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技术维修与安全知识 |
长时间空载或低负载运转柴油发电机的危害性 |
前言：康明斯发电机由于其良好的性能，在国内应用越来越广泛。但如果用户不按要求正确使用柴油发电机，特别是令柴油发电机长时间地低速空载运转，将严重影响柴油发电机的工作性能，甚至会大大缩短其使用寿命。柴油发电机组的负荷越小越有益，其实这是一个很严重的误区，因为超过10分钟的长时间低怠速或空载会损坏发动机，这是由于室温度太低以致于燃油不能完全，从而引起在喷油器喷孔以及环周围形成积炭并引起气门粘连。如果发动机冷却液温度低于60°C，未燃烧的燃油将会冲刷掉汽缸壁上的油，并使曲轴箱的油稀释，进而影响润滑油的品质，并缩短发动机寿命，因此应尽量缩短怠速时间以防止这种情况发生。
一、负荷率的影响与优点
1、负荷率的影响
柴油发电机负荷率是指柴油发电机运行时所承担的负载与其额定负载之间的比例。在实际应用中，柴油发电机通常会在不同的负载下运行，而负荷率则直接影响着发电机的效率、寿命以及运行成本等方面。因此，合理控制柴油发电机负荷率对于保障其正常运行和延长使用寿命具有重要意义。
一般来说，柴油发电机的额定负载是指其设计时所能承受的最大负载，同时也是发电机最为高效的运行负载。在实际应用中，发电机的负荷率往往会随着实际负载的变化而发生变化。如果负荷率太低，会导致柴油发电机处于部分负载状态下运行，从而降低其燃油效率，增加燃油消耗和运行成本。而负荷率过高，则可能导致发电机过载，从而损坏发电机或缩短其使用寿命。
因此，合理控制柴油发电机的负荷率是非常重要的。一般来说，通过监测负载变化、调节负载输出和控制负载功率等方式可以有效控制发电机的负荷率，从而实现高效、稳定的运行。同时，也可以通过增加发电机容量、优化配电系统以及采用智能化调节控制系统等手段提高发电机的负荷率，进一步提升其运行效率和寿命。
总之，柴油发电机负荷率是影响发电机运行效率和寿命的重要因素，合理控制负荷率可以有效提高发电机的性能和经济效益。因此，在实际操作中需要密切关注发电机的负荷率，并采取适当的措施来维护其正常运行。
2、负荷率的优点
（1）提高发、供电设备的利用率。
减少国家投资。负荷率提高了.高峰负荷会被压下去，而低谷负荷会被抬高，这样可以提高发、供电设备的利用率，减少为满足短时间高峰负荷而必须增加的发、供电设备容量，可节约投资。
（2）有利于降低线路损耗。
在日用电量不变的情况下，平稳的负荷和波动的负荷所产生的线路损耗是不一样的。在平均电流一样的情况下，电流波动大所产生的损耗也大。
（3）有利于机组的经济运行。
由于提高了负荷率，使高峰低谷差减少，为台理地安排发电机组的经济运行提供了合适的条件，可降低发电煤耗和发电成本，使水力发电在更为有利的水头下运行，减少了弃水损失。
（4）提高了电阿的安全运行水平和供电质量。
在装机容量不变的情况下，压低了高峰负荷也就相当于增加了电力系统的备用容量，这样可以减少或避免困发电负荷不足而造成的事故，并满足了供用电的平衡，使电网的电压和频率稳定.提高了电网的供电质量。
（5）减少了用户的设备投资和电费开支。
负荷率的提高，减少了用户线路和高峰负荷值，从而减小了电费开支。
（6）改善了公共服务业的紧张情况。
为了提高负荷率，采取了工厂轮休，错开上、下班时间等措施，改善了交通状况，也使公共事业（如自来水，煤气等）的供应情况得到改善。
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图1 柴油机负荷率与油耗率关系曲线图 |
图2 柴发负荷率与同时率关系曲线图 |
二、空载或低负荷运行的后果
发电机组的能力和要求因发电机而异，但有一些被广泛接受的准则。大多数人同意发电机应以最大容量的30%的最小负载运行。这是绝对最小值，远非理想-通常，负载为最大容量的60-75%被认为是可取的。应不惜一切代价避免空载运行，除了短时间诊断运行（例如检查适当的怠速）。 康明斯柴油发电机低速空载运转的危害性主要有以下几点，希望引起广大用户注意，避免产生不必要的损失：
1、气缸压力低
柴油发动机的工作原理是将热空气压缩到极端程度（远远超过汽油发动机），因此当燃料进入气缸时，无需火花塞即可点燃。因此，高气缸压力是发动机正常工作不可或缺的一部分。当发电机在低负载下运行时，气缸压力低会导致燃烧不良，从而降低发动机的效率。燃烧不良会导致循环问题——煤烟和未燃烧的燃料残留物堵塞本已密封不良的活塞环，使低压问题更加严重。
2、低温冒白烟
在低负载下，发动机冷却并在不足以产生适当燃烧的温度下运行。这也导致燃料仅部分燃烧。除了沉积物外，这还会导致大量废气排放。废气是在运行不良的柴油发动机中常见的白烟——碳氢化合物排放量高的危险烟雾。
3、高油耗，补燃期长
低负荷运行会以多种方式对发动机的机油分配系统造成严重破坏。由于燃烧不良而形成的硬碳沉积物会导致孔抛光，从而破坏油的珩磨痕迹（凹槽）。机油会燃烧，机油消耗量会增加。由于活塞环密封不良，未燃烧的燃料会污染润滑油，冷凝水和残留物也会污染润滑油，从而导致破坏性的酸积聚。由于柴油发电机转速低，喷油泵的喷油压力相应较低，柴油雾化不良，同时燃烧室内气流运动减弱，柴油和空气混合不均匀，在速燃和缓燃期中，尚有一些燃料及分解物未能与氧气混合，不能及时燃烧而拖到膨胀过程中，随着气体的扰动才能与氧气接触而氧化燃烧。这时汽缸内氧气已大大减少、废气增加、燃烧条件变坏使补燃期延长。其后果是柴油发电机的零件热负荷增加、排气温度高并使涡轮增压器的工作条件进一步恶化，从而影响柴油发电机的使用寿命。
4、造成漏油漏水
柴油发电机低速空载运转，将导致缸体温度过低，柴油发电机各部位得不到应有的膨胀，克服不了冷机状态时的间隙，柴油发电机就会出现漏油漏水的现象。
5、柴油燃烧不完全
柴油发电机在空载或低负荷工况下运转时，燃烧室温度将大幅度降低，燃料的物理、化学准备条件相当差，着火落后期长，使柴油混合气来不及完全燃烧就随废气排出，从而出现排浓烟现象。同时，由于柴油不能完全燃烧，将产生积碳并堵塞喷油嘴的喷油孔，甚至还会出现卡住活塞环、粘住气门等严重后果。柴油发电机润滑不因为柴油发电机低速空载运转，机油温度压力都较低，因此，机油不能起到很好的润滑作用。同时，一些耒燃烧的柴油将冲刷汽缸壁上的润滑油，引起曲轴箱中的润滑油被稀释并产生酸酯，使柴油发电机中的运动零件得不到良好的润滑，从而加速柴油发电机的磨损，缩短其使用寿命。
6、污染加剧
因低温未燃烧燃料而产生的白烟已经提到过。然而，这并不是低负荷运行导致污染增加的唯一原因。漏油通过密封不良的活塞环进入燃烧室被燃烧并产生明显的蓝烟，而黑烟是喷油器损坏的结果。低负载或无负载操作会导致许多其他问题，包括每种情况或低负载或无负载的具体情况将决定每个问题的严重性：
（1）曲轴箱中的压力增加。
（2）涡轮增压器过度磨损和漏油（如果存在）。
（3）碳沉积在许多表面，包括阀门、活塞和排气歧管。
（4）发动机排气口液–从排气歧管泄漏的黑色油性液体。
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图3 柴油发动机气缸做功示意图 |
图4 低负荷造成柴油机无法充分燃烧 |
三、空载或低负载运行的注意事项
（1）在某些时候，发电机无疑需要在低于最佳负载的情况下运行。如果它不是定期和长时间发生，则不必对您的发电机造成任何损坏。
（2）空载操作不应超过20分钟。低负荷运行后，发电机应在短时间内增加负荷运行，以提高温度和压力，一年一次，应该运行“负载”测试。
（3）非必要情况，康明斯发电机厂家皆不建议用空载或低负载运行方法长期使用柴油发电机组。若确实有长期低负载使用的需求，请购买一台小型柴油发电机组备用，进行负载切换使用。
总结：
上述危害事件对发电机组具有累积影响。首先，用户可能会观察到无法解释的功率损耗和间歇性性能不佳。这是由于运行效率低下以及部件磨损加速所致。很快，组件将开始出现故障，导致计划外维护和停机时间增加。为了延长柴油发电机组的使用寿命，更好地发挥它的功能，我们应该注意正确的操作和维护，减少低负载/空载运行时间和最小负载单元不能低于额定功率的25%-30%。毫无疑问，定期以低负载或空载运行发电机将最终导致发电机完全故障。因此，正确运行和维护柴油发电机可以确保您永远不会断电，无论电网是否有电力供应，既可提供不间断电源，又可保护敏感设备免受电涌和波动的影响。
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