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柴油发电机组保护系统
一、温度及压力保护系统
1.系统简介
温度及压力的控制在柴油机运行中非常关键。
润滑油压力、燃油压力不足,柴油机将无法运行。目前的大功率中速柴油机大都有一套比较完整的监控检测系统,对柴油机的一些重要参数(如温度、压力等)进行监控,一旦这些参数超出设定范围就声光报警或自动停机。
柴油机组设有气缸排气、透平排气、主轴承、发电机定子、缸套水、润滑油等温度监测及燃油、起动空气、润滑油、生水、缸套水、油嘴水、进气等压力监测。这些温度及压力监测、报警及停机系统主要由装在控制屏上的CMR424、CMR524单元组成。
2.优缺点。这套系统体积小、元件少(每一种信号由一个独立的电路板转化)、布局集中、便于监视,而且有一部分温度(如缸套水温度、润滑油温度等)的控制采用PLC微电脑控制,自动化程度比较高。润滑油压力和缸套水压力的控制就地直接采用压力开关作用于跳机。尽管如此,该系统仍有一定的局限性。对于排气温度而言,只有单缸和平均温度的差值报警,没有单缸温度超过设定值的报警,温度无法实时显示。传统的自动记录仪需要大量的打印纸,打印间隔太长,多种曲线挤在一起不易辩别,且无法数字化等。几次涡轮增压器损坏就是因为没有及时发现温度上升趋势致使气阀损坏而打坏涡轮增压器的。
3.常见故障及防范改进对策。温度显示波动且幅度大,有时显示-1或1该故障原因有: ,连接插头接触不良,可以拧紧,当插头松脱时CMR424显示-1;第二,探头特性变坏,可以更换探头,特别当热电阻探头短路时CMR424显示1;第三,电子板需要重新调整。
二、全自动保护系统
1.工作原理
柴油发电机组油雾保护系统的主要保护元件是油雾探测器,它能及时检测出有否因轴承过热或活塞环损伤造成过量漏气等故障而导致在曲轴箱内形成油雾,从而监视柴油机的主要运行部件——曲轴和气缸的工作状况是否正常。在柴油机运行过程中它通过采样管系不停地抽出曲轴箱内的油气,并送至一个灵敏且准确的浓度测量装置。该浓度测量装置包括一个红外线发射二极管和对侧一个光电接收二级管。光电二级管感受红外线产生的光强度,并将光强度信号转换为电信号送至电子鉴定装置。
2.优缺点
该保护装置的快速性、灵敏性无可厚非,但经过几年的运行检修发现,由于外界或装置自身的原因,使得其选择性和可靠性大大降低。比如由于润滑油冷却器的泄漏(水进入并污染了润滑油),油雾探测器将会感受到由于水份的增加而引起的不透明度的增加,继而发生跳机。油雾探测器的电子元件属于高精度元件,但因其安装在柴油机本体上,温度高、振动大,工作环境极为恶劣,由此使得电子元件的老化加剧,产生温度漂移,跳机的灵敏度增加,误动率也增加。而且该保护有时出现指示灯全无指示,使得保护经常处于脱离状态等。频繁的保护误动及保护的无法就绪,不仅会造成因甩负荷而引起的材质疲劳,寿命缩短,而且会使生产人员产生麻痹心理,认为该装置不可靠,是误动,这样大大限制并误导了生产人员的思维,而在真正出现“高油雾”时就会发生事故。
3.常见故障及防范改进对策
元件老化,温度漂移等引起灵敏度改变,结合电厂的实际并经有关专家同意,将报警阀值S开关调至第4级,运行至今未发生跳机现象。
4.电子板故障
当油雾探测器出现红、绿指示灯全部熄灭的现象,且检查24VDC电源正常、插头无松动时,基本上就可判断为电子板故障,也可以采用对换其它机组的电子板来进行判断。如确属电子板故障,就应该及时检修或更换。
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发电机如何不使用电子调速器控制电路
如果不使用电子转速控制器,柴油机引擎控制器也可直接控制RSV机械调速器以实现机组起动和调速,此种情形控制的二位式电磁执行机构与RSV调速器调速手柄连接。不使用电子调速器的康明斯机组控制电路。
起动时,接通电源开关,按下启动按钮,端子输入低电平,触发T-P进入起动状态;端子、输出低电平,使继电器、线圈获得工作电压。
J1的常开触点接通,初始供油继电器RS2线圈得电,R52常开触点接通,电磁执行机构DTC的起动线圈得电,将调速手柄拉至起动工况位置;同时J1使起动继电器RS1线圈得电吸合,RSI常开触点接通,起动机吸合继电器J线圈得电,接通起动机M的电磁开关及其电路,起动电动机运转,带动柴油机起动。
J2的常开触点接通,使延时继电器KT1得电,经过设定的延迟时间后,其常开触点将闭合,使电磁执行机构DTC的全速线圈得电,柴油机起动后能进入全速运行状态。全速线圈得电时间应在起动程序结束前。
起动机转动并使柴油机转速超过300r/min时(或达到机组设定的起动时间),T-P使6
端输出高电平,J1失电断开其常开触点,起动继电器RSI和初始供油继电器RS2失电断开,起动电动机吸合继电器J失电,起动机与柴油机飞轮分离。同时,电磁执行机构DTC的起动线圈也失电,柴油机在电磁执行机构DTC的全速线圈控制下使调速手柄处于标定转速位置,柴油机起动成功并进入标定转速运行状态。
由上述过程可知,KT1延时时间必须早于T-P表的起动程序的结束时间,否则T-P表在结束起动程序并断掉电磁执行机构DTC起动线圈的供电时,DTC将无电磁吸力而使柴油机停机。
停机时,按下停机按钮STOP,T-P表的19端子输入低电平,T-P进入关机程序,端子7由低电平变为高电平,继电器J2线圈失电,其触点断开,延时继电器KT1失电,KT1触点断开DTC的全速线圈供电,DTC失去电磁力而在复位弹簧作用下使RSV调速器调速手柄处于停机位置,柴油机停机。
由此可见,在该控制方式,T-P表的喷油泵控制输出端口7不再用于电子调速控制器ESD5500E的工作电压控制,而是直接用于电磁执行机构的控制,通过与RSV机械调速器的配合实现起动过程和调速过程。电磁执行机构改变调速手柄的位置实际上改变的是RSV调速器的弹簧张力和转速设定值。同时,柴油机直接从起动状态进入高速控制状态,控制过程不尽合理。
应急控制电路主要由钥匙开关DS,柴油机参数表及传感器等组成。将DS旋至“工作”位置时,①、②端子接通,电磁执行器DCT中的全速线圈得电,其阻值较大,产生的吸力不足以使其动作。将DS旋至“起动”位置时,①、②、③端子均接通,继电器RS1得电,常开触点闭们接通起动电动机电路,柴油机起动。同时,RS2得电,触点闭合,DCT起动线圈也得电,执行机构在电磁吸力的作用下将油量控制齿杆拉至起动供油量位置。柴油机起动后,DS回复至正作状态,此时执行机构被全速线圈产生的吸力使其保持在标定转速位置,柴油机工作在标定转速。将DS旋到“停机”位置时,全速线圈失电,电磁执行器在弹簧的作用下将油量控制机构拉至停止供油位置,机组停机。
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废气涡轮增压器在发电机组上的工作原理
在柴油机型号中,凡有“T”字的都表示该型号柴油机装配了废气涡轮增压器。
1.废气涡轮增压器的工作原理
废气涡轮增压器由涡轮和压气机两个接触部分组成。涡轮的进气口与柴油机的排气管相连接,空气压缩机的出气口与柴油机的进气管相连接。由于柴油机排出的废气仍有一定能量,便驱动废气涡轮旋转,同时为了又带动同轴上的空气压缩机旋转,空气压缩机对吸进的新鲜空气进行压缩,使其密度提高,从而提高了进气压力,增加了充气量,以提高柴油机功率。由上述可以看出,废气涡轮增压器是利用柴油机排出的废气来驱动的,涡轮增压器与柴油机之间无任何机械传动关系。
2.康明斯柴油机废气涡轮增压器的构造
实际的废气涡轮增压器除了涡轮的空气压缩机外,还设有支撑装置。密封装置、润滑系统和冷却系统。康明斯柴油机所以废气涡轮增压器虽然型号不同,但基本结构相似。涡轮一端安装在排气岐管的凸缘上,空气压缩机一端安装在进气岐管上。
固定在增压器上的铭牌上有零件编号、系列编号、型号及其他说明。
涡轮部分:由涡轮叶轮及轴、涡轮壳等零件组成。
空气压缩机叶轮是用防松螺母固定在废气涡轮轴上,构成废气涡轮增压器的转动部分称为转子。
支撑装置:由装在中间壳中的分别靠近空气压缩机端和我聊端的轴承。护板、止推盘等所组成。支撑装置使转子可靠地定位于中间壳上,限定转子工作时在轴向和径向的活动范围。
密封装置:由油封总成、气封环等所组成。压气机端的密封装置主要是密封压气机内高压空气和防止油腔的机油进入压气机。涡轮端密封装置使防止高温废气进入油腔,以确保机油质量。
润滑系统冷却系统:所以KTTA型柴油机的增压器均有机油冷却和润滑,机油通过轴承壳进行循环。
增压器采用浮动轴承的原因是:当增压器转速超过4000r/min时,如采用非浮动轴承,则轴表面与轴承内表面间的滑动速度是相当高的,轴承很容易磨损,普通的滑动轴承难以胜任。采用浮动轴承用铅锡合金制作的轴承装在轴承壳内,而轴3支撑在轴内作高速转动。轴承与轴之间、轴承与轴承之间均由间隙,具有压力的润滑油从轴承壳上部的管接头进入轴承内、外间隙。在柴油机运转过程中,在轴承的内、外间隙、在柴油机运转过程中,在轴承的内、外间隙中均形成油膜,起着轴承的作用。
浮动轴承分全浮动轴承和半浮动轴承。全浮动轴承以一定转速转动,而半浮动轴承则不转动,此次轴承常采用整体浮动套,其一端为方形结构。在同样的情况下,半浮动轴承的机械损失小于全浮动轴承。浮动轴承与普通滑动轴承相比,具有温度
低、摩擦功小、工作可靠、抗振性好及拆装维修方便等优点。
发动机可有两只或四只增压器。如果发动机有四只增压器,则装在排气岐管上的两只增压器是高压增压器,安装在支架上的两只增压器是低压增压器。
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力传动组件是柴油发电机的重要组成部件,其主要任务是将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动,并将作用在活塞顶部的燃气压力转变为扭矩,通过曲轴向外输出动力,使热能转变成机械能。动力传动组件包括的部件有连杆、连杆轴瓦、连杆衬套、连杆螺栓、曲轴、飞轮和活塞组件。
1.功用
在动力传动组件中,连杆的作用是连接活塞和曲轴,并把作用在活塞上的燃气压力传递给曲轴。
2.条件和使用材料
柴油发电机在运转过程中,主要承受活塞顶部的燃气压力以及活塞组件和连杆往复运动时产生的惯性力,同时还要承受摩擦力的作用。这些力使连杆时而被压缩,时而受到拉伸,而连杆摆动所产生的惯性力还会使连杆出现弯曲。因此,要求制造连杆的材料必须具有足够的强度和刚度,重量还要尽量轻。
目前,连杆一般选用优质中碳钢模锻或滚压成型,并且要进行调质处理。中小功率柴油发电机的连杆有的采用球墨铸铁制造,其效果较好,且成本也较低。对于强化程度较高的柴油发电机,连杆采用高级合金钢(40Cr、40MnB、42CrMo等)滚压制造。合金钢的特点是抗疲劳强度高,但对应力集中比较敏感,因此采用合金钢时,对外部形状、过度圆角和表面粗糙度等都有严格的要求。近年来,我国也采用稀土镁球墨铸铁制造高速柴油发电机的连杆。
3.构造
连杆主要由大头、杆身和小头3部分组成。
连杆大头装配在曲轴连杆轴颈上,曲轴转动时,它也随连杆轴颈相对转动。在连杆大头内部装有轴瓦,连杆大头能拆卸下来的部分称为连杆大头盖。大头的切面分为直切口和斜切口两种,根据柴油机使用性能的不同可以选用直切口或斜切口。连杆大头和大头盖用两个或4个螺栓固定在一起,连杆大头的孔径尺寸要求比较,通常在大头和大头盖的同一侧打上配对记号。
(2)杆身
连杆大头和小头的中间部分称为杆身。杆身的断面形状多为“工”字形,这是因为在材料断面面积相等的条件下,其抗弯断面模数 ,所以连杆能在软轻重量的情况下获得较大的结构刚度和强度。
(3)连杆小头
连杆与活塞销相连接的部分称为连杆小头。小头一般为薄壁圆形结构,下端用半径软大的圆弧与杆身圆滑衔接,在小头内部装配有薄壁衬套。为了润滑衬套与活塞间的配合表面,在连杆小头和衬套上钻孔(或铣槽)来收集飞溅下来的油雾。有的在杆身内部钻一个油道,润滑油从曲轴连杆的轴颈经过杆身内部油道进入衬套的摩擦表面。