1MW集装箱式柴油发电机组设计研究

孙勇

摘要：本文主要介绍了1MW集装箱式柴油发电机组的研制开发过程，对机组的整体结构进行布置设计，对箱体内部的进排风及通风散热进行理论计算并核对，对机组的噪声及振动进行削减控制，最后通过试验对机组的设计进行了验证，论证了该款机组设计的合理性及可行性。

Abstract： This article mainly introduces the development process of 1MW container generating， designs the whole container， calculates and verifies the ventilation and cooling inside the cabin， controls the noise and vibration of the unit， verifies the design of the square cabin power station， and proves the rationality and feasibility of the container generating structure through tests.

关键词：集装箱;柴油发电机组;进排风;通风散热;降噪;减振

Key words： container;diesel generating set;air intake and exhaust;ventilation and heat dissipation;the noise reduction;vibration reduction

中图分类号：TM621                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）22-0016-03

0  引言

随着我国国民经济和城市建设的快速发展，整个社会对电力的需求计划越来越大，用电高峰期间，部分地区甚至对企业拉闸限电，严重影响当地经济的发展。集装箱式柴油发电机组由于采用标准集装箱结构制造，具有模块化、集成化、占地面积小、土建施工量少、投资少、建设周期短、便于移动、运输方便，有效防雨防风沙、噪音低等特点，受到越来越多客户的青睐[1-2]。

集装箱式柴油发电机组在用电高峰期间，可以通过并网来实现当地电网的削峰，可以作为厂矿企业的备用电源，偏远无市电区域也可以作为常用电源。

1  机组主要技术参数

2  机组结构

1MW集装箱式柴油发电机组内部结构方案如图1所示。

主要由远置水箱1、远置水箱2、主軸流风机3、发动机4、发电机5、控制屏系统6、工作室通风轴流风机7和消声器系统8等组成。

该款集装箱机组通过中间的隔断一分为二，左侧为机组冷却系统室，内置2组远置水箱和1组冷却用主轴流风机;右侧为机组工作室，内部安装有发电机组及其控制屏系统。发动机的中冷气、高温缸套水通过管路穿过隔断后分别连接到远置水箱相应的气管水管处。机组工作室内发动机、发电机的热辐射、发电机的散热风等通过顶置的2组轴流风机7来排掉。机组运行时，工作室内部的空气受热后会集聚在箱体顶部附近，轴流风机7位置处的排风可形成对流，有助于加快工作室内设备的通风换气。

集装箱箱体为20尺货柜标准尺寸，6058×2438×2591mm，结构上采用标准集装箱框架制造，底侧梁选用加厚矩形管，四个角立柱选用Q345D低合金钢板折弯，瓦楞板选用B480耐候钢板等，以提高箱体的整体机械强度，箱体前后均可开门，方便用户对发动机、发电机、控制系统及冷却系统的日常维护与检修，箱体底部设有机油、冷却液收集系统，通过管路直接引入到箱体外部，防止污染环境内部环境，控制屏和输出开关柜在箱体同侧，方便用户日常操作。箱体符合国际集装箱安全公约的要求，能够办理箱证，整机成套好后可直接作为标准集装箱海运，大大节省运输成本。

3  机组箱体内部的通风量理论计算

12M33集装箱式柴油发电机组采用远置散热器，冷却系统与发电机组不在同一个室内，箱体内部通过隔断隔成冷却系统室与机组工作室。在工作室内，不需要考虑冷却系统的冷却风量，采用远置散热器后能明显减小机组工作室内的进排风量，工作室内没有发动机机带的风扇，取而代之的是设置轴流风机强制通风散热，引导工作室内空气流动的方向。一般情况下，轴流风机设计在发动机自由端顶部位置处，内部空气流动遵循轴向通风原则，在发动机空气滤清器进风口处附近设置单独的辅助进风百叶，保证箱体外部的冷空气进入箱体后能够直接被吸到空滤器中，避免箱体内部温升对进气温度的影响。

3.1 机组工作室内通风量理论计算

机组工作室内的热源主要主要是发动机和发电机两大部件工作时对外的表面热辐射。计算通风量时还需要考虑柴油机的燃烧做功需要的空气量[3]。

3.2 机组工作室内轴流风机选型

机组工作室内设置2组通风散热用轴流风机，强制换气，进而保证工作室内温度不至于过高。轴流风机直接从发电机组接线铜排上取电。

轴流风机参数：3.2kW/50Hz/AC380V，额定风量25000m3/h，静压125Pa。

总通风量Q总=25000×2=50000m3/h>Q1=45900m3/h。留有9%的设计余量。

综上所述轴流风机的选型满足理论计算设计要求。

3.3 机组冷却系统室的通风散热

机组冷却系统室内的远置散热器安装处为防雨百叶窗+不锈钢防虫网结构，主轴流风机运行时水箱室内部形成局部负压，外部的冷空气通过百叶窗经过散热器管带后进入箱体内部，在主轴流风机的作用力下从箱顶排出。如图2所示。

主轴流风机参数：37kW/50Hz/AC380V，额定风量100000m3/h，静压185Pa。从发电机组接线铜排取电。

防雨百叶窗+不锈钢防虫网的风阻为100Pa。

箱顶的冲孔板风阻为40Pa。

主轴流风机静压均大于冷却系统室的进排风的风阻并且有一定的余量，风机可以正常克服进排风阻力，保证水箱室内的通风量，满足机组散热系统冷却要求。

此种结构冷却系统，箱体外部的冷空气直接进入散热器表面，避免了发动机和发电机热辐射带来箱体内部温升的影响，冷却效率大大提升，能够适应高温环境。

4  机组降噪减振处理

4.1 机组降噪处理

柴油发电机组的噪声主要有排烟噪声、进气噪声、排气噪声、机械噪声和燃烧噪声等[4-5]。

排烟噪声是机组噪声中能量最大，成分最多的部分[5]。为消除排烟噪声对机组的影响，机组选用高效能住宅式消声器，消声器后的排气尾管设置为竖直朝天，将排烟噪声对机组的影响降低到最低。

降噪处理应从吸声材料和外部隔绝两方面入手[6]。进气噪声、机械噪声和燃烧噪声属于机组箱体内部的噪声，需要选用合适的材料和结构来降低此部分噪声。箱体内部在选用吸声材料时，应能满足有利于降低声波频谱中峰值频段的噪声，因为声能量主要集中在几个峰值频率，噪声峰值降低了，总的噪声辐射就可明显降低[7]。

查阅柴油机的性能数据单，12M33柴油机的噪声频谱主要集中在500-4000Hz范围内，为此选用的吸声材料应该在此频段有较高的吸声系数，综合以上因素，箱体内部的吸声材料选定为体积密度为36kg/m3的无碱超细玻璃棉，其吸声系数如表2所示。

箱体内表面设置吸声结构，使用无纺布为衬层包裹住超细玻璃棉材料，然后用镀锌冲孔板固定吸声材料在周围的瓦楞板上。

机组工作室的进气处降噪结构主要由防水百页窗+降噪百叶组成，两者之间加装304不锈钢防虫网，防止机组运行时吸入箱体内部小虫子和杂物，降噪百页使用冲孔板折弯成型，中间填充使用无纺布包裹的超细玻璃棉。其结构如图3所示。

4.2 机组减振处理

集装箱式柴油发电机组内部主要的振动源是柴油机和发电机，为避免将两者的振动传递到集装箱机组外部，在柴油机、发电机和机组公共底座连接处安装橡胶减振器，在机组公共底座与箱体的花纹地板之间安装橡胶减振板，双重减振，另外箱体内部的排烟管路、远置散热器的中冷管路及水管等中间使用膨胀节弹性相连，有效降低箱体内部的振动向箱体外部传递[8]。

5  机组试验数据及分析

1MW集装箱式柴油发电机组成套好后，根据产品开发要求，对方舱电站进行热平衡及噪声测试试验。

试验状态，机组1MW满负荷运行，所有门体关闭，风机调到自动状态，环境温度34℃，连续运行2h，机组水温稳定在88℃。

分別测量方舱电站周围1m处和7m处噪声。

机组工作室1m处噪音平均85dB（A）左右，7m处噪音75dB（A）左右。

机组冷却系统室1m处噪音平均95dB（A）左右，7m处噪音85dB（A）左右。

分析：机组冷却系统室周围噪声偏高，主要原因是主轴流风机噪音在102dB（A）左右，进风结构是防雨百叶窗+不锈钢防虫网，机组冷却系统室的进排风未经过消声降噪处理，主轴流风机的噪声传递到箱体外部。

6  机组改进设计

受机组冷却系统室内部尺寸限制，进排风处不好做消声降噪处理，改进设计是在箱体外部的进排风处加装可拆卸式消声降噪百叶。降噪百页在运输过程中需要拆卸下来，机组运输到达用户现场时再装配上。

改进后重新测量机组噪声。

机组冷却系统室1m处噪音平均85dB（A）左右，7m处噪音75dB（A）左右。

达到预期的效果，满足设计要求。

7  结束语

1MW集装箱式柴油机发电机机组已在市场上经过小批量验证，市场反馈良好：冷却系统运行可靠，机组维护保养方便，能够在高温环境下持续工作，运输方便，可办理箱证作为20尺标准货柜发运。泰国某10MW柴油电站采用此结构，目前单台已累计运行15000h，如图4所示。

目前市场上对于大功率静音型发电机组需求量越来越多，尤其是东南亚、中东、北非及南美地区等，该款集装箱式柴油发电机组是市场上为数不多的能将1MW（PRP功率）发电机组集成在20尺集装箱内的产品，有很强的市场竞争力，具有良好的经济与社会效益。

后续将会持续改进1MW集装箱式柴油发电机组，重点围绕机组噪声，争取做到1m处75db（A）。

参考文献：

[1]赵海明.500GJ1-PwT集装箱式发电机组研制[J].内燃机与动力装置，2008.

[2]张炜伟.DL2500GFJ1型集装箱式柴油发电机组的研制[J].农业装备与车辆工程，2013.

[3]王兆坤.170集装箱式静音箱机组设计研究[J].内燃机与动力装置，2013.

[4]胡联雄.柴油发电机组静音箱结构方案探究[J].机械工程与自动化，2020.

[5]李红杰.发电机组方舱降噪设计[J].移动电源与车辆，2019.

[6]吴建亮.静音汽油机发电机组通风散热以及噪声研究[J].内燃机与配件，2019.

[7]张振海.6135发电机组低噪音方舱电站设计研究[J].通信电源技术，2011.

[8]石梅生.电站方舱降噪设计[J].噪声与振动控制，2008.