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柴油发电机的工作原理 工作原理 一、柴油发电机组生成机理： 柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机，是以电磁感应为基础的旋转式机械。根据其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 柴油发电机组工作结构图 二、交流发电机生成机理 以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。 旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同，都是电磁感应现象。而主要区别有两点： （1）产生感应电流的方式：旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化，从而产生感应电流；旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线，从而在定子线圈中产生感应电流。 （2）电力输出方式：旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电；而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路，因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压，适用于大型发电机。 1、电动势的产生 ● 当导体切割磁场的磁力线时，会在导体中产生感应电动势。 ● 线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端分别固定在同一转轴上的滑环1和2上，两者同轴旋转，且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。 ● 当电枢沿顺时针方向旋转，ab边处于N极下时、山边的感应电动势方向为由c至d，并设此时电动势方向为正方向;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下，cd边处于N极下，此时ab和cd边中的电动势均改变方向，显然此时电动势为负值。 由上述过程可知，对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周，在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布，则可产生正弦交流电动势。而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。 2、电动势的大小 根据电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——导体在磁场中的有效长度； ● V——导体垂直于磁场方向的运动速度。 而正弦交流电动势的有效值E计算： E=Kn ● 式中n——发电机转速； ● K——发电机的结构常数。 同步交流发电机制成后，其结构常数K已成定值。因此，可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的高傲。但是，通常情况下要求电动势的频率f恒定，而频率f与转速n成正比，所以发电机的转速是不能随便调整的。因此，主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小，达到调整其输出电压的目的。 3、电动势的频率 ● 当发电机磁极对数一定时(如P=1)，其转子每旋转一周，电枢绕组可产生一个周波的交流电动势。转子旋转两周，产生两个周波的交流电动势，苦转子每秒旋转n/60周，则产生n/60周/s的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f与发电机转速n成正比。 ● 当发电机的转速一定时(如n=1周/s)，磁极对数P=1，转子每旋转一周产生一个周波的交流电动势。磁极对数P=2，转子每旋转一周产生两个周波的交流电动势。若为P对磁极，转子每旋转一周产生P个周波的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f还与磁极对数P成正比。 综上所述，同步交流发电机电动势的频率f与其转速n 和磁极对数P成正比，因此f的计算公式为： F=P*n/60 (周/s) 改变同步交流发电机的转速n或磁极对数P,均可改变其频率f。但是，发电机制成后，其磁极对数P是不能改变的因此,只能通过改变转速n来调整频率f。一旦频率f达到额定值后，就不能再随便改变转速n。 4、改善电动势波形的措施 根据要求，同步交流发电机输出电压应为正弦波。但是，由于发电机定子铁芯结构、磁极结构、电枢绕组结构、三相发电机电枢绕组的连接形式等因素的影响，电动势的波形会产生畸变，形成非正弦交流电动势。 非正弦交流电动势中除含有基波分量外，还含有频率不同的许多高次谐波分量。不仅严重影响发电机的性能和工况，还影响用电设备的正常工作。因此，在设计、生产同步交流发电机时，采取了诸多方法，改善电动势波形，使其成为正弦波。其具体方法有：改善磁极形状、采用斜槽定子、改善定子绕组结构和三相发电机采用星形接法。 （1）改善磁极形状：磁极的分布规律由磁极的形状决定，将磁极尖削尖或采用扭斜磁极，使磁通密度B近似按正弦规律分布，进而使电动势成为正弦波； （2）采用斜槽定子：将定子铁芯扭斜一个槽距的位置，使其成为斜糟定子，无论转子旋转至何种位置，磁极端画所覆盖的铁芯齿面积始终保持不变，这样可齿谐波的影响； （3）改善定子绕组结构：同步交流发电机通常采用短距分布式绕组结构，可或削弱许多高次谐波分量，使电动势接近于正弦波； （4）三相发电机采用星形接法：三相同步发电机的三相电枢绕组采用星形接法，其线电压中将不再含有三次及三的整倍数次谐波分量·改善线电压的波形。 5、同步交流发电机励磁方式 发电机励磁功率的产生方式，称为其励磁方式。同步交流发电机的励磁方式有他励式和自励式两种。 （1）他励式：励磁功率由本身以外的其他电源供给，这种发电机称为:他励式发电机。根据获得励磁功率形式的不同，他励式交流发电机又有采用血流励磁机励磁和采用无刷交流励磁机励磁之分。其中、采用直流励磁机励磁是靠同轴转动的并励直流发电机供给励磁功率的；采用无刷交流励磁机励磁是由同轴转动的交流励磁发电机供给励磁功率的。 （2）自励式：励磁功率由本身供给的发电机称为自励式发电机。其励磁功率一般由以下三种方法获得：直接从同步交流发电机输出端取得，由安装在同步交流发电机的定子槽中的副绕组供给；发电机电枢绕组为带抽头式的，由抽头处引出部分电枢绕组供给。 综上所述，无论是他励式同步交流发电机，还是自励式同步交流发电机，改变励磁电流的大小，均可调整发电机的输出电压。

柴油发电机曲轴裂纹和变形的检验方法 柴油发电机在工作中，曲轴由于受力和工作条件复杂，各摩擦表面滑动速度很高，散热条件又差，因此，曲轴不仅轴颈容易磨损，而且还会出现弯曲和扭曲变形，甚至产生裂纹或折断等。所以在解体清洗后，应进行仔细检查，根据查出的损伤部位和损伤程度，采取相应的修理方式。 1、 曲轴轴颈磨损的检验与处理方法 磨损部位。曲轴的主轴颈和连杆轴颈在工作中不可避免地要产生磨损，而且磨损是不均匀的，其主要表现为轴颈出现圆度、圆柱度超过标准值和拉伤。连杆轴颈磨损的 部位，一般在各轴颈的内侧面上，即靠曲轴中心线一侧，使轴颈失圆；而磨损成锥形的部位，一般在润滑油道杂质附着的一侧和受力大的部位上。曲轴主轴颈 _的磨损部位，按发动机的强化程度、气缸数、曲轴长度和平衡块的配重不同而各异，而且相对于连杆轴颈磨损要均匀些。实践表明，连杆轴颈的磨损比主轴颈磨损要快，但是，主轴颈磨损比连杆轴颈磨损所造成的后果要严重。 检验与处理方法：根据各轴颈磨损规律查找出磨损部位，可用外径测微器测量其圆度和圆柱度以便确定曲轴的修理级别和磨削尺寸。其具体方法是；先在润滑油道孔两侧测量，再转90°测量，其测量的 值与小值之差值即为轴颈的圆柱度。在轴颈纵向测量出的 值与小值之差，即为轴颈的圆柱度。当轴颈圆度大于0.050mm，锥度大于0.013mm，或者发现轴颈有拉伤、烧蚀等损伤时，都应进行修理。轴颈磨损量超过极限需要修理时，应从磨损 的的轴颈开始，按曲轴分级修理尺寸（每级相差0.25mm），在专用的曲轴磨床上进行磨削，并进行抛光处理。修磨后要求轴颈圆度不得大于0.005mm，锥度不得大于0.005mm，表面粗糙度Ra不得大于0.80~0.40um,各轴颈的径向跳动不大于0.05mm，否则，为不合格。 2、曲轴裂纹的检验与处理方法 裂纹多发部位“曲轴的疲劳裂纹多发生于轴颈与曲柄臂相连的过渡圆角处以及轴颈中间油孔处。前一种裂纹为横向裂纹，是曲轴断裂的先兆，即从出现微细裂纹，逐渐延伸， 在特定条件下发生断裂，后一种裂纹为纵向裂纹，由油孔处往轴向展开。 检验与处理方法：曲轴裂纹微细，用肉眼不易看出，可用磁力探伤仪进行检查。在条件不具备的情况下，简易的检查方法是浸油锤击法：先将曲轴浸入煤油中片刻，取出擦净后，撒上 ，然后用手锤分段在曲轴臂上敲击，由于震动，裂纹内的煤油渗出，使 显出油迹呈现黄色线痕，据此即可判定裂纹位置和长度。 轴颈有横向裂纹的曲轴，不宜继续使用，但是，横向裂纹细小，经磨削后在修理尺寸范围内能的，尚可使用，否则，必须予以更换，轴颈有纵向裂纹，也应磨削，在磨削条件不具备的情况下曲轴继续使用的原则是：裂纹未过两端圆角处或油孔边缘处时，尚可继续使用，但不可在超负荷下工作，不能猛轰油门，并在使用中加强检查，以防裂纹延伸而折断。 3、曲轴变形的检验与处理方法 曲轴变形是指曲轴弯曲和扭转。曲轴弯曲变形反映较明显的部位是中间主轴颈处。曲轴弯曲变形后若继续使用，将加速曲轴连杆机构的磨损，甚至使曲轴产生裂纹和断裂。因此，在发动机修理中，必须对此进行检验。检验时，应将曲轴两端支撑在平台上的V_形架上，用百分表触头抵在中间主轴颈避开油孔处，慢慢转动曲轴一周，观察百分表上所指的 数值与小数值，两值之差的二分之一即为曲轴的直线度。若曲轴有偏磨时，应减去偏磨量。直线度在0.05~0.10mm范围内时，可结合轴颈磨削矫正。 曲轴扭转角的检验方法是：将曲轴水平支撑在平台上，使同位连杆两轴颈位于上止点（如六缸曲轴的1、6缸连杆轴颈，四缸曲轴的1、4缸连杆轴颈），再用百表测量前、后两连杆轴颈在其 点的高度差，差值越大，说明扭转角越大。 曲轴的主要损伤是轴劲磨损、曲轴裂纹和断裂。 裂纹从油孔处产生，沿与轴线成45°～55°方向发展，造成主轴劲与连杆劲断裂；裂纹由圆角处产生，向曲柄臂发展造成曲柄臂断裂，常发生在曲轴全长2/3的部位上。除上述以外，曲柄还会产生弯曲和扭曲变形。 4、用磁力探伤器检查曲轴是否有裂纹和损伤 经磁力探伤器检查，曲轴油下列情况就不能继续使用： 1）在曲轴的圆角处或图所示的应去有损伤。 2）在45°的交叉线跨越油孔处或进入有孔的倒角处有裂纹或损伤。 3）出现长达6mm以上的裂纹。 4）在一个轴劲上有多余4处以上的裂纹。 表层下部的显示欠款如图所示，若有下列欠款曲轴就不能使用。 1）在曲轴圆角处或在图的阴影区域内有圆周方向的裂纹与损坏。 2）在圆周方向有长达25mm以上的裂纹。 3）在轴线方向有长达9.5mm的裂纹。 4）有在离有孔倒角距离近于1.5mm的裂纹。 5）有45°的交叉线跨越油孔的裂纹。 请注意：经磁力探伤的曲轴，必须完全地退磁和池底地清洗，才能使用。 5、曲轴磨损部位的测量 测量曲轴主轴轴颈和连杆轴颈的圆度误差和圆柱误差。如果圆度误差大于0.05mm或圆柱度误差大于0.013mm，则需要磨削曲轴轴颈。 6、曲轴弯曲度的测量 曲轴弯曲度是指：当曲轴用其两端轴劲支撑时，在中间主轴劲所测得的千分表总读数的一半就是弯曲度或全长的不同心度。 轴颈的跳动量是指：当主轴劲沿着一个共同的轴线转动时，一个主轴机的千分表总读数和另一个相邻的轴颈的千分表总读数之间的差值，即为相邻轴颈的跳动量。 弯曲量得测量：将曲轴的两端轴颈支撑在V形铁上，如图2-76所示，将千分表的量杆放在轴颈中心线处，并使触头触到被测轴劲，转动曲轴，测量每个轴颈，并作记录，把所测中间主轴劲的千分表读数除以2，即为弯曲度。曲轴 弯曲度：K38型柴油机为0.267mm；K50型柴油机为0.356mm。 7、曲轴的修理 1）清洗曲轴中的油道。其方法是：卸下所有孔塞；用一根钎子和擦布及清洗溶液清洗所以曲轴中的油道；用清洁的SAE20或30W号机油润滑油孔，装回孔塞。 2）曲轴轴颈磨损后，可用磨削方法修理。 磨曲轴时，在曲轴前端的曲臂上打记号以标明需安装的主轴瓦或连杆轴瓦的准确尺寸，在后端的曲柄臂上打上需装加厚止推环的尺寸和位置。 在磨削曲轴前，检查它的弯曲度是否在规定的范围内，如果不在规定的范围内，就必须报废。对不进行圆角出来的曲轴，则可以进行较直。