新聞主題	模塊化柴油發(fā)電機(jī)組集裝箱體的定制要求

 

摘要：現(xiàn)代化高等級(jí)的大型數(shù)據(jù)中心，柴油發(fā)電機(jī)組意味著是最后一道用電保障，其在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用具有單機(jī)容量大、電壓等級(jí)高、臺(tái)數(shù)眾多的發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的柴油機(jī)房占地空間大，建筑規(guī)劃難度高的缺點(diǎn)，康明斯公司在本文中提出了室外型發(fā)電機(jī)組集裝箱的模塊化柴發(fā)的設(shè)計(jì)思路。集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組是一種新興的備用電源建設(shè)模式，將整個(gè)供電系統(tǒng)分為N+1若干個(gè)獨(dú)立集裝箱。各集裝箱內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)的規(guī)格型號(hào)、功率負(fù)載、配置等均按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。并且隨著電力需求的變化，可不斷增加模塊化集裝箱發(fā)電機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)。

 

一、集裝箱柴油發(fā)電機(jī)組的選用

 

      近年來，隨著客戶需求的不斷提高，對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房硬件方面的要求也越來越嚴(yán)格。其中，提供高度可靠的電力供應(yīng)，成為必備條件之一。為做到這一點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心通常都由兩路獨(dú)立市電供電，同時(shí)由UPS和柴油發(fā)電機(jī)組配合，為關(guān)鍵設(shè)備提供市電中斷時(shí)的備用電源。其中UPS依靠備用電池組提供短時(shí)斷電的后備保證，而較長時(shí)間的市電中斷，則依靠柴油發(fā)電機(jī)組來提供電源。因此，柴油發(fā)電機(jī)組的正確選用，對(duì)數(shù)據(jù)中心的高可用性至關(guān)重要。針對(duì)上述應(yīng)用特點(diǎn)，我們可以從設(shè)計(jì)階段開始，就做出針對(duì)性的安排，以在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，最大程度地提高其可靠性。

1、柴油發(fā)電機(jī)組額定容量的選擇

      在選擇柴油發(fā)電機(jī)組容量時(shí)，首先需要確定的問題是發(fā)電機(jī)組的功率定義。按照國標(biāo)GB/T2820(等效于ISO8528)，發(fā)電機(jī)組的功率定額分三種，即持續(xù)功率(COP)、基本功率(PRP)、限時(shí)運(yùn)行功率(LTP)以及應(yīng)急備用功率(ESP)。對(duì)集裝箱式數(shù)據(jù)中心來說，通常都有兩路市電供電，市電的可靠性非常高，所備柴油發(fā)電機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間不可能超過500h，因此，在確定發(fā)電機(jī)組功率定額時(shí)，應(yīng)按限時(shí)運(yùn)行功率來選擇。

     此外，由于空間有限，一般數(shù)據(jù)中心普遍采用室外集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源的方式的趨勢(shì)越來越明顯。其主要構(gòu)成分為柴油發(fā)電機(jī)組和集裝箱外罩，分別如圖1和圖2所示。

2、 UPS對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的影響

      柴油發(fā)電機(jī)組所帶負(fù)載中，如果非線性負(fù)載小于其額定功率的25%時(shí)，可以不必特別考慮其影響。而內(nèi)以數(shù)據(jù)中心內(nèi)以UPS為主的非線性負(fù)載，已經(jīng)占到了發(fā)電機(jī)組額定功率的40%甚至更高，因此在設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，必須充分考慮UPS的因素。UPS對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的影響主要體現(xiàn)在兩方面：

（1）諧波

      盡管現(xiàn)在的UPS在引入了輸入濾波器后，已經(jīng)很大程度上控制了諧波電流，但是在柴油發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，因其容量遠(yuǎn)小于市電，相對(duì)而言存在比較大的內(nèi)阻，當(dāng)UPS整流器的諧波電流注入到同步發(fā)電機(jī)定于繞組中時(shí)，會(huì)使交流輸出電壓產(chǎn)生畸變。這種畸變嚴(yán)重時(shí)就可能影響柴油發(fā)電機(jī)組本身，如調(diào)壓系統(tǒng)和/或控制系統(tǒng)的正常工作、定子線圈的過熱等，也可能影響其后續(xù)設(shè)備如UPS的正常工作。

      解決方案除了選用輸入諧波電流小的UPS(如12脈沖整流或高頻整流)外，在發(fā)電機(jī)組的選擇上，可采取的相應(yīng)措施包括：

① 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用永磁勵(lì)磁，以保證調(diào)壓器供電的穩(wěn)定。采用永磁勵(lì)磁，保證了調(diào)壓器的電源與發(fā)電機(jī)負(fù)載無關(guān)，可以有效地避免因諧波電流對(duì)主磁場(chǎng)的擾動(dòng)而對(duì)調(diào)壓器的電源供應(yīng)產(chǎn)生的不利影響。

② 調(diào)壓器必須采用三相均方根(RMS)檢測(cè)輸出電壓，必要時(shí)檢測(cè)回路加隔離變壓器或低通濾波器。由于諧波電流的存在，很顯然單相檢測(cè)可能導(dǎo)致調(diào)壓器誤調(diào)節(jié)。均方根(RMS)值也叫有效值，采用RMS檢測(cè)，能有效地反應(yīng)出總電流的發(fā)熱能力，比其他檢測(cè)方式如平均值等檢測(cè)，能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)實(shí)際電流的效果。

③ 增大發(fā)電機(jī)容量。這是一種目前廣泛采用的行之有效的解決柴油發(fā)電機(jī)組與UPS兼容問題的方法。增大容量的實(shí)質(zhì)，是通過降低發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻，從而弱化諧波電流的不利影響。注意由于負(fù)載的有功功率并不增大，因此柴油機(jī)功率并不需要放大，而僅選用較大容量的發(fā)電機(jī)，即俗稱的“小馬拉大車”方式。

（2）容性負(fù)載輸入特性

      隨著輸入濾波器的應(yīng)用，UPS輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流失真度(THDD降低，這是一個(gè)很好的改進(jìn)。但是，這種UPS在空載或輕載的時(shí)候，輸入特性呈容性負(fù)載，且功率因數(shù)非常低，甚至接近于理想的容性負(fù)載負(fù)載，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可能會(huì)產(chǎn)生問題。

      盡管這種因UPS空載或低載時(shí)的容性負(fù)載特性而產(chǎn)生的問題并不必然發(fā)生，在設(shè)計(jì)時(shí)仍應(yīng)盡可能的避免這種情況的發(fā)生。首先是在UPS的容量及使用方式選擇上，應(yīng)盡量避免使其工作在空載或低載狀態(tài)；其次，在發(fā)電機(jī)組投入使用時(shí)，應(yīng)考慮優(yōu)先投入感性負(fù)載，如空調(diào)等，由于UPS可由蓄電池維持一段時(shí)間，這一點(diǎn)并不難做到。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組主件構(gòu)成圖

圖2  柴油發(fā)電機(jī)組集裝箱剖視圖

 

二、集裝箱型柴發(fā)機(jī)組基本要求

 

      按照功能劃分，集裝箱發(fā)電站可以根據(jù)用戶要求添加的配置，大體可以分為柴油發(fā)電機(jī)組、油箱、控制系統(tǒng)、消音系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等。不同的系統(tǒng)，讓康明斯公司在面對(duì)客戶的不同需求時(shí)，可以游刃有余地給出不同的裝配方案。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

1、柴發(fā)箱體的尺寸

（1）根據(jù)ISO668《系列1特種箱——類型、外部尺寸和額定值》可分為10’；20’；30’；40’標(biāo)箱；同時(shí)對(duì)于不同發(fā)電機(jī)組的要求，結(jié)合公路，海運(yùn)，鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，也可做成其它非標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸規(guī)格的尺寸，如24’；43’；45’；48’；53’等。

（2）在柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體的定制過程中，需要特別申明的是，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)模塊化柴發(fā)能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能是非常重要的，必須嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際承載的柴油發(fā)電機(jī)組動(dòng)載荷以及各產(chǎn)品組合的綜合特性進(jìn)行優(yōu)化、量身訂造，才能滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)模塊化柴發(fā)可靠性、安全性、快速反應(yīng)能力的需求。

（3）任何基于標(biāo)準(zhǔn)物流箱體基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)改造，都會(huì)造成系統(tǒng)可靠性的降低以及后期運(yùn)維隱患，是不能被接受的。

 2、柴發(fā)箱體的材質(zhì)

（1）箱體的承重件

      選用Q345或16Mn等更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)件；對(duì)于箱體表面材料，選用B480(Cortena)耐腐蝕的全新板材，從原材料方面控制表面質(zhì)量。

（2）箱體的表面油漆

      選用耐鹽堿的油漆同時(shí)適合于洗滌劑清理的聚胺脂雙組份油漆；同時(shí)為了保證表面的美觀性，選用高光、淡基色的油漆，其保光性及保色性能好，同時(shí)對(duì)于油漆的施工工藝要求為雙層涂料高溫一次成型，環(huán)境溫度較高地區(qū)推薦使用防輻射等級(jí)95%以上的防紫外線涂料。

（3）箱體的內(nèi)外部配件及活動(dòng)件部分

      如防濺罩、消聲器外包裹、進(jìn)排風(fēng)百葉、鉸鏈、螺栓等五金件選擇防腐蝕的配件，一般為SUS316的配件，同時(shí)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)，不銹鋼的等級(jí)可以按需配置。

3、預(yù)制門窗和預(yù)留口

（1）柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體的兩側(cè)均需設(shè)置方便維護(hù)檢修的門，預(yù)留電力輸出等的線纜通道。外部最基本需要預(yù)制、預(yù)留的通道為：進(jìn)排風(fēng)消音室檢修口，排煙消聲器出口、日用油箱的進(jìn)回油通道、集裝箱箱體內(nèi)的排污口、柴油發(fā)電機(jī)組的入水排水口、機(jī)油排放口、急停開關(guān)口、自帶爬梯凹口、消防管道接口以及可以在室外觀察到發(fā)電機(jī)組控制屏運(yùn)行狀態(tài)的透明窗口等等。

（2）所有箱體開口位置，均需要在主體框架施工時(shí)一次成型（電氣接口需考慮防濺罩的設(shè)計(jì)），且預(yù)制有與主框架聯(lián)接的獨(dú)立鋼結(jié)構(gòu)支撐，保證箱體持久不變形。

（3）注意沒有使用的預(yù)留口要用堵頭等器件封堵起來，防止小動(dòng)物進(jìn)入箱體。

 

圖3  集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)部示意圖（1）

圖4  集裝箱式柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)部示意圖（2）

 

三、柴發(fā)機(jī)組外罩箱體制作過程

      眾所周知，集裝箱電站的出現(xiàn)是為了戶外場(chǎng)所使用所服務(wù)的，風(fēng)沙雨雪具有較高的酸堿性，長期在此作業(yè)的金屬表面及易產(chǎn)生銹蝕，結(jié)合實(shí)際柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體可能出現(xiàn)的各種極端環(huán)境，我們的柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體表面以此為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行表面處理。表面處理流程如下：

      原材料的表面打砂處理→原材料下料→根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行焊接組框→框架部分的強(qiáng)度方面試驗(yàn)論證(樣箱)→部件的二次打砂→表面油漆的處理（分內(nèi)，外表面）→箱內(nèi)的隔音裝配→箱內(nèi)外配件的裝配→箱外的油漆修補(bǔ)→箱體外部的標(biāo)貼粘貼→箱體整箱淋雨測(cè)試→箱內(nèi)發(fā)電機(jī)組及配件的安裝→合格出貨

1、原材料表面的打砂處理

      對(duì)于原材料打砂，需要滿足原材料表面的粗糙度、板材表面的潔凈度及打砂密度。

（1）原材料表面的粗糙度：

      將板材表面打毛，使油漆噴涂后復(fù)蓋在板材表面，增加油漆的附著力，使油漆不易脫落，一般要求表面粗糙度為45-65u；粗糙度測(cè)量用微分深度測(cè)量?jī)x。

（2）板材表面的潔凈度：

      保證板材表面的清潔，以保證油漆的質(zhì)量；經(jīng)過表面打砂的板材需達(dá)到ISO 8501-1 Sa2.5。

（3）打砂密度：

      保證油漆表在販附著力，一般要求不低于80%，檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)比表。原材料打砂的目的是去除原材料表面的銹蝕，清理原材料的表面，使其潔凈。

2、原材料下料，焊接

      根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行下料焊接；具體的制作成品后的尺寸要求必須符合GB985《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》；GB/ZQ3680《焊縫外觀質(zhì)量》；ISO668《系列1集裝箱——類型、外部尺寸和額定值》。

3、框架部分的強(qiáng)度方面試驗(yàn)論證

      其主要是模擬柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體在海運(yùn)；鐵路運(yùn)輸及車運(yùn)輸過程的具體情況，進(jìn)行的強(qiáng)度方面的論證，具體要求參照ISO1496-1《系列1集裝箱— 技術(shù)條件與試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)試。（附表5 系列一集裝箱測(cè)試的方法）對(duì)柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體而言，需要通過海運(yùn)運(yùn)輸，必須通過船級(jí)社對(duì)整套箱體進(jìn)行論證合格后才可以進(jìn)行交易及運(yùn)輸，對(duì)于內(nèi)陸運(yùn)輸，沒有明確強(qiáng)制要求，但對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體的可靠性以及安全性來說，必要的強(qiáng)度方面的測(cè)試環(huán)節(jié)還是必須的，下面就CSC國際船級(jí)社認(rèn)證的試驗(yàn)方面及其所測(cè)試的內(nèi)容進(jìn)行解釋如下：

（1）堆碼試驗(yàn)：

      主要為測(cè)試集裝箱箱體上部可以容納多少的重量，即箱子上面還可以堆放幾層，主要是考慮角柱的強(qiáng)度，一般設(shè)計(jì)按上部可以堆放9層進(jìn)行設(shè)計(jì)，即箱子上部還可以堆放8個(gè)重箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）頂?shù)踉囼?yàn)：

      主要為測(cè)試集裝箱頂部角件與角柱的強(qiáng)度，模擬箱子起吊，確保其起吊安全。

（3）底吊試驗(yàn)：

      主要為測(cè)試集裝箱底部角件與箱子框架的強(qiáng)度，模擬箱子底部用角件作為支承，整體箱子的強(qiáng)度要求，確保箱子以4個(gè)角件支承時(shí)，箱子使用安全。

（4）側(cè)壁，端壁試驗(yàn)：

      測(cè)試墻板的強(qiáng)度，防止貨物在運(yùn)輸過程中傾斜，貨物碰到側(cè)板，同時(shí)防止惡劣天氣情況下，雨雪拍打墻板時(shí)保證其安全。

（5）縱向和橫向鋼性試驗(yàn)：

      測(cè)試底角件及底架的強(qiáng)度，主要是模擬箱子在海上運(yùn)輸時(shí)，船在高浪的情況下，保證箱子可以與船固定一體，且安全的運(yùn)輸。

（6）縱向和橫向栓固試驗(yàn)：

      測(cè)試底角件及底架的強(qiáng)度，主要是模擬汽運(yùn)的條件，在急剎車或急轉(zhuǎn)彎時(shí)，保證箱子可以在底角件鎖止的情況下，保證箱子不沖出或傾倒下車子。

（7）叉舉試驗(yàn)：

      測(cè)試底架叉車槽的強(qiáng)度，主要是針對(duì)有叉車的箱子，在重箱情況下用叉車裝卸，保證其裝卸安全。

（8）抓吊試驗(yàn)：

      測(cè)試底架有抓槽的強(qiáng)度，主要是針對(duì)有抓叉的箱子，在重箱情況下用抓槽裝卸，保證其裝卸安全。

（9）箱頂試驗(yàn)：

      測(cè)試頂板的強(qiáng)度，保證作業(yè)人員在頂部作業(yè)時(shí)保證作業(yè)人員的安全。

（10）爬梯強(qiáng)度測(cè)試：

      確認(rèn)梯子的強(qiáng)度，保證作業(yè)人員在上下梯子時(shí)保證其作業(yè)安全。

      試驗(yàn)過程中，箱子的彈性變形及試驗(yàn)后箱子永久變形必須在要求范圍以內(nèi)。

4、集裝箱體的二次打砂

      柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體的二次打砂主要是針對(duì)后繼焊接的焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行噴砂表面除焊接的氧化皮，焊煙等雜質(zhì)，使表面符合噴漆前的要求。（具體要求同一次打砂要求）。

5、集裝箱體表面的油漆處理

① 目的：

      進(jìn)行板材表面的防銹處理，防止箱體表面生銹面影響到箱體表面的美觀。常規(guī)的符合柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體要求的油漆配比：富鋅底漆：35u+環(huán)氧中層漆45u+聚胺脂面漆40u=120u；具體的油漆的要求可以根據(jù)客戶要求與油漆供應(yīng)商討論油漆的具體配比，另外為了保證箱體表面的美觀及光感性，相對(duì)面漆要求可以加厚處理。

② 油漆施工要求：

      箱體油漆的施工必要條件是需要在相對(duì)封閉的空間內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)部需要有足夠的照明設(shè)施；進(jìn)出風(fēng)送抽風(fēng)裝置以及暖風(fēng)加熱，施工房體內(nèi)同時(shí)箱體油漆需要在6小時(shí)之內(nèi)的時(shí)間完成，這在具體工廠施工方面都有相對(duì)應(yīng)的操作工藝。

6、制造工藝影響因素

      發(fā)電機(jī)組外罩一般采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱進(jìn)行改造，其半成品外觀如圖5所示，成品后外觀如圖6所示。影響到柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體表面質(zhì)量主要問題如下：

（1）箱體表面的工藝質(zhì)量：

      箱體表面的做工質(zhì)量需要在箱體制作過程中進(jìn)行控制，這一點(diǎn)我們需要在制作過程中進(jìn)行有效的控制。

（2）控制箱體表面不被銹蝕方案：

      此點(diǎn)對(duì)于箱子的表面處理工作尤其重要，一方面需要合理的選材，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體的使用環(huán)境，結(jié)合柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，首先需要考慮柴油發(fā)電機(jī)集裝箱箱體表面的油漆；根據(jù)具體箱型布置的特點(diǎn)，對(duì)于箱體外部易進(jìn)水部份選用不銹鋼材料進(jìn)行焊接；對(duì)于箱體常拆裝五金件，采用SUS316的材質(zhì)，以保證表面不因銹蝕而影響表面質(zhì)量。

（3）方便處理箱體表面污漬：

      這就需要在選擇油漆進(jìn)注意此點(diǎn)，需要選用方便清理的油漆。

 

圖5  集裝箱改裝焊接軸測(cè)圖（半成品）

圖6  集裝箱改裝焊接軸測(cè)圖（成品）

 

總結(jié)：

      以上所述，就是康明斯公司制作的集裝箱發(fā)電站的方法和選型要求。除了可以在發(fā)電機(jī)組集裝箱內(nèi)部安裝安保消防預(yù)警裝置、液體泄露檢測(cè)裝置、防火閥、氣溶膠自動(dòng)滅火裝置等全套消防裝置，組成完整的消防系統(tǒng)，從預(yù)警到滅火都可以自動(dòng)完成，將客戶損失降到最低。此外，客戶還可以選擇為集裝箱外部增加防火層，進(jìn)一步增強(qiáng)集裝箱的防火能力。如果您對(duì)集裝箱柴油發(fā)電機(jī)組的裝備方案有任何疑問或者需求，請(qǐng)隨時(shí)聯(lián)系康明斯銷售部門，康明斯公司將為您提供專業(yè)的咨詢和服務(wù)。

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