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一起回望柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)展史
現(xiàn)代柴油機(jī)是在德國機(jī)械工程師狄塞爾發(fā)明的柴油機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,1892年,德國機(jī)械工程師狄塞爾取得了柴油發(fā)電機(jī)壓縮點(diǎn)火的 。他的做法是以提高發(fā)動機(jī)的壓縮比來提高熱效率,利用壓縮氣體的高溫來點(diǎn)燃進(jìn)入汽缸的燃料,這樣做的好處是不但省去了點(diǎn)火裝置和汽化器,而且可以使用比柴油價格更低的柴油做燃料。
狄塞爾經(jīng)過了5年的實(shí)驗(yàn),在1897年制成了 臺具有實(shí)用價值的壓縮點(diǎn)火柴油發(fā)電機(jī),即壓燃式柴油機(jī)。與以前的柴油發(fā)電機(jī)相比,它延長了汽缸內(nèi)氣體的壓縮過程,大大提高了壓縮終了時氣體的壓力和溫度,實(shí)現(xiàn)了不用點(diǎn)火系統(tǒng)而使柴油自動點(diǎn)火燃燒的功能。狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機(jī)能將35%的燃料潛能轉(zhuǎn)變成動力而當(dāng)時有效的柴油發(fā)動機(jī)也只能將28%的燃料潛能轉(zhuǎn)變成動力,這是柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)第二次革命性的突破。但是,當(dāng)時狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機(jī)存在著很多的缺點(diǎn),比如重量重、陜西西安當(dāng)?shù)卦肼暣?、陜西西安?dāng)?shù)孛昂跓?,排出的大量廢氣會對環(huán)境影響很大,而且噴油泵還不完善,從而嚴(yán)重限制和影響了柴油機(jī)的衄??梢哉f,狄塞爾先生生前只看到發(fā)動機(jī)的成功的開端,卻沒有看到柴油機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展,沒有看到柴油機(jī)的廣泛應(yīng)用。
據(jù)資料記載,柴油機(jī)技術(shù)在1914年以前發(fā)展比緩慢,在 次世界期間,由于戰(zhàn)爭的需要柴油發(fā)動機(jī)開始大量生產(chǎn),用于軍事目的。柴油發(fā)動機(jī)柴油發(fā)電的發(fā)展史真正得到廣泛應(yīng)用是在1950年左右。早期的柴油機(jī)都是四沖程的,1899年德國工程師雨果.古爾德納制造出了二沖程柴油發(fā)動機(jī),他把當(dāng)時采用相同缸徑的四沖程柴油機(jī)的功率提高了60%~80%。二沖程柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,但其燃油和潤滑油的消耗量較高、陜西西安當(dāng)?shù)乩鋮s比較困難、陜西西安當(dāng)?shù)啬陀眯暂^差,而且很難制造出功率較大的發(fā)動機(jī),所以至今實(shí)際使用的功率比較大的柴油機(jī)都是四沖程的。
世界上 臺發(fā)電機(jī)是1831年由英國的物理學(xué)家邁克爾·法拉第發(fā)明的。當(dāng)時法拉第在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)磁鐵在線圈中移動時,線圈會產(chǎn)生電流,即今天我們大家所熟知的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后不久,便利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了世界上 臺發(fā)電機(jī),即法拉第圓盤發(fā)電機(jī)。這臺發(fā)電機(jī)的構(gòu)造與現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)不同,在磁場中轉(zhuǎn)動的不是線圈,而是一個用紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄,圓盤的邊緣和圓心處各與一個黃銅電刷緊貼,用導(dǎo)線把電刷與電流表連接起來;紫銅圓盤放置在馬蹄形磁鐵的磁場中。當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)動搖柄使紫銅圓盤旋轉(zhuǎn)起來的時候,電流表的指針偏向一邊,這說明電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。這就是法拉第試制出的世界上 臺發(fā)電機(jī)。當(dāng)年法拉第曾在英國皇家學(xué)會上表演他的發(fā)電機(jī)。當(dāng)時,有一位貴夫人問法拉第:“這玩藝兒有什么用呢?”法拉第非常有禮貌地回答道:“夫人,新生的嬰兒又有什么用處呢?”這一絕妙的回答受到大家的交口稱贊。
當(dāng)拉第發(fā)明的圓盤發(fā)電機(jī)雖然非常簡單,它產(chǎn)生的電流甚至不能讓一只小燈泡發(fā)光,但是,這是世界上 臺發(fā)電機(jī),是它首先向人類揭開了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕。后來,人們在此基礎(chǔ)上將馬蹄形 磁鐵改為能產(chǎn)生強(qiáng)大磁場的電磁鐵,用多股導(dǎo)線繞制的線框代替紫銅圓盤,對電刷也進(jìn)行了改進(jìn),終于制成了功率的可供實(shí)用的發(fā)電機(jī)。目前,即使功率為IGW、陜西西安當(dāng)?shù)?0GW的特大型發(fā)電機(jī),也是根據(jù)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的基本原理一電磁感應(yīng)原理制成的。
1866年,德國的電工學(xué)家、陜西西安當(dāng)?shù)貙?shí)業(yè)家恩斯脫.韋爾納·馮·西門子在法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上研制出自激勵式發(fā)電機(jī),1870年,比利時的Z·T·克拉姆又研制出了自激勵式直流發(fā)電機(jī)。在經(jīng)過不斷改進(jìn)之后,電機(jī)技術(shù)已經(jīng)走向成熟,1877年真正實(shí)用的發(fā)電機(jī)開始進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。
100多年過去了,正是這簡陋、陜西西安當(dāng)?shù)夭怀墒臁㈥兾魑靼伯?dāng)?shù)叵癯跎鷭雰阂粯拥膱A盤發(fā)電機(jī)人類帶入了電氣時代,為人類利用電能做出了重大貢獻(xiàn)。
21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展的時代,特別是電腦技術(shù)等高科技成果在柴發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用,使柴油發(fā)電機(jī)組有了更廣闊的發(fā)展前景。以柴油機(jī)為動力用的柴油發(fā)電機(jī)組己經(jīng)是通信等企業(yè)必不可少的重要設(shè)備。




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康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的耗量特性
在滿足電力網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷平衡的前提下,柴油發(fā)電機(jī)組 負(fù)荷分配指的是通過有計劃的安排各個柴油發(fā)電機(jī)組的出力,使得整體的柴油的消耗油量變得小,讓成本達(dá)到少,進(jìn)而整個發(fā)電廠的效率與收益。柴油發(fā)電機(jī)組一般是通過在氣缸中燃燒柴油,然后借助轉(zhuǎn)化的爆炸動力來推動柴油機(jī)的運(yùn)作,柴油發(fā)電機(jī)再帶動與其相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)發(fā)電,完成整個電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)。因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)的做功的數(shù)量很大程度上取決于燃油消耗的數(shù)量,而柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣量又規(guī)定了柴油發(fā)電機(jī)組出力的大小,由于負(fù)荷時刻在波動,為了保證康明斯柴油發(fā)電機(jī)組在任何時刻達(dá)到經(jīng)濟(jì)工況,必須對康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的動力特性進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬。即確定康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的耗油量特性。
柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率,與柴油發(fā)電機(jī)組消耗的柴油等的關(guān)系形成柴油發(fā)電機(jī)組的耗油量特性曲線。而柴油發(fā)電機(jī)組的這一曲線是電力柴油發(fā)電機(jī)組 負(fù)荷分配問題的基本參數(shù),終結(jié)果與耗油量特性曲線的正確率有密切的關(guān)系。因此在負(fù)荷優(yōu)化分配中,通過分析計算得到柴油發(fā)電機(jī)組的耗油量特性是必不可少的步驟。
研究柴油發(fā)電機(jī)組的耗油量特性的參數(shù),必須先對火力電柴油發(fā)電機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行了解,單元柴油發(fā)電機(jī)組的燃油的使用量B與發(fā)電機(jī)有功功率P之間的關(guān)系比較復(fù)雜,主要取決于柴油發(fā)電機(jī)組本身的特點(diǎn),同時還受到所處環(huán)境溫度,水介質(zhì)溫度,大氣壓等因素影響。康明斯柴油發(fā)電機(jī)組由于其自身特點(diǎn),其啟動過程耗時較長,由此有時連續(xù)優(yōu)化過程中需要考慮柴油發(fā)電機(jī)組的啟停成本;柴油發(fā)電機(jī)組在低負(fù)荷狀態(tài)下,為了保證鍋爐燃油的穩(wěn)定燃燒需要進(jìn)行投油穩(wěn)燃。如果綜合考慮這些成本,會使得柴油發(fā)電機(jī)組的燃油耗油量B與出力P之間的關(guān)系和規(guī)律變得難以分析。限于篇幅,本文只討論康明斯柴油發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定負(fù)荷下的耗油量特性關(guān)系,即不考慮柴油發(fā)電機(jī)組的啟停成本,但是對于柴油發(fā)電機(jī)組的出力范圍進(jìn)行考慮,可有效避免柴油發(fā)電機(jī)組在低出力工況下運(yùn)行。這些簡化并不影響結(jié)論的正確性。
此時,單元柴油發(fā)電機(jī)組的耗油量特性可以表示為:
B=F(P)
式中B為燃油消耗油量,即每小時燃油的標(biāo)準(zhǔn)柴油耗油量(單位:t/h);P為發(fā)電機(jī)有功功率(單位:MW)。


