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柴油机和柴油发电机组的功能介绍

时间:2021-07-30 作者:发电机公司 点击:

柴油机是一个多世纪前开发的,在取代蒸汽机方面发挥了重要作用。在其发明者鲁道夫·迪塞尔 (Rudolf Diesel) 去世后,柴油发动机经历了很多变化。即使在今天,它仍有很大的改进潜力,可以使其在燃油经济性、功率输出和更清洁的废气方面更加高效。尽管汽油发动机的普及程度已超过柴油发动机,但柴油发动机技术和燃料系统的最新进展可能会使柴油发动机成为未来几年重型运输、农业、备用电源和其他系统最理想的发动机。康明斯、卡特彼勒和其他领先的柴油发动机研究和制造公司不断开辟新天地,开发创新的数字技术和处理方法,以改进传统柴油发动机。

多年来,柴油发动机的许多方面都经过修改和处理,以试图使发动机更高效。所有发动机都通过点燃空气和燃料的混合物来产生能量来产生动力。在汽油发动机中,火花塞用于执行初始点火。然而,在柴油发动机中,这种点火是直接进行的,无需使用火花塞。最初,空气被引入燃烧室。然后空气被高度压缩。这种超压缩过程将空气加热至 1000 °F。然后燃料通过预燃室直接喷入燃烧室。极端高温导致燃料汽化和点燃。当空气被点火进一步加热时,它会膨胀,从而驱动使曲轴工作的活塞。柴油发动机的效率取决于将燃料液滴喷射到预燃室中的效率。这些液滴越小、分布越广,柴油发动机的效率就越高。 

在最新版本的柴油发动机中,预燃室和燃烧室经过改进,以实现最大的燃烧和声学衰减。发动机采用涡轮增压技术,可实现最佳性能和功率输出。数字控制取代了传统的模拟类型,以获得更精确和受控的燃油喷射率和正时,以增强燃烧并减少废气。有毒的一氧化二氮 (NOx) 烟气经过废气再循环 (EGR) 和选择性催化还原 (SCR) 等排放处理,以各种方式最大限度地减少排放。

让我们在下面更详细地了解这些修改和处理:

发动机改装

燃烧室改造:较新的柴油发动机的燃烧室大小和配置均能达到最大燃烧率。燃烧率越大,动力输出和燃油效率越高,尾气排放越低。

声音衰减:大多数人将柴油发动机与高噪音联系起来。这种噪音主要发生在启动柴油发动机时,因为燃料被喷射到预燃室并在高温下被迫汽化。声衰减材料和策略的最新进展使工程师能够在很大程度上降低噪音水平。这是通过在预室中安装消音袋来实现的。这些口袋的间隔和设计使得它们可以消除燃烧过程中引起的爆震波。或者,这些口袋填充有多孔或金属陶瓷颗粒,并涂有铂或铑。铂和铑充当催化剂以实现完全燃烧,颗粒可降低噪音水平。

先进的燃料系统和燃料处理

先进的共轨燃油喷射:共轨燃油 (CRF) 喷射系统是直接喷射系统的一种形式,它将燃油从油箱喷射到单独的电磁阀或压电阀中。燃油箱以高压储存燃油。这是一个电子监控喷射系统,可以更好地控制燃油喷射时间和数量。CRF 系统旨在保持高压,通过允许燃料更精细的汽化来帮助均匀燃料和空气混合物。这为更完全的燃烧铺平了道路,从而导致更大的功率输出和更低的废气排放。该系统的最新进展包括允许每个燃烧循环多达五次燃油喷射的修改,从而提高燃油经济性。实际上,

燃料成分:柴油燃料的硫含量通常很高。柴油在燃烧时会产生大量的颗粒物排放物,这会堵塞排放装置并影响发动机性能。然而,根据 2006 年生效的 EPA(环境保护署)规定,已配制出一种更新版本的柴油,其硫含量低至百万分之 15 (ppm)。它被称为超低硫柴油或 ULSD,废气排放量非常低。
 
底特律2.jpg数字与模拟控制

传统上,模拟控制被集成到柴油发动机中以监控其功能。模拟控制适用于为小型设备提供动力的柴油发动机,例如用于支持小型建筑等小型设施的发电机。数字控制在关键设施中非常有用,这些设施需要更复杂的备用电源和配电系统,具有线性和非线性负载要求,并且需要不间断的备用电源。

数字控制是高度集成的,可准确同时报告柴油发动机各个方面的实时状态——燃油、发动机油和冷却液液位、发动机温度、电池状态、转换开关状态。这有助于任何监控发动机的技术人员在一个屏幕上了解整个系统,并帮助他(或她)快速定位和解决任何问题。阅读发电机控制面板,更深入地了解监测和控制备用发电机的技术。 

模拟控制需要在发生故障时对各种电阻器和模块进行物理调整和替换。由模拟装置控制的发动机通过一般指示灯或警报来报告系统故障,这些指示灯或警报不具体指示故障。在电力备份系统不复杂的住宅等小型设施中,问题很容易被发现,进行必要的调整也不难。然而,在大型设施中,通常有接近 200 个警报触发器。检测这些可能是一项费力且耗时的任务,在识别和纠正故障方面的任何延迟都可能导致巨大的损失。

另一方面,数字控制在计算机上显示发电机的状态和错误。它们准确地指示故障的性质和位置,然后可以通过提供来自计算机本身的输入来纠正故障。这样做的好处是系统可以连接到远程计算机,该计算机可以使用局域网或互联网在很远的地方持续监控其状态和进度。这也节省了大量空间,因为一个数字主控微处理器集成了柴油发电机的所有功能,而不是模拟控制,每个功能都需要单独的控制模块。

对于具有复杂备用电源系统的大型设施,数字控制可提供更高的可靠性。它们具有内置冗余,允许在组件或电路的一部分出现故障时保持系统功能。数字控制还可以提高发动机的效率并减少废气排放,因为它们会在不同的负载条件下自动对燃油率输入和喷射正时进行必要的调整。这也有助于实现稳定的电压和输出频率。

提供正确的燃油率对于减少废气排放至关重要。带有监控发动机转速的模拟控制的柴油发动机往往会在启动期间给发动机过度加油,从而导致与柴油发动机相关的典型黑色排气。另一方面,数字控制是智能的,可以执行逻辑功能,例如不将发动机加速到额定速度,而是调整燃油率以实现逐渐加速。这些控制装置根据发动机温度调整调速器设置,从而使发动机在启动时更加稳定并在运行过程中反应灵敏。

康明斯.jpg排放处理

废气再循环 (EGR):柴油在非常高的温度下燃烧,并且会形成 NOx 作为副产品。一定水平的氮氧化物排放对大气有害,需要加以管制。EGR 是柴油发动机制造商用来降低 NOx 排放的处理方法之一。在这种处理中,部分废气再循环到发动机中并与燃烧室中的空气混合。该过程降低了绝热火焰温度并增加了混合物的热容量,允许在低得多的温度下燃烧并减少氮氧化物的形成,这在高温和充足的氧气存在下最大化。

选择性催化还原 (SCR):该方法利用还原催化剂(例如无水氨或氨水或尿素)将 NOx 转化为双原子氮和水。尽管该方法于 1957 年获得专利,并已在废物管理系统和商用锅炉中使用了很长时间,但它与柴油发动机驱动的设备(例如发电机)的集成是最近出现的现象。众所周知,NOx 排放量可减少 75-95%。

这些只是应用于柴油发动机和柴油发电机组的一些令人兴奋的新进步的几个例子。随着市场力量不断对更严格的发动机和发电机要求施加压力,我们应该会在未来几年继续看到发动机改装、燃油系统效率、扩展数字控制、排放处理等方面的实质性改进。所有这些都应该有助于使久经考验的真正柴油发动机成为未来许多年更强大的发电主食。合肥发电机出租

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