新聞主題	應急柴油發電機功率的千瓦數計算

 

為滿足應急發電機組的特殊要求，500kW以下應急發電機組原動機選用四沖程、渦輪增壓、直列式柴油機，500kW以上應急發電機組原動機選用四沖程、渦輪增壓、V型柴油機。在本文中柴油機經過額定功率計算公式、非標準條件下功率修正、突加負載計算公式最后得出準確結果，以符合用戶匹配的柴油發電機組常載功率配備和突加負載功率輸出要求。

 

應急柴油發電機線框圖

 

 

 

一、柴油機的關鍵技術要求

 

 

應急發電機組成套采用的標準和規范包括《GB/T 6072-2008 往復式內燃機 性能》、《GB/T 2820-1997 往復式內燃機驅動的交流發電機組》等。這些標準和規范對平臺應急發電用柴油機性能提出了嚴格要求，選型時應予以滿足。

（1）在海洋平臺上，應急柴油發電機組應該具備提供額定外輸電力的能力。

（2）柴油機每運行12小時最少可在其額定功率的110%下連續運行1小時。

（3）應急發電機組用柴油機工作時的額定制動有效壓力（bmep）不應該超過以下數值：

○ 二沖程柴油機 1020kPaG

○ 四沖程柴油機 1207kPaG

○ 四沖程中間冷卻柴油機1608kPaG。

（4）應急柴油機應為柴油機，其額定轉速應為1500r/min。

（5）應急柴油機應能在環境條件下45s內達到發電機組額定功率運行。

（6）對于非渦輪增壓的應急柴油機，最大允許的1次加載量等于使用功率。

（7）對于渦輪增壓的應急柴油機，柴油機的1次加載量隨與使用功率相對應的制動平均有效壓力改變。

（8）匹配的柴油機的輸出功率應計及整套發電機組的額定輸出功率、必要的獨立輔助設備需要的電功率和A.C.發電機的功率損失。

（9）應為應急柴油機配備兩套獨立的啟動能源，每一套應該可以提供3次冷啟動而無需更換，并且在最低環境溫度下，每間隔15秒可以啟動一次。

（10）柴油機暴露的表面最大溫度不能超過60℃。

 

 

二、柴油機功率計算與選擇

 

 

 

1、 柴油機額定有效功率計算

 

應急發電機組采用三相無刷同步交流發電機，發電機額定發電功率不小于設計發電功率P，額定功率因數0.8，額定頻率50Hz。額定轉速1500 r/min，渦輪增壓中冷，四沖程壓燃式柴油機，柴油機的輸出功率要考慮和發電機匹配時的功率損失。

發電機組的功率是除去必要的獨立輔助設備吸收的電功率之外的發電機組端子處輸出的有效功率。

應急發電機組成套過程中，其柴油機額定功率和發電機組輸出功率的匹配比一般在 1.1~1.18 之間。

● 按照式（1）進行柴油機現場額定功率的初選：

P_x ≧（P_n /η+P_∫）/ K₁ ............................（1）

式中，P_x——為柴油機現場額定功率；

P_n——為發電機額定功率；

η——為發電機效率，一般在0.95~0.97之間；

P_∫——為柴油機附件的消耗功率；

K₁——為柴油機功率修正系數，連續工作時間小于12h 時一般取1.0，長期運行一般取0.9。

由于柴油機在選配之前，其附件的消耗功率一般為未知，因此可按式（2）先進行額定有效功率計算，在柴油機型號選定后再進行功率的核算。

P_x ≧ P_n /η / K₁ ............................（2）

 

2、非標準條件下柴油機功率修正

 

由于柴油機的運行功率與環境條件相關，柴油機額定功率為標準環境條件下測得，運行環境條件的變化可能導致柴油機額定輸出功率的降低，因此需要考慮柴油機功率修正問題。

對于環境條件的功率修正包括：

（1）現場大氣壓力（若無通用的壓力數據，可用最高和最低值或海拔高度數據替代）。

（2）年最熱月和最冷月的最高和最低氣溫的月平均值。

（3）發動機周圍的最高和最低環境空氣溫度。

（4）在最高溫度條件時的相對濕度（或水蒸氣壓力或濕、干球溫度）。

（5）冷卻水達到的最高和最低溫度。

初選柴油機時，可就柴油機使用環境條件與廠家溝通，如廠家推薦進行功率修正，可根據GB/T6072中的相關規定，對所需柴油機功率進行修正后，選取柴油機。如廠家根據自己產品的性能和實際應用情況不推薦進行功率修正，則可直接采取式（1）的計算結果進行柴油機選取和定型。

● 現場環境功率與標準功率的換算采用GB/T607210.3.1中的公式：

P_{r =} P_x  / ɑ_c ............................（3）

式中，P_r ——為ISO標準功率kW；

P_x——為柴油機現場額定功率；

ɑ_c ——為環境修正系數：

 

式中，k為指示功率比；

η_m——為柴油機機械效率，由柴油機廠家指定，如未指定則取0.8；

P_r——為標準基準總氣壓，kPa；

P_x——為當地環境總氣壓，kPa；

Ø_r——為標準基準狀況下的相對濕度；

Ø_y——為當地環境條件下的相對濕度；

P_sr——為標準基準飽和蒸汽壓，kPa；

P_sx——為現場環境飽和蒸汽壓，kPa；

T_x——為當地環境條件下的溫度，K；

T_r——為標準基準狀況下的溫度，K；

T_cx——為現場環境增壓中冷介質絕對溫度，K；

T_cr——為標準狀況下增壓中冷介質絕對溫度，K：

α，m，n，s為與發動機類型有關的系數。

根據目標柴油機的結構，由GB/T6072.1中表2可查到α，m，n，s等參數值，根據GB/T2820.1 中第12條的規定和發電機組的功率修正環境條件，由GB/T6072中表B.1可查到飽和蒸汽壓等相關數據，進而計算出指示功率比k和環境修正系數ɑ_c 的值，從而計算出修正后的最小柴油機標準額定功率值，所選柴油機標準額定功率應大于修正后的最小柴油機標準額定功率值。

● 在柴油機型號確定后，確定或估計柴油機附屬構件（主要為散熱風扇）的功率，按下式進行功率的核算：

η （K₁ ɑ_c P_r -P_∫）≧ P_n............................（4）

 

3、柴油機突加負載計算

 

柴油機不但要滿足常載額定功率，還要滿足突加負載對于發電機組功率的要求，突加負載主要與柴油機的調速性能有關。

CCS規范9.7.10.1中要求，“對于應急發電機組初次突加的負荷，應不小于規定的總應急負荷。”ABS 規范要求，當所有自動連接的應急突加負載的總和超過應急發電機組滿荷載的50%時，這些應急負載作為首次加載的載荷；如不超過發電機組滿荷載的50%，則按50%進行突載試驗。

● GB/T13032-91中5.9條規定

應急發電機組應能突卸、突加100%額定負載。為此柴油機的突加負載功率要求必須滿足：

η （?K₁ ɑ_c P_r -P_∫）≧ wP_n............................（5）

式中，

?——為標準工況下的發電機組突加負載百分比；

w——為突加負載百分比。

計算時應根據要求遵循的標準或規范進行突加負載百分比w的確定。目前國內應急發電機組主要采用CCS規范進行突加負載百分比的確定。

● 根據GB/T2820.2中5.2規定

發電機組在額定功率和頻率下突加負載特性與所用柴油機的制動平均有效壓力有關，因此ε值可以由柴油機生產廠給出，在廠商不能提供時，可以根據GB/T2820.5 中給出的制動壓力和加載之間的關系得到?值。

P_me = kP / V_stn_r............................（6）

式中，P_me 為平均制動有效壓力，kPa；

k——為參數，四沖程為1.2×10⁵，二沖程為0.6×10⁵；

P——為柴油機額定功率；

V_st——為柴油機工作容積，cm³；

n_r——為標定轉速，r/min。

當柴油機達不到一次突加負載的要求時，根據GB/T2820.12中7.1規定，當采用更大的加載步時，需采取適當的附加措施或者增加發電機組的額定功率，適用時也可增加飛輪的轉動慣量。因此當柴油機突載能力不能滿足要求時，需要柴油機廠家對其發動機進行調整以滿足突載功率的要求或者用戶重新選配柴油機。

 

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