柴油发电机组对哪些细节进行优化设计
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柴油发电机组对哪些细节进行优化设计
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摘要：采用CAD计算机辅助设计、CAE计算机辅助工程、CAM计算机辅助制造等先进手段对柴油发电机组进行机械设计，并结合先进的实验手段对设计方案进行缜密的校核。从设计的细节入手实现了对柴油发电机组机械部分进行不断的优化，使机组的稳定性等得到进一步提高。
（一）机组冷却系统的优化设计
柴油发电机热效率约为35％～50％，其他能量被冷却介质（水或空气）、润滑油、废气带走。其中燃烧室壁通过冷却介质带走的热量约占总热量的15％～35％，而在部分负荷时，此项热损失所占比例还要大很多。如果燃烧室壁面温度降低，散热损失增大，燃油消耗率增大。同时由于燃烧室壁面温度低还使激冷层加厚，使排气中HC成分增加。润滑油温度过低，机械摩擦功增加，零部件磨损加剧，柴油发电机经济性、可靠性变差。高温冷却毫无疑问能大大地降低冷却水和机油的散热量，减少柴油发电机的热损失，提高其经济性；同时，因冷却介质（冷却水和机油）与外界空气之间温差增大，提高了冷却装置的散热能力。所以精确控制冷却系统散热量，使柴油发电机处于最佳冷却状态下运行，有助于减少冷却系统功率消耗，改善柴油发电机动力性、经济性、可靠性，降低排放，具有重要的实际意义。
通过采集大量实验数据和建立适用于柴油发电机组的冷却系统计算模型，对柴油发电机组的冷却系统进行了优化设计。解决了中冷器与散热器冷却量合理匹配的问题，提出了使柴油发电机组始终运行在最适宜温度的方案。该方案可以提高柴油发电机组的经济性和可靠性。另外，考虑到许多机房条件的限制而不便采用风扇-水箱冷却系统，因此专门设计开发了水冷机组方案，将机组中冷器和散热器以水塔的形式设计在机房外，该方案不仅可以提高换热效率，而且还大大降低了机房的噪声。
（二）机组底座的优化设计
机组底座是柴油发电机组的关键部件，它的设计水平和加工精度直接影响到机组的使用性能、振动、噪声、可靠性和寿命。机组底座的加工水平只能确保机组静止时的柴油发电机和发电机的同轴度。然而机组运行过程中、吊装过程中机组底座的变形对同轴度的影响就需要从底座设计的角度去校核。在确保机组底座材料质量的前提下，结合大量的实验数据，建立了机组底座的校核计算模型，采用有限元计算分析机组底座在各种状态下关键部位的应力分布情况。在有限元仿真的基础上，对底座结构进行相应的优化设计，每一次改进都使得底座能够更加牢固可靠。针对底座优化设计的另一个方面就是机组减振系统的设计。机组的减振对降低机房内和机房外噪声有重要影响；机组的减振性能直接关系到机组基础的动载荷大小，同时关系到机组组件的振动强度。性能卓越的机组减振效果将有利于降噪和提高机组的使用寿命。
（三）机组环保设备优化设计
众所周知，柴油发电机组的环保问题主要体现在噪声和尾气排放两个方面。柴油发电机排放的PM2.5颗粒诱发多种疾病，PM2.5颗粒尺寸小而表面面积大，吸附能力强，携带毒性物质进入呼吸系统。PM2.5颗粒能够诱发多种呼吸系统疾病。柴油发电机组给人最直观的印象就是轰鸣的噪声。机组环保设备的优化设计主要体现在排烟消声器和消烟膨胀箱两种设备的优化设计上。在吸取车用柴油发电机排烟系统设计的先进思想基础上，参照相关标准并结合柴油发电机组的运行状况简化了设计计算模型，对柴油发电机组排烟消声器和消烟膨胀箱进行了优化设计。尤其是消烟膨胀箱的效果非常明显，基本可以消除柴油发电机的黑烟，并且对比实验表明，使用消烟膨胀箱后，机房的噪声明显降低5～8dB，见图1为机房设计及布置示意图。
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图1 机房设计及布置示意 |
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