柴油发电机冷却风扇功用及机理

　　摘要：风扇是发电机功率的消耗者，最大时约为发电机容量的10％。为了降低风扇容量消耗，减轻噪声和磨耗，避免发电机过冷，降低污染，节约燃料。在柴油发电机组行业，康明斯发电机组作为通信电源的终极保障，以其高可靠性和性价比等亮点得到广泛运用。随着通信规模的爆发性增长，特别是大型枢纽、参数中心的集中建设，其后备发电机组容量需求达50000kVA以上，单机功率也高达2000～3260kVA。

　　智能变速风扇选用电喷硅油离合器技术福州康明斯发电机，根据机组负载的不同，通过ECU（ElectronicControl Unit，微机控制器）监控不同散热器组件的温度值，依据温度值与速度百分比的对应关系，ECM向离合器发出速度命令，通过PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）形式实现风扇速度的无级、持续智能控制，从而达到优化冷却装置，改善康明斯发电机组的节能环保运转等的核心技术及效果。

　　目前的康明斯发电机组，大都采用水箱带风扇冷却，风扇靠柴油发电机上的动力直接驱动，机组运行时，冷却风扇转速一直与柴油发电机保持同步，从空载至满负荷始终在额定转速1500转/分钟附近，即不论机组的负荷大小，冷却风扇都送出最大的风量和最大功率的能耗。通信行业配套的大容量机组，柴油发电机冷却风扇的功率高达80kW以上，必须优化其冷却系统。

　　柴油发电机工况的特性是：柴油发电机机身（水温）温度，保持在过高（通常为80～98℃）状态的带载能力及效率是最佳的。在柴油发电机启动至投入负荷这阶段，应该使水温快速升高，然而，冷却风扇却始终全功率反方向减少温度，造成很多无功损耗，特别是极端低温的环境，能耗及环保的危害更为明显；另外，在机组整个实载程序，最佳的工况是使柴油发电机的发烫与风扇的冷却效果保持相对平衡。为此，应用变速风扇，是优化冷却装置，实现柴油发电机始终处于最佳工况并大幅减轻能耗、改进燃烧效果及减少排放的高效手段。

　　如图1所示为配置智能变速风扇的机组外形图，如图2为智能变速风扇节能效果图。可以直观看出，运用智能变速风扇的效果海口康明斯发电机。

　　当柴油发电机启动后，风扇处于怠速，其风量及消耗容量最小，使机组暖机并快速进入带载最佳转态，降低无功损耗及减少噪声；在进入带载或满载前（柴油发电机上节温器打开后），通过智能调节风扇的风量，优化柴油发电机的冷却平衡，在满足柴油发电机最佳运行温度的同时，最大限度地提升装备的效率和降低风扇功率，达到节能减排的目的。

　　电喷硅油离合器装置主要由硅油离合器、控制界面Di、转速传感器和柴油发电机固有的散热器（水箱）组件、风扇、柴油发电机控制单元ECU等结构如图3所示。控制原理如下：

　　2）根据温度值与速度百分比的对应关系，ECU向离合器发出速度命令长寿康明斯发电机，通过PWM形式实现风扇速度控制。

　　由上可知，电喷硅油离合器系统特别简易、可以很方便地在任何现有柴油发电机加装运用。冷却风扇转速（功率）的优化，反馈信号采集完整、控制可靠简捷。

　　1）当控制阀打开时，硅油从硅油腔进入作业区域，硅油进入作业区域后通过硅油表面张力传递动力，由主动盘带动风扇旋转。同时硅油在离心力的功用下，通过回流管流回储油腔。

　　2）控制阀的开关由电磁线圈控制。当电磁线圈通电时，控制阀门关闭；当电磁线圈断电时，控制阀门打开。通过PWM形式，可以方便地实现电磁线圈对应开关量，进而使控制阀处于闭环受控状态。

　　从上面可知，硅油离合器的核心作业机理：主动盘（柴油发电机驱动），透过硅油表面张力传递，使从动盘（安装风扇）实现可控差速旋转；速度差靠硅油工作区域充满程度改变其张力的大小来实现；而硅油作业区域充满程度则由电磁阀的开关量，通过PWM命令控制调节；PWM的信号源取自相关温度值，从而实现智能、电控、闭环和精准的优化柴油发电机冷却系统，达到节能环保的目的。

　　智能变速风扇，选取独特的设计思路，巧妙地将大部分构件集合于最小体积内的硅油离合器之中，其详细特征：

　　3）功率范围大：单个最大功率可达45kW、功率为250N·m、风量为55776m3/h、静压为834Pa，可以单个或多个操作。

　　4）节能减排运行：能根据柴油发电机冷却需要响应不一样的最佳转速，减轻不必要的功率消耗，节省燃油，降低排放。

　　5）使用寿命长：相比电磁离合器，采取高稳定性的硅油柔性控制，零件几乎没有磨耗、没有冲击力，可靠性极高、使用寿命长。

　　6）效率更高：相比液压驱动离合器，不需要其他额外零部件和电源，效率更高，特别是高电压柴油发电机组，液压的动力源很难满足。

　　相比常规恒速风扇，智能变速风扇的节能效果特别显着，最高可达50％以上。同时也能进一步改善低温气候使用性能，减少柴油发电机排放，减小散热器堵塞，延迟传送带的使用寿命，减少尘土的产生和减轻风扇噪声等效果，切实能为用户创造额外的价值，这对于不断提升柴油发电机组的运用技术水平具有一定的目的。