柴發(fā)機房的有效設(shè)計包含：選址、地基、進排風(fēng)、排煙、燃油系統(tǒng)設(shè)計
全面講解！柴發(fā)機房的有效設(shè)計包含：選址、地基、進排風(fēng)、排煙、燃油系統(tǒng)設(shè)計
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市電斷電期間給用戶應(yīng)急供電的柴油發(fā)電機組（以下簡稱柴發(fā)）通過發(fā)動機內(nèi)部燃燒柴油將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能，然后進一步通過發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能。
機組發(fā)電是化學(xué)能向機械能和熱能轉(zhuǎn)換的動態(tài)平衡過程，即柴發(fā)持續(xù)將35%的燃燒熱能轉(zhuǎn)換成機械能發(fā)電的前提是通過機房設(shè)計，從排煙管路持續(xù)排出傳遞給尾氣的30%燃燒熱，從冷卻回路持續(xù)排出傳遞給缸套的25%熱能，從 風(fēng)道 持續(xù)排出機組輻射給機房的10%燃燒熱。
因此，與市電系統(tǒng)發(fā)電機組不同，柴發(fā)機房設(shè)計的有效性直接決定了柴發(fā)能否發(fā)出其銘牌上標(biāo)出的額定功率。
柴發(fā)機房的有效設(shè)計應(yīng)從機房選址與地基設(shè)計開始，首先平衡考慮冷卻系統(tǒng)設(shè)計與進排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，然后完成排煙系統(tǒng)設(shè)計，最后布局燃油系統(tǒng)設(shè)計。
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一、 柴發(fā)機房的選址與 地基 設(shè)計
1.1 機房 選址
柴發(fā)是市電的應(yīng)急備用電源，所以柴發(fā)的機房應(yīng)盡量遠離市電系統(tǒng)配電設(shè)備，以免主、備用供電設(shè)備同時受損，失去配置柴發(fā)的意義。
1.2 地基設(shè)計
柴發(fā)的地基設(shè)計主要考慮安裝位置及用戶的減振要求。機組底座的一級減振效率為60%~80%，一二級組合減振效率大于95%，滿足一般用戶的減振要求。因此，就一般用戶而言，機房地基可采用加強混凝土設(shè)計，但應(yīng)能承載至少兩倍機組的重量。
柴發(fā)地基應(yīng)至少高出地面150mm，四周應(yīng)比機組外圍至少超出150mm。如果用戶是醫(yī)院且柴發(fā)與手術(shù)室同在一棟建筑內(nèi)，則可參考圖3采用173kPa加強混凝土地基，確保地基承載5~10倍（至少2倍）機組重量的同時，按圖中要求做進一步減振及隔振設(shè)計。
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二 、柴發(fā)機房的冷卻
系統(tǒng)設(shè)計柴發(fā)的冷卻系統(tǒng)與其進排風(fēng)系統(tǒng)密切關(guān)聯(lián)，并共同影響排煙系統(tǒng)設(shè)計，因此柴發(fā)機房位置確定后，應(yīng)首先平衡考慮冷卻系統(tǒng)設(shè)計與進排風(fēng)系統(tǒng)方案。
2.1 柴發(fā)直驅(qū)風(fēng)扇冷卻
柴發(fā)的啟動和運行需要給充電、加熱甚至風(fēng)扇等設(shè)備提供低壓輔助電源，因此如項目選用高壓機組，則應(yīng)盡量采用直驅(qū)柴發(fā)（冷卻風(fēng)扇由發(fā)動機曲軸驅(qū)動），從而避免低壓輔助電源變配電設(shè)計。
柴發(fā)采用直驅(qū)水箱時，機房冷卻系統(tǒng)設(shè)計的工作量幾乎為零，但進排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計必須滿足直驅(qū)機組滿載運行的大風(fēng)量要求。
2.2 遠置水箱/散熱器冷卻
如果項目須用低壓機組但無法滿足直驅(qū)機組滿載運行的大風(fēng)量要求，則可采用電驅(qū)機組將水箱/散熱器（以下簡稱水箱）移至室外，以降低機房進風(fēng)量要求。水箱遠置時，冷卻系統(tǒng)的驅(qū)動力源自發(fā)動機水泵，阻力來自管路的摩擦阻力及水箱與柴發(fā)的相對高差，故遠置水箱的冷卻系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)與室外水箱的安裝位置匹配。
2.2.1 水箱直接遠置
如室外水箱的安裝位置距室內(nèi)機組不遠，且根據(jù)其相對位置設(shè)計的冷卻回路總摩擦阻力和靜壓均小于發(fā)動機數(shù)據(jù)單上相應(yīng) 限值 ，則可參考圖4用水管直接連接柴發(fā)和水箱即可，但渦輪增壓單泵雙循環(huán)空水中冷機組不宜采用該冷卻系統(tǒng)設(shè)計。
冷卻系統(tǒng)的靜壓取發(fā)動機曲軸中線與水箱頂部的高度差，管路的摩擦阻力需暖通專業(yè)設(shè)計師根據(jù)管徑 及流量計算，管徑由設(shè)計師決定，流量可從發(fā)動機數(shù)據(jù)單直接查到。
2.2.2 冷卻水泵遠置
水箱如室外水箱的安裝位置離室內(nèi)機組不太遠，雖然靜壓小于發(fā)動機數(shù)據(jù)單限值，但總摩擦阻力超過相應(yīng)上限，則可在基礎(chǔ)上，根據(jù)摩擦阻力偏差選配水泵，同樣，渦輪增壓單泵雙循環(huán)空水中冷機組不宜采用該冷卻系統(tǒng)。
2.2.3 熱交換器遠置水箱
如水箱的安裝位置距離機組較遠，其相應(yīng)靜壓和管路總摩擦阻力均超過發(fā)動機相應(yīng)限值，采用熱交換器遠置水箱。
熱交換器的安裝位置應(yīng)考慮發(fā)動機水泵的驅(qū)動能力，也可將熱交換器安裝在機組附近。熱交換器機組側(cè)一次冷卻系統(tǒng)與水箱側(cè)二次系統(tǒng)互相獨立，一次系統(tǒng)由發(fā)動機驅(qū)動，其流量為發(fā)動機冷卻流量；二次系統(tǒng)需另選水泵驅(qū)動，流量可按Q/（ΔT·C）（L/min）估算，其中Q為發(fā)動機傳給冷卻系統(tǒng)的熱量（kJ/min），C為水的比熱（kJ/℃/L），ΔT為熱交換器二次側(cè)容許溫升（℃）。
如冷卻效果因環(huán)境溫度等緣故不太理想，可以考慮用冷卻塔替代水箱，但冷卻塔不宜用于冬天易結(jié)冰、濕度低、灰塵大及風(fēng)沙多發(fā)地區(qū)。
2.2.4 熱井 遠置水箱
如水箱位置距離機組相當(dāng)遠，總摩擦阻力和靜壓超過發(fā)動機限值，且靜壓超出了熱交換器密封件的承受能力，則可參考圖6采用熱井遠置水箱。
熱井的安裝位置應(yīng)考慮發(fā)動機水泵的驅(qū)動能力，且必須確保熱井底部高于發(fā)動機冷卻液出口；熱井兩側(cè)回路屬同一密閉冷卻系統(tǒng)，流量基本一致；水箱側(cè)回路需配水泵，其選型應(yīng)考慮水箱位置；熱井的最小容量應(yīng)包括運行時充滿所有水管的冷卻液容量、停機時水箱側(cè)流回?zé)峋娜萘考按_保運行時有效熱交換的最小容量。
熱井運行時的有效熱交換最小容量一般取冷卻系統(tǒng)總?cè)萘康?%，加上熱井兩側(cè)回路總流量的1/4。用熱井遠置水箱，發(fā)動機傳遞給冷卻液的熱量最終還需水箱的風(fēng)扇冷卻，當(dāng)環(huán)境溫度較高及管路過長時，其冷卻效果很可能不理想，因此該方案適用于夏天環(huán)境溫度不高、管路不長的項目。
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三、柴發(fā)機房的進排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計
柴發(fā)的進排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計須與其冷卻系統(tǒng)匹配，冷卻系統(tǒng)設(shè)計確定后，方可匹配相應(yīng)的進排風(fēng)系統(tǒng)。
3.1 直驅(qū)機組的進排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計
室內(nèi)安裝直驅(qū)柴發(fā)時，機房的進排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)通過風(fēng)道、風(fēng)量及進、排風(fēng)口的有效設(shè)計，提供柴發(fā)輸出額定功率所需的最小冷卻風(fēng)量。
3.1.1 風(fēng)道設(shè)計
各機組的風(fēng)道設(shè)計應(yīng)相互獨立，風(fēng)道設(shè)計直接決定了進風(fēng)量設(shè)計，進而決定了進風(fēng)口面積。為了有效減少風(fēng)道阻力及進風(fēng)量，從而最小化進風(fēng)口面積，將進、排風(fēng)口與機組布置在一條直線上，使風(fēng)道橫跨整個機房。
進、排風(fēng)口位置應(yīng)根據(jù)室外統(tǒng)計風(fēng)向順風(fēng)設(shè)置。如果對排風(fēng)口室外風(fēng)向、風(fēng)速沒有把握，則可參考圖7設(shè)擋風(fēng)墻，以降低排風(fēng)阻力并有效防止高溫排風(fēng)從進風(fēng)口重新進入機房。擋風(fēng)墻離開排風(fēng)口的距離不應(yīng)小于水箱高度。
3.1.2 風(fēng)量設(shè)計
風(fēng)量須確保柴發(fā)滿載運行時的冷卻效果。采用上述直線型風(fēng)道設(shè)計時，機房的進風(fēng)量滿足水箱風(fēng)扇的風(fēng)量需求即可；采用其它類型風(fēng)道設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)暖通專業(yè)資深設(shè)計師的準(zhǔn)確計算適當(dāng)增加進風(fēng)量，任何不專業(yè)的設(shè)計均將導(dǎo)致柴發(fā)降功率使用。
3.1.3 進、排風(fēng)口面積
進風(fēng)口面積取決于進風(fēng)量和進風(fēng)速度。為了有效防止室外雨雪被吸入機房，進風(fēng)速度應(yīng)控制在150～220m/min，過高的風(fēng)速產(chǎn)生噪聲需要進行相應(yīng)的進風(fēng)降噪設(shè)計；進風(fēng)面積由進風(fēng)量除以風(fēng)速獲得，但進風(fēng)口有效面積應(yīng)大于水箱有效面積的1.5倍。
采用上述直線型風(fēng)道設(shè)計時，排風(fēng)面積可取進風(fēng)面積的2/3，但排風(fēng)口有效面積應(yīng)大于散熱水箱的有效面積。進、排風(fēng)口設(shè)電動百葉時，風(fēng)口面積應(yīng)根據(jù)百葉占用的面積適當(dāng)增加；進、排風(fēng)口設(shè)固定百葉時，風(fēng)口面積均應(yīng)增加1倍。
3.2 水箱遠置時進排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計
項目采用電驅(qū)機組將水箱安裝在機房外時，機房的進排風(fēng)系統(tǒng)也應(yīng)通過風(fēng)道、風(fēng)量及進、排風(fēng)口的有效設(shè)計，提供柴發(fā)輸出額定功率所需的燃燒空氣量及最小冷卻風(fēng)量。
3.2.1 風(fēng)道設(shè)計
水箱安裝在室外時，機房風(fēng)道也可參考圖7盡量采用直線型設(shè)計，使風(fēng)道橫跨整個機房。同樣，進風(fēng)口、排風(fēng)口應(yīng)根據(jù)室外統(tǒng)計風(fēng)向順風(fēng)設(shè)置。
3.2.2 風(fēng)量設(shè)計
水箱遠置時，機房的進風(fēng)量需求減小，但至少保證柴發(fā)滿載運行所需的燃燒空氣量及帶走機組輻射熱所需的最小冷卻空氣量。發(fā)動機的燃燒空氣量可從其數(shù)據(jù)單上直接查到，采用上述直線型風(fēng)道設(shè)計時，機房的最小冷卻空氣量根據(jù)V=Q/（C·ΔT·d）計算，其中V為最小冷卻風(fēng)量（m3/min）、Q為機組總輻射熱（MJ/min）、C為空氣比熱（MJ/kg/℃）、d為空氣密度（kg/m3）、ΔT為機房進、排風(fēng)口容許溫升（℃）。
3.2.3 進、排風(fēng)口面積水箱遠置時
同樣應(yīng)先確定合理的進風(fēng)速度（150～220m/min），然后由進風(fēng)量和風(fēng)速計算進風(fēng)面積。采用圖7所示直線型風(fēng)道設(shè)計時，排風(fēng)面積取決于選用的排風(fēng)機外形尺寸，而排風(fēng)機應(yīng)根據(jù)冷卻風(fēng)量及可接受的室外排風(fēng)速度選型。采用其它類型風(fēng)道設(shè)計時，進、排風(fēng)量應(yīng)由暖通專業(yè)資深設(shè)計師根據(jù)風(fēng)道準(zhǔn)確計算，任何不專業(yè)的設(shè)計，均將導(dǎo)致柴發(fā)降容使用。
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四、柴發(fā)機房的排煙系統(tǒng)設(shè)計
排煙系統(tǒng)的作用是將機組滿載運行產(chǎn)生的廢氣有效而安全地排至戶外，并將煙氣、煙灰及噪聲驅(qū)離建筑和居民。排煙的驅(qū)動源是發(fā)動機，阻力是發(fā)動機排煙口后排煙回路的總阻力，故排煙系統(tǒng)設(shè)計首先是通過消音器等部件選型及排煙管路設(shè)計，使排煙回路的總阻力小于發(fā)動機數(shù)據(jù)單上的背壓限值。
4.1 排煙系統(tǒng)的典型設(shè)計
各柴發(fā)的排煙系統(tǒng)應(yīng)相互獨立，并可參照圖8設(shè)計：
發(fā)動機排煙出口接至少610mm長的不銹鋼無縫波紋管，隔離機組的運行振動并吸收熱膨脹及位移，波紋管不能用于改變方向和校直；波紋管后應(yīng)接消音器以降低排煙產(chǎn)生的噪聲，消音器的選型和數(shù)量取決于用戶的降噪要求，工業(yè)用、住宅用、醫(yī)院用消音器的降噪能力分別為12～18dB、18～25dB及25～35dB，消音器出口端應(yīng)設(shè)冷凝水排放閥；水平安裝的排煙管應(yīng)以小坡度通向室外，以免凝結(jié)水流向發(fā)動機；排煙改變方向處須用彎頭，且盡量用內(nèi)彎半徑應(yīng)大于管徑3倍的長半徑彎頭；煙管垂直爬升處應(yīng)設(shè)冷凝水排放閥；排煙出口應(yīng)與機房排風(fēng)口同側(cè)并順風(fēng)開口，排煙口應(yīng)盡可能高且最好高于建筑頂部，并遠離新風(fēng)入口且不能直對易燃物質(zhì)或建筑物，垂直排煙出口應(yīng)設(shè)防雨帽，水平排煙口應(yīng)考慮防雨并加防鳥網(wǎng)。
4.2排煙系統(tǒng)阻力估算
排煙系統(tǒng)阻力可分為消音器阻力與其余管路阻力兩部分，消音器阻力可咨詢供應(yīng)商，其余管路阻力可按P=575·L·S·Q2/D5（kPa）估算，其中D為排煙管內(nèi)徑（cm），Q為排煙流量（m3/min)，S取23/（273+T），其中T為排煙溫度（℃），L為等效長度（m），取直管長度與波紋管、彎頭等效長度之和，波紋管等效長度取其長度的2倍，彎頭等效長度可由其類型和管徑從表1查取，比如管徑100mm的90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭的等效長度為3m。
4.3排煙系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化
對選定的柴發(fā)而言，滿載時的排煙流量及排煙溫度基本穩(wěn)定，故排煙系統(tǒng)阻力與管路等效長度成正比，與管徑的5次方成反比，因此管徑的設(shè)計優(yōu)化至關(guān)重要。為了有效減小排煙阻力，排煙管徑不能小于發(fā)動機排煙口的直徑，但管徑過大既容易導(dǎo)致冷凝而腐蝕管件，也降低排煙速度，不利于排煙在戶外擴散。排煙系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)在典型設(shè)計的基礎(chǔ)上，首先最小化管路的等效長度，即盡量減少消音器及彎頭數(shù)量；然后在確保排煙總阻力小于發(fā)動機背壓限值的前提下，適當(dāng)減小管徑以提高排煙及擴散速度，降低冷凝對管路的腐蝕。
4.4 排煙系統(tǒng)的安全考量
消音器和排煙管路應(yīng)用阻燃減振吊架或支架承重；除波紋管不能作保溫處理，排煙系統(tǒng)其余部件尤其是機房內(nèi)消音器、排煙管必須用50mm厚的高密度隔熱材料外加鋁質(zhì)護套包扎隔熱，以防火警誤報、管路冷凝腐蝕以及減少輻射熱；排煙管穿過墻壁時必須使用質(zhì)量可靠的隔熱穿墻套管；煙管離地高度至少2.3m，與易燃建筑物的距離至少230mm，且所有部件應(yīng)設(shè)柵欄等以防意外接觸。
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五、柴發(fā)機房的燃油系統(tǒng)設(shè)計
燃油系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是滿足機組滿載運行的供油量需求，并將剩余燃油送回油箱。
供、回油驅(qū)動力分別來自發(fā)動機供油泵及其升壓油泵，阻力分別為供、回油管路摩擦阻力及油箱與發(fā)動機的相對位置，因而燃油系統(tǒng)設(shè)計是油箱的設(shè)計與安裝及供、回油管路的匹配設(shè)計，以確保柴發(fā)正常運行的燃油需求。
5.1油箱的設(shè)計與安裝
柴發(fā)的油箱分機底油箱、日用油箱和主油罐等。
油箱應(yīng)配油位傳感器、排污閥、通氣管及油面指示等。機底油箱適用于小容量機組，大容量柴發(fā)不宜用機底油箱時，獨立油箱的設(shè)計與安裝應(yīng)滿足供、回油管總阻力（摩擦及靜壓）分別小于發(fā)動機數(shù)據(jù)單明確的供油泵的提升能力及回油管的驅(qū)動限值，任何一項不能滿足要求時，必須考慮日用油箱與主油罐組合設(shè)計，日用油箱應(yīng)盡量靠近機組安裝，其容量應(yīng)滿足柴發(fā)滿載運行2～4h。
燃油系統(tǒng)的靜壓可取相應(yīng)高度差，摩擦阻力則應(yīng)由暖通專業(yè)設(shè)計師根據(jù)流量、管徑及管長等精確計算，任何不專業(yè)的設(shè)計均將導(dǎo)致柴發(fā)降功率使用。
5.2燃油系統(tǒng)有效設(shè)計
柴發(fā)選用機底油箱時，容量應(yīng)滿足機組8h滿載運行，也可參考圖9或圖10匹配手動或自動補油設(shè)計；采用日用油箱、主油罐時，如主油罐安裝位置高于日用油箱，應(yīng)參考圖9利用溢流給日用油箱補油，供油回路設(shè)電磁閥或電動閥，由日用油箱供油低、高液位分別控制其開、關(guān)，日用油箱溢流由輔助油泵送回主油罐；主油罐安裝位置低于日用油箱時，可參考圖10將供油泵、電磁閥或電動閥均配置到供油回路，日用油箱供油低液位控制開啟閥門和啟泵，高液位控制停泵和關(guān)閥，溢流則利用重力直接流回主油罐。
無論采用上述哪種方案，日用油箱前供油管應(yīng)設(shè)100~120目過濾器。日用油箱除配置上述供油高、低液位外，還應(yīng)設(shè)最低停機液位及最高報警液位，且最低液位應(yīng)比發(fā)動機油泵入口高150mm，最高液位應(yīng)確保相應(yīng)設(shè)計阻力小于發(fā)動機回油驅(qū)動能力。
燃油系統(tǒng)可靠性要求較高時，可根據(jù)項目要求匹配手動補油及兩套供油泵，有柴發(fā)并聯(lián)運行中單機維修需求時，應(yīng)在適當(dāng)位置配維修隔離閥。
5.3 燃油管路設(shè)計要點
油管應(yīng)選用黑鐵管，與發(fā)動機本體采用軟管連接；油管應(yīng)設(shè)計適當(dāng)支撐，以免長期振動受損，供應(yīng)管應(yīng)從上至下接入柴發(fā)油泵入口，回油管禁止安裝截止閥，并獨立接入日用油箱或主油罐；油管不能靠近發(fā)動機排煙管路、電纜及加熱管路，考慮開機前方便管路清理、沖刷時，應(yīng)采用T型接頭替代彎頭。
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