柴油发电机组的工作原理

柴油发电机组的工作原理

在正常工作时负载是靠市电供给电源的。一旦市电发生中断，未连接UPS的负载同步断电，立即停止工作；UPS的蓄电池组工作的时间是有限的，随着蓄电池容量的逐渐下降，负载随时面临断电的情况。所以，在市电停电时，发电和及时开启供电是非常重要的。

柴油机主要由二大机构四大系统组成，包括：

二、柴油机的总体构造

1.     曲轴连杆机构

              曲轴连杆机构是油机的主要组成部分。它由气缸、活塞、连杆、曲轴等部件组成。它的作用是将燃料燃烧时产生的化学能转变为机械能，并将活塞在气缸内的上下往返直线运动变为曲轴的圆周运动，以带动其它机械做功 。

（1）气缸：气缸是燃料燃烧的地方，根据油机的功率不同，气缸的直径和数目也不相同 。燃料在气缸中燃烧时，温度可高达1500～2000℃，因此，油机中必须采用冷却水散热，为此，气缸壁都做成中空的夹层，两层之间的空间称为水套。 

（2）活塞：油机在工作时，活塞既承受很高的温度，又承受很大的压力，而且运动速度极快，惯性很大。因此，活塞必须具有良好的机械强度和导热性能，并且应当用质量较轻的铝合金铸造，以减小惯性。为了使活塞与气缸之间紧密接触，活塞的上部还装有活塞环，如图，活塞环有压缩环（气环）和油环两种，气环的作用是防止气缸漏气，油环的作用是防止机油窜入燃烧室。

（3）连杆与曲轴：连杆将活塞与曲轴连接起来，从而将活塞承受的压力传给曲轴，并通过曲轴把活塞的往返直线运动变为圆周运动。 

2.配气机构

              配气机构的作用是适时打开和关闭进气门和排气门，将新鲜的气体送入气缸，并及时将燃烧后的废气排出。配气机构由进气门、排气门、凸轮轴、推杆、挺杆和摇臂等部件组成。

配气机构工作原理

3.供油系统

           柴油机的供油系统一般由油箱、柴油滤清器、低压油泵、高压油泵、喷油嘴等部分组成。如图 所示。柴油机工作时，柴油从机箱中流出，经粗滤器过滤，低压油泵升压，又经细滤器(也称精滤器)进一步过滤，高压油泵升压后，通过高压油管送到喷油嘴，并在适当的时机通过喷油嘴将柴油以雾状喷入气缸压燃。

4.润滑系统

       油机工作时，各部分机件在运动中将产生摩擦阻力。为了减轻机件摩损，延长使用寿命，必须采用机油润滑。润滑系统通常由机油泵，机油滤清器(粗滤和细滤)等部分组成。如图所示。机油泵通常装在底部的机油盘内，它的作用是提高机油压力，从而将机油源源不断地送到需要润滑的机件上。机油滤清器的作用是滤除机油中的杂质，以减轻机件摩损并延长机油的使用期限。

5.冷却系统

       油机工作时，温度很高(燃烧时最高温度可达2000℃)，这样将使机件膨胀变形，摩擦力增大。此外，机油也可能因温度过高而变稀，从而降低润滑效果。为了避免温度过高，油机中通常都装有水冷却系统，以保证油机在适宜的温度(80～90℃)下正常工作。

冷却系统包括水套、散热器、水管和水泵等，如图所示。冷却水通过水泵加压后在冷却系统中循环。循环途径为：水箱→下水管→水泵→气缸水套→气缸盖水套→节温器→上水管→水箱。节温器可以自动调节进入散热器的水量，以便油机始终在最适宜的温度下工作。

6.启动系统

       油机启动系统大致有蓄电池、起动马达、交流发电机、辅助起动系统等组成。如图所示。当按下起动开关，接通蓄电池电路的时候，蓄电池给启动马达供电带动内燃机起动，同时一个小的交流发电机通过整流后给蓄电池充电。

三、油机发电机的工作原理

1.油机工作原理

              油机是将燃料的化学能转化为机械能的一种机器，它是通过气缸内连续进行进气、压缩、做功、排气四个过程来完成能量转换的 。活塞在气缸中运动时有两个极端位置：上止点和下止点(又称上死点和下死点)。上止点和下止点间的距离称为活塞冲程(又称为活塞行程)当活塞由上止点移到下止点时，所经过的容积称为气缸工作容积，又称活塞排量，通常以升或立方厘米计算。工作容积与燃烧室容积之和叫气缸总容积。气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。

四冲程柴油机的工作循环是在曲轴旋转两周(720°)，即活塞往复运动四个冲程中，完成了进气、压缩、做功、排气这四个过程。

四冲程汽油机的工作循环过程，也是通过进气、压缩、做功、排气四个冲程完成一个循环。只是由于所用燃料的性质不同，它的工作方式与柴油机有所不同。

       (1)汽油机进气过程中，被吸进的是汽油和空气的混合物，而不是纯净的空气。

       (2)汽油机的压缩比低(一般为5～9)，压缩终了时，可燃混合气的压强只有5～10 Kg/cm2，温度只有250～400℃。

       (3)汽油机气缸内的可燃混合气，是用火花塞发生的电火花点燃的。 

四缸四冲程柴油机工作示意图。其中第一缸和第四缸的曲柄处在同一方向，第二缸和第三缸的曲柄处在同一方向，两个方向间互相错开180°，每个气缸按顺序完成各自的工作循环过程中，在同一行程都有固定的顺序，一般为1-3-4-2，就是第一缸作功后，第三缸作功，然后为第四缸作功，最后为第二缸作功。以后各个过程顺序重复进行。四缸四冲程柴油机在曲轴每转两圈时，各缸内都进行燃烧和作功一次，也就是曲轴每转半圈就有一个气缸工作，所以它的工作比单缸平稳得多。

2.交流发电机工作原理与励磁系统

（1）交流发电机的组成

油机发电机按照供电电压等级分为高压、低压两种，目前我国通信局站的发电机组都选用低压交流发电机组。主要由定子、交流励磁机，转子、旋转整流器等组成。

发电机在柴油机旋转的带动下，转子产生的磁场随之转动，磁场的磁力线垂直切割定子电枢绕组，交变的磁场在定子绕组中感应出电势，通过机座上的接线盒将电能引出。同时，在定子和转子上还分别装有交流励磁机定子和转子，交流励磁机电定子为励磁绕组，其铁心中埋设有永久磁铁，转子为电枢绕组。柴油机带动发电机开始旋转时，交流励磁机定子励磁绕组产生旋转磁场，使励磁机转子的电枢绕组产生交流电流，经过旋转整流器变成直流电流，为发电机转子上的励磁绕组提供励磁电流。

（2）目前通信企业中使用的交流发电机基本上都是同步发电机。所谓“同步”就是指发电机转子由柴油机(或称发动机)拖动旋转后，在定子（电枢）和转子（磁极）之间的气隙里使产生一个旋转磁场，这个旋转的磁场是发电机主磁场又称转子磁场，当主磁场切割定子三相绕组的线圈时，就会产生三相感应电势，接通负载后，负载电流流过电枢绕组后又在发电机的气隙里产一个旋转的磁场，此磁场称为电枢磁场。电枢磁场和主磁场以同一转速旋转，二者之间保持同步，称为同步发电机。且满足

当20GEN/22GEN/24GEN端子的电压过小时，F1/F2端子给励磁机磁场线圈L1的电流加大，L1产生的固定磁场变强，励磁机旋转电枢L2以额定转速切割固定磁场，两端的感应电势就升高，整流二极管CR1～CR6整流以后，给主磁场L3的电流加大，L3产生的旋转磁场变强，主电枢L4以额定转速被旋转磁场切割，感应电势就升高。这是调升主电枢电压的过程。反之亦然。

四、油机发电机的使用和维护

v      1.局站内固定式油机发电机组的维护

v      （1）基本要求

              ①机组应保持清洁，无漏油、漏水、漏气、漏电现象。机组各部件应完好无损，接线牢固，仪表齐全、指示准确，无螺丝松动。

              ②根据各地区气候及季节情况的变化，应选用适当标号的燃油和机油，所选柴油的凝点一般应比最低气温低2～3℃。日用油箱柴油要经过充分沉淀（≥72小时）方可使用，机组运行中不宜添加柴油。

              ③保持机油、燃油及其容器的清洁，按说明书要求定期清洗和更换机油、燃油、冷却液和空气滤清器。油机外部运转件要定期补加润滑油。

④启动电池应长期处于稳压浮充状态，每月检查浮充电压（单节电池浮充电压为2.18V～2.24V或按说明书要求）及电解液液位。

              ⑤应避免长时间怠速运行，燃油液面与输油泵高度差不宜过大。

              ⑥市电停电后应能在15分钟内正常启动并供电，需延时启动供电应报上级主管部门审批。

              ⑦新装或大修后的机组应先试运行，性能指标测试合格后才能投入使用。

（2）维护项目和周期表

3.常见故障处理

油机的故障原因是多方面造成的，在实际操作过程中，充分发挥操作人员的主观能动性，通过看、听、摸、嗅等感觉，来发现油机的异常表现，从而发现问题、解决问题、消除故障。判断油机故障的一般原则是：结合结构、联系原理、弄清现象、结合实际、从简到繁、由表及里、按系分段、查找原因。

（1）柴油机

①油机起动失败

②油机功率不足

③油机冷却液温度过高

④油机机油压力过低