BS-1200邊坡清篩機高原用柴油發電機組選型計算及適應性改進

王志軍，何　艷

（1.中車北京二七機車有限公司工程機械研發中心，北京100072；2.中車北京二七機車有限公司動能公司，北京100072）

BS-1200邊坡清篩機高原用柴油發電機組選型計算及適應性改進

王志軍1，何艷2

（1.中車北京二七機車有限公司工程機械研發中心，北京100072；2.中車北京二七機車有限公司動能公司，北京100072）

柴油發電機組是BS-1200型邊坡清篩機的主要電力來源，如何選擇合適的柴油發電機組，是BS-1200型邊坡清篩機在高原能否成功運用的關鍵之一。通過對BS-1200型邊坡清篩機用電負荷的統計以及高原運用的降功等方面的考慮計算，作為柴油發電機組的功率選型依據，并根據高原應用特點，對柴油發電機組進行高原適應性改進，以滿足該機組的高原環境運用。

邊坡清篩機；高原；柴油發電機組；選型計算；適應性改進

2014年12月底，鐵路總公司與我公司簽訂了3臺BS-1200型邊坡清篩機（高原型）（以下簡稱“高原型邊坡車”）的采購合同。依據合同要求及總體技術方案，從電氣負荷方面考慮，與平原型邊坡車比較，高原型邊坡車新增2號發動機預熱（進氣、冷卻液、機油及燃油預熱）、裝載車液壓油預熱、篩分車液壓油預熱、空壓機、裝載車制氧機、篩分車制氧機及電加熱玻璃等負荷。

柴油發電機組為BS-1200型邊坡清篩機上絕大部分的電氣設備供電，是主要的電力來源。在青藏線的使用環境條件為：

環境溫度：-25℃～+50℃；

最大海拔高度：5 100m；

能在夜間工作，能在風、沙、雨、雪、灰塵嚴重的條件下工作。

柴油發電機組的啟動及工作性能是確保高原邊坡車在青藏線正常運用的關鍵因素之一。通過對BS-1200型邊坡清篩機用電負荷的統計以及高原運用的降功等方面的考慮計算，作為柴油發電機組的功率選型依據，并根據高原應用特點，對柴油發電機組進行高原適應性改進，以滿足該機組的高原環境運用。

1　負荷概算

表1　高原型邊坡清篩機用電負荷預計

按照各電氣設備使用工況，統計出高原邊坡車的用電負荷如表1所示。

（續下表）

（續上表）

1.1計算原則

（1）綜合考慮高原邊坡車的特殊運用環境及工況，為確保高原邊坡車有足夠的供電功率，選擇表1中“走行時”的負荷功率為計算負荷，設定需用系數100%.

（2）假定表1中單相用電設備分配到三相電路時的單相設備功率不大于三相負荷設備功率的15%，即三相平衡。

1.2負荷計算[1-2]

（1）根據表1中數據，用電負荷只有相負荷，故表中單相負荷等效三相負荷為最大相負荷的3倍。結合表1及1.1計算原則（2）中的計算高原邊坡車走行時，單相設備的三相等效計算負荷為：

其中Pc為等效三相負荷，Pd為表1中單相設備功率之和。

故除空壓機外，高原邊坡車的三相計算負荷為：

其中3.00為空調的輔熱功率。

（2）按高原邊坡車各設備穩定運行時的總功率計算為：

其中Pz1為電氣設備穩定運行時的總功率，Pk為空壓機額定功率。

（3）按高原邊坡車空壓機啟動計算的總功率為：

其中Pz2空壓機啟動時的電氣設備總功率；0.85為總負荷的計算效率；K為電動機啟動電流倍數，取3；cosφ為空壓機啟動功率因數，取0.4.

因此在海拔5100 m時，柴油發電機組提供的功率不應小于41 kW.

2　高原邊坡車柴油發電機組選型要求

2.1選型原則[3-7]

柴油發電機組選擇的核心問題是確定柴油發電機組的容量，其次應該滿足總體安裝要求，再次選擇曾有過高原應用業績的柴油發電機組，最后考慮為滿足高海拔、高寒、低氣壓、大溫差、氣候惡劣的工作環境的柴油發電機組的適應性改造措施。

2.2柴油發電機組要求

根據第2項得出，5 100 m時柴油發電機組常用功率的最小容量為41 kW.通過與各柴油發電機組供應商溝通，獲悉啟帆公司配有康明斯6BT5.9發動機的柴油發電機組曾有過海拔4 500 m時的應用，且海拔5 100 m、環境溫度30℃時機組最大輸出功率：P＝48 kW×90.2%＝43.3 kW.滿足供電要求，供應商給定的結構尺寸圖紙，也滿足總體技術要求。

2.3柴油發電機組高原適應性改進措施要求[3-7]

2.3.1低溫啟動輔助措施

為了保證發電機組在高海拔、低溫、氣壓低的環境條件下順利啟動，機組采用進氣加熱器、冷卻液加熱器、機油加熱以及燃油預熱等低溫啟動措施。

綜合進氣預熱、冷卻液加熱、低溫、低氣壓、晝夜溫差大等因素，機組應配備大容量的耐低溫蓄電池，同時考慮增加蓄電池保溫裝置。

2.3.2冷卻系統

由于大氣壓力降低，使得水冷系統散熱器的壓力蓋的開啟壓力相對降低，從而影響水冷散熱系統的正常工作。因此需要將散熱器壓力蓋進行提升，使得散熱器的保壓壓力增大，保證水冷系統的沸點的影響降低到最小。

2.3.3電氣系統

大氣壓力的降低，大氣空氣密度降低，對電器影響主要如下：

（1）對開關電器滅弧的影響；一般開關電器利用空氣作滅弧介質，如接觸器，空氣開關等，由于海拔升高空氣密度降低，造成滅弧時間延長，觸頭易被燒損，使開關通斷能力下降，電壽命縮短。

（2）溫升增大：電器產品溫升隨大氣壓力降低而增加，高原低氣溫可部分或全部補償因低氣壓而造成的產品溫升問題。

（3）絕緣強度降低：海拔升高，空氣密度降低，介質絕緣強度降低，電器產品絕緣外表面及空氣隙之間擊穿電位降低。一般情況下，空氣絕緣強度隨海拔每升高100 m降低1%，在產品電氣間隙和絕緣距離不變的條件下，產品的額定絕緣電壓、介電強度、最大額定電壓或最高使用電壓均要降低。

（4）低氣壓對密封產品的影響：低氣壓對密封產品的影響主要是由于大氣壓的變化而形成壓差，壓差引起一個從高壓指向低壓的力，在該力的作用下，將發生氣體流動企圖來平衡該力，對于密封產品，其外殼承受該力可能使外殼產生變形，密封件破壞造成產品失效。

綜上所述，柴油發電機組電氣設備的最大工作電壓、額定工作電流、電氣氣隙選擇符合高原環境修正要求。

2.3.4防塵設計

針對高原邊坡請篩機用發電機組的使用環境特點，存在工作運行時因傳送帶、土方等因素，并綜合高原、戈壁地區存在干燥風沙多，空氣中含塵濃度大，且顆粒細小等特點，為確保發電機組在類似氣候條件下能正常工作，機組方案中重點以下幾方面進行防護設計。

（1）柴油機防塵設計

在該氣候條件下常期風沙不斷，大量細小顆粒進入空氣濾清器，造成濾芯的維護保養周期縮短，影響柴油機的動力性，縮短使用壽命，稍有疏忽就會損壞柴油機。一旦空氣濾清器堵塞嚴重，部分顆粒跟著進入柴油機，使柴油機缸套、活塞、活塞環磨耗加重，燒機油嚴重，造成柴油機功率下降，直接影響機組的不能正常工作。

針對沙塵大和過濾精度高的特點，為減少進氣阻力及防沙塵，柴油機應配置大流量、低阻力、自動排塵的高效沙漠型空氣濾清器。空濾器采用預濾器和精濾器的組合結構。預濾器部分采用旋流管技術，含塵空氣從入口進入，在導流葉片的作用下氣流產生旋轉，利用旋轉氣流的離心作用將氣流中的灰塵分離出來，旋轉氣流將絕大部分灰塵分離至旋流管的壁面，并沿著壁面從排塵口落到集塵室而分離，潔凈的氣體經中心排氣管進入精濾器室，達到凈化氣體的目的。

（2）發電機防塵設計

發電機在多沙塵、灰塵地區使用時，一旦細小沙塵顆粒進入發電機內部，影響發電機通風散熱，嚴重時沙塵顆粒摩擦發電機定子、轉子線圈，造成發電機線圈短路，發電機燒毀。發電機設計時在發電機的底部進風口、端部進風口、排風口位置設置不銹鋼濾網，防止沙塵顆粒進入發電機內部。

2.3.5防太陽輻射和紫外線設計

使用抗紫外線輻射的涂料，如采用聚氨酯丙烯酸涂料等；電纜、塑料和橡膠件等選用抗紫外線的產品，防止加速老化、變質現象發生。

3　結束語

本文通過對BS-1200型邊坡清篩機用電負荷進行統計，并根據計算進行柴油發電機組的功率選擇，同時根據高原運用的環境因素對柴油發電機組的適應性改進提出要求，以滿足高原邊坡車柴油發電機組在高原地區的正常運用。

［1］雍靜.供配電系統［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［2］中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊（第三版）［M］.北京：中國電力出版社，2005.

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［5］程曉青.高原低溫環境對工程機械的影響及對策措施［J］.青?？萍?，2002，9（4）:30-34.

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［7］葉志毅.DF7G型青藏鐵路調車機車電氣系統研究［J］.內燃機車，2006，（12）:11-15.

DieselGenerating SetSelection Calculation and Adaptive Improvement Measures for BS-1200 Shoulder Ballast Cleaner Used on the Plateau

WANG Zhi-jun1，HE Yan2
（1.Beijing Zhongche Locomotive Co.Ltd.Two Seven Mechanical Engineering Research and Development Center.Beijing 100072，China；2.Beijing Zhongche Locomotive Limited Company Energy Two Seven，Beijing 100072，China）

Diesel generating set is the main power supply of BS-1200 shoulder ballast cleaner，how to choose the right diesel generating set is one of the keys to successful use on the plateau for BS-1200 shoulder ballast cleaner. In this paper，based on BS-1200 shoulder ballast cleaner load statistics and plateau using drop work considering calculation，as the power selection of diesel generator set，and according to the plateau application characteristics，do some adaptive improvementmeasures，in order tomeet the operation requirements of the diesel generator set of the plateau environment.

shoulder ballast cleaner；plateau；diesel generator set；selection calculation；adaptive improvement measures

TM 314

A

1672-545X（2016）06-0091-04

2016-03-16

王志軍（1980-），男，山西陽高人，工程師，學士，主要從事鐵路工程機械電氣技術開發與研究。