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机房设计与设备安装 |
发电机房进排风要求和高温散热条件 |
柴油发电机组机房的通风和散热问题是机房设计中要特别注意解决的问题，无论是对发电机组的运行还是对操作人员的身心健康，都有很大的影响。良好的机房通风系统必须确保有足够的空气流入和流出，并可在机房内实现自由循环。如果处理不当，将直接影响柴油发电机组的运行。
一、机房散热方案设计
柴油机、发电机、排烟管在运行时均散发出热量，使室温升高。为了不使室温过高而影响发电机的输出功率，采取的措施通常为热风管道与柴油机散热器连一起，其连接处采用软接头，出风口尽量靠近且正对散热器，采取措施以减少机房内的热量积聚，完全无泄漏地排出所有废气和保证房间内有充足的冷却风，这样才能保证发电机组满负载、长时间、低噪声和无公害运行和延长发电机组使用寿命，并为发电机组操作人员提供一个良好的工作环境。
为了避免控制屏内的电子元器件因温度过高而产生故障，一般规定机房内的环境温度不得高于45℃。
因此，机房内应有足够大的空间，从而确保机房内的气温保持均衡，及空气正常、顺畅的流通。如无受特殊安装条件的限制，通常通风系统应采用直进、直出型。并绝对避免发电机组排放的热空气通过机房进风口再次进入机房形成热风回流。
如图1、图2所示的空气流动路线是比较好的方式，冷空气从发电机组尾部经过控制屏、发电机、柴油机到散热器，最后由冷却风扇将热空气通过一个可装拆的排风管排到室外，形成一个完整良好的空气循环。
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图1 单台柴油发电机组机房的通风散热 |
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图2 双台柴油发电机组机房的通风平面图 |
二、普通水冷机组的通风和散热
水冷发电机组机房的热风主要是通过风扇和散热器来散热，机房的布置和设施应将热风引到机房外。通常利用门洞或墙洞，再加上可拆移的引风罩将热风引出机房。若利用墙洞固定引风罩必须考虑隔热和减振问题，可采用帆布框罩缓冲隔振，采用石棉层来隔热。风罩和管道应平顺、光滑，避免急弯，以最短距离引出机房，进风口和排风口处都需要采取措施，防止雨水和小动物进入风道。
为了保证机房内有良好的通风效果，机房内应有开向户外或通向建筑物另一部分的面积足够大的进风口，以便让足够的新鲜空气进入。在某些较小或特殊要求的机房，有时可以用通风管把空气抽入房间或直接地送到发电机组的进气口，但这种做法一般不推荐使用。此外，机房还应有面积足够大的排风口和畅通无阻的排风通道，保证热风从该口及其通道排出室外。机房的排风口和进风口应保持足够的距离，避免热风回流，并设置有挡风雨的百叶窗。百叶窗可以是固定的，也可以是在气温低或自动启动时能够自动调节的。排气管应按相关设计规范经由排烟管道引至屋面高空排放。
三、使用远距离分体散热器通风和散热
当发电机组被安装在地下室时，实际空间很可能会限制风槽的运用，在这种情况下，一般可采用其他的通风和散热方法。对于普通型发电机组的机房安装，散发的热量已计算在散热器空气流量中；但对于那些把散热器安装在远处的机房，机房冷却空气的流量是由发动机、发电机和排气系统任何部分向周围空气散发的总热量来计算的，所以应采取一些必要且有效的措施排出机房中的热风。
柴油机和发电机冷却空气的需求量在前面已有说明。排气系统的散热取决于在房间内排气管的长度及使用的隔热材料，在计算房间内的空气流量时，这些热源散出的热量也在计算范围以内。排气管应按相关设计规范经由排烟管道引至屋面高空排放。
远置式散热水箱的冷却系统是可以选择的方式之一。在该系统中，散热器是与发电机组分开的，并由电动风机作散热之用，此系统可作为一个全封闭的单元组件供户外使用，亦可作为开放形式供室内装置用。为确保电动风机与发电机组工作的同步，建议采用发电机组输出电力作为电动风机的供电电源。
当散热器安装高于3m以上或水平距离超过10m时，大多数发电机组要求装一个分置的水箱和电动水泵，分置水箱的尺寸取决于整个冷却系统的容量，即需要的管道总量加上冷却用水量。
冷却水由一台电动循环泵带动，从分置水箱经过散热器和发电机组进行循环。一般散热器风机和水泵电动机是由发电机供电的，它们消耗的功率应计入发电机组输出功率。当发电机组处于停用状态，水从散热器流入分置水箱，而当发电机组在运行时，水从分置水箱流入散热器，此分置水箱必须长期保持足够的冷却水以确保充满全部冷却系统及冷却水的有效循环，分体式散热器安装如图3所示。
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图3 柴油发电机组分体式散热器远置安装图 |
对此系统需要注意以下几点：
1）要防止外来杂质污染冷却液。
2）分置水箱的扰流可使冷却液氧化。
3）避免空气滞留于系统中，管道应备有通气孔。
4）进行适当的水处理以达到发电机组使用要求。
5）要预防冷却液凝结。
6）使冷却液在机体中保持（无压）自然流动。
如果散热器装于和发动机同一水平面，则无须采用分置水箱，但应在散热器正上方配置一个膨胀水箱，以容许冷却水受热膨胀和补充。
四、采用热交换器的通风和散热
热交换器冷却有“标准热交换器冷却方式”和“分体水箱配热交换器冷却方式”两种类型。这种系统需要空间比分置式水箱要少，其封闭水路能利用补充水箱的球形阀将蒸发损失的冷却水自动补充，以保证冷却系统中始终有足够的冷却水。热交换器安装方式如图4所示。
大多数的柴油发电机组都能够配套热交换器，在水质可能被污染的地区或能从冷却塔或大型贮水装置提供冷却水的场合都可以采用热交换器作为发电机组的冷却手段，但是水经过热交换器后不能作家庭用水。
由于用后的水必须流向废水管，所以绝大多数地方不允许用食用水作热交换器用。热交换器的水压可维持在大约0.14MPa。
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图4 柴油发电机组水冷热交换器安装图 |
当使用远置式散热器或热交换器的冷却系统时，必须保持一定的通风余量，以提供足够的空气给发动机燃烧，并作为机房的通风及冷却发电机组发出的辐射热之用。
注：
1）对于远置散热器和热交换器的冷却系统：一些具有涡轮增压及（空气一空气）增压冷却系统但对一些采用（空气一水）增压冷却系统的发动机便合适。
2）如将设有（空气一空气）增压冷却系统的发动机配合热交换器的冷却方式使用，将会导致输出功率损失。
五、冷却水的处理
当柴油发电机组使用于较低温环境中时，为防止冷却水有结冰的危险，机体内的冷却水就必须进行必要的抗冷凝保护，具体方法是在往机体内加注纯净的冷却水时，应按要求加注40％～60％剂量的乙二醇防冻液，同时，应采取必要的均匀混合措施，如预先在专门容器内将水与防冻液搅拌均匀，并在加注完后，将发电机组运行至热机状态，以获得最佳的均匀混合。
为防止发电机组冻损，建议用户加装发电机组专用水套加热器。该加热器的电源应为市电AC 220V的电源，当发电机组处于备用停机状态时，该加热器能够视环境温度和机体内冷却水的实际温度进行自动加热。使机体内冷却水的温度始终保持在＋5～＋40℃之间。
对于环境温度较高的地区，客户应在冷却水中均匀地混合适当比例的防锈液，以免水道生
锈，从而确保水循环正常畅通，增强发电机组的冷却效能。
为防止冷却系统内所有金属材料锈蚀，纯水应加防锈剂。
六、风冷机组的通风和散热
对于风冷发电机组，最好安装专用冷却风管。对于六缸机，目前厂家可提供成套的进风和排风管件。若安装两台八缸发电机组，可以依据发电机组“V”形夹角的排风角度，开挖地下引风道，用引风机排出热风。平时引风口用盖板盖平，开机时打开盖板，使其与发动机排出的热风形成风斗。柴油机的排气管，也可以像散热风道一样，从地下排出。但要注意下述问题：
1）对于风冷发电机组，柴油机冷却和燃烧都需要新鲜空气，因此设计时应注意不能吸入热风和废气。
2）所有风道要避免过多转弯，要以最短通风管路将热风和废气排出，不要让柴油机在机房内吸入热风，影响发电机组运行。
3）风冷柴油机冷却的热风和废气，会形成机房气流的反射作用，因此应充分利用这个特点，以改善机房的通风散热。
4）排气管应以柴油机废气排出口算起，后接管道的截面只能加大，不能缩小。
5）排气管道应缠绕石棉层，再用玻璃纤维布包裹住。石棉层应选用石棉纺织绳，不要用石棉扭绳。用玻璃纤维布包裹后，最后用镀锌铁丝以螺旋形扎紧。
七、高压机组的散热
一般来说，柴油发电机组多在市电无电的情况下用作应急发电机组，由于柴油发电机组在运行过程中需要散热，柴油发电机组的散热装置可以直接安装在柴油发动机的轴端并通过柴油发动机进行驱动，但是这种结构的散热装置时刻运行在最大功率处，在不需要高散热能力的情况下会有较大的能源浪费而且不利于柴油发电机组处于最优的工作温度(冬天时希望将柴油发电机组的工作温度控制在80-95℃)。当然，也可以通过驱动独立散热装置对柴油发电机组进行散热，但是由于柴油发电机组输出的电压等级比较高，而散热装置需要的驱动电压比较低(比如柴油发电机组输出的电压为10kv，而散热装置需要的驱动电压为400v)，在没有市电的情况下，有以下方式实现独立驱动：
（1）依靠现有发电机房保障电源驱动散热装置，这种方式不仅会增加发电机房容量和负担，较低的驱动频率导致散热装置的工作效率不高。
（2）增加一个变压器对柴油发电机组的输出电压进行降压，然后再在低压下驱动散热装置，这种方式需要对增加的变压器单独安装并配备相应的保护装置，导致成本过高、占地面积过大、管理麻烦。
（3）设置一种具有双等级电压输出的柴油发电机组（如图5所示），通过在柴油发动机转轴的两端分别连接不同电压输出的发电机，这种一体式双等级电压输出的柴油发电机组不需要额外增加变压器，一方面可以满足柴油发电机组作为应急发电机组的需求，另一方面可以满足散热装置的驱动需求，结构紧凑，占地面积小，还可以减少设备负担。
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图5 柴油发电机独立散热系统图 |
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