船用柴油發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)狀

　　柴油發(fā)電機(jī)是一種用途非常廣泛、地位十分重要的發(fā)電設(shè)備,它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中得到了普遍應(yīng)用。如大部分艦船電站、移動(dòng)電站及各種應(yīng)急電站都是由柴油發(fā)電機(jī)組成。柴油發(fā)電機(jī)是一種技術(shù)密集型的產(chǎn)品,涉及到內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、自動(dòng)控制等專業(yè)的技術(shù)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在柴油發(fā)電機(jī)需要量逐年增長(zhǎng)的同時(shí),對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的功能、技術(shù)性能的要求也越來越高。

　　柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)用得如此廣泛,是因?yàn)樗邆淞似渌鼨C(jī)組所不具備的突出優(yōu)點(diǎn):對(duì)匹配高增壓、中速柴油機(jī)的發(fā)電機(jī)組而言,其結(jié)構(gòu)緊湊性好;經(jīng)濟(jì)性好;維護(hù)操作簡(jiǎn)單、保養(yǎng)方便,所需操作人員少,在備用期間的保養(yǎng)量小;啟動(dòng)迅速,并能很快達(dá)到全功率,柴油機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間一般只需幾s,在應(yīng)急狀態(tài)下可在1min內(nèi)帶全負(fù)荷,在正常狀態(tài)下15~30min內(nèi)達(dá)到全負(fù)荷;易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;振動(dòng)、噪聲等能得到有效控制;可靠性較高等等。因此,配裝柴油發(fā)電機(jī)的移動(dòng)電站會(huì)越來越受到重視,特別是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)也離不開電源,部隊(duì)野營(yíng)照明、指揮、控制、通訊、火炮系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)、空軍機(jī)場(chǎng)、基地等也都需要電源,所以柴油發(fā)電機(jī)的前景十分美好。

　　由于國(guó)產(chǎn)機(jī)組在機(jī)械性能、電氣性能、操作性能、可靠性、日常維護(hù)和使用壽命上與國(guó)外先進(jìn)機(jī)組差距明顯,所以自20世紀(jì)80年代起我國(guó)先后引進(jìn)國(guó)外多種型號(hào)的船用柴油機(jī)(如伊藤動(dòng)力、MWM等)、發(fā)電機(jī)(如斯坦福、西門子等)、空氣斷路器及電表等生產(chǎn)技術(shù),以滿足國(guó)內(nèi)船舶工業(yè)的需要。

　　目前,我國(guó)船用柴油發(fā)電機(jī)主要存在的問題:

　　(1)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)、試制、生產(chǎn)水平滯后,各科研和生產(chǎn)單位之間缺乏統(tǒng)一的領(lǐng)導(dǎo)和 第26卷第4期2004年8月艦 船 科學(xué)技術(shù)SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.26,No.4Aug.,2004協(xié)調(diào),技術(shù)封鎖嚴(yán)重;甚至有些單位為了眼前利益,重復(fù)引進(jìn)成套柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備,導(dǎo)致重復(fù)投資,造成國(guó)家資產(chǎn)流失和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

　　(2)柴油發(fā)電機(jī)型號(hào)多而雜,標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度低,不同產(chǎn)品之間的通用性差,基礎(chǔ)件、零配件質(zhì)量差,集成性差,安裝和維修難度大。與國(guó)外先進(jìn)機(jī)組相比, 柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、結(jié)構(gòu)緊湊性、可靠性、耐久性、振動(dòng)噪聲等指標(biāo)差距較大;而發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性、零部件的通用性、動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)調(diào)壓性能、可靠性使用壽命和電磁兼容能力等方面差距也很明顯。

　　(3)新技術(shù)、新工藝應(yīng)用緩慢。新技術(shù)和新工藝最能提高柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性,降低振動(dòng)噪聲和廢氣的含量,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命,如多氣門進(jìn)氣系統(tǒng)、稀薄燃燒、電控噴射、增壓中冷技術(shù)等,不但可提高壓縮比、提高進(jìn)氣質(zhì)量、減小進(jìn)氣阻力,使燃燒更充分,提高柴油機(jī)的輸出功率,降低燃油消耗率,而且可以改善排放,降低尾氣中的煙度等。

　　(4)20世紀(jì)80年代引進(jìn)的船用發(fā)電機(jī)配套用的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī),雖經(jīng)企業(yè)消化和吸收,并提高了國(guó)產(chǎn)化程度、增加了自制件的比例,但忽視了在消化吸收的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,所以產(chǎn)品性能和質(zhì)量多年均保持在原有水平上,但隨著國(guó)外新產(chǎn)品和新機(jī)型的不斷發(fā)展,原有的引進(jìn)產(chǎn)品已失去了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　(5)在船用柴油發(fā)電機(jī)的電氣設(shè)備中,電子與電器元件是最薄弱環(huán)節(jié)之一,以至于影響了發(fā)電、配電和控制裝置的性能和可靠性,這是我國(guó)目前應(yīng)重點(diǎn)解決的問題。由于柴油機(jī)是由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和自動(dòng)控制裝置等三部分組成的,而其中任何一部分技術(shù)水平的發(fā)展和提高,都能推動(dòng)其它方面的發(fā)展,從而提高柴油發(fā)電機(jī)的整體性能,因此這三部分之間的技術(shù)水平是相互促進(jìn)、相互提高的。

　　(1)柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)

　　當(dāng)前,國(guó)際上電站用柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)品可靠性在不斷提高,并向著大修期前無故障方向發(fā)展;其次是提高經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性,要求機(jī)組的燃油消耗率達(dá)到 210g/(kW#h)以下,機(jī)組作功能力強(qiáng),熱效率高,性價(jià)比高,維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低;結(jié)構(gòu)緊湊性好,單位功率重量小而單位體積功率大;此外對(duì)環(huán)境指標(biāo)不斷提出高要求,如柴油機(jī)整機(jī)噪聲聲壓級(jí)要達(dá)到96dB(A),排放指標(biāo)已普遍達(dá)到/歐Ò0限值標(biāo)準(zhǔn);適用性好,能在惡劣的環(huán)境下正常工作;啟動(dòng)性好,能在低溫和特殊場(chǎng)合下快速啟動(dòng)。顯然,目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)與上述主要性能指標(biāo)存在很大差距。

　　電站機(jī)組用調(diào)速器的調(diào)速特性直接影響到供電品質(zhì),從而波及被控制設(shè)備的性能,還會(huì)影響到電站機(jī)組運(yùn)行的可靠性,故機(jī)組對(duì)調(diào)速特性有特殊的要求。隨著對(duì)電站頻率變化率要求的標(biāo)準(zhǔn)越來越高,國(guó)外的調(diào)速器已從常用的機(jī)械離心飛錘式調(diào)速器、普通的液壓調(diào)速器、雙脈沖液壓調(diào)速器、電液調(diào)速器發(fā)展到全電子調(diào)速器,其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)精度高,調(diào)節(jié)速度快,并且全電子調(diào)速器安裝使用十分方便,性能更為優(yōu)越,是今后發(fā)展的方向和重點(diǎn)。

　　(2)發(fā)電機(jī)技術(shù)

　　國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī),如T2H、TFHX-等系列,絕大多數(shù)是相復(fù)勵(lì)系統(tǒng),其穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整特性較差。為了提高這種性能,國(guó)內(nèi)外都在發(fā)展無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。開發(fā)出50Hz、60Hz通用F級(jí)絕緣、體積小、重量輕、效率高的無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī),如西門子公司的1FC5系列發(fā)電機(jī)2、4極發(fā)電機(jī)經(jīng)功率加權(quán)后的平均效率達(dá)到93%以上。為提高勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性,其轉(zhuǎn)子采用整體凸極結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)熱性、熱固性好的絕緣膠,整體性好,繞組端部短,超速性能可進(jìn)一步提高;發(fā)電機(jī)應(yīng)采用斷路保護(hù),一般具有短路、過載、欠壓等保護(hù)功能,隨著保護(hù)特性要求的提高,目前向靜止型脫扣器發(fā)展,國(guó)內(nèi)引進(jìn)的H系列、AH系列斷路器具有電子脫扣器,實(shí)踐證明有較高的保護(hù)特性和精度以及較高的可靠性。

　　(3)自動(dòng)控制技術(shù)

　　為了使柴油發(fā)電機(jī)各個(gè)部件處于最佳工作狀態(tài),且進(jìn)一步完善應(yīng)急功能和保護(hù)功能,應(yīng)大力發(fā)展柴油發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)。原來柴油發(fā)電機(jī)的基本機(jī)電參數(shù),如潤(rùn)滑油壓力、冷卻水溫、轉(zhuǎn)速、功率等指標(biāo)遠(yuǎn)不能反映其工作的最佳狀態(tài),也不適應(yīng)自動(dòng)電站、自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)并車、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)解列的要求,必須有更多的參數(shù),如啟動(dòng)設(shè)備的監(jiān)控量、冷卻水壓力、排氣溫度、柴油發(fā)電機(jī)3次啟動(dòng)失敗,主開關(guān)3次重合閘失敗,控制空氣低壓,發(fā)電機(jī)繞組溫度檢測(cè),并車時(shí)的監(jiān)控,自動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的監(jiān)控等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,給柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和手段,它極大地提高了柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行的最佳性、保護(hù)功能的完善性和應(yīng)急功能的快速性,也可在組成柴油發(fā)電機(jī)電站的并聯(lián)化和模塊化時(shí)更簡(jiǎn)便、可靠。