75kW柴油发电机组的可靠性设计

Posted 2021-04-19 发电

75 kW 柴油发电机组是某型号军用 电源车的主机，要求有较高的技术性能指标，尤其是在比较恶劣的条件下能可靠工作 。因此 ，在研制时我们从以下几个方面来保证机组 的可靠性。

1.机组的配套选型

要保证整个机组在恶劣的条件下可靠工作 ，柴油机的选用最关键 。在选用柴油机时 ，考虑到风冷柴油机使用范围广 、性能 优越 、在无水地区也能使用 ，体积小、重量轻 、启动性能好 、功率储备大 ，所以

选用道依茨公司许可证专利生产的F8L413 型风冷柴油机。此种柴油机配有全程式机械调速器 ，有较好的稳定性能。尤其是风冷柴油机具有非常优越的低温启动特性，在无其他加温措施(即利用柴油机本身的低温启动装置 )，环境温度为一25 ℃时能顺利启动。另外，高原适应性强 ，工作安全可靠 ，大修期不小于 10 000h。所以，风冷柴油机是非常可靠的。

为能得到非常高的电气性能指标，选用了T F、v75 型整体凸极式无刷发电机，此种发电机是近年来开发成功的新型无刷发电机 ，具有稳态电压偏差较小 、动态性能优越 、结构紧凑 、体积小 、重量轻等优点。此外，无刷发电机维护工作量小，运行可靠。

2.柴油发电机组的联接

在柴油机和发电机选型后 ，为了可靠地把二者联结起来 ，采用 了特殊 的弹性联结装置。由柴油机飞轮壳止口和发电机前端盖止 口直接联在一起 ，柴油机飞轮和发 电机的半联轴器通过四棱台形柱销联接在一起 ，柴油机和发 电机底脚通 过双 向减震器座落在底盘上。柴油机与发电机的联接见图 1。

柴油机的半联轴器在整圆上均布 8 个类似的柱销，而发电机半联轴器对 应 8 个 凹槽。在 凹槽两侧嵌有橡胶弹性垫，橡胶弹性垫与柴油机上的梯形柱销及发电机上的凹槽接触非常好。这种联接方式因其联接时接触面积大，能吸收部分冲击，且弹性件不易损坏，既能补偿少量径向偏差，也可以补偿两轴相对位移 ；

而通常用的弹性连接方式采用的是弹性套柱销连轴器，补偿两轴相对位移量不大，当径向位移量过大时，部分弹性套与其结合面成为点接触，连轴器的工作性能恶化，弹性件易损坏。因此，采用这种联接不仅性能上优于一般的弹性联接，而且拆装较方便 ，可靠性高。

3.保证柴油机在低温下可靠启动的措施

前述所示，风冷柴油机能在较低的温度下

(一25 ℃)能顺利启动。而一般在野外工作时，环境温度往往低于 一25 ℃甚至到 一40 ℃，为能使机组在一4o℃时 30 m id 内顺利启动，在设计发电机组时。除了要求采用冬季燃油和润滑油外，我们还采用

了提高进气温度的办法来保证油机顺利启动，其主要由两方面组成。

3．1 安装空气加热器

该装置是利用柴油燃烧把冷空气加热，由风泵将加热后的热空气吹到柴油机的空气滤清器的进气口，提高进气温度，使燃料易于着火点燃，充分保证了发电机组在更低的温度下(一40 ℃)能顺利启动。

设计时，在柴油机两侧各装一只空气加热器，加热器油路和机组主油箱相连接，通过油泵将燃油箱内的燃油吸人加热器内。

3 ．2 增加电火焰加热器

柴油机的进气管路上安装了电火焰加热器，内装火焰加热塞，由柴油机启动开关控制，24V蓄电池供电。电阻加热，电磁阀供油燃烧，用于提高柴油机的进气温度利于柴油机的启动。因此，通过空气加热器和电火焰加热器的配合使用及使用低温柴油、低温机油、低温蓄电池，能保证柴油机在 一40℃时顺利启动。

4.保证无刷发电机可靠输出的措施

无刷发电机虽有很多优点，但也有薄弱之处，就是无尉发电机电压调节板的可靠性问题。设计时，除电压调节板元器件全选用军品元器件及采用低频等保护措施外，在发电机励磁回路中增加一块调节板，两块电压调节板均通电，彼此处于相互热备份状态。运行时，使用一块调节板 ，另一块处于备用状态。一旦某一块出现问题，可通过转换开关转到另一块使用，然后拆下故障板，更换新的其它备板，能保证不同断供电，再对故障板进行修理。

特别是，当所配电压调节板全故障时(每台发电机配 4 块调节板，全故障的概率很低)，发电机励磁回路中装设有手动调节，只要将转换开关转到“手动”位即可，此时为手动运行状态，保证机组不停电，只是稳态电压偏差等指标相对较差。

5.柴油发电机组的监测及保护

要保证柴 油发电机组稳定运行 ，必须对其进行监测及保护。柴油机的监测项目主要有油箱油量、累计运行时间、转速、油温、油压、缸温、蓄电池充电等。发电机输出的监测主要是电压、电流、频率、绝

缘监视等。机组的监视及保护示意图见图2。

柴油机的保护主要有缸温过高、机油温度过高、机油压过低等保护，当缸温过高(缸温超过 160 ℃)或机油温度过高(机油温度超过 110 ℃)时，由传感器接通指示灯及电铃，发出声光报警。当空气滤清器堵塞，柴油机进气口出现负压时，由传感器接通指示灯及电铃，发出声光警报。作为轻故障，柴油机不停机，但应判明原因，消除故障。而当油压过低(油压小于 0.5 ×L0sP a)时 ，由传感器接通指示灯及电铃，发出声光报警，并接通停机电磁铁使机组停机，当判明故障，清除后方可再启动。

发电机输出主要有过压、欠压 、过流及短路保护。总开关是带有分励脱扣线圈及多组常开、常闭触点 的自动空气开关 ，具有过压、欠压 、过流 、短路保护功能。另外，为了保证过压、欠压时机组输出能准确的得到保护．还装设了电压调节板。当输出电压高于 1．1 u N 及低于 0 ．8 U N 时 ，超过 2 S，电压检测板输出一信号，接通总开关分励脱扣线圈，断开总开关，并发出声光报警。

过频保护主要是由高周率继电器完成的．当频率超过 54 H z，过频超过 2 s 时 ，接通总开关的分励脱扣线圈，断开总开关，同时接通声光报警系统及停机电磁铁停机。过流保护主要是由热继电器完成 的，当 电流超过1.1 IN 时 ．经过 一段时间，热继电器的双金属片由于过热发生弯曲，将内部触点接通 ，从而接通总开关的分励脱扣线圈 ，断开总开关，同时接通声光报警系统。短路保护由空气开关完成，当输出电流大于6 IN 时能自动调闸。

6.综述

除上述的一些增加柴油发 电机组可靠性运行的措施外，还采用了其他措施，如为合理使用柴油机而设置的转速控制系统等，不再详述。从样机试制及经过 2 批次生产和试验情况来看，产品的性能指标均高于技术条件的要求，产品的可靠性得到了保证，达到了用户的满意 ，现已作 为我军某重点型号地面电源的定型产品。