汽油發(fā)電機是一種用途非常廣泛、地位十分重要的發(fā)電設(shè)備,它在國民經(jīng)濟各部門中得到了普遍應(yīng)用。如大部分艦船電站、移動電站及各種應(yīng)急電站都是由汽油發(fā)電機組成。汽油發(fā)電機是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)品,涉及到內(nèi)燃機、電機、自動控制等專業(yè)的技術(shù)。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,在汽油發(fā)電機需要量逐年增長的同時,對汽油發(fā)電機的功能、技術(shù)性能的要求也越來越高。

汽油發(fā)電機應(yīng)用得如此廣泛,是因為它具備了其它機組所不具備的突出優(yōu)點:對匹配高增壓、中速汽油機的發(fā)電機組而言,其結(jié)構(gòu)緊湊性好;經(jīng)濟性好;維護操作簡單、保養(yǎng)方便,所需操作人員少,在備用期間的保養(yǎng)量小;啟動迅速,并能很快達到全功率,汽油機的啟動時間一般只需幾s,在應(yīng)急狀態(tài)下可在1min內(nèi)帶全負荷,在正常狀態(tài)下15~30min內(nèi)達到全負荷;易于實現(xiàn)自動化;振動、噪聲等能得到有效控制;可靠性較高等等。因此,配裝汽油發(fā)電機的移動電站會越來越受到重視,特別是現(xiàn)代戰(zhàn)爭也離不開電源,*野營照明、指揮、控制、通訊、火炮系統(tǒng)、*機場、基地等也都需要電源,所以汽油發(fā)電機的前景十分美好。

由于國產(chǎn)機組在機械性能、電氣性能、操作性能、可靠性、日常維護和使用壽命上與*機組差距明顯,所以自20世紀80年代起我國先后引進國外多種型號的船用汽油機(如康明斯、MWM等)、發(fā)電機(如斯坦福、西門子等)、空氣斷路器及電表等生產(chǎn)技術(shù),以滿足國內(nèi)船舶工業(yè)的需要。

目前,我國船用汽油發(fā)電機主要存在的問題:

(1)汽油發(fā)電機設(shè)備的科研、設(shè)計、試制、生產(chǎn)水平滯后,各科研和生產(chǎn)單位之間缺乏統(tǒng)一的領(lǐng)導和 第26卷第4期2004年8月艦 船 科學技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.26,No.4Aug.,2004協(xié)調(diào),技術(shù)封鎖嚴重;甚至有些單位為了眼前利益,重復引進成套汽油發(fā)電機設(shè)備,導致重復投資,造成國家資產(chǎn)流失和不必要的經(jīng)濟損失。

(2)汽油發(fā)電機型號多而雜,標準化、系列化程度低,不同產(chǎn)品之間的通用性差,基礎(chǔ)件、零配件質(zhì)量差,集成性差,安裝和維修難度大。與*機組相比, 汽油機的經(jīng)濟性、動力性、結(jié)構(gòu)緊湊性、可靠性、耐久性、振動噪聲等指標差距較大;而發(fā)電機的結(jié)構(gòu)緊湊性、零部件的通用性、動態(tài)和穩(wěn)態(tài)調(diào)壓性能、可靠性使用壽命和電磁兼容能力等方面差距也很明顯。

(3)新技術(shù)、新工藝應(yīng)用緩慢。新技術(shù)和新工藝zui能提高汽油機的動力性、經(jīng)濟性,降低振動噪聲和廢氣的含量,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命,如多氣門進氣系統(tǒng)、稀薄燃燒、電控噴射、增壓中冷技術(shù)等,不但可提高壓縮比、提高進氣質(zhì)量、減小進氣阻力,使燃燒更充分,提高汽油機的輸出功率,降低燃油消耗率,而且可以改善排放,降低尾氣中的煙度等。

(4)20世紀80年代引進的船用發(fā)電機配套用的汽油機和發(fā)電機,雖經(jīng)企業(yè)消化和吸收,并提高了國產(chǎn)化程度、增加了自制件的比例,但忽視了在消化吸收的基礎(chǔ)上進行改進和創(chuàng)新,所以產(chǎn)品性能和質(zhì)量多年均保持在原有水平上,但隨著國外新產(chǎn)品和新機型的不斷發(fā)展,原有的引進產(chǎn)品已失去了市場競爭力。

(5)在船用汽油發(fā)電機的電氣設(shè)備中,電子與電器元件是zui薄弱環(huán)節(jié)之一,以至于影響了發(fā)電、配電和控制裝置的性能和可靠性,這是我國目前應(yīng)重點解決的問題。由于汽油機是由汽油機、發(fā)電機和自動控制裝置等三部分組成的,而其中任何一部分技術(shù)水平的發(fā)展和提高,都能推動其它方面的發(fā)展,從而提高汽油發(fā)電機的整體性能,因此這三部分之間的技術(shù)水平是相互促進、相互提高的。

(1)汽油發(fā)電機技術(shù)

當前,上電站用汽油發(fā)電機產(chǎn)品可靠性在不斷提高,并向著大修期前*方向發(fā)展;其次是提高經(jīng)濟性和動力性,要求機組的燃油消耗率達到 210g/(kW#h)以下,機組作功能力強,熱效率高,性價比高,維護保養(yǎng)費用低;結(jié)構(gòu)緊湊性好,單位功率重量小而單位體積功率大;此外對環(huán)境指標不斷提出高要求,如汽油機整機噪聲聲壓級要達到96dB(A),排放指標已普遍達到/歐ò0限值標準;適用性好,能在惡劣的環(huán)境下正常工作;啟動性好,能在低溫和特殊場合下快速啟動。顯然,目前國內(nèi)汽油機與上述主要性能指標存在很大差距。

電站機組用調(diào)速器的調(diào)速特性直接影響到供電品質(zhì),從而波及被控制設(shè)備的性能,還會影響到電站機組運行的可靠性,故機組對調(diào)速特性有特殊的要求。隨著對電站頻率變化率要求的標準越來越高,國外的調(diào)速器已從常用的機械離心飛錘式調(diào)速器、普通的液壓調(diào)速器、雙脈沖液壓調(diào)速器、電液調(diào)速器發(fā)展到全電子調(diào)速器,其優(yōu)點是調(diào)節(jié)精度高,調(diào)節(jié)速度快,并且全電子調(diào)速器安裝使用十分方便,性能更為*,是今后發(fā)展的方向和重點。

(2)發(fā)電機技術(shù)

國內(nèi)生產(chǎn)的發(fā)電機,如T2H、TFHX-等系列,絕大多數(shù)是相復勵系統(tǒng),其穩(wěn)態(tài)、動態(tài)電壓調(diào)整特性較差。為了提高這種性能,國內(nèi)外都在發(fā)展無刷勵磁系統(tǒng)。開發(fā)出50Hz、60Hz通用F級絕緣、體積小、重量輕、效率高的無刷勵磁發(fā)電機,如西門子公司的1FC5系列發(fā)電機2、4極發(fā)電機經(jīng)功率加權(quán)后的平均效率達到93%以上。為提高勵磁系統(tǒng)的可靠性,其轉(zhuǎn)子采用整體凸極結(jié)構(gòu)以及導熱性、熱固性好的絕緣膠,整體性好,繞組端部短,速性能可進一步提高;發(fā)電機應(yīng)采用斷路保護,一般具有短路、過載、欠壓等保護功能,隨著保護特性要求的提高,目前向靜止型脫扣器發(fā)展,國內(nèi)引進的H系列、AH系列斷路器具有電子脫扣器,實踐證明有較高的保護特性和精度以及較高的可靠性。

(3)自動控制技術(shù)

為了使汽油發(fā)電機各個部件處于*工作狀態(tài),且進一步完善應(yīng)急功能和保護功能,應(yīng)大力發(fā)展汽油發(fā)電機的自動控制技術(shù)。原來汽油發(fā)電機的基本機電參數(shù),如潤滑油壓力、冷卻水溫、轉(zhuǎn)速、功率等指標遠不能反映其工作的*狀態(tài),也不適應(yīng)自動電站、自動啟動、自動并車、自動監(jiān)控、自動解列的要求,必須有更多的參數(shù),如啟動設(shè)備的監(jiān)控量、冷卻水壓力、排氣溫度、汽油發(fā)電機3次啟動失敗,主開關(guān)3次重合閘失敗,控制空氣低壓,發(fā)電機繞組溫度檢測,并車時的監(jiān)控,自動頻率調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的監(jiān)控等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,給汽油發(fā)電機自動控制技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和手段,它極大地提高了汽油發(fā)電機自動化運行的*性、保護功能的完善性和應(yīng)急功能的快速性,也可在組成汽油發(fā)電機電站的并聯(lián)化和模塊化時更簡便、可靠。

計算機控制的汽油發(fā)電機結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。從圖中可見,原來由繼電器或數(shù)字電路完成的邏輯控制信號,以及原來由各個獨立的調(diào)節(jié)器信號,全部通過A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入到控制計算機,由計算機集中處理、控制,根據(jù)需要輸入的指令,輸出適當信號,由D/A轉(zhuǎn)換給汽油機和發(fā)電機執(zhí)行機構(gòu),使機組達到理想的運行狀態(tài)。在全自動工作方式下,微機控制的汽油發(fā)電機可完成:(a)汽油發(fā)電機的自動啟動;(b)運行過程中自動整定和調(diào)整運行參數(shù),使機組運行在理想的工作狀態(tài);(c)故障的自動診斷和自動處理;(d)實現(xiàn)電站的自動并車、自動負載分配,自動解列。計算機控制汽油發(fā)電機的實現(xiàn)對提高電站的自動化、電站的可靠性和電站運行的經(jīng)濟性起著至關(guān)重要的作用,其應(yīng)用前景更為廣闊。

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