信息技術(shù)行業(yè)所用發(fā)電機(jī)的基本原理
什么是內(nèi)燃機(jī)?比如,內(nèi)燃機(jī)可為您的汽車提供動(dòng)力。內(nèi)燃機(jī)是 20 世紀(jì)后期發(fā)明的一種得力負(fù)載工具,在新的千年它也發(fā)揮著同樣重要的作用。通俗地講,內(nèi)燃機(jī)是通過其內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件將燃料蘊(yùn)含的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。外部空氣與引擎內(nèi)部的燃料混合后,這些運(yùn)動(dòng)部件會(huì)點(diǎn)燃空氣和燃料的混合物,在名為氣缸的腔體內(nèi)發(fā)生一個(gè)受控的內(nèi)部爆炸(燃燒)。盡管內(nèi)燃機(jī)引擎千差萬別,但備用發(fā)電機(jī)系統(tǒng)最常用的是 4 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。之所以稱為 4 沖程,是因?yàn)槊總€(gè)燃燒循環(huán)都要經(jīng)過四個(gè)不同的階段。這些階段包括吸入空氣/燃料混合氣體,壓縮混合氣體,燃燒或爆炸,以及排氣。在談到發(fā)電機(jī)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)通常被稱為原動(dòng)機(jī)。下面介紹與原動(dòng) 機(jī)相關(guān)聯(lián)的核心屬性。
燃料
內(nèi)燃機(jī)有以下四種常用燃料:柴油、天然氣、液體石油 (LP) 和汽油??梢砸罁?jù)存儲(chǔ)條件、成本和可用性等不同的條件來選擇使用的燃料類型。
廢氣、尾氣排放和噪聲
發(fā)電機(jī)系統(tǒng)排放是空氣和噪音污染方面不可忽視的問題。盡管降低噪音、減少廢氣排放的概念很容易理解,但涉及到環(huán)境和監(jiān)管問題時(shí)卻不是這么簡單。EGSA(發(fā)電系統(tǒng)協(xié)會(huì))是一個(gè)全球性組織,為成員提供有關(guān)備用 發(fā)電機(jī)排放及其他注意事項(xiàng)的大量信息。不同地區(qū)適用的環(huán)境法、建設(shè)工程規(guī)劃許可證以及發(fā)電機(jī)使用年限都不盡相同。例如,美國聯(lián)邦環(huán)??偸?(EPA) 為每個(gè)州指定了監(jiān)管機(jī)構(gòu)并賦予執(zhí)行權(quán)力,目的是為了達(dá)到國家 級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其他國家/地區(qū)也都有類似的訂立發(fā)電機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)。例如,英國環(huán)境食品與農(nóng)村 事務(wù)部 (DEFRA) 制訂英國的環(huán)境保護(hù)政策。在印度執(zhí)行此項(xiàng)職能的是森林和環(huán)境(MoEF)。如果要在管制 嚴(yán)格的地區(qū)安裝發(fā)電設(shè)備,在申請?jiān)S可證的時(shí)候,可能要求您提供發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的排放聲明。行業(yè)專家通常非常熟悉他們所在地區(qū)的審批過程。
另一個(gè)需要得到監(jiān)管機(jī)構(gòu)許可的方面是噪聲污染。通常是按 24 小時(shí)內(nèi)監(jiān)測到的可錄制最高背景噪聲訂立本地噪聲法規(guī)。排氣消聲器通常可以分為工業(yè)、民用或強(qiáng)力幾種類型。強(qiáng)力型降噪效果最明顯。為了節(jié)省技術(shù)改造費(fèi)用,您應(yīng)該在購買系統(tǒng)前就考慮其噪聲級別,以便在設(shè)備規(guī)劃階段噪聲就能滿足當(dāng)?shù)乇O(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求。另外,機(jī)械振動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致噪聲增大,并使附近居民承受更嚴(yán)重的噪聲污染?,F(xiàn)有安裝和絕緣技術(shù)可以將這種影響降到最低。
第三個(gè)要討論的重要問題是關(guān)于外觀美感,因?yàn)榘惭b發(fā)電機(jī)可能要經(jīng)過當(dāng)?shù)卣脑S可。某些地區(qū)對發(fā)電機(jī)的 安放位置有要求,包括要求將發(fā)電機(jī)安置在與主體建筑外觀相協(xié)調(diào)的混凝土/磚結(jié)構(gòu)建筑中。這樣可以避免發(fā) 電機(jī)露天放置,并使其與鄰近建筑物在外觀上相匹配。
燃燒空氣進(jìn)氣口 發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的冷卻和清潔裝置要與設(shè)備房的設(shè)計(jì)相融合,這一點(diǎn)非常重要。另外,我們還建議室內(nèi)要有充分的 新鮮冷空氣,以達(dá)到一定的人員舒適度。這通常需要大的通風(fēng)口,可能需要額外的風(fēng)扇。另外,還要有一定的 預(yù)防及過濾措施,防止雨、雪和碎屑雜物進(jìn)入系統(tǒng)。
冷卻
大多數(shù)發(fā)電用原動(dòng)機(jī)的散熱器冷卻系統(tǒng)與汽車?yán)鋮s系統(tǒng)非常相似。風(fēng)扇用于使足夠多的空氣在冷卻系統(tǒng)中流 通,以維持適中的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。多余的熱量通過散熱器向外界排放,所用導(dǎo)氣系統(tǒng)的截面積與散熱器截面積相同。進(jìn)氣口(房屋天窗)面積通常要比此管道面積大 25-50%。必須對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真維護(hù)才能確保設(shè)備的 可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。必須經(jīng)常仔細(xì)檢查冷卻軟管、冷卻液量、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)以及防凍保護(hù)措施,確保達(dá)到合格性能。
潤滑
如今的 4 沖程發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是全流式過濾系統(tǒng),該系統(tǒng)從安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)外部的過濾器泵入潤滑油,以防止有害微粒以及雜質(zhì)損傷軸承的運(yùn)動(dòng)部件。潤滑油補(bǔ)充罐用于維持合適的油量,外部潤滑油冷卻器有助于防止因高 溫造成的潤滑油故障。
過濾器:空氣和燃料 空氣和燃料是原動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素。遵循適當(dāng)?shù)木S護(hù)計(jì)劃非常必要。對于必須支持長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的任務(wù)關(guān)鍵應(yīng)用,使用帶有雙油管和過濾器的系統(tǒng)將具有很大優(yōu)勢。因?yàn)槟梢栽诎l(fā)動(dòng)機(jī)維持運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下隔離并更換 油管和過濾器。如果過濾器和其他"消耗性部件"沒有備用部件,可能會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。
可以使用"差壓指示計(jì)"主動(dòng)監(jiān)測這些過濾器。差壓指示計(jì)可以顯示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中過濾器進(jìn)出口之間或兩 條油管之間的壓力差。當(dāng)用于空氣過濾器時(shí),這些主動(dòng)監(jiān)測設(shè)備也稱為"限壓指示計(jì)"。此類指示計(jì)可以在發(fā) 電機(jī)引擎運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)顯示是否需要更換干式進(jìn)氣過濾器。
啟動(dòng)電機(jī) 啟動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)成功運(yùn)轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵因素之一。任務(wù)關(guān)鍵負(fù)載通常附帶的是只有幾分鐘電池運(yùn)行時(shí)間的 UPS 系統(tǒng),所以能夠快速啟動(dòng)非常重要。檢查電源問題、啟動(dòng)原動(dòng)機(jī)、設(shè)置穩(wěn)定的輸出頻率和電壓并連接到負(fù)載, 一般最少需要 10-15 秒鐘時(shí)間。不過,由于諸如電池未充電或被竊等因素,許多在用系統(tǒng)無法可靠地完成這 樣快速的部署任務(wù)。還包括維護(hù)不當(dāng)以及人為失誤等其他因素。要達(dá)到一個(gè)令人滿意的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)成功 率,認(rèn)真設(shè)計(jì)和維護(hù)至關(guān)重要。
大部分發(fā)電機(jī)系統(tǒng)使用類似于汽車上用的由電池驅(qū)動(dòng)的啟動(dòng)電機(jī),不過有些大功率的原動(dòng)機(jī)可能使用氣動(dòng)或液 壓發(fā)動(dòng)機(jī)。毫無疑問,電池系統(tǒng)是傳統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)的關(guān)鍵組件。例如,某些發(fā)動(dòng)機(jī)上給蓄電池充電的發(fā)電機(jī)無法阻止電池閑置期間的放電。使用帶遠(yuǎn)程警報(bào)的獨(dú)立自動(dòng)充電系統(tǒng)將是"最佳方案"。另外,為電池保溫以及免受腐蝕也是非常必要的。
電池保溫是通過一個(gè)維持鉛酸蓄電池電解液溫度的加熱器來實(shí)現(xiàn)的。在寒冷天氣條件下,這將會(huì)大大增加啟動(dòng) 電機(jī)的啟動(dòng)電流。電池是以 CCA(冷啟動(dòng)電流)為額定值標(biāo)準(zhǔn),該電流值表示在 0°F (-17.8°C) 的溫度下 30 秒鐘可用的安培數(shù)。如果溫度低于 0°F (-17.8°C) 或高于 80°F (26.7°C),可靠性將會(huì)很差。
另外,發(fā)動(dòng)機(jī)保溫加熱器可以通過降低啟動(dòng)電機(jī)在點(diǎn)火時(shí)必須克服的摩擦力,來提高啟動(dòng)成功率。大量研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)故障是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)系統(tǒng)故障的最主要原因。
交流發(fā)電機(jī):發(fā)電組件 交流發(fā)電機(jī)的功能就是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。這與汽車的交流發(fā)電機(jī)類似,不過汽車中的發(fā)電機(jī)通常 由皮帶驅(qū)動(dòng),而發(fā)電機(jī)是由原動(dòng)機(jī)的主驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)。一個(gè)金屬線圈和一塊磁鐵可以構(gòu)成一個(gè)非常簡單的交流發(fā)電機(jī)。當(dāng)金屬線圈通過磁鐵正負(fù)極形成的磁場時(shí),就會(huì)產(chǎn)生電流。線圈保持靜止而磁場移動(dòng)也可以產(chǎn)生電流。
這種類型的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流量顯然非常小,不過其發(fā)電原理與大型交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理相同。經(jīng)過多年努力,交流發(fā)電機(jī)組件的某些特性已經(jīng)得到改善,交流發(fā)電機(jī)的效率、功率和可靠性得以增強(qiáng)。下面逐一說 明每種特性。圖 2 說明發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的典型交流發(fā)電機(jī)的主要組件。
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