（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 湖北宜昌 443000）
摘要：工业的发展带动了机械行业的发展，发电机就是众多机械中应用最为广泛且影响力最大的一种机械，脉冲负载柴油发电机最为现时代较为重要的发电机，同样在人类社会发展中得到了广泛应用。脉冲负载柴油发电机不是单独运行的，而是成组运行的，所以在正式使用之前都要进行设计，然后对设计出来的脉冲负载柴油发电机组进行反复实验，待经实验验证过关后方能投入使用。对此，笔者根据自己对脉冲负载柴油发电机的了解，结合相关工作经验，先对脉冲负载柴油发电机设计影响因素进行了简单分析，然后对其设计及实验进行详细分析，希望能给相关人士提供一定的帮助。
关键词：柴油发电机组；脉冲负载；设计；动态特性仿真；试验研究
脉冲负载柴油发电机与其他发电机存在很多差异，具有很多不同的特点，这些特点都能够在脉冲负载柴油发电机设计中得到充分体现。所以本文先从柴油机功率、储能飞轮设计、调速系统性能、增压器匹配设计等方面，进行脉冲负载柴油发电机设计影响因素分析；然后根据这些影响因素，结合脉冲负载柴油发电机技术要求分析其设计，并对相应的动态性能仿真进行了简要分析，最后通过实验的方式对设计优劣进行了检验，实验的结果表明，发电机的性能指标设计均满足设计要求，指标包括转速超调率、脉冲电流上升时间、脉冲电流下降时间等；柴油机功率设置、储能飞轮转动惯量是指均比较合理；相应的废气涡轮增压器，与柴油机的契合度也比较高；发电机的动态性能在电控燃油喷射系统得以使用的前提下又得到了有效的改善。所以本文设计的脉冲负载柴油发电机组比较合理。
1脉冲负载柴油发电机组设计考虑因素
1.1柴油机功率的设置
第一，柴油机工作间隙时起负荷不能太低，不然很容易导致气缸和增压器等出现大量的积炭，进而导致柴油机可靠性下降；第二，柴油机功率设置时一要考虑到经济性，尽可能降低和避免经济损失。
1.2储能飞轮的设计
储能飞轮是柴油发电机系统中必备的机械设备之一。当柴油机开始运行时就会产生大量的负荷，进而引起柴油机转速发生大幅度波动，此时就需要储能飞轮来缓解这种波动，以增加柴油机与发电机的运行效率，所以通常情况下到会在柴油机与发电机之间设计一个储能飞轮。在设计储能飞轮时要特别注意下两点，因为这两点会限制储能飞轮运行效率，即：注意储能飞轮的惯量确定，不能太小也不能太大，太小就会出现突变负荷，导致储能飞轮瞬态响应差，最终导致发电机闷死情况的发生；惯量太大则会导致发电机突变负荷后恢复时间延长，这不利于周期性波动负载的实现[1]。
1.3增压器匹配的设计
从脉冲负载机组的匹配设计实践看，一般选用非增压或复合增压的柴油机作原动机，但根据目前技术发展的情况，涡轮增压系统的性能明显提高，采用废气涡轮增压柴油机作为该型机组的动力源已成为国内外的必然趋势.
1.4调速系统的性能匹配
对于有储能飞轮以承担脉冲负载的废气涡轮增压柴油机组，它大部分时间运行在动态过程中，此时的运行特性与稳态工况有很大的差别，一个有效的解决办法就是选择可调参数多、参数调整方便的调速系统，然后根据机组的具体运行工况进行系统参数整定.
2脉冲负载柴油发电机组设计
某一电站的负载形式如图1所示，其中t1和t2分别为脉冲电流的持续时间和间隔时间.电站的性能要求指标包括最大脉冲负载功率、机组最大转速超调量、脉冲电流的最大上升时间和下降时间等，其中机组最大转速超调量要求< 10%.
2.1方案设计
首先需要确定原动机的功率.原动机功率的确定以原动机动态响应特性和储能飞轮的转动惯量大小为基础.目前一般认为最大负载功率/原动机额定功率为1.5左右较为合适.陆用机组由于尺寸限制小，可取小值，船用机取大值；高增压机取小值，非增压或低增压机取大值；小型机组取大值，大型机组取小值.在该机组的设计中，机组最大设计负载功率/柴油机额定功率确定为1.17[2]。
在原动机选型时，要选择电控泵管嘴燃油喷射、废气涡轮增压柴油机。然后进行储能飞轮设计，设计过程中要注意转动惯量的计算。图2为首脉冲功率为最大负载功率、脉冲。
3试验研究
3.1试验设备
电站的试验设备包括柴油发电机组、电站监控系统及试验用负载装置.监控系统开发软件包括、工控组态软件Intouch9.5、数据采集及仪器控制应用软件LabView和Measurement Studio.监控系统工作原理为：系统接收传感器测量的柴油发电机组运行参数、状态信号以及通过CAN总线传送过来的柴油机相关参数，并通过PLC通信口传送给监控微机，可在微机中集中显示.监控参数包括机组转速、柴油机的每循环供油量、各缸排温、废气涡轮转速、废气涡轮进出口空气温度、空冷器出口空气压力、柴油机油水温度、以及发电机的电压和电流等[3]。
3.2试验结果与分析
为了考核机组在最大脉冲工况下的能力，具体试验方案为：（1）脉冲功率最大、脉冲保持时间最长的单脉冲试验；（2）脉冲功率最大、脉冲保持时间和脉冲间隔时间最长的一组脉冲试验[4]。
图3为脉冲功率最大、脉冲保持时间最长的单脉冲过程中脉冲电流和柴油机转速的变化情况.其中，脉冲电流上升时间为要求上限的81%，下降时间为要求上限的72%，转速超调量为6.8%.
结语
综上所述，脉冲负载柴油发电机的设计对电力工程行业的发展有着重大的推动作用，理应得到人们的重视。所以上文通过案例分析及实验研究的方式，对脉冲负载柴油发电机的设计及实验进行了详细分析，希望能够对脉冲负载柴油发电机设计人员及研发人员提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]袁利国，曾凡明，沈兵，赵同宾.脉冲负载柴油发电机组的设计及试验研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2010，01：158-161.
[2]赵伟铎，崔淑梅，刘庆，吴绍朋.空心补偿脉冲发电机温度场计算与分析[J].中国电机工程学报，2011，27：95-101.
[3]李天水，曾凡明，蔡耀全.脉冲柴油发电机组轴系动态特性分析[J].舰船科学技术，2012，12：55-58.
[4]曲威，陈荷娟，孙加存，李文鹏.微环音振荡压电发电机同步电荷能量采集方法[J].压电与声光，2013，05：672-675.
论文作者:李泽霖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
标签：脉冲论文; 负载论文; 发电机论文; 柴油机论文; 飞轮论文; 功率论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第10期论文;