孫勇

摘要：本文主要介紹了1MW集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組的研制開發(fā)過程，對機(jī)組的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，對箱體內(nèi)部的進(jìn)排風(fēng)及通風(fēng)散熱進(jìn)行理論計(jì)算并核對，對機(jī)組的噪聲及振動(dòng)進(jìn)行削減控制，最后通過試驗(yàn)對機(jī)組的設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，論證了該款機(jī)組設(shè)計(jì)的合理性及可行性。

Abstract： This article mainly introduces the development process of 1MW container generating， designs the whole container， calculates and verifies the ventilation and cooling inside the cabin， controls the noise and vibration of the unit， verifies the design of the square cabin power station， and proves the rationality and feasibility of the container generating structure through tests.

關(guān)鍵詞：集裝箱;柴油發(fā)電機(jī)組;進(jìn)排風(fēng);通風(fēng)散熱;降噪;減振

Key words： container;diesel generating set;air intake and exhaust;ventilation and heat dissipation;the noise reduction;vibration reduction

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0016-03

0? 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，整個(gè)社會對電力的需求計(jì)劃越來越大，用電高峰期間，部分地區(qū)甚至對企業(yè)拉閘限電，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組由于采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱結(jié)構(gòu)制造，具有模塊化、集成化、占地面積小、土建施工量少、投資少、建設(shè)周期短、便于移動(dòng)、運(yùn)輸方便，有效防雨防風(fēng)沙、噪音低等特點(diǎn)，受到越來越多客戶的青睞[1-2]。

集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組在用電高峰期間，可以通過并網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的削峰，可以作為廠礦企業(yè)的備用電源，偏遠(yuǎn)無市電區(qū)域也可以作為常用電源。

1? 機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

2? 機(jī)組結(jié)構(gòu)

1MW集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

主要由遠(yuǎn)置水箱1、遠(yuǎn)置水箱2、主軸流風(fēng)機(jī)3、發(fā)動(dòng)機(jī)4、發(fā)電機(jī)5、控制屏系統(tǒng)6、工作室通風(fēng)軸流風(fēng)機(jī)7和消聲器系統(tǒng)8等組成。

該款集裝箱機(jī)組通過中間的隔斷一分為二，左側(cè)為機(jī)組冷卻系統(tǒng)室，內(nèi)置2組遠(yuǎn)置水箱和1組冷卻用主軸流風(fēng)機(jī);右側(cè)為機(jī)組工作室，內(nèi)部安裝有發(fā)電機(jī)組及其控制屏系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的中冷氣、高溫缸套水通過管路穿過隔斷后分別連接到遠(yuǎn)置水箱相應(yīng)的氣管水管處。機(jī)組工作室內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的熱輻射、發(fā)電機(jī)的散熱風(fēng)等通過頂置的2組軸流風(fēng)機(jī)7來排掉。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，工作室內(nèi)部的空氣受熱后會集聚在箱體頂部附近，軸流風(fēng)機(jī)7位置處的排風(fēng)可形成對流，有助于加快工作室內(nèi)設(shè)備的通風(fēng)換氣。

集裝箱箱體為20尺貨柜標(biāo)準(zhǔn)尺寸，6058×2438×2591mm，結(jié)構(gòu)上采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱框架制造，底側(cè)梁選用加厚矩形管，四個(gè)角立柱選用Q345D低合金鋼板折彎，瓦楞板選用B480耐候鋼板等，以提高箱體的整體機(jī)械強(qiáng)度，箱體前后均可開門，方便用戶對發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的日常維護(hù)與檢修，箱體底部設(shè)有機(jī)油、冷卻液收集系統(tǒng)，通過管路直接引入到箱體外部，防止污染環(huán)境內(nèi)部環(huán)境，控制屏和輸出開關(guān)柜在箱體同側(cè)，方便用戶日常操作。箱體符合國際集裝箱安全公約的要求，能夠辦理箱證，整機(jī)成套好后可直接作為標(biāo)準(zhǔn)集裝箱海運(yùn)，大大節(jié)省運(yùn)輸成本。

3? 機(jī)組箱體內(nèi)部的通風(fēng)量理論計(jì)算

12M33集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組采用遠(yuǎn)置散熱器，冷卻系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組不在同一個(gè)室內(nèi)，箱體內(nèi)部通過隔斷隔成冷卻系統(tǒng)室與機(jī)組工作室。在工作室內(nèi)，不需要考慮冷卻系統(tǒng)的冷卻風(fēng)量，采用遠(yuǎn)置散熱器后能明顯減小機(jī)組工作室內(nèi)的進(jìn)排風(fēng)量，工作室內(nèi)沒有發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)帶的風(fēng)扇，取而代之的是設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)散熱，引導(dǎo)工作室內(nèi)空氣流動(dòng)的方向。一般情況下，軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)自由端頂部位置處，內(nèi)部空氣流動(dòng)遵循軸向通風(fēng)原則，在發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾清器進(jìn)風(fēng)口處附近設(shè)置單獨(dú)的輔助進(jìn)風(fēng)百葉，保證箱體外部的冷空氣進(jìn)入箱體后能夠直接被吸到空濾器中，避免箱體內(nèi)部溫升對進(jìn)氣溫度的影響。

3.1 機(jī)組工作室內(nèi)通風(fēng)量理論計(jì)算

機(jī)組工作室內(nèi)的熱源主要主要是發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大部件工作時(shí)對外的表面熱輻射。計(jì)算通風(fēng)量時(shí)還需要考慮柴油機(jī)的燃燒做功需要的空氣量[3]。

3.2 機(jī)組工作室內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)選型

機(jī)組工作室內(nèi)設(shè)置2組通風(fēng)散熱用軸流風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制換氣，進(jìn)而保證工作室內(nèi)溫度不至于過高。軸流風(fēng)機(jī)直接從發(fā)電機(jī)組接線銅排上取電。

軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)：3.2kW/50Hz/AC380V，額定風(fēng)量25000m3/h，靜壓125Pa。

總通風(fēng)量Q總=25000×2=50000m3/h>Q1=45900m3/h。留有9%的設(shè)計(jì)余量。

綜上所述軸流風(fēng)機(jī)的選型滿足理論計(jì)算設(shè)計(jì)要求。

3.3 機(jī)組冷卻系統(tǒng)室的通風(fēng)散熱

機(jī)組冷卻系統(tǒng)室內(nèi)的遠(yuǎn)置散熱器安裝處為防雨百葉窗+不銹鋼防蟲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)水箱室內(nèi)部形成局部負(fù)壓，外部的冷空氣通過百葉窗經(jīng)過散熱器管帶后進(jìn)入箱體內(nèi)部，在主軸流風(fēng)機(jī)的作用力下從箱頂排出。如圖2所示。

主軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)：37kW/50Hz/AC380V，額定風(fēng)量100000m3/h，靜壓185Pa。從發(fā)電機(jī)組接線銅排取電。

防雨百葉窗+不銹鋼防蟲網(wǎng)的風(fēng)阻為100Pa。

箱頂?shù)臎_孔板風(fēng)阻為40Pa。

主軸流風(fēng)機(jī)靜壓均大于冷卻系統(tǒng)室的進(jìn)排風(fēng)的風(fēng)阻并且有一定的余量，風(fēng)機(jī)可以正常克服進(jìn)排風(fēng)阻力，保證水箱室內(nèi)的通風(fēng)量，滿足機(jī)組散熱系統(tǒng)冷卻要求。

此種結(jié)構(gòu)冷卻系統(tǒng)，箱體外部的冷空氣直接進(jìn)入散熱器表面，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)熱輻射帶來箱體內(nèi)部溫升的影響，冷卻效率大大提升，能夠適應(yīng)高溫環(huán)境。

4? 機(jī)組降噪減振處理

4.1 機(jī)組降噪處理

柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲主要有排煙噪聲、進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、機(jī)械噪聲和燃燒噪聲等[4-5]。

排煙噪聲是機(jī)組噪聲中能量最大，成分最多的部分[5]。為消除排煙噪聲對機(jī)組的影響，機(jī)組選用高效能住宅式消聲器，消聲器后的排氣尾管設(shè)置為豎直朝天，將排煙噪聲對機(jī)組的影響降低到最低。

降噪處理應(yīng)從吸聲材料和外部隔絕兩方面入手[6]。進(jìn)氣噪聲、機(jī)械噪聲和燃燒噪聲屬于機(jī)組箱體內(nèi)部的噪聲，需要選用合適的材料和結(jié)構(gòu)來降低此部分噪聲。箱體內(nèi)部在選用吸聲材料時(shí)，應(yīng)能滿足有利于降低聲波頻譜中峰值頻段的噪聲，因?yàn)槁暷芰恐饕性趲讉€(gè)峰值頻率，噪聲峰值降低了，總的噪聲輻射就可明顯降低[7]。

查閱柴油機(jī)的性能數(shù)據(jù)單，12M33柴油機(jī)的噪聲頻譜主要集中在500-4000Hz范圍內(nèi)，為此選用的吸聲材料應(yīng)該在此頻段有較高的吸聲系數(shù)，綜合以上因素，箱體內(nèi)部的吸聲材料選定為體積密度為36kg/m3的無堿超細(xì)玻璃棉，其吸聲系數(shù)如表2所示。

箱體內(nèi)表面設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)，使用無紡布為襯層包裹住超細(xì)玻璃棉材料，然后用鍍鋅沖孔板固定吸聲材料在周圍的瓦楞板上。

機(jī)組工作室的進(jìn)氣處降噪結(jié)構(gòu)主要由防水百頁窗+降噪百葉組成，兩者之間加裝304不銹鋼防蟲網(wǎng)，防止機(jī)組運(yùn)行時(shí)吸入箱體內(nèi)部小蟲子和雜物，降噪百頁使用沖孔板折彎成型，中間填充使用無紡布包裹的超細(xì)玻璃棉。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.2 機(jī)組減振處理

集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)部主要的振動(dòng)源是柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)，為避免將兩者的振動(dòng)傳遞到集裝箱機(jī)組外部，在柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和機(jī)組公共底座連接處安裝橡膠減振器，在機(jī)組公共底座與箱體的花紋地板之間安裝橡膠減振板，雙重減振，另外箱體內(nèi)部的排煙管路、遠(yuǎn)置散熱器的中冷管路及水管等中間使用膨脹節(jié)彈性相連，有效降低箱體內(nèi)部的振動(dòng)向箱體外部傳遞[8]。

5? 機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

1MW集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組成套好后，根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)要求，對方艙電站進(jìn)行熱平衡及噪聲測試試驗(yàn)。

試驗(yàn)狀態(tài)，機(jī)組1MW滿負(fù)荷運(yùn)行，所有門體關(guān)閉，風(fēng)機(jī)調(diào)到自動(dòng)狀態(tài)，環(huán)境溫度34℃，連續(xù)運(yùn)行2h，機(jī)組水溫穩(wěn)定在88℃。

分別測量方艙電站周圍1m處和7m處噪聲。

機(jī)組工作室1m處噪音平均85dB（A）左右，7m處噪音75dB（A）左右。

機(jī)組冷卻系統(tǒng)室1m處噪音平均95dB（A）左右，7m處噪音85dB（A）左右。

分析：機(jī)組冷卻系統(tǒng)室周圍噪聲偏高，主要原因是主軸流風(fēng)機(jī)噪音在102dB（A）左右，進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)是防雨百葉窗+不銹鋼防蟲網(wǎng)，機(jī)組冷卻系統(tǒng)室的進(jìn)排風(fēng)未經(jīng)過消聲降噪處理，主軸流風(fēng)機(jī)的噪聲傳遞到箱體外部。

6? 機(jī)組改進(jìn)設(shè)計(jì)

受機(jī)組冷卻系統(tǒng)室內(nèi)部尺寸限制，進(jìn)排風(fēng)處不好做消聲降噪處理，改進(jìn)設(shè)計(jì)是在箱體外部的進(jìn)排風(fēng)處加裝可拆卸式消聲降噪百葉。降噪百頁在運(yùn)輸過程中需要拆卸下來，機(jī)組運(yùn)輸?shù)竭_(dá)用戶現(xiàn)場時(shí)再裝配上。

改進(jìn)后重新測量機(jī)組噪聲。

機(jī)組冷卻系統(tǒng)室1m處噪音平均85dB（A）左右，7m處噪音75dB（A）左右。

達(dá)到預(yù)期的效果，滿足設(shè)計(jì)要求。

7? 結(jié)束語

1MW集裝箱式柴油機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組已在市場上經(jīng)過小批量驗(yàn)證，市場反饋良好：冷卻系統(tǒng)運(yùn)行可靠，機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)方便，能夠在高溫環(huán)境下持續(xù)工作，運(yùn)輸方便，可辦理箱證作為20尺標(biāo)準(zhǔn)貨柜發(fā)運(yùn)。泰國某10MW柴油電站采用此結(jié)構(gòu)，目前單臺已累計(jì)運(yùn)行15000h，如圖4所示。

目前市場上對于大功率靜音型發(fā)電機(jī)組需求量越來越多，尤其是東南亞、中東、北非及南美地區(qū)等，該款集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組是市場上為數(shù)不多的能將1MW（PRP功率）發(fā)電機(jī)組集成在20尺集裝箱內(nèi)的產(chǎn)品，有很強(qiáng)的市場競爭力，具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

后續(xù)將會持續(xù)改進(jìn)1MW集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組，重點(diǎn)圍繞機(jī)組噪聲，爭取做到1m處75db（A）。

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