tz＝1800～2200K。

最高燃烧压力与压缩终点压力之比（Pz／Pc），称为燃烧时的压力升高比，用λ表示。

根据柴油机类型的不同，在最大功牢时λ值的范围如下：

λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。

（四）排气冲程

排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。

当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。

由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025—0.035MPa，其温度Tb＝1000～1200K。

为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。

排气阀一打开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。

为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。

在排气过程中，缸内的气体压力几乎是不变的，但比大气压力稍高一些。

排气冲程终点的压力Pr约为0.105～0.115MPa,残余废气的温度Pr约为850～960K。

由于进、排气阀都是早开晚关的；所以在排气冲程之末和进气冲程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气阀同时开起，这段时间用曲轴转角来表示，称为气阀重叠角。

排气冲程结束之后，又开始了进气冲程，于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。

由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程即曲轴旋转两转完成的，故称四冲程柴油机。

在四冲程柴油机的四个冲程中，只有第三冲程即工作冲强才产生动力对外作功，而其余三个冲程都是消耗功的准备过程。

为此在单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯性，使曲轴在四个冲程中连续而均匀地运转。

二、柴油机的组成

柴油机由机体、曲轴连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统等组成。

总体外部结构如下：

图3-2柴油机的外部结构

（一）曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。

在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。

1、气缸体

气缸是发动机各个机构和系统的装配基体，是发动机中最重要的一个部件。

气缸有水冷式缸体和风冷式气缸体。

水冷式气缸体一般与上曲轴箱铸成一体。

气缸体上部拍了出所有气缸，气缸周围的空腔相互连通构成水套。

下半部分是用来支承曲轴的曲轴箱。

气缸体有直列、V形和水平对置三种形式，在汽车上常用直列和V形两种。

气缸体下部的结构有一般式、龙门式、和隧道式三种形式风冷式气缸体和曲轴箱采用分体式结构，气缸体和曲轴箱分开铸造，然后再装配到一起。

气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片来保证充分散热，缸体的材料一般用灰铸铁，为提高气缸的耐磨性，有时在铸铁中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等。

但是，实际上除了与活塞配合的气缸壁表面外，其他部分对耐磨性要求并不高。

为了材料上的经济性，广泛采用缸体内镶入气缸套来形成气缸工作表面。

这样，缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长气缸使用寿命，而缸体可用价格较低的普通铸铁或铝合金材料制造。

气缸套有干式和湿式两种。

图3-3气缸体

2、活塞：

油机在工作时，活塞既承受很高的温度，又承受很大的压力，而且运动速度极快，惯性很大。

因此，活塞必须具有良好的机械强度和导热性能，并且应当用质量较轻的铝合金铸造，以减小惯性。

为了使活塞与气缸之间紧密接触，活塞的上部还装有活塞环，如下图所示，活塞环有压缩环（气环）和油环两种，压缩环的作用是防止气缸漏气，油环的作用是防止机油窜入燃烧室。

图3-4活塞

3、连杆与曲轴：

连杆将活塞与曲轴连接起来，从而将活塞承受的压力传给曲轴，并通过曲轴把活塞的往返直线运动变为圆周运动。

具体如下图：

图3-5连杆与曲轴

（二）配气机构

配气机构的作用是适时打开和关闭进气门和排气门，将可燃的气体送入气缸，并及时将燃烧后的废气排出。

配气机构由进气门、排气门、凸轮轴、推杆、挺杆和摇臂等部件组成，如下图所示。

图3-6配气机构

（三）燃油系统

柴油机的供油系统一般由油箱、柴油滤清器、低压油泵、高压油泵和喷油嘴等部分组成，如下图所示。

柴油机工作时，柴油从油箱中流出，经粗滤器过滤，低压油泵升压，又经细滤器（也称精滤器）进一步过滤，高压油泵升压后，通过高压油管送到喷油嘴，并在适当的时机通过喷油嘴将柴油以雾状喷入气缸压燃。

图3-7燃油系统

（四）润滑系统

油机工作时，各部分机件在运动中将产生摩擦阻力。

为了减轻机件磨损，延长使用寿命，必须采用机油润滑。

润滑系统通常由机油泵、机油滤清器（粗滤和细滤）等部分组成，如下面二图所示。

机油泵通常装在底部的机油盘内，它的作用是提高机油压力，从而将机油源源不断地送到需要润滑的机件上。

机油滤清器的作用是滤除机油中的杂质，以减轻机件磨损并延长机油的使用期限。

图3-8润滑系统

（五）冷却系统

适当冷却在高温下工作的机件，使柴油机保持在80～90℃温度。

它由水泵、散热器、水套、节温器、风扇等组成。

冷却水通过水泵加压后在冷却系统中循环。

循环途径为：

水箱→下水管→水泵→气缸水套→气缸盖水套→节温器→上水管→水箱。

节温器可以自动调节进入散热器的水量，以便油机始终在最适宜的温度下工作。

图3-9冷却系统

（六）启动系统

以外力转动内燃机曲轴，使内燃机由静止状态转入工作状态的装置。

由蓄电池、启动马达等组成。

为保证启动可靠，延长电池的寿命，每次启动通电时间不得超过15s，连续启动不得超过3次。

图3-10启动系统

第二节发电机

柴油发电机组中的交流发电机一般都是同步发电机。

所谓同步发电机就是它的旋转速度n和电网频率f及发电机本身的磁极对数ρ之间保持着严格的恒定关系，即：

f=ρn/60或n=60f/ρ

同步电机由两部分构成，一是旋转部分为磁极称为转子，二是静止部分为电枢称为定子。

转子是由转轴、转子支架、轮环（即磁轭）、磁极和励磁绕组等组成。

定子称为电枢，就是电机中产生感应电动势部分，它主要由定子铁心、三相定子绕组和机座等组成。

按结构可分为旋转磁极式和旋转电枢式；按励磁方式可分为自励式、辅助绕组式、永磁式等，按电压相数可分为单相、三相。

通信部门用的一般都是三相交流发电机，三相交流发电机一般都做成三相的电枢绕组，均匀分布在由硅钢片迭成的定子铁芯内圆周上。

磁极上绕有励磁线圈绕组，与旋转磁极同一转轴上装有滑环和滑环相接触的电刷，产生发电机旋转磁场的直流电流就是通过电刷和滑环引入励磁绕组的。

图3-11发电机截面示意图

发电机转子由油机带动旋转后，磁极绕组中流有电流，磁极便产生磁性，就在定子和转子之间的空隙里产生一个磁极旋转磁场。

旋转磁场切割定子槽中电枢绕组的线圈便产生交变的电流（接通外电路后），此交变电流也在空气隙中形成一个电枢旋转磁场，电枢旋转磁场的转速与发电机的转速始终保持相等的关系。

两者保持同步，所以称为同步发电机。

当磁极对数一定后，要获得恒定的频率，必须严格要求发电机的转速稳定不变，也就是要求带动它的油机的转速稳定不变。

柴油发电机组对电压要求严格，为此需要对输出电压进行控制。

根据励磁控制方法，常见的有AVR调节励磁、辅助绕组励磁、变压器调压、永磁发电机（PMG）励磁四种，分别如下：

一、AVR调节励磁

采用了自动电压调节器（AVR），主机定子通过AVR调节励磁机励磁电流，控制励磁机磁场，从而能够控制励磁机电枢整流输出功率，从而达到控制主机磁场电流，进而调整主机定子输出电压的要求。

一般通过感应两相平均电压，确保电压调整率。

具体工作原理图如下：

图3-12AVR调节励磁示意图

二、辅助绕组励磁

辅助绕组向励磁机磁场提供电力，且AVR检测输出电压并依次与设定电压之间的差调节励磁机的励磁电流。

故障时，辅助绕组能够通过AVR从主机定子铁心内的磁场谐波分量感应并提供必要的电流，以维持短路电流。

具体原理图如下：

图3-13辅助绕组励磁示意图

三、变压器调压

主机定子通过变压器整流模块为励磁机磁场提供电力，变压器将从主机定子输出的电压和电流结合组成自我调节电压或电压开环控制系统，该系统可以自动补偿负载或功率因数变化而变化的励磁电流，具有较好的启动电动机能力，并可以提供持续的短路电流。

图3-14变压器调压示意图

四、永磁发电机（PMG）励磁

永磁发电机通过AVR为励磁机提供励磁源。

PMG系统提供一个与定子负载无关的恒定励磁电源，提供较高的电动机启动承受能力，并对由非线性负载产生的主机定子输出电压的波形畸变具有抗干扰能力。

图3-15永磁发电机（PMG）励磁

第三节柴油发电机组的使用和维护

一、机组保养

根据移动通信电源的使用性质，柴油发电机组定义为后备式工作状态。

要求当市电停电时能及时投入，并承担全部负荷工作，并能确保连续长时间稳定运行，当外电恢复供电时即退出运行。

一般技术保养分为以下几种：

（一）A级技术维护保养：

每周或每次运行前检查。

1、检查燃油箱的燃油量；

2、检查油底壳中全损耗系统用油的平面；

3、检查冷却液的平面；

4、检查传动带是否松动；

5、目检柴油机有无渗漏情况；

6、检查各种仪表指示是否正常；

7、检查蓄电池的电压及容量。

（二）B级技术维护保养：

累计工作500小时或间隔时间12个月。

1、重复A级检查；

2、更换柴油机全损耗系统用油；

3、更换滤清器，包括柴油、机油及水过滤器及空气过滤器；

4、放出油水分离器中的水和沉积物；

5、柴油机风扇轴承加润滑脂（较大型机组）；

6、检查交流发电机的接线端子；

7、清理交流发电机、控制屏（箱）内的尘土等异物；

8、检查机组控制系统。

（三）C级技术维护保养：

累计工作1500小时或间隔时间24个月。

1、重复A、B级检查；

2、检查喷油时间；

3、检查气门间隙；

4、检查风扇、水泵、充电发电机传动带的磨损状况；

5、检查并清洁冷却系统。

（四）D级技术维护保养：

累计工作5000小时或间隔时间3至4年。

1、重复A、B、C级检查；

2、清洗并校准喷油嘴和燃油泵；

3、检查、修理或更换增压器总成；

4、检查、修理或更换水泵总成；

5、给交流发电机轴承加注润滑油。

（五）季节性技术维护保养：

每年的春季和秋季。

1、冬季：

温度在0度以下的地区，冷却系统应加注防冻液，机组保温。

2、夏季：

更换冷却水为软水，同时清洗冷却系统。

二、启动蓄电池的维护与保养

（一）使用周期

目前在机房中使用的油机启动电池大部分为铅蓄电池。

使用周期规定为两年或电池容量下降至70%时，需更换新的启动电池。

（二）充电控制技术

1、初充电

将比重为1.27（25度）的电解液注入每个单体电池，液面高出极板5—8mm，1小时后开始用10小时率充电至充电终了。

在充电结束时应检查电解液的高度，若电解液的高度不够，应加入同密度的电解液。

2、浮充充电

充电电流主要用于补充电池因自放电而损失的电量。

浮充电压：

2.25（2.23—2.27）（25度）

温度补偿：

-3mv/度

3、均衡充电

为消除单体电池电压和容量的不平衡现象，应适当提高充电电压进行充电。

充电电压：

2.35V（25度）

12V电池组为14.1V；24V电池组为28.2V。

充电电流限制为0.25C10A。

4、补充充电

当电池长期开路存放时，电池的容量将因自放电而损失。

使用前应根据电池剩余容量采用不同的方法对电池进行补充充电。

5、循环充电

当蓄电池在使用中放出一部分电量后，应及时充电，这种充电叫循环充电。

（三）维护要求

1、每周测量一次浮充电压值，普量电解液的比重，检查电解液的液面高度是否符合正常值，否则应进行处理。

2、每周清洁1次电池表面，检查连接极柱点是否有结晶、爬酸现象，并处理。

3、避免过电流充电和过电压充电。

4、避免用快速充电器充电，应使用恒流和恒压作用的充电器充电。

5、避免短路放电或过度放电。

6、长期不用的备用电池应每月充电一次。

7、尽量保持在0—30度环境下使用。

三、柴油机的维护

（一）发电机组的维护基本要求

1、机组应保持清洁，无漏油、漏水、漏气、漏电（简称四漏）现象。

机组上的部件应完好无损，接线牢靠，仪表齐全、指示准确，无螺丝松动。

2、根据各地区气候及季节情况的变化，应选用适当标号的燃油和机油。

3、保持机油、燃油及其容器的清洁，定时清洗和更换（机油、燃油和空气）滤清器。

油机外部运转件，要定期补加润滑油。

4、启动电池应经常处于稳压浮充状态，每月检查一次充电电压及电解液液位。

5、市电停电后应能在15分钟内正常启动并供电，需延时启动供电的，应报上级主管部门审批。

6、新装或大修后的机组应先试运行，当性能指标都合格后，才能投入使用。

（二）固定式发电机组的维护

1、油机室内应光线充足、空气流通，注意清洁、不存放杂物。

根据环保要求，应采取必要的降噪音措施。

2、油机室内温度应不低于5℃。

若冬季室温过低（0℃以下），油机的水箱内应添加防冻剂，如未加防冻剂，在油机停用时，应放出冷却水。

3、开机前的检查

（1）机油、冷却水的液位是否符合规定要求。

（2）风冷机组的进风、排风风道是否畅通。

（3）日用燃油箱里的燃油量。

（4）启动电池电压、液位是否正常。

（5）机组及其附近有否放置的工具、零件及其它物品，开机前应进行清理，以免机组运转时发生意外危险。

环境温度低于5℃时应给机组加热。

4、启动、运行检查

（1）机油压力、机油温度、水温是否符合规定要求；

（2）各种仪表、信号灯指示是否正常；

（3）气缸工作及排烟是否正常；

（4）油机运转时是否有剧烈振动和异常声响；

（5）电压、频率（转速）达到规定要求并稳定运行后，方可供电。

（6）供电后系统有否低频振荡现象；

5、关机、故障停机检查及记录

（1）正常关机：

当市电恢复供电或试机完后，应先切断负荷、空载运行3～5min，再关闭油门停机。

（2）故障停机：

当出现油压低、水温高、转速高、电压异常等故障时，应能自动或手动停机。

（3）紧急停机：

当出现转速过高（飞车）或其他有可能发生人身事故或设备危险情况时，应立即切断油路和（进）气路紧急停机。

（4）故障或紧急停机后应做好检查和记录，在机组未排除故障和恢复正常时，不得重新开机运行。

6、局站内固定式发电机组的维护项目及周期见下表：

周期

项目

月

1.空载试机3～5min。

2.对启动电池（开口式电池）添加蒸馏水并进行充电，检查充电电压及电解液液位、比重。

半年

带载试机15～30min

年

1.清洁设备

2.检查启动、冷却、润滑、燃油系统是否正常。

3.校正仪表。

（三）移动式发电机组的维护

1、移动式发电机组在不用时，应每个月做一次试机和试车。

2、每个月给起动电池充一次电，保证汽车和油机的起动电池容量充足。

检查润滑油和燃油箱的油量，不满的及时补充。

3、每次使用后，注意补充（车和机组）润滑油和燃油，及检查冷却水箱的液位情况。

4、拖车式电站和车载式电站应设有专用车库。

5、作为备用发电的小型汽油机，在其运转供电时，要有专人在场，在燃油不足时，停机后方可添加燃油。

6、移动式油机发电机组其他维护要求参考固定式发电机组的相关内容。