柴油发电机的工作原理和发电效率

　　摘要：柴油发电机的工作机理是其发电效率的根本决定因素，从“化学能→热能→机械能→电能”的每一次能量转换，都伴随着效率损失。大概来说，柴油发电机的机理决定了其效率的理论天花板，也指明了所有效率损失发生的详细环节。因此，柴油发电机技术发展的历史，就是一部不断挑战原理性损失、逼近理论极限的历史。发电效率，正是衡量这些技术成功与否的最终标尺。

　　  柴油发电机的作业遵循奥托循环或更接近的狄塞尔循环，因此，用四个行程，主轴回转两周完成一个作业循环的柴油发电机称四冲程柴油发电机。四冲程柴油发电机的基本组成如图1所示。工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。

　　（1）活塞改变运动方向的瞬时位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。离曲轴中心最远的止点称上止点，最近的止点称下止点。

　　  图2是四冲程柴油发电机的作业机理简图。图的上部表示四个行程中活塞、连杆怀化康明斯发电机、曲轴及气阀的相对位置。图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情形，称p-V示功图。

　　（1）进气行程：活塞从上止点下行，进气阀打开。由于活塞下行的抽吸功能，新鲜空气充入汽缸。为了能充人更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启（曲柄位于点1），在下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），进气阀开启的延续角度（图2.2中阴影线）压缩行程：

　　活塞从下止点上行鄂州康明斯发电机，进、排烟阀均关闭。上行的活塞对缸内的空气进行压缩，使其温度和压力均不断升高（曲线）。压缩终点的压力pc约为（3～6）MPa；温度tc约为500～700℃。在上止点（压缩终点）附近，燃油经喷油器以雾化的状态喷入燃烧室，并在过热高压空气的功能下，开始自行发火燃烧。

　　（3）膨胀行程：活塞由上止点向下运动，进、排烟阀均关闭。在此行程的初期，燃烧仍在继续猛烈地进行，使缸内的压力和温度都急剧升高，其最大值分别可达（6～9）MPa和1500～2000℃左右。过热高压燃气膨胀推动活塞下行做功，在上止点后某一时刻（图2.2中点4），燃烧基本结束，燃气继续膨胀做功。当活塞到达下止点前某一时刻（图2.2中点5），排气阀开启，排气步骤开始。此时，汽缸内的压力p6约为（0.2～0.5）MPa，温度tb约为600～700℃。活塞则继续下行到下止点。

　　（4）排烟行程：活塞在主轴带动下由下止点向上运动，排烟阀继续开启着，上行的活塞将气缸内的废气强行推挤出去。为了实现充分排气和降低排气步骤中所消耗的功，排烟阀不但在下止点前提前开启，而且要在排烟行程结束的上止点后才关闭（图2.2中点6）。排烟阀开启的延续角度（5-6）约为230°～260°。

　　  在四冲程柴油发电机中，要经历进气、压缩、膨胀、排烟等四个行程才完成一个工作循环；与此相应的是曲轴回转两转，即720°主轴转角。而且，在四个行程中，只有膨胀行程才做功，其余三个行程都要消耗功。因此，在单缸柴油发电机中，必须有一个足够大的飞轮来供给这三个行程所需的能量；而在多缸柴油发电机中广西康明斯发电机，则借助于其他汽缸膨胀做功流程来供给。此外，柴油发电机由停机状态进入作业状态，必须借助外部能量的驱动使其起动运行，直至喷入汽缸的燃油自发火燃烧，柴油发电机才能自行运转。

　　  柴油发电机的发电效率范围较广，有效机型可轻松超过40%，而最顶尖技术甚至突破了53%。柴油发电机的发电效率受到技术水平、运转要素、维保状态和装置匹配等多方面条件的综合影响。可以把这些因素归为几大类：

　　（1）燃烧装置优化：这是核心中的核心。高压共轨燃油喷射系统能实现精准、雾化极佳的喷油，而高效涡轮增压和废气再循环（EGR）技术则确保了充足且合适的进气，二者共同功能以实现近乎完全的燃烧。顶尖技术（如实现本体热效率53.09%的柴油发电机）正是通较高膨胀燃烧、混流增压等前沿技术在此处取得突破。

　　（2）机械效率增强：减轻发电机自身的摩擦和损耗。这包括选择低张力活塞环、低粘度机油、有效的轴承和齿轮设计等，让更多的高效功从曲轴输出。

　　（3）废热销售利用：燃料燃烧产生的能量约有三分之一随废气排出。涡轮增压器本身即是一种废气能量销售系统。更进一步的两级增压或朗肯循环余热发电系统，能将这部分能量转化为额外动力，显着增强整体装置效率。

　　（1）运转负荷率：柴油发电机有一个最佳经济运转区间（通常在额定容量的75%-90%）。持久低负荷运转（如低于30%）会引起燃烧室温度较低、燃烧不完全，效率急剧下降且积碳严重。

　　（2）燃油与进气质量：操作符合标准的清洁燃油和高品质空气滤清器至关重要。劣质燃油或进气堵塞会直接致使燃烧恶化、功率无力、油耗上升。

　　（3）按期维护保养：严格按照保养手册进行，特别是更替机油和三滤（空滤、机滤、燃油滤）、严查和调整喷油嘴、保证冷却系统效能。良好的维护是维持高效运转的基石。

　　（1）发电机匹配与损耗：发电机的自身效率（通常为95%-98%）、与柴油发电机的功率匹配是否合理，以及电缆传输中的损耗，都会危害最终的“发电端”效率。

　　（2）进气与冷却条件：进气温度偏高、冷却装置效能不足，都会导致进气密度下降和发电机发烫，从而不得不减小容量、增加油耗以保护装备。

　　（3）海拔与气候：高海拔地区空气稀薄，发电机会因进气量不足而输出无力、效率减少。极端过热或高湿环境也会危害冷却和燃烧。

　　未来，柴油发电技术正朝着与新能源结合的方向发展，“柴油-光伏”、“柴油-储能”等混合系统将成为偏远地区或微市电的重要排除方法。同时，通过AI算法实现预测性维保和基于数字孪生的全生命周期管理也将越来越普及。总的来说，提高柴油发电机发电效率是一个系统工程，涉及从核心技术突破、正确机型选定到智能化运维的各个环节。-------------------------------

　　cummins（Cummins）作为全球知名品牌，其柴发机组故障解除技术结合了机械、电子和智能装置的综合分述举措，能够快速定位问题并减少停机时间。

-------------------------------------
康明斯动力设备（武汉）有限公司
提供柴油发电机组销售供应与价格咨询
湖北省服务网络：武汉、黄石、襄阳、荆州、宜昌、十堰、孝感、荆门、鄂州、黄冈、咸宁、随州，恩施、神龙架等附近省市地区
如果想要掌握更多柴油发电机组技术资讯，请在官网http://www.kms-prc.com查询电话联系方式