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摘要:当进行活塞烧顶现象复原试验时,实际柴油机试验中爆燃现象只能通过采集缸压数据进行分析推断,无法有效展现此工况下喷雾发展变化和燃烧发展过程。而揭示发生爆燃现象时的油气混合及燃烧发展变化必须通过燃烧过程三维仿真手段实现。本文中研究在低温环境活塞烧熔复现试验结果的基础上,进行燃烧过程三维分析,以试验实测缸压曲线对模型参数进行标定,然后分析活塞烧熔与未烧熔两种燃烧过程之间的微观差异,进而阐明低温环境下油气混合和燃烧放热的特点。一、活塞烧熔原因和试验目的 1、活塞烧顶的原因 活塞的结构如图1所示。活塞的工作环境十分恶劣,它在高温高压的燃气作用下,不断地做高速往复运动,承受着高强度的热负荷和机械负荷。因此柴油机的机械故障也很多出现在活塞上,包括顶部烧熔、裙部异常磨损等。 活塞烧熔是指活塞压力过大,使活塞体在温度升高的情况下熔化,较终发生断裂,造成活塞失效的现象。发生活塞烧熔主要原因是由于活塞体的温度过高,导致活塞体金属材料降解,在达到熔点后,形成脆性断裂,形成活塞烧熔的现象。活塞顶部烧熔后,气缸密封性会变差,缸压下降,会有更多的高温气体窜入曲轴箱,加速机油的氧化变质,较终导致柴油机的动力性和经济性下降。活塞顶部烧熔严重后,活塞可能会开裂破碎,损坏缸套、连杆等零部件,甚至导致柴油机报废。2、活塞烧顶的程度测量 活塞顶部烧蚀程度可用活塞顶部样板和塞尺进行测量。测量时,将样板置于活塞顶部,用塞尺测量样板与顶部之间的较大间隙,使样板绕活塞轴线°角测量一次,取其较大值t,如图2所示。测量步骤如下:(1)将活塞彻底清洁后,目测检查指出烧蚀部位。(2)在第一道活塞环槽内转入专用测量环。(3)将测量样板对正活塞轴线垂直地卡在测量环上,如果活塞顶有烧蚀,则样板与活塞顶之间将呈现间隙。 (4)用窄塞尺测量样板与活塞之间的间隙,此间隙值即为烧蚀量,然后每转动一个角度(45°)测量一次,找出较大烧蚀量。3、模拟活塞烧顶现象的试验 针对某柴油机在低温环境下工作频繁出现活塞烧熔的问题,通过模拟低温环境试验复现了活塞烧熔现象。利用三维仿真手段,分析了两种低温环境温度(25℃和40℃)在柴油机缸内燃烧过程的微观差异,通过燃烧放热过程和油气混合过程参数曲线以及三维云图对比分析,阐明了活塞烧熔工况缸内爆燃时油气混合及燃烧放热特点。仿真结果表明,柴油机在环境温度较低时存在机械负荷和热负荷同时增加的趋势,低温环境温度由40℃降低到25℃时,较大压升率增加35.4%,累计湿壁量增加12.7%,瞬态放热较大值增加50.7%;喷雾撞壁后向避阀坑扩展,进入侧隙,在上止点附近发生了强烈的压力振荡,促使压力分层,引起局部较高燃烧压力达到20MPa、较高燃烧温度达到2700K的爆燃现象。 本试验通过设置较低的回水温度模拟低温环境,使柴油机在试验中发生活塞烧熔。低温环境特点为柴油机冷却液温度和进气温度低于正常工况时,柴油机在正常工况时冷却液温度基本上在90℃左右,进气温度由于中冷作用基本在60℃以上。某柴油机模拟低温烧熔故障试验结果为该柴油机在转速1500 r/min、70%负荷工况下存在爆燃和烧熔现象,其爆燃和烧熔现象与环境温度密切相关。当环境温度(冷却液温度和进气温度)控制在40℃以上时,活塞未出现明显烧熔现象;当回水温度控制在25℃左右时,活塞出现部分烧熔现象;当回水温度控制在15℃左右时,活塞出现活塞掉块、严重拉缸的严重烧熔故障。 图1 柴油机活塞结构外形图图2 柴油机活塞顶部烧蚀测量方法 二、计算方案与模型 计算方案以活塞烧熔复现试验中发生烧熔现象和未发生烧熔现象的温度作为低温环境温度。两种计算方案的进气温度和冷却液温度分别为方案1(25℃)和方案2(40℃)。1、柴油机模型 本试验采用一台高比功率柴油机,缸内燃烧过程三维仿真计算采用Converge仿真分析软件,较大网格数量在喷油初期,对喷雾发展过程进行了网格加密处理,网格单元数量达到444万。 仿真区间从进气门关闭时刻到排气门开启时刻,较小计算时间步长为1×10-6s,较大计算时间步长为1×10-6s。相关模型选取为LES湍流模型,KH喷雾破碎模型,Orourke撞壁模型,CTC燃烧模型。两种低温环境温度方案初始条件和边界条件设置见表1。表1 两种方案边界条件和初始条件方案方案1方案2缸内初始压力/MPa0.1650.165缸内初始温度/K350365活塞壁温/K450465缸套壁温/K350365缸盖壁温/K400415 2、模型验证 低温环境下试验与仿真缸压曲线。从图中可知,二者燃烧放热缸压突变时刻、缸压快速上升区间以及燃烧膨胀期间都基本吻合,说明模型的选取基本合理,仿真的燃烧过程基本能够反映试验工况的燃烧组织情况。后续的结果分析主要以仿线 柴油机试验与仿线 柴油机试验与仿线℃) 三、燃烧过程分析 首先对两种方案的燃烧放热参数进行对比分析;然后进行燃烧放热过程分析,主要包括缸内压力曲线及压力场分布、缸内温度曲线及温度场分布、放热率曲线;最后进行油气混合过程分析,主要包括喷雾贯穿距离及油滴分布、蒸发率及燃空当量比分布、湿壁量分布。1、燃烧放热参数对比 低温环境下的燃烧放热参数对比见表2。从表中可见,低温环境对较大瞬态放热率影响较大,其次为较大压升率和累计湿壁量,其余参数差别较小。表2 燃烧放热参数对比见表参数方案1方案2较高燃烧压力/MPa11.411.2较高燃烧压力相位/(°)2.52较大压升率/MPa·(°)-16.54.8较大压升率相位/(°)-5.6-6.9较高燃烧温度/K20322044累计湿壁量/mg71.763.6较大瞬态放热率/J·(°)-156633757较大瞬态放热率相位/(°)-5.5-6.8燃烧始点/(°)-6.4-7.7滞燃期/(°)15.614.3累计放热量/J73827.456 2、燃烧放热过程分析(1)缸内平均压力及压力场分析 从图5可知,两种方案的缸压曲线燃烧放热产生的缸内压力曲线略有提前,较高燃烧压力比方案1略低,在缸压上升和燃烧膨胀阶段缸压曲线较大压升率为6.5 MPa/C°),方案2为4.8 MPa/C°),说明两种方案从缸内平均压力看整体差别不大,细微差别通过以下微观压力场进行分析。 图5示出两种方案燃烧室压力场对比。上止点前6°为开始燃烧阶段,由于方案1燃烧始点比方案2滞后约1°,方案1只有局部零星燃烧产生局部较高压力,而方案2已经多点燃烧,压力场整体相对较高。上止点前4°为喷油结束时刻,方案1侧隙和活塞顶面交接处出现一处压力高达20 MPa的区域,而方案2没有高压力区域,说明方案1中在狭窄空间出现了压力积聚。上止点前2°时为压力分层阶段,方案1侧隙和避阀坑附近出现三处压力高达20 MPa的区域,同时侧隙和避阀坑处也出现了两处压力低于10 MPa的区域,而方案2基本都处于12 MPa,说明方案1中在狭窄空间出现了压力积聚和压力衰减,分别对应压力振荡中的波峰和波谷,缸内空间存在明显的压力分层。上止点时刻两种方案大部分压力场处于12 MPa,但方案1侧隙和避阀坑附近仍有两处压力高达17MPa的区域,而方案2没有高压区域。综上所述,方案1在上止点附近避阀坑和侧隙存在较多的可燃油气,引起局部剧烈燃烧形成压力振荡,促使压力分层,但伴随振荡强度的迅速衰减,压力分布逐渐均匀。这与赵明等利用高速摄影在光学柴油机上研究柴油爆震过程的结果类似——爆震源于末端混合气的自燃,极其恶劣的循环出现了冲击波。(2)缸内平均温度及温度场分析 从图6缸内平均温度曲线缸内平均温度整体稍高于方案1。在上止点前7°左右,方案2缸内平均温度曲线开始快速上升,并且温度曲线稍微提前,缸内平均温度较大值二者基本相同,均在2000K左右。两种方案缸内温度场对比如下:① 方案1温度分布情况如下: 燃烧始点在上止点前6°时,燃烧室内只有零星燃烧产生的局部较高温度场,避阀坑、活塞顶以及侧隙温度场处于600 K左右未燃烧状态的低温区域;在上止点前4°喷油结束时,燃烧室内大部分燃气开始燃烧,燃烧室温度分布不均匀,中间部分有明显低温区域,避阀坑、活塞顶以及侧隙局部温度较高;在上止点前2°为出现压力分层阶段,由于喷雾碰壁后扩展到避阀坑及侧隙,避阀坑、活塞顶以及侧隙形成局部易燃混合区,燃烧后温度高达2400 K,压力接近20 MPa;上止点时,燃烧室顶面以及侧隙局部温度大部分在1800 K,避阀坑部分区域温度高达2400K。② 方案2温度分布情况如下: 燃烧始点相对靠前,在上止点前6°时,喷雾前端基本都已燃烧,燃烧室内温度较高,温度分布不均匀,避阀坑、活塞顶以及侧隙局部已有2000 K以上高温区域;在上止点前4°喷油结束时,燃烧室内温度分布较为均匀,中间部分处于高温区域,避阀坑、活塞顶以及侧隙温度与燃烧开始阶段基本一致;上止点前2°时,燃烧室中间部位温度较高,但避阀坑、活塞顶以及侧隙温度较低;上止点时,燃烧室中间部位温度较高,但避阀坑、活塞顶以及侧隙温度较低。说明方案1由于燃烧始点滞后,喷雾碰壁后扩展到避阀坑及侧隙,发生了局部剧烈燃烧,导致避阀坑及凸台环岸处于高温区域时间较长,这与烧熔活塞故障区域统计结果一致;而方案2由于燃烧始点靠前,喷雾碰壁后在扩展到避阀坑及侧隙前就已蒸发汽化发生燃烧。 图5 柴油机气缸压力对比曲线 柴油机气缸温度对比曲线)放热规律差异分析 由图7瞬态放热率曲线对比可知,两种方案在上止点时刻主要放热基本结束,放热规律整体表现为预混燃烧作为主导的预混扩散燃烧形式。温度由方案2的40℃降低到方案1的25℃时,燃烧放热始点推后约2°,相应地,滞燃期较长,预混燃烧占比增加,放热峰值增加,瞬态放热较大值由3757J/(°)升高到5663J/(°),瞬态放热较大值对应角度推后了1.3°(靠近上止点)。这与较大压升率变化相一致。 图8示出两种方案累计放热量曲线可见,两种方案累计放热量基本相同,主要差别为上止点前方案2累计放热量较多,但上升幅度较缓,上止点到40°阶段,方案1累计放热量较多,40°后二者累计放热量基本一致。 综上所述,两种方案缸内平均压力、缸内平均温度相近,较大压升率和放热峰值存在明显差异。而局部微观压力场、温度场差别较大。二者的差异存在与预混放热阶段混合气的形成过程关系密切,以下分析油气混合过程中的差异。 图7 柴油机瞬态放热率对比图8 柴油机累计放热量对比 3、油气混合过程对比(1)喷雾贯穿距离及燃油液滴分布 从图9两种方案喷雾贯穿距离曲线对比可知,二者喷雾过程开始阶段一样,在上止点前12°附近喷雾贯穿距离达到较大,此时油束撞壁。到上止点前6°附近,方案2由于壁面温度和缸内气体温度相对较高,油束蒸发汽化开始燃烧,喷雾贯穿距离快速减小,而方案1由于缸内气体温度和壁面温度较低,油束蒸发汽化和开始燃烧相对靠后。(2)蒸发率与油气混合 图10示出燃油蒸发率曲线对比,蒸发率是气态的燃油质量与总燃油质量的比值,主要反映可燃气体的数量。主要分析区间为从开始喷油到开始燃烧阶段,上止点前22°开始喷油,上止点前18°燃油开始明显蒸发汽化,之后直到上止点前7°左右为蒸发率快速上升期,在这期间方案2的蒸发率一直高于方案1,说明方案2由于缸内气温稍高有助于燃油蒸发汽化,因此燃烧始点靠前;上止点前7°到上止点前4°阶段,两种方案蒸发率基本一样,主要是方案2在上止点前7°蒸发率出现拐点上升率有所放缓,而方案1直到上止点前5.5°左右蒸发率才出现拐点,上升率放缓;在上止点前4°到上止点阶段,方案2的蒸发率高于方案1,说明喷雾结束后全面燃烧,蒸发率主要取决于液滴附近的气体温度。 图9 柴油机喷雾贯穿距离对比图10 柴油机燃油蒸发率对比 (3)燃烧室湿壁量 从图11燃烧室湿壁量曲线°左右喷雾开始碰壁后燃烧室湿壁量快速增加,在燃烧始点时达到较大值,方案2在上止点前7°左右,方案1在上止点前6°左右;随着蒸发混合和局部燃烧开始,缸内温度上升使蒸发汽化量增加,湿壁量逐渐降低。方案2由于缸内温度和壁面温度较高,燃烧始点相对较早,蒸发汽化量较多,湿壁量相比方案1较少。随低温环境温度由40℃降到25℃,累计湿壁量由63.6 mg上升到71.7 mg,增幅为12.7%。这是由于燃烧始点缸内平均温度的差异造成的,说明油气混合主要取决于湿壁量和油膜蒸发速率。 综上,喷雾撞壁后油气混合过程中的差异取决于燃烧始点的缸内温度和油膜蒸发速率(工作结构图如图12所示)。低温环境下油气混合过程中存在明显油束撞壁后向避阀坑和侧隙扩展现象,温度较低时上止点附近避阀坑可燃油气较多。 图11 柴油机燃烧室湿壁量对比曲线 柴油机气缸工作及燃烧室位置图 四、结论 (1)低温环境温度由40℃降低到25℃时,缸压和缸温曲线相近,压升率和放热率相差较大,较大压升率增幅为35.4%,累计湿壁量增幅为12.7%,瞬态放热率较大值增幅为50.7%,说明环境温度降低时存在机械负荷和热负荷同时增加的趋势;(2)环境温度较低时,喷雾过程容易出现撞壁后向避阀坑扩展进入侧隙,在上止点附近发生了强烈的压力振荡,促使压力分层,局部较高燃烧压力达到约20MPa,较高燃烧温度达到2700K;(3)低温环境下喷雾撞壁后湿壁量增加、滞燃期增长,导致急剧燃烧、瞬态放热量剧增的爆燃现象,附壁燃烧和局部急剧燃烧形成高温高压是造成活塞发生烧熔现象的主要因素。 总结: 活塞烧熔是指柴油机活塞顶部受到高温烧灼形成的铸铁氧化物,会导致活塞与缸套之间的密封失效,并可能烧坏活塞、缸套和汽缸盖。活塞烧熔是柴油发电机使用过程中经常会发生的严重问题,因此,对活塞烧熔的产生机理有较好的了解和掌握,以及必要的预防措施,如调整及控制活塞体的组织结构、改善活塞体的设计、严格控制温度及选用优质的铸造原料。对确保柴油发电机的维修质量和使用过程,具有重要的意义。
摘要:发动机用冷却液,民间又称为防冻液、抗冻液、水箱宝等称呼。康明斯发电机组一般推荐使用弗列加品牌的预混型冷却液,其主要功能为保护柴油发电机组正常良好运行,在柴油机水箱内循环,起到防冻、防沸、防锈、防腐蚀等效果,大多防冻液的颜色为红色或绿色,以观察是否泄露,或与发动机其他液体相区别,避免混淆。 一、冷却系统的维护 1、选择合适的冷却液 康明斯为你推荐弗列加冷却液产品,特别是预混型冷却液的设计是为了在较恶劣的环境中提供优越的发动机保护,并需要较少的维护。2、保持冷却液容量 每年两次检查冷却液的%乙二醇和冻结点,PN CC8998,以及所有其他冷却液产品的CC2806。康明斯需要40-60%的乙二醇,所以你可能需要调整系统,排出一部分当前的冷却剂,并更换为燕馏水或浓缩冷却剂。一定要利用我们的易于使用的在线计算器来确定如何有效地调整您的系统。 在使用间隔内,在现场不到2分钟内检查冷却液的状态。在备用发电机应用中,每年至少检查一次冷却液状况(即使您在运行时间内没有达到推荐的服务间隔),因为系统经常恒温。 在其他服务间隔通过快速监控程序完成全面的冷却液分析。监视器套件包括所有您需要提交样品到冷却剂分析实验室进行全面的质量检查,让您更多地了解冷却剂的状况。结果可在72小时内获得,报告包括冷却剂条件的总结,以及建议的措施和潜在的污染源。3、冷却液检查 快速卫士的测试条包括基于结果的说明,以帮助您确定,如果有的话,需要什么行动来保持您的冷却剂的健康。对于某些冷却剂,您可能需要添加补充冷却剂添加剂或扩展剂。在不太常见的情况下,如果达到任何谴责限制,冷却剂可能需要排水并用新的冷却剂替换。关于如何正确排放和更换冷却液的说明,请参考OEM手册。4、更换滤水器 康明斯柴油发电机组都通常配备了一个需要可更换的水过滤器。每个维护周期都需要更换标准使用滤清器,而延长使用滤清器则设计为持续4000小时。即使由于系统中的热量而没有满足使用间隔,也应每年更换水过滤器。 二、弗列加冷却液的好处 为什么有这么多不同类型的冷却液?冷却液颜色重要吗?如何确定我的发动机随附的冷却液是什么? 仅仅因为您的冷却液是红色的并不意味着您应该更换为红色冷却液。事实上,颜色与冷却液特性关系不大。使用我们的在线工具根据您的发动机类型和当前的冷却液找到合适的冷却液。这是确保您的发动机获得较大冷却液保护的较佳方式。1、高温保护 发动机穴蚀、结垢和腐蚀等问题听起来很严重,弗列加的冷却液可以防止这些问题发生,而不会损害发动机中的非金属。此外,它们还提供您需要的防冻/防煮沸保护。2、维护方便 弗列加的高效冷却液提供了一种简单、低维护的冷却液解决方案。我们简单的现场测试条和专家实验室分析为日常维护和故障排除提供了解决方案。3、冷却液选择器 切勿仅根据颜色选择冷却液。访问康明斯官网根据您的发动机类型和当前的冷却液找到合适的冷却液。4、节省成本 发动机寿命保护可降低维护成本,我们的高性能冷却剂可让您的设备远离车间并继续工作,从而较大限度地提高生产率。 二、冷却液规格和型号 1、Compleat™冷却液- 订购件号与包装规格 Compleat™冷却液是乙烯乙二醇基液体,专门设计用于重载型柴油机。这些产品含DCA4,是一个高效的重载型化学抑制剂,可以保护柴油机,防止缸套气蚀、冷却系统腐蚀和硬的水垢生成。此外,冷却液还可防止相关的水泵密封泄露或损坏,即使有冷却系统有少量柴油或润滑油,冷却液也能起到保护作用。 Compleat™预混液是用除离子水配制的,冰点分别为-37℃与-45℃,使用时直接加入冷却系统。产品已经包含足够的重载型化学抑制剂,并与有DCA4添加剂的水滤器兼容。Compleat™是应用广泛的冷却液,已经应用在康明斯发电机组和类似重型柴油机上,而且,也可在轿车或轻型场合包括铝制发动机上应用。 Compleat™浓缩液与除离子水以1:1的比例混合后以得到Compleat™预混液。直接使用以提升原有冷却液中乙二醇的浓度。例如,在寒冷地区,加入不同量浓缩液,可获得低于-37℃的冰点,满足防冻要求。 当正确定期地用弗列加DCA4 液体或DCA4+水滤清器在每两万公里或250工作小时进行维护,那么冷却液寿命就可以达到38万公里,或6千发动机小时。 Compleat™冷却液满足并超出ASTM D6210、ASTM D4985、TMC RP329等美国材料试验协会及维护**,日本工业标准,以及各大主机厂的标准要求。Compleat -37℃包装规格(升)预混液浓缩液4CC2888CC264220CC2889CC2639208CC2855CC26401000CC2890待定Compleat -45℃包装规格(升)预混液浓缩液20CC8996待定208CC8994待定1000CC8995待定2、Fleetcool™冷却液 - 订购件号与包装规格 Fleetcool冷却液是乙烯乙二醇基液体,设计用于中、轻型柴油机。这些产品含FCA4,是一个以硼酸盐/亚硝酸盐和低硅酸盐为基础的化学抑制剂,可以保护柴油机,防止缸套气蚀、冷却系统腐蚀和硬的水垢生成、水泵密封泄露或损坏等,同时具有成本低的特点。 Fleetcool预混液是用除离子水配制的,冰点-17OC,使用时直接加入冷却系统。产品具有较低的硅酸盐浓度,已经包含足够的化学抑制剂,并与有DCA4添加剂的水滤器兼容。已经应用在康明斯发动机和类似中、轻型柴油机上,而且也可应用在轿车或轻型发动机包括铝制发动机上。 Fleetcool浓缩液与除离子水以1:2的比例混合后得到Fleetcool预混液。直接使用可以提升原有冷却液中乙二醇的浓度。例如,在寒冷地区,为使冰点低于-17 O C,加入不同量浓缩液,满足防冻要求。 当正确、定期地用DCA4 液体或DCA4+水滤清器在250工作小时进行维护,那么冷却液寿命就可以达到运行3000小时。Fleetcool -18℃包装规格(升)预混液浓缩液4CC8956CC896220CC8958CC8963208CC8959CC89641000CC8960待定 三、冷却液技术检查 1、冷却液检查工具产品项目 FleetcoolFleetcool EXES CompleatES Compleat NOATES Compleat OAT测试周期 每次换机油时4,000 小时 6,000 小时6,000 小时冷却液测试条型号CC2609CC2602MCC2718CC2609CC2602MCC2718CC2609CC2602MCC2609CC8997兼容的冷却液添加剂 (仅按指示使用) DCA2补充剂,用于带有DCA2的水过滤器DCA2或DCA4补充剂,用于带有DCA2的水过滤器ES NOAT混合型,用于重型柴油机。ES补充液,50/50比例的 预混合冷却剂型号CC2806CC2806CC2806CC8998产品功能说明CC2609 –水质检验测试条。测量pH、氯化物浓度及水硬度。确定冷却剂的补水是否满足技术规范要求。CC2718/CC8997– Quik-Chek™ 冷却液品质测试条。测量pH、硫化物和氯化物浓度,在符合技术规范的同时使冷却液更换量较小化。CC2602M – 3-Way™冷却液添加剂/冰点测试条。检测冷却液冰点、钼酸盐和亚硝酸盐浓度,决定是否补充乙二醇或加入DCA4。CC2806/CC8998 - 折射计。准确显示冷却剂冰点,高效耐用。折射计用于测量水溶液的浓度。折射计只需几滴液体即可进行测量。当光线进入液体时,其方向会发生改变。这种现象称为折射。折射计测量光线方向改变的程度,称作折射角。折射计测量折射角并将其与确定的折射率 (nD) 值相关联。使用这些值可以测定溶液的浓度。2、冷却液检查步骤步骤1:查看冷却液选项,为您的应用选择较佳的冷却液。预混型冷却液是康明斯首选的冷却剂。康明斯推荐防冻冷却剂。步骤2:使用折射计检查冻结点保护,需要时进行调整。步骤3:按表1提供的间隔使用快速测试包检查冷却液状态。每隔其他服务间隔,将冷却剂样品提交到监测测试实验室进行全面分析。步骤4:按照柔性测试套件上的说明,保持冷却液的性能。 总结:根据康明斯公司市场数据统计,高达40%的康明斯发动机问题是由冷却系统引起的,较佳解决方案往往是通过选择和正确维护的冷却液来防止。柴油发电机组在备用模式下,由于发电持续热量,会增加冷却系统的散热压力。因此,请遵循本文维护保养的指导方针,以确保您的柴油发电机在需要运行时候处于待命准备。
摘要:启动马达是柴油机启动系统内较为核心的组成部分之一,也是柴油发电机组*的一种系统, 其工作原理是基于电机理论和磁力学等领域相关原理,主要作用是能够帮助发动机具备有效的启动工作。康明斯公司在本文中从起动柴油机的原理、条件、过程,以及启动马达的作用和结构几个方面进行详细阐述,通过本文对起动机的结构、机制和操作原理的正确理解,对于启动马达的正常性能和长期使用具有重要意义。此外,对于启动马达本身的保养和升级,康明斯公司提醒应交给具备专业的技术知识和持有专用维修工具的售后工程师来服务。 一、启动系统的作用、条件及原理 1、启动系统的作用 要使柴油机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动柴油机的曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混和气燃烧膨胀做功,推动活塞向下运动使曲轴旋转,柴油机才能自行运转,工作循环才能自动进行。因此,曲轴在外力作用下开始转动到柴油机开始自动地怠速运转的全过程,称为柴油机的启动。完成启动过程所需的装置,称为柴油机的启动系统。2、启动条件① 启动转矩:能够使曲转旋转的较低转矩称为启动转矩,启动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。启动阻力矩与柴油机压缩比、温度、机油粘度等有关。② 启动转速:能使柴油机启动的曲轴较低转速称为启动转速。在0~20℃时,柴油机的启动转速为150~300r/min。3、启动方式① 人力启动: 启动较为简单,只须将启动手摇柄端头的横销嵌入柴油机曲轴前端的启动爪内,以人力转动曲轴。② 电动机启动: 电动机启动是用电动机作为机械动力,当将电动机轴上的齿轮与柴油机飞轮周缘的齿圈啮合时,动力就传到飞轮和曲轴,使之旋转。电动机本身又用蓄电池作为电源。目前绝大多数柴油发电机都采用电启动方式。4、启动原理 基本的工作原理是当柴油机需要启动时,接通启动开关,启动机电路通电,继电器的吸引线圈和保持线圈通电,产生很强的磁力,吸引铁芯左移,并带动驱动杠杆绕其销轴转动,使齿轮移出与飞轮齿圈啮合。与此同时,由于吸引线圈的电流通过电动机的绕组,电枢开始转动,齿轮在旋转中移出,减小冲击。 当铁芯移动到使短路开关闭合的位置时,短路线路接通,吸引线圈被短路,失去作用,保持线圈所产生的磁力足以维持铁芯处于开关吸合的位置。 当按下控制器启动键后,电动机产生转矩开始转动,同时电磁开关把传动机构中的小齿轮推出,使其与柴油发电机的飞轮齿圈啮合,这样就把电动机的转矩通过传动机构传递给飞轮,使柴油发电机起动。 二、启动马达结构和工作过程 1、结构组成 启动马达一般由直流串励式电动机、传动机构和控制装置(也称电磁开关)三部分组成,如图1所示。(1)直流电动机 启动马达其实就是相当于一个直流电动机,内部结构包括磁场线圈和电枢线圈,而且它们之间是串联的。当启动马达开始转动时,它产生较大力矩。① 电枢:电枢在磁力作用下旋转,带动起动小齿轮旋转。② 磁极:磁极由铁心和激磁绕组构成,其作用是在电动机中产生磁场,。磁极一般是4个,由4个激磁绕组形成两对磁极,并两两相对,常见的激磁绕组一般与电枢绕组串联在电路中,故被称为串激式直流电动机。③ 电刷和电刷架:电刷与电刷架的作用是将电流引入电枢,使电枢产生连续转动。康明斯柴油发电机组自90年代就使用的无刷电动机,因此,现代柴油机几乎不再使用有刷装置。④ 外壳:外壳由低碳钢卷制而成,或由铸铁铸造而成。(2)传动机构: 在启动时保证启动马达的动力能通过飞轮传递给曲轴;启动完毕,柴油发电机开始工作时,立即切断动力传递路线,使柴油发电机不可能反过来通过飞轮驱动启动马达高速旋转。(3)控制机构: 控制机构是启动马达的电磁开关,控制电路的通、断和驱动齿轮的移出及退回。2、启动马达工作过程 柴油机起动马达电磁控制电路如图2所示。(1)吸拉过程 当起动开关旋到START(启动)位置时,蓄电池电流流到吸拉线圈和保持线圈。然后电流从吸拉线圈经磁场线圈到电枢线圈,以低速旋转线圈。在保持线圈和吸拉线圈内的磁动势使磁铁芯磁化,这样,磁性开关的动铁芯被吸入极芯。通过这种吸入操作,小齿轮被推出,并与齿圈啮合,接触板将主接触点开到ON。 为了保持操作电磁开关的电压,康明斯柴油发电机组在起动开关与电磁开关之间通常会有一个启动马达继电器。 (2)保持过程 当主接触点开到ON时,无电流流经吸拉线圈,磁场线圈和电枢线圈直接从蓄电池得到电流。电枢线圈随后便开始高速旋转,柴油发电机进行启动。此时动铁芯只是由保持线圈所施加的磁力固定到位,因为无电流流过吸拉线)复位过程 当起动开关从START开到ON时,电流从主接触侧经吸拉线圈流到保持线圈。此时,由于吸拉线圈与保持线圈形成的磁力相互抵消,它们失去了保持住动铁芯的力。因此,动铁芯由复位弹簧的力拉回,并且接触点关到OFF,停止启动马达的旋转。 图1 柴油机起动马达结构图图2 柴油机起动马达电磁控制电路图三、启动马达的使用注意事项 启动马达的主要作用是在柴油机启动时,为柴油机提供足够的扭矩,使柴油机能够顺利启动。然而,启动马达在使用过程中,如果操作不当,可能会导致其损坏,甚至影响柴油机的正常工作。因此,使用启动马达时,必须注意以下几点:1、检查电源 在使用启动马达之前,首先要检查电源是否正常。如果电源电压过低或过高,都可能导致启动马达无法正常工作,甚至损坏。2、避免长时间使用 启动马达在工作时,会产生大量的热量。如果长时间使用,可能会导致启动马达过热,影响其性能和寿命。3、避免频繁启动 频繁启动柴油机会大大增加启动马达的工作负荷,导致其过早损坏。因此,除非必要,否则应尽量避免频繁启动柴油机。启动马达每次启动不得超过10秒,若在10秒内柴油发电机未能启动,应暂停间隔2分钟后再启动,不得长时间或连续多次使用启动马达。4、定期维护 为了确保启动马达的正常工作,应定期对其进行维护。包括清洁、润滑、调整等。5、安全要求 启动马达必须与控制器配合使用,启动马达与控制器之间必须采用矿用电缆正确可靠连接,正负极两端不得反接、短路和接地。此外,在使用启动马达时,应注意安全。首先,要避免在启动马达工作时接触其电刷,以防触电。其次,要避免在启动马达工作时接触其旋转部件,以防被夹伤。最后,要避免在启动马达工作时将其浸入水中,以防短路。6、避免在恶劣环境下使用 启动马达在高温、湿度大、灰尘多等恶劣环境下使用时,可能会影响其性能和寿命。因此,应尽量避免在这些环境下使用启动马达。7、避免使用损坏的启动马达 如果启动马达出现损坏,如电刷磨损、线圈短路等,应及时更换新的启动马达,以免影响柴油机的正常工作。8、 避免匹配质量差的蓄电池 如果使用的蓄电池电压过低或过高,可能会导致启动马达无法正常工作。因此,应按照柴油发电机制造商的建议,使用知名品牌或合适的蓄电池。 总的来说,使用启动马达时,应注意以上几点,以确保其正常工作,延长其使用寿命,保证柴油发电机组的正常运行。 总结: 综上所述,因为柴油发电机自己不能启动,需要有外部动力使之产生第一次燃烧进行启动。要启动柴油发电机,启动马达需通过环形齿轮旋转曲轴。启动马达要用来自蓄电池的有限动力产生极大的力矩,它应该十分紧凑而且很轻。由于这个原因,一种直流串励电动机用作启动马达。总之,启动马达作为现代柴油机的重要部件之一,其在柴油发电机组启动和运行的过程中扮演着至关重要的角色。只有理解启动马达原理和构成,及时检查和维修启动马达,才能保证柴油发电机组的正常启动和运行,从而**工厂企业的用电安全和稳定性。