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应急柴油发电机功率的千瓦数计算
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为满足应急发电机组的特殊要求，500kW以下应急发电机组原动机选用四冲程、涡轮增压、直列式柴油机，500kW以上应急发电机组原动机选用四冲程、涡轮增压、V型柴油机。在本文中柴油机经过额定功率计算公式、非标准条件下功率修正、突加负载计算公式最后得出准确结果，以符合用户匹配的柴油发电机组常载功率配备和突加负载功率输出要求。
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应急柴油发电机线框图 |
一、柴油机的关键技术要求
应急发电机组成套采用的标准和规范包括《GB/T 6072-2008 往复式内燃机 性能》、《GB/T 2820-1997 往复式内燃机驱动的交流发电机组》等。这些标准和规范对平台应急发电用柴油机性能提出了严格要求，选型时应予以满足。
（1）在海洋平台上，应急柴油发电机组应该具备提供额定外输电力的能力。
（2）柴油机每运行12小时最少可在其额定功率的110%下连续运行1小时。
（3）应急发电机组用柴油机工作时的额定制动有效压力（bmep）不应该超过以下数值：
○ 二冲程柴油机 1020kPaG
○ 四冲程柴油机 1207kPaG
○ 四冲程中间冷却柴油机1608kPaG。
（4）应急柴油机应为柴油机，其额定转速应为1500r/min。
（5）应急柴油机应能在环境条件下45s内达到发电机组额定功率运行。
（6）对于非涡轮增压的应急柴油机，最大允许的1次加载量等于使用功率。
（7）对于涡轮增压的应急柴油机，柴油机的1次加载量随与使用功率相对应的制动平均有效压力改变。
（8）匹配的柴油机的输出功率应计及整套发电机组的额定输出功率、必要的独立辅助设备需要的电功率和A.C.发电机的功率损失。
（9）应为应急柴油机配备两套独立的启动能源，每一套应该可以提供3次冷启动而无需更换，并且在最低环境温度下，每间隔15秒可以启动一次。
（10）柴油机暴露的表面最大温度不能超过60℃。
二、柴油机功率计算与选择
1、 柴油机额定有效功率计算
应急发电机组采用三相无刷同步交流发电机，发电机额定发电功率不小于设计发电功率P，额定功率因数0.8，额定频率50Hz。额定转速1500 r/min，涡轮增压中冷，四冲程压燃式柴油机，柴油机的输出功率要考虑和发电机匹配时的功率损失。
发电机组的功率是除去必要的独立辅助设备吸收的电功率之外的发电机组端子处输出的有效功率。
应急发电机组成套过程中，其柴油机额定功率和发电机组输出功率的匹配比一般在 1.1~1.18 之间。
● 按照式（1）进行柴油机现场额定功率的初选：
Px ≧（Pn /η+P∫）/ K1 ............................（1）
式中，Px——为柴油机现场额定功率；
Pn——为发电机额定功率；
η——为发电机效率，一般在0.95~0.97之间；
P∫——为柴油机附件的消耗功率；
K1——为柴油机功率修正系数，连续工作时间小于12h 时一般取1.0，长期运行一般取0.9。
由于柴油机在选配之前，其附件的消耗功率一般为未知，因此可按式（2）先进行额定有效功率计算，在柴油机型号选定后再进行功率的核算。
Px ≧ Pn /η / K1 ............................（2）
2、非标准条件下柴油机功率修正
由于柴油机的运行功率与环境条件相关，柴油机额定功率为标准环境条件下测得，运行环境条件的变化可能导致柴油机额定输出功率的降低，因此需要考虑柴油机功率修正问题。
对于环境条件的功率修正包括：
（1）现场大气压力（若无通用的压力数据，可用最高和最低值或海拔高度数据替代）。
（2）年最热月和最冷月的最高和最低气温的月平均值。
（3）发动机周围的最高和最低环境空气温度。
（4）在最高温度条件时的相对湿度（或水蒸气压力或湿、干球温度）。
（5）冷却水达到的最高和最低温度。
初选柴油机时，可就柴油机使用环境条件与厂家沟通，如厂家推荐进行功率修正，可根据GB/T6072中的相关规定，对所需柴油机功率进行修正后，选取柴油机。如厂家根据自己产品的性能和实际应用情况不推荐进行功率修正，则可直接采取式（1）的计算结果进行柴油机选取和定型。
● 现场环境功率与标准功率的换算采用GB/T607210.3.1中的公式：
Pr = Px / ɑc ............................（3）
式中，Pr ——为ISO标准功率kW；
Px——为柴油机现场额定功率；
ɑc ——为环境修正系数：
式中，k为指示功率比；
ηm——为柴油机机械效率，由柴油机厂家指定，如未指定则取0.8；
Pr——为标准基准总气压，kPa；
Px——为当地环境总气压，kPa；
Ør——为标准基准状况下的相对湿度；
Øy——为当地环境条件下的相对湿度；
Psr——为标准基准饱和蒸汽压，kPa；
Psx——为现场环境饱和蒸汽压，kPa；
Tx——为当地环境条件下的温度，K；
Tr——为标准基准状况下的温度，K；
Tcx——为现场环境增压中冷介质绝对温度，K；
Tcr——为标准状况下增压中冷介质绝对温度，K：
α，m，n，s为与发动机类型有关的系数。
根据目标柴油机的结构，由GB/T6072.1中表2可查到α，m，n，s等参数值，根据GB/T2820.1 中第12条的规定和发电机组的功率修正环境条件，由GB/T6072中表B.1可查到饱和蒸汽压等相关数据，进而计算出指示功率比k和环境修正系数ɑc 的值，从而计算出修正后的最小柴油机标准额定功率值，所选柴油机标准额定功率应大于修正后的最小柴油机标准额定功率值。
● 在柴油机型号确定后，确定或估计柴油机附属构件（主要为散热风扇）的功率，按下式进行功率的核算：
η （K1 ɑc Pr -P∫）≧ Pn............................（4）
3、柴油机突加负载计算
柴油机不但要满足常载额定功率，还要满足突加负载对于发电机组功率的要求，突加负载主要与柴油机的调速性能有关。
CCS规范9.7.10.1中要求，“对于应急发电机组初次突加的负荷，应不小于规定的总应急负荷。”ABS 规范要求，当所有自动连接的应急突加负载的总和超过应急发电机组满荷载的50%时，这些应急负载作为首次加载的载荷；如不超过发电机组满荷载的50%，则按50%进行突载试验。
● GB/T13032-91中5.9条规定
应急发电机组应能突卸、突加100%额定负载。为此柴油机的突加负载功率要求必须满足：
η （ℇK1 ɑc Pr -P∫）≧ wPn............................（5）
式中，
ℇ——为标准工况下的发电机组突加负载百分比；
w——为突加负载百分比。
计算时应根据要求遵循的标准或规范进行突加负载百分比w的确定。目前国内应急发电机组主要采用CCS规范进行突加负载百分比的确定。
● 根据GB/T2820.2中5.2规定
发电机组在额定功率和频率下突加负载特性与所用柴油机的制动平均有效压力有关，因此ε值可以由柴油机生产厂给出，在厂商不能提供时，可以根据GB/T2820.5 中给出的制动压力和加载之间的关系得到ℇ值。
Pme = kP / Vstnr............................（6）
式中，Pme 为平均制动有效压力，kPa；
k——为参数，四冲程为1.2×105，二冲程为0.6×105；
P——为柴油机额定功率；
Vst——为柴油机工作容积，cm3；
nr——为标定转速，r/min。
当柴油机达不到一次突加负载的要求时，根据GB/T2820.12中7.1规定，当采用更大的加载步时，需采取适当的附加措施或者增加发电机组的额定功率，适用时也可增加飞轮的转动惯量。因此当柴油机突载能力不能满足要求时，需要柴油机厂家对其发动机进行调整以满足突载功率的要求或者用户重新选配柴油机。
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