内燃机在高原地区的使用与探讨

内燃机在高原地区的使用与探讨
摘要：我国地域辽阔，高海拔(海拔1000m以上)地区所占面积的比例较大。

随着我国经济的不断增长，国力日益增强。

高海拔地区的经济建设规模不断扩大。

高
海拔地区的开发离不开电力供应，而电网的供给在开发的初期又不能及。

因而，
只能依赖内燃机电站。

基于此，本文主要对内燃机在高原地区的使用进行分析探讨。

关键词：内燃机；高原地区；使用
1、前言
在我国西部地区均平海拔高在1000m以上。

随着我国经济的发展，国力日益
增强，经济建设规模不断扩大，探索新能源新领域的需求也在增加。

因此开发探
索高原地区的快速发展，促进该地区的经济繁荣，储备必要条件。

2、高海拔对内燃机电站的影响
高海拔地区因环境因素诱发内燃机故障率占比例较高，就环境而言，气侯变
幻无常，一天内可遇四季，有时要经历风、雨、雪、冰雹等气侯现象，低温天气，紫外线强度高时间较长，昼夜温差大，日光照时间长，空气干燥，空气密底低，
空气稀薄，上述因素对内燃机功率产生较大影响
2.1内燃机功率下降与燃油消耗的增加。

内燃机的燃油消耗和额定功率是在标准大气压条件通过测试，确定的技术参数，该参数不包括内燃机在高海拔地区条
件下功率输出和使用。

由于出现随海拔高的增加大气压力反而下降的现象，它将
直接导致发动机燃烧不良、功率下降，燃耗增加，自然就影响到内燃机功率的发
挥及使用效能，增加使用成本。

2.2内燃机热转换性能下降。

内燃机在高海拔、低气温等恶劣气候条件下工作，热转换性能受到影响，燃料燃烧不完全，从而影响功率的发挥及发动机的散热。

因为发动机的散热是依靠空气做媒介传播出去的，在高原地区由于空气密度小，
在日照气温高的条件下不利于散热，因此使发动机的散热性能下降;另外导致气缸体、散热片、散热器等部件接触空气中的分子机会减少，机体表面的热量难以带走，导致发动机过热、温度升高等现象。

出现这种情况会导致发动机运动部件，
因散热不良造成局部润滑不到位，使机构、部件产生半干摩擦，损坏部件或增加
运动阻力，增加耗油量或造成故障，影响正常使用。

2.3内燃机在高海拔地区启动困难。

在高海拔条件下，因空气密度小，大气压力低造成发动机内外压差增大，密封性差是造成启动困难的主要原因之一。

2.4散热性能下降。

电站部件的散热冷却有些是利用空气的自然对流实现的,
而有些则需对空气实施强制对流才能实现。

因此,空气的密度和散热的好坏有着直
接的关系。

而作为冷却介质空气,其密度随海拔高度的增高而变稀,那么电站的散
热性能也就随之下降。

3、高原用电站的配套选型
针对高海拔对电站的影响因素，电站的配套选型应注意以下几点。

3.1发动机选型。

(1)就电站功率下降和燃油消耗率增加而言,为了满足用户的
功率使用要求,还要让发电机充分发挥其潜能,对柴油机,首先应考虑使用废气涡轮
增压柴油机。

因为,增压柴油机的功率随海拔高度的增高而降低的幅度较非增压柴
油机略低。

对汽油机则选用高压缩比及汽化喉管和量孔可调的机型。

这样发动机
的功率和燃油消耗率就可以得到补偿;(2)对中、小功率电站,尤其是军用电站,可采
用风冷机。

风冷机的环境适应性好、维修较为方便、启动性好、暖机时间短,在环
境温度较低的情况下便于电站启动后在短时间内带规定负载;(3)在选择使用水冷发动机时,为了使发动机冷却系统正常工作,不至于使发动机因散热不良而出现故障,
水箱盖的选用要给予重视。

图(1a)和图(1b)是带有“空气——蒸汽阀的水箱盖”的工
作原理图。

闭式强制循环水冷却系统是一个封闭的系统,系统的蒸汽压力提高,就
可以提高冷却水的沸点,这样可使冷却水温和外界气温温差加大,因而,冷却系统的
散热能力便可提高。

图1带空气———蒸汽阀的水箱盖
1.蒸汽阀,
2.空气阀,
3.蒸汽阀弹簧,
4.泄气管.
在图(1a)和图(1b)中，当冷却系统内蒸汽压力低于10～12kPa时，在压差的作
用下，空气阀2克服弹簧预紧力开启。

空气从泄气管4经空气阀2进入上水箱，
使冷却系的压力升高。

反之，当冷却系统内蒸汽压力超过大气压20～30kPa时，
蒸汽阀1开启，从泄气管4放出部分蒸汽，使冷却系内的压力下降。

因而，低海
拔用发动机在高原使用时，水箱内外的压差很容易达到20～30kPa，这样就会使
蒸汽阀1基本处于常开状态，造成水箱内外压力一致，冷却系统由闭式循环变为
开式循环，冷却水的沸点随之下降，冷却系容易开锅，水蒸汽增多，冷却系内容
易形成汽阻，造成循环不畅，最终导致冷却系内外温差降低，使水箱散热能力下降，进而使发动机过热。

为了提高冷却水的沸点，就要选择预紧力合适的空气阀，使冷却水的沸点提高到108℃左右。

这样发动机的散热性能就可以提高。

3.2发电机选型
发电机输出额定功率采用的标准条件是:
———冷却空气温度:<313K(40℃);
———冷却器进口处的冷却液温度:<298K(25℃);
———海拔高度:≤1000m。

从以上标准条件可以看出，当海拔高度超过1000m时发电机就不能以额定功
率使用。

试验经验表明:保持额定功率不变的发电机的温升随海拔高度的增高而升高。

因而，发电机的选型应结合发动机的标准基准条件进行。

匹配后的电站在高
原使用时，再对其进行功率修正。

试验表明，这样修正功率后的发电机温升随海
拔高度增高的变化不大。

但军用电站的匹配比都通常要求很大，通常要求发动机(马力)与发电机(千瓦)之比为2∶1，该要求的目的就是要电站在高海拔条件下发
出额定功率而无需修正，那么这种类型的电站就会出现发电机温升升高现象。

因此，按该比例匹配电站，对发电机的选型应尤其注意。

针对高海拔影响电站的其
余因素，在电站配套选型时，应尽量予以考虑。

4、内燃机在高海拔地区使用试验效果
在高海拔地区，空气密度小。

对内燃机在海拔3000m以上工作时，开展了四
种情况的分析试验(其他因素暂不做考虑)。

第一种情况是在未对供油系统等做出
调整的情况进行测试，结果发现气缸、排气管道内产生大量积、严重时，影响启动。

功率明显下降，甚至造成活塞环粘连失去功能等现象，再加上负载后排气烟
雾颗粒大并呈浓黑色耗油量增加。

第二种测试情况是将供油量下调10%发动机工
作情况有所好转，以上现象有所减轻。

第三种测试情况将发动机供油量在下调10%的情况下再下调10%，即下调20%在加上负载后上述现象有较大的改观。

第四种
测试情况是将发动机供油量在下调20%的情况下再下调10%即下调到30%再加上
负载后上述现象均未明显出现，功率输出基本正常，对施工作业未受到严重影响。

由此得出一个验证，在海拨1000m以上作业时需将发动机的燃油供给量下调10%，
在2000m以上作业时将燃油供给量下调20%，在3000m以上作业时将燃油供给
量下调30%。

能获得良好的动力性能，确保作业不受大的影响，在有条件情况下，长期在高原地区作业要建立机电设备简易活动机房，防止风沙、雨水等浸蚀，影
响发动机的正常使用。

5、结语
随着国民经济的发展，高原地区越来越被人们所关注，成为经济发展的重要
舞台。

在设计或使用发动机及配套机电设备时应充分考虑高原地区的这些因素，
使机电设备在使用时能发挥出更大的经济效益，为国民经济的发展提供更加有效
的手段。

参考文献
[1]肖勇，李冬杨.柴油发电机组控制系统的模块设计[J].移动电源与车辆，2003，(3):
[2]GB/T2820.1～4-2000，往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分:用途、定额
和性能[S].。