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新闻主题	柴油发电机冷却风扇作用及原理

 

摘要：风扇是发动机功率的消耗者，最大时约为发动机功率的10％。为了降低风扇功率消耗，减少噪声和磨损，防止发动机过冷，降低污染，节约燃料。在柴油发电机组行业，柴油发电机组作为通信电源的终极保障，以其高可靠性和性价比等优势得到广泛应用。随着通信规模的爆发性增长，特别是大型枢纽、数据中心的集中建设，其备用发电机组功率需求达50000kVA以上，单机功率也高达2000～3260kVA。

 

智能变速风扇采用电控硅油离合器技术，根据机组负载的不同，通过ECU（ElectronicControl Unit，微机控制器）监控不同散热器组件的温度值，依据温度值与转速百分比的对应关系，ECU向离合器发出转速命令，通过PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）形式实现风扇转速的无级、连续智能控制，从而达到优化冷却系统，改善柴油发电机组的节能环保运行等的核心技术及效果。

 

目前的柴油发电机组，大都采用水箱带风扇冷却，风扇靠柴油机上的动力直接驱动，机组运行时，冷却风扇转速一直与柴油机保持同步，从空载至满负载始终在额定转速1500r/min附近，即不论机组的负载大小，冷却风扇都送出最大的风量和最大功率的能耗。通信行业配套的大功率机组，柴油机冷却风扇的功率高达80kW以上，必须优化其冷却系统。

 

柴油机工况的特性是：柴油机机身（水温）温度，保持在较高（通常为80～98℃）状态的带载能力及效率是最佳的。在柴油机启动至投入负载这阶段，应该使水温快速升高，然而，冷却风扇却始终全功率反方向降低温度，造成很多无功损耗，特别是极端低温的环境，能耗及环保的影响更为明显；另外，在机组整个带载过程，最佳的工况是使柴油机的发热与风扇的冷却效果保持相对平衡。为此，应用变速风扇，是优化冷却系统，实现柴油机始终处于最佳工况并大幅降低能耗、改善燃烧效果及减少排放的有效途径。

如图1所示为配置智能变速风扇的机组外形图，如图2为智能变速风扇节能效果图。可以直观看出，应用智能变速风扇的效果。

 

图1 配置智能变速风扇的发电机组外形图

图2 柴油机智能变速风扇节能效果图

 

 

当柴油机启动后，风扇处于怠速，其风量及消耗功率最小，使机组暖机并快速进入带载最佳转态，减少无功损耗及降低噪声；在进入带载或满载前（柴油机上节温器打开后），通过智能调节风扇的风量，优化柴油机的冷却平衡，在满足柴油机最佳运行温度的同时，最大限度地提高设备的效率和降低风扇功率，达到节能减排的目的。

 

1．电控硅油离合器系统及控制原理

 

电控硅油离合器系统主要由硅油离合器、控制器Di、速度传感器和柴油机固有的散热器（水箱）组件、风扇、柴油机控制单元ECU等组成如图3所示。控制原理如下：

1）通过ECU监控各种相关温度值：水箱、中冷器、排气、机油和燃油等。

2）根据温度值与转速百分比的对应关系，ECU向离合器发出转速命令，通过PWM形式实现风扇转速控制。

3）电控硅油离合器采用失效保护措施：如果离合器断电，则全速运转，确保万无一失安全可靠运行。

由上可知，电控硅油离合器系统特别简单、可以很方便地在任何现有柴油机加装应用。冷却风扇转速（功率）的优化，反馈信号采集完整、控制可靠简捷。

 

图3 柴油机电控硅油离合器Di控制原理

 

 

2．电控硅油离合器工作原理

 

电控硅油离合器工作原理如图4所示。

1）当控制阀打开时，硅油从硅油腔进入工作区域，硅油进入工作区域后通过硅油表面张力传递动力，由主动盘带动风扇旋转。同时硅油在离心力的作用下，通过回流管流回储油腔。

2）控制阀的开关由电磁线圈控制。当电磁线圈通电时，控制阀门关闭；当电磁线圈断电时，控制阀门打开。通过PWM形式，可以方便地实现电磁线圈对应开关量，进而使控制阀处于闭环受控状态。

从上面可知，硅油离合器的核心工作原理：主动盘（柴油机驱动），透过硅油表面张力传递，使从动盘（安装风扇）实现可控差速旋转；转速差靠硅油工作区域充满程度改变其张力的大小来实现；而硅油工作区域充满程度则由电磁阀的开关量，通过PWM命令控制调节；PWM的信号源取自相关温度值，从而实现智能、电控、闭环和精准的优化柴油机冷却系统，达到节能环保的目的。

 

图4 柴油机电控硅油离合器工作原理图

 

3．主要技术特点

 

智能变速风扇，采用独特的设计思路，巧妙地将大部分构件集合于最小体积内的硅油离合器之中，其主要特点：

1）应用范围广泛：可以满足任何柴油机的改装。

2）装配便捷：结构紧凑、安装简单，可以装配在曲轴或传送带轮上。

3）功率范围大：单个最大功率可达45kW、扭矩为250N·m、风量为55776m³/h、静压为834Pa，可以单个或多个使用。

4）节能减排运行：能根据柴油机冷却需要响应不同的最佳转速，减少不必要的功率消耗，节省燃油，降低排放。

5）使用寿命长：相比电磁离合器，采用高稳定性的硅油柔性控制，零件几乎没有磨损、没有冲击力，可靠性极高、使用寿命长。

6）效率更高：相比液压驱动离合器，不需要其他额外零部件和电源，效率更高，特别是高电压柴油发电机组，液压的动力源很难满足。

7）较高的性价比：少投入、高收益，既节能、又环保，具有较高的经济和社会效益。

相比常规恒速风扇，智能变速风扇的节能效果特别显著，最高可达50％以上。同时也能进一步改善低温气候操作性能，降低柴油机排放，降低散热器堵塞，延长传送带的使用寿命，减少尘土的产生和降低风扇噪声等效果，切实能为用户创造额外的价值，这对于不断提高柴油发电机组的应用技术水平具有一定的意义。

 

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