導讀：柴油發(fā)電機的起動良好性，不僅取決于本身的技術狀況，還受外界氣溫的影響。例如進入嚴冬，氣溫會越來越低，而柴油發(fā)電機組運行正常工作都需要在零度以上，但在冬季低溫環(huán)境下啟動就較為困難，會給用戶供電安全生產(chǎn)保障帶來了一定的風險和困難。因此，柴油發(fā)電機組作為重要后備和應急補充，低環(huán)境溫度會對柴油發(fā)電機組的運行造成嚴重的影響。本文通過對柴油發(fā)電機低溫啟動困難的原因分析以及多年的實踐，康明斯公司在本文中提供了多項能夠保證柴發(fā)在低溫環(huán)境下正常啟動和運行的措施，從而了保證用戶供電安全生產(chǎn)有序進行。

一、低溫環(huán)境啟動困難的原因和排除

      柴油發(fā)電機在環(huán)境溫度10℃以下時一般都不同程度的會出現(xiàn)啟動困難的問題。在北方每年的12月份起直到次年2月份，幾乎占一季度的時間的夜晚和清晨都在0℃以下，柴油發(fā)電機（尤其是室外停放的）均會不同程度受到氣候條件影響而表現(xiàn)出啟動困難。柴油發(fā)電機組在低溫環(huán)境下經(jīng)過一夜時間降溫，機組溫度早已和氣溫相近，從而產(chǎn)生諸多因素使機組啟動困難。柴油發(fā)電機組冬季低溫環(huán)境下啟動難的問題，必須引起設備保障部門的足夠重視。

1、冬季起動更困難的主要原因

（1）冬季環(huán)境溫度低，機油黏度增大，各運動機件的摩擦阻力增加，使起動轉(zhuǎn)速降低。

（2）蓄電池容量隨溫度下降而降低，使起動轉(zhuǎn)速進一步降低。

（3）由于起動轉(zhuǎn)速降低，壓縮空氣滲漏增多，氣缸壁散熱量增大，致使壓縮終了時的空氣溫度和壓力大為降低，進而使柴油發(fā)火的延遲期增長，嚴重時甚至不能燃燒。

（4）低溫下的柴油黏度增大，使噴射速度降低，加之空氣在壓縮終了時的旋流速度、溫度和壓力都比較低，使噴入氣缸的柴油霧化質(zhì)量變差，難以與空氣迅速形成良好的可燃氣體并及時發(fā)火燃燒，甚至不能著火，導致起動困難。

2、啟動困難或無法啟動的解決方法

    當柴油發(fā)電機啟動困難或者不能啟動時，首先應注意柴油發(fā)電機的啟動轉(zhuǎn)速。由于啟動轉(zhuǎn)速除與發(fā)動機的轉(zhuǎn)動阻力、蓄電池的容量以及啟動電路的技術狀況有關外，還與外界的氣溫有關，因此當按下啟動按鈕而不能啟動時，可能出現(xiàn)以下現(xiàn)象，啟動轉(zhuǎn)速正常，啟動轉(zhuǎn)速降低曲軸因起動機不工作而不轉(zhuǎn)，或啟動機空轉(zhuǎn)而曲軸不轉(zhuǎn)動。啟動困難，柴油發(fā)電機不能啟動或不易啟動的原因、診斷與排除上述現(xiàn)象除啟動轉(zhuǎn)速正常及受氣溫影響而使啟動轉(zhuǎn)速降低甚至使曲軸不能轉(zhuǎn)動外，都屬于蓄電池或啟動電路技術狀況不良的故障現(xiàn)象，故應檢查蓄電池和啟動電路技術狀況。 

    至于柴油發(fā)電機因氣溫低使啟動轉(zhuǎn)速降低不能啟動，可以根據(jù)當時的氣溫和排氣管排氣情況加以判斷。如氣溫很低，噴入氣缸的柴油以蒸汽的形態(tài)排出時，一般為柴油發(fā)電機受氣溫影響不能啟動，應加溫后再啟動。如啟動轉(zhuǎn)速正常，但發(fā)動機不能啟動，注意觀察柴油是否進入氣缸。因為此故障多是由氣缸的密封性差、供油提前角不符合要求和啟動油量不足等原因造成的。

    為從這些原因中迅速、準確地找出不能啟動的具體確切的原因，關鍵觀察柴油是否進缸，即觀察排氣管是否排煙和傾聽發(fā)動機有無爆發(fā)聲。啟動轉(zhuǎn)速正常，啟動時無煙排出，也無爆發(fā)聲。此故障現(xiàn)象的實質(zhì)是柴油沒有進缸，原因是噴油泵不泵油（其直接原因可能油道內(nèi)有空氣、對電磁閥控制油路的電線無電) ，或低壓油路不供油（其直接原因可能油箱無油、油路內(nèi)有空氣或堵塞、輸油泵不工作等）。這時，應本著先易后難、先外后里的原則，首先觀察噴油泵拉線是否退回、操縱桿和驅(qū)動連接盤的固定螺栓是否松脫、油箱是否有油，然后擰松噴油泵上的放氣螺釘，按下燃油泵按鈕或壓動輸油泵的手動泵，檢查油路是否堵塞和有空氣，按下起動機按鈕，檢查輸油泵工作是否良好。

二、低溫環(huán)境對柴發(fā)的影響分析

1、溫度過低對柴發(fā)啟動和運行的影響

      柴油發(fā)動機的每個工作循環(huán)由進氣、壓縮、做功、排氣四個行程。柴油機在進氣過程吸入的是空氣，在壓縮行程接近終了時，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器噴入氣缸，在很短時間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃的混合氣。在燃燒的高壓氣體推動下，活塞向下運動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而做功，廢氣經(jīng)過排氣管排入大氣。氣溫過低而無預防措施的情況下，將造成柴油發(fā)電機組啟動困難和啟動后輸出功率下降的影響。

（1）柴油機氣缸壓縮終了時空氣溫度達不到啟動所要求的溫度，且氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力也明顯低于啟動所要求的壓力，造成啟動困難；或啟動后帶載能力不足。

（2）蓄電池最佳工作溫度為20～40℃，隨著環(huán)境溫度的降低，其大電流輸出能力也相應地下降，導致柴油機啟動系統(tǒng)功率下降；環(huán)境溫度較低時，機油黏度變大，各摩擦負之間阻力加大，使柴油機啟動轉(zhuǎn)速下降。上述兩個不利條件的疊加，更增加啟動難度。

（3）當環(huán)境溫度過低，機油在氣溫較低時粘度較大，其流動性變差，不僅增加柴油發(fā)電機組的零件磨損，而且由于零件運動阻力增大，使機械功率損失增加，柴油發(fā)電機組的輸出功率就會降低。經(jīng)常性冷缸啟動加速磨損，將整體降低機器的負載能力。

（4）環(huán)境溫度過低，氣缸溫度就會很低，氣缸內(nèi)的水蒸氣就容易凝結(jié)在缸壁上，而柴油發(fā)電機燃燒時生成的二氧化硫遇到冷凝在缸壁上的水，就會變成強列的腐蝕劑粘附在缸壁上，因此缸壁表面就會受到強烈的腐蝕，導致其表面金屬組織疏松；當氣缸套與活塞環(huán)之間相互摩擦刮削時，會使腐蝕層表面疏松的金屬很快磨損脫落，或在缸套工作表面出現(xiàn)蝕點、凹坑。氣缸的損傷影響柴油發(fā)電機組的負載能力。

2、低溫對柴油供應的影響

      目前國內(nèi)應用的輕柴油按凝固點分為7個標號：10#、5＃柴油、0＃柴油、-10＃柴油、-20＃柴油、-35＃柴油和-50＃柴油。

      選用不同標號的柴油應主要根據(jù)使用時的氣溫決定。比如在0°C凝固的柴油稱之為0號柴油，在-10°C凝固的柴油稱之為-10號柴油，在-20°C凝固的柴油稱之為-20號柴油，在-35°C凝固的柴油稱之為-35號柴油，在-50°C凝固的柴油稱之為-50號柴油。需要注意的是，這個凝點并不是柴油完全凝固成固體了，而是柴油失去流動性了。

      柴油的構成成分復雜，與純化合物的液體不同，有一個影響到實際使用的指標叫冷濾點。冷濾點是指在規(guī)定條件下，當柴油通過過濾器每分鐘不足20ml時的最高溫度（即流動點使用的最低環(huán)境溫度）。

表1  柴油凝點與冷濾點指標

因此，并不是在凝點之上的柴油都可以使用，在冷濾點的溫度下，柴油雖然仍然是液體，但液體中會凝結(jié)出一個個的小晶粒，這個晶粒無法通過柴油濾清器。所以，柴油的選擇必須高于冷濾點。對照上表，最低氣溫在4℃以上地區(qū)選擇0號柴油，最低氣溫在-5℃以上地區(qū)選擇-10號柴油，最低氣溫在-14℃以上地區(qū)選擇-20號柴油，最低氣溫在-29℃以上地區(qū)選擇-35號柴油，最低氣溫在-44℃以上地區(qū)選擇-50號柴油。根據(jù)當?shù)氐淖畹蜌鉁睾侠磉x擇柴油的標號，既不要過度節(jié)約也不要浪費。按當?shù)刈畹蜌鉁剡x擇柴油，常用的場景如下表2所列。

表2    燃油標號選用方法

備注：按以上最低適用溫度使用時，仍會有10%被凍住的風險率。

三、冷啟動預防措施

      后備柴油發(fā)電機組一般設定為自動啟動，停電時即全速啟動，無怠速啟動過程。啟動后轉(zhuǎn)速和電壓正常后并機、帶載，整個過程要求在30秒之內(nèi)完成。秋冬季節(jié)溫度低，若經(jīng)常性冷缸啟動，必然造成設備嚴重磨損，甚至在電池性能不佳的情況下也可能啟動失敗。基于前述的低溫下不良影響，需要采取必要的應對措施。

1、循環(huán)水電加熱裝置

      大型柴油發(fā)電機組一般均配備了循環(huán)水電加熱裝置，氣缸和潤滑油常年保持在35-55℃之間，利于需要應急時能立即全速啟動且啟動后帶載能力達到設計要求。

      水套加熱器是為柴油發(fā)電機冷卻水、機油專業(yè)預熱的裝置，使機體達到適合運行的溫度，是低溫工作環(huán)境下柴油發(fā)電機組必備的配套設備。通過電加熱將機體內(nèi)的部分冷卻水進行加熱，通過熱水和冷水的密度差原理進行熱循環(huán)，進而將機組缸體、機構固件上的潤滑油預熱，達到暖機和改善潤滑條件的目的。油機工作環(huán)境溫度低于0℃時應開啟水套加熱器，將水溫加熱維持至30℃左右適宜。

2、根據(jù)當?shù)刈畹蜏剡x擇柴油標號

      對照表格的柴油冷濾點，按當?shù)刈畹蜏剡x擇相應標號。如上海地區(qū)最低溫為-5℃左右，選擇-10#柴油。

      對于放置在室外的柴油發(fā)電機組，應更全面考慮低溫對整個輸油路徑的影響。除了需要根據(jù)往年最低溫選擇柴油標號外，對于室外輸油管裸露部位、室外臨時油箱等采取保溫防護措施，防止出現(xiàn)突發(fā)的突破溫度下限的情況。

3、合理選用機油

      應根據(jù)柴油機的特點和本地區(qū)的氣候情況來選擇粘度合適的機油，冬季低溫地區(qū)宜使用低溫性能優(yōu)秀的潤滑機油或?qū)I(yè)防凍機油。此類機油黏度小，潤滑性能好，啟動阻力小，可以有效改善低溫條件下柴油機的啟動性能。比如，北方地區(qū)使用的是粘度等級為SAE15W-40的多級機油，適宜在冬季使用。

4、提升啟動蓄電池能力

      蓄電池最佳工作溫度為20～40℃，隨著環(huán)境溫度的降低，其輸出能力也相應地下降，導致柴油機啟動系統(tǒng)功率下降；同時環(huán)境溫度較低時，機油黏度變大，各摩擦負之間阻力加大，疊加了啟動難度。必要時需對蓄電池進行保溫，保證能正常充電且有足夠的輸出電流，從而保證有足夠的啟動系統(tǒng)功率。

      根據(jù)有關資料，0℃時鉛酸蓄電池損失約30%的容量，對于室外環(huán)境的柴油發(fā)電機組更需要重視，對于容量下降明顯的在冬天之前及時更換新的啟動電池。

5、環(huán)控系統(tǒng)覆蓋

      對于柴油發(fā)電機組本體的加熱裝置或缸體溫度設置監(jiān)控點，加熱系統(tǒng)故障或加熱器保險絲熔斷導致無法加熱的，能及時得到處置。啟動電池和臨時油箱宜設置溫度監(jiān)控，也可本地放置溫度計便于巡檢時進行檢查。

6、縮短保養(yǎng)間隔期

      冬季冰雪災害性低溫天氣期間，應增加柴油發(fā)電機組設備維護檢查頻次。提前更換柴油濾清器、機油濾清器、空氣濾清器等常用部件，更換機油和冷卻水防凍液。保持機組各部位清潔、干燥，電路接觸良好，確保油機工作在最佳狀態(tài)。

7、執(zhí)行起動試驗計劃

      冬季冰雪低溫天氣期間，應增加專項柴油發(fā)電機組啟動測試，及時排查機組安全隱患，確保在雙路市電中斷的情況下，柴油發(fā)電機組可以及時啟動保障設備電源供應。

8、注意發(fā)電機房保溫

      冬季注意關閉發(fā)電機房門窗，條件允許的情況下，宜安裝電動百葉窗，有利于發(fā)電機房的保溫隔熱。冰雪天氣期間應開展專項檢查和巡視，防止機房門窗屋面、電纜溝等滲水或結(jié)冰。

總結(jié)：

     對于冷啟動性能方面的柴油機，其啟動困難問題比汽油機突出；尤其是冬天低溫下，柴油機潤滑油的粘度大，加之柴油在低溫條件下流動性差，如果汽缸磨損，壓力不足。總之，柴油發(fā)動機在低溫下是會出現(xiàn)難以啟動的先天特征，但是也不是無法克服和避免的。因此，在低溫環(huán)境情況下啟動是相當困難的，最佳解決方法便是采取冷卻系統(tǒng)裝配預加熱裝置。