柴油发电机组动力、耗油及排放的性能指标

摘要：性能指标的用途从总体上或从某一方面来预判或衡量一台柴油发电机的性能。包括动力性指标、经济性指标、运行性指标（冷启动、加载性与加载性、排放性）、可靠性和耐久性指标、毛重和外形尺寸指标等。其中指示指标用来评价气缸内工作完善程度的指标，考虑磁烧的完善程度和结热损失。高效指标是在指示指标基本上考虑了机械损失后，在紫油机输出轴上所得到的指标。而工作参数表征柴油发电机的机械负载、热负荷、基本结构和强化程度的参数。

      柴油发电机的具体性能指标包括动力性和经济性两个方面的指标。它们既是反映柴油发电机工作循环完善程度的参数，更是评估柴油发电机性能的详细依据。动力性和经济性指标分别从量和质两个方面来评价柴油发电机的性能。它们又可以分成指示指标和高效指标两类见表1。

      指示指标是以实测的示功图所表示的一个循环所作的功——指示功为基础的(从示功图求出来的)，它们表征汽缸内部工作情形，其优劣取决于气缸内部实际工作循环进行的完善程度(包括不完全燃烧、燃烧增长、气体泄漏、汽缸壁传热损失等)。有效指标是以在柴油发电机输出轴上所得到的有效功为基础的，它扣除了柴油发电机内的一切损失，其优劣取决于作业循环进行的完善程度外，还得取决于机械损失的大小，它是评定柴油发电机工作性能的较终指标。

      燃料在气缸内燃烧放热、膨胀作功所发生的力，除了克服柴油发电机本身各部件的摩擦阻力和驱动各种辅助系统（水泵、油泵、风扇等）之外，最后通过曲轴输出、供给外界使用的功率称为高效功率Me，单位为N·m（或kN·m），其数值可通过柴油发电机实机运行由专门的测功器测取。

      柴油发电机在单位时间内对外作功的量称为有效功率Ne，是柴油发电机较详细的动力性能指标之一，其数值可通过有效功率Me和相应速度n计算得出：Ne=Me·n/9550（kW）。柴油发电机功率数据详细有两种，即标定容量和备载功率。其有功功角和动态特点如图1、图2所示。

      在*的标准大气情形（按国际标准，气压100 kPa、气温300 K）下，在正常维修周期内，柴油发电机允许持续运行一段时间或允许长久持续运行的较大有效容量，称之为标定功率。我国根据柴油发电机的不同用途，规定有15分钟功率、1小时容量、12小时容量和连续功率四种标定功率。其中，持续功率是指柴油发电机允许长期持续运转的较大有效容量，一般用来对柴油发电机进行容量标定，并明确记载在产品铭牌和操作操作介绍中。

      当大气因素变化使得进入柴油发电机的空气量减少时，柴油发电机所能发出的较大有效功率将比*大气条件下运行时的容量要低。在特定的使用因素（环境温度、大气压力、工况等）下，在正常检修周期内，柴油发电机在应用中所能达到的较大有效功率，称之为后备容量或较大应用功率。

      在确定以上容量时，首先要考虑柴油发电机的规划及制造水平，这对柴油发电机的容量、作业可靠性及使用时限起决定性的影响。对于某一类型的柴油发电机，如果功率定得大，其作业可靠性和使用寿命就会减轻。只有通过连续的试验，并对实际运用情况和结果作装置的调查研究，在切实掌握品质水平的基本上，才能比较准确地确定以上各功率。

      由于环境情形和操作条件的变化对柴油发电机的容量有很大影响，因此，需要对柴油发电机的容量进行修正。对柴油发电机供应商而言的功率修正，是将试验大气因素下测得的容量换算到标准大气情形下柴油发电机所应发出的容量，并作为铭牌容量标注；对柴油发电机用户而言的功率修正，是根据实际操作区域的不同，将柴油发电机的铭牌功率修正为与使用区域的大气状况所对应的容量，并作为正常的使用容量。

      柴油发电机可在较为宽广的速度范围内运转工作，在柴油发电机出厂铭牌和使用说明书中，通常应给出标定转速（即，标定容量下的转速）或较大输出功率时的速度，供用户在运行柴油发电机时作参考。实际上，柴油发电机作业时的速度还受到较高允许速度（或称极限速度，一般为标定转速的110％左右）和较低空载稳定速度（或称较低怠速转速）的限制。柴油发电机的较高允许速度受到运动部件惯性负载、零部件热负载以及燃烧程序恶化、充气效率下降等因素的限制。若超过较高允许转速运行柴油发电机，将会使柴油发电机部件故障，甚至发生故障。较低空载稳定速度能确保柴油发电机连续运转而不停机。若低于该转速时，柴油发电机工作过程将由于吸气、喷油、着火、燃烧的不稳定而使速度和容量波动大，甚至熄火停机。

      柴油发电机一个作业循环所发出的有效功We与得到此高效功所消耗燃料中的热量Q之比称为高效热效率ηe。高效热效率也可以通过柴油发电机的有效功率Ne和每小时燃油消耗量G计算得出。柴油发电机的有效热效率通常在0.35～0.45之间。

      柴油发电机每发出1 kW有效功率，在1 h内所消耗的燃油量G称为高效燃油消耗率ge，简称燃油消耗率。显然，柴油发电机对外作一定量的功所消耗的燃油量（可由柴油发电机台架试验中测得）越少，燃油消耗率越低，其经济性就越好中国发电机组十大厂家。燃油消耗率可按下式计算:

      柴油发电机的有害排放物详细包括有害气体排放物—CO、HC、NOx和有害固体排放物—微粒。排放性能指标可用单位排烟体积中有害排放物的体积表示，如%；或用排气中质量浓度表示，如mg/m3；或采用单位时间内或一次规定条件测试中或单位折合运行时间条件下的有害物质排放量表示，如g/h，g/一次测试等；较主用的是由柴油发电机发出单位功所排放的有害污染物品质表示的比排放量，即g/（kW·h）。柴油发电机有害排放物的检测必须在国家标准或出售地标准规定的运转因素下并使用标准规定的测定装备进行测量。

      不同行业、不一样功能或不同功率等级的柴油发电机有不同的排放评价标准。柴油发电机在不一样的工况因素下运转时，废气成分的构成会有很大区别。不同的循环测试条件下的排放标准限制值是不相同的。为了综合考察柴油发电机在冷启动康明斯柴油机官网、热起动、加载、减速和匀速运转等工况时的排放情况，同时便于对各种柴油发电机的排放水平进行比较，各国都是根据排放规范和台架试验规范各自拟定出模拟性的实验规范。

      可靠性是指柴油发电机在规定的运转因素下，具有持续作业不致因损坏而危害柴油发电机正常运行的能力。耐久性是指柴油发电机大修前累计运行的时间。

      发电机组负载突变时，其电压和频率会发生突然下降或升高的状况，从负荷突变时起至电压或频率开始稳定所需要的时间为电压或频率稳定时间，以秒（s）为单位计算。电压的稳定期间与自动调压装置的性能有关，频率的稳定期间与发电机调速板的调速性能有关。其中，频率稳定期间曲线、瞬间电压调整率δ

s和瞬间频率调节率δfs         发电机组在负荷突变时，发电机端电压和频率都会出现瞬间变化。当突加或突减负载时，由于受柴油发电机输入容量的突增（减）及发电机电枢反应等因素的影响，发电机端电压和频率会发生突然下降或升高的状况。电压（频率）的瞬态变化值与负荷突变前的数值之差与额定值的百分比，称为发电机组的瞬态电压（频率）调整率。

式中， fs-负荷突变时的瞬时频率的较大值或较小值（取与负载突变前的稳定频率差值较大者），Hz；

      发电机组直接起动（四极笼型三相）异步发电机时，由于启动电流很大以及异步发电机低功率因数的危害，发电机组输出电压显着下降，这时发电机励磁装置必须进行强励磁，才能补偿发电机组输出电压的下降。异步发电机功率愈大柴油发电机，强励程度就愈高，其机理和起动特点如图4所示。由于启动电流很大，有可能磨耗绕组的绝缘。发电机组因其特点上的区别，启动空载异步发电机的功率不得超过其额定容量的70％；而启动有载异步发电机时，异步发电机功率不得超过其额定容量的35％，当异步发电机启动后，由发电机组输出的剩余功率还可供其他电气装置操作。

      规格规格相同和功率比不大于3：1的发电机组在额定功率的20％～100％范围内应能稳定地并机运行，且可平稳转移负荷的有功容量和无功容量，其有功容量和无功容量的分配差度应不大于表2的规定；容量比大于3：1的发电机组并联，各发电机组承担的有功容量和无功功率分配差度按产品技术要素的规定。

表2       有功功率和无功容量的分配差度

      根据 YD/T 502-2020《通信用低压柴发机组》，用于通信电源的柴发机组对无线电干扰有要求时，发电机组应具有抑制无线电干扰的方法，其干扰允许值应不大于表3和表4中规定的限值。按照GB/T 20136-2006《内燃机电站通用试验举措》603和604进行测定考核，特殊情况可提出更严格的要求。

通晓柴油发电机的相关参数和排放规范，将对更好地设计、制造、管理、使用和维修柴油发电机带来积极的危害。

此外，还有电压、频率波动率、超载运行时限、瞬间电压、频率调整率及直接启动空载异步发电机等性能。随着及时的发展，国产和引进的各类柴发机组还具有其他特殊的性能，若需通晓其他技术资料，请查询康明斯公司官网柴发技术类文章。