发电机组设计手册全面.docx
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发电机组设计手册全面
一、概述
1、本设计手册范围
本手册适用于沃尔奔达（VeryPower）柴油发电机组的安装指南。
在设计和安装柴油发电机组之前，请仔细阅读本手册，详细了解设备情况，只有正确的安装并维护保养设备，才能够保证设备安全有效地运转。
机组运行的故障和意外伤害，多数情况是由于没有遵循设备的安装规范而产生的。
本手册的内容包括机组的选型、基础设计、排风和冷却系统、燃油系统、启动系统、电气系统、噪声控制系统、机房尺寸建议及相关法律法规。
本手册内容编入环保安装，符合国家环境法规要求。
2、安装规范
业主在购买、安装沃尔奔达柴油发电机组前应该注意：
2.1机房建筑应获得批准；
2.2机组的功率符合环保要求；
2.3对以下方面做出控制，符合相应规范：
机房燃油符合消防规范（GB50045-95）
机组噪声符合《环境噪声标准》（GB3096-2008）
尾气排放符合《大气污染物排放标准》（DB44-27-2001）
电气安装符合《国家电气安装规范》（GB50055-93/JGT16-92）
二、发电机组选型
1、概述
柴油发电机组一般分为主用和备用。
为了缓解全国用电紧张状况，一些工厂及生产企业将柴油发电机组作为主用电源，以应对电力系统停电或错峰供电等电力供应紧张时的电力需求。
在电力资源相对充足的情况下柴油发电机组一般作为备用电源。
2、机组功率选择
2.1功率的定义和匹配
沃尔奔达发电机组功率定义遵循ISO8528标准，柴油发电机组的输出功率受周围环境的限制，沃尔奔达发电机组标定的功率是在“标准状态”下的输出功率。
标准状态：
环境温度0~40℃，大气压力海拔1000m以下。
常用功率（额定功率）：
发电机组在此标定功率下可连续运行12小时，并允许有1小时的10%过载能力。
备用功率：
发电机组年运行时间不大于500小时；备用功率连续运行时间不超过1小时；年平功率不超过标定功率的70%；无过载能力。
发电机组功率匹配：
发电机组在额定功率80%~90%负载下运行，发电机组磨损及燃油的经济性将达到最优状态，获得最佳的经济特性。
2.2选择机组时考虑因素
a.负载总容量
b.用电设备瞬间电压/频率波动允许值
c.用电设备稳态电压/频率波动允许值
d.可允许的谐波含量
e.机房的通风、排烟状况
f.负载特性（如非线性负载，用电设备单机最大容量）
2.3功率折损
当周围的环境比上述的“标准状态”更恶劣时，发电机组的功率会有一定的折损，要进行功率修正。
3、负载对机组的影响
突加较大负载及大功率异步电动机的起动对发电机组影响较大，发电机组在突加负载后必须有足够的恢复频率能力。
沃尔奔达发电机组所有机型对首次突加60%额定功率已经过多次实践证实；对于首次突加负载超过60%额定功率时，请咨询沃尔奔达新能源股份有限公司技术开发中心。
大功率异步电动机的起动会有超过电动机额定电流5~7倍以上的起动电流，对发电机组的冲击很大，如果在发电机组选型时没有正确的计算，可能会造成电动机无法起动。
机组选型时需根据电动机起动情况预留足够的余量。
（1）计算设备总负荷，根据实际情况选
择需要系数Kx（一般取0.85-0.95），
计算容量Pj=KxP∑，柴油发电机组的功率按下式计算：
P=kPj／η
式中：
P---柴油发电机组的功率kW；
Pj---负荷设备的计算功率kW；
P∑---总负荷功率kW；
η---发电机并联运行不均匀系数一般取0.9，单台取1；
k---可靠系数，一般取1.1。
（2）按最大的单台电动机或成组电动机
起动的需要，计算发电机组功率：
P=（P∑-Pm）／η∑+PmKCcosψm（kW）
式中：
Pm---功率最大的电动机或成组电动机的功率（kW）；
η∑---总负荷的计算效率，一般取0.85；
cosΨm---电动机的起动功率因数，一般取0.4；
K---电动机的起动倍数；
C---全压起动C=l.0，Y—△起动C=0.67，自耦变压器起动50％抽头C=0.25，65％抽头C==0.42，80％抽头C=0.64。
（3）按起动电动机时母线容许电压降计
算发电机功率：
P=PnKCXd″（1／△E-1）（kW）
式中:
Pn---造成母线压降最大的电动机或成组起动电动机组的容量（kW）
K---电动机的起动电流倍数；
C---全压起动C=l.0，Y—△起动C=0.67，自耦变压器起动50％抽头C=0.25，65％抽头C==0.42，80％抽头C=0.64。
Xd″---发电机的暂态电抗，一般取0.25；
△E---母线允许的瞬时电压降，有电梯时取0.20，无电梯时取0.25。
工程实例：
以某工程为例，该工程建筑面积10000m2，12层，为二类高层，保安性负荷主要为消防负荷，其容量为191kW，最大一台电动机为喷淋泵37kW，采用自耦降压80％抽头降压起动。
（1）按计算设备总负荷计算
P=kPj／η=1.1×191／1=210.1kW
（2）按最大的单台电动机起动的需要计算
P=（P∑-Pm）／η∑+PmKCcosΨm
=（191-37）／0.85+37×6×0.64×0.4=238kW。
（3）按起动电动机时发电母线允许电压
降计算：
P=PnKCXd″（1／△E-1）=37×6×0.64×0.25（1／0.20-1）=142.08kW
根据以上计算，以计算值中最大的功率进行选型，应选择一台≥238kW的发电机组，因此可选一台功率相近的250kW机组。
4、控制系统的选择
（1）CP620-MRS10自动控制箱
组成：
控制器件：
MRS10控制器（LCD液晶显示屏），急停按钮。
屏内元器件：
蓄电池浮充电器，熔断器，继电器等。
操作功能：
本地机组运行起动/停止，急停。
远程机组运行起动/停机，可编程输入/输出接口。
远程计算机读取参数，机组运行起动/停机（加装专用软件，线路）。
显示功能：
三相交流电压、电流、频率、机油压力、水温、运行时间、蓄电池电压、发动机转速。
报警功能：
高压/低压、低油位、高水温、蓄电池电压低、低/超速度、紧急停机、停机失败，公共报警开关输出。
（2）CP680-IGNT自动控制箱
组成：
控制器件：
IGNT控制器（LCD液晶显示屏），急停按钮。
屏内元器件：
蓄电池浮充电器，熔断器，继电器等。
操作功能：
本地机组运行起动/停止，急停。
远程机组运行起动/停机。
并网运行，可编程输入/输出接口。
RS232/485接口，开放的Modbus协议，实现遥控，遥信，遥测三遥功能，实现远程读取参数，机组运行起动/停机等功能（加装专用软件，线路）。
显示功能：
三相电压、三相电流、转速、频率、水温、油压、有功功率、无功功率、功率因素、视在功率、运行时间、起动次数、下次检修时间、蓄电池电压、有功、无功电度表、及发电机电压、频率、相位差等同步参数。
报警功能：
低油压、高水温、超速、超频、起动失败、过流、电压过高或过低、电压不平衡、电流不平衡、逆功率保护停机，公共报警开关输出。
a.全自动并机，自动按设定的比例实现有功和无功负载的无差分配，自动根据负载大小投入和解列机组。
b.实现多台机组备用时供电不间断负载转移。
c.机组并机起动优先顺序可在面板上修改或在计算机上修改。
d.机组之间通过CAN总线进行通讯。
e.控制器具有可编程输入/输出接口，实现更多功能。
根据用户需要可方便扩展并机机组，最多可达32台。
（3）CP630\CP660功能概述略，各型控制器对比见下表。
控制箱型号
功能项目
CP620
CP630
CP660
CP680
说明
显示功能
液晶显示
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CP620
三相电压
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自启动
三相电流
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可电脑监控
中线电流
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液晶显示、中文或英文
频率
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界面（按订购时注明）
转速
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保护功能
水温
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报警功能
油压
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通信接口
电池电压
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采用科迈MRS10控制模块
油位
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有功功率
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无功功率
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视在功率
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CP630
功率因素
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自启动
运行时间
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可电脑监控，可实现三遥
保护功能
输入输出状态
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液晶显示、中文或英文
历史记录
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界面（按订购时注明）
有功电度表
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保护功能
无功电度表
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报警功能
启动次数
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RS232通信接口
显示日期/时间
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采用开放的MODBLJS协议
中英文切换
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采用科迈MRS10控制模块
传感器曲线
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下次维修时间
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运行时间
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密码保护
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CP660
油压
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自启动
水温
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可电脑监控，可实现三遥
高电压
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液晶显示、中文或英文
低电压
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界面（按订购时注明）
超速
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保护功能
低速
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报警功能
电池高电压
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提供ATS干接点（控制ATS）
电池低电压
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RS232通信接口
过载保护
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采用开放的MODBLJS协议
短路保护
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采用科迈AMF25控制模块
中线电流报警
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电流不平衡
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怠速
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CP680
充电失败
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自启动
设置
手动设定
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可电脑监控，可实现三遥
电脑设定
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液晶显示、中文或英文
传感器曲线设定
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界面（按订购时注明）
预留可编程接点
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保护功能
控制方式
面板控制启停
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报警功能
远程控制启停
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可实现手动/自动并机并网控制
电脑控制启停
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RS232通信接口
电脑读取状态
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采用开放的MODBLJS协议
提供MODBUS开放式协议
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采用科迈ICNT/IGNT控制模块
调制解调器拨号控制机组
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5、自动转换系统
当市电断电时，发电机组自动起动，提供电源，经过自动转换系统（ATS），将负载切换到发电机组上，由发电机组供电。
当市电恢复后，自动将负载转换至市电供给，切断发电机组供电，同时发电机组卸载冷却运行3～5分钟后自动停机。
ATS控制柜的主要功能：
ATS的基本功能是：
当主电源（市电）故障时，ATS经过0~10秒延时自动把负载切换至备用电源（发电机组）端；当市电恢复后，ATS经过0~10秒延时自动把负载切换至市电端。
ATS柜的切换延时，保证切换前市电或发电机组各项电参数的稳定性。
ATS控制柜具有手动和自动切换电源的功能。
ATS具有市电优先的功能，即在发电机组供电状态，只要市电恢复正常，立刻切换至市电供电。
ATS检测到市电故障信号时，能及时发出自起动控制信号到，机组自启动，准备供电。
ATS具有机械联锁和电气联锁，确保切换的准确和安全；同时ATS具有缺相保护的功能。
ATS+MCCB可使ATS柜增加短路、过载保护功能。
ATS控制柜由以下器件组成：
a.核心部件：
自动电源转换开关（SKT或SOCOMEC等）。
b.控制器。
c.自启动电路、联锁电路和速熔保护电路。
d.手动操作部件和面板信号指示灯及其外围电路。
按其核心切换开关的品牌来分，ATS柜主要有：
a.法国SOCOMEC四极自动电源转换柜；
b.国有爱斯凯SKT四极自动电源转换柜；
c.ATS规格的选用主要考虑用电负荷的匹配。
ATS转换
6、全自动并机、并网系统
为了提高供电的经济性和可靠性，或者需要增容时，需要采用多台机组并联运行方式。
并机系统主要功能：
a.同步并机准确,无冲击,并机时间短（少于5秒）。
b.根据负载需要待并机组自动并机或解列,使运行更为经济。
c.多台机组并机工作时,负载分配差值小于5%,保证了机组运行的可靠性。
d.配合机组自启动控制箱,在自动模式下实现市电故障时自动起动和投入,自动并机;市电恢复后自动解列和停机。
智能并机并网系统：
e.智能并机系统采用带并机并网功能的控制器CP680-IGNT。
IGNT发电机组控制系统为欧洲科迈公司生产，适用于单台、多台后备并网发电机组。
这个组合式模块让使用者能升级到最适合的方案，适应不同客户要求。
可内置同步器、负载分配器、市电及发电机保护功能，实现发电机组自动或手动起动、并机、与市电并网等功能。
7、静音机组
低噪音箱式发电机组为我公司自主设计的电源产品，总体结构紧凑，美观大方，采用组合箱体；回流式风道；高性能耐老化阻燃型隔音、吸音材料；内置式阻抗复合式消声器；有效抑制噪音，噪音可降至75dBA以下。
结构特点：
a.采用进口发动机、发电机，优良的减震器，具有卓越的防音性能：
b.标准集装箱式防音箱，优质的板材及喷涂工艺，耐腐蚀，防锈能力强。
c.数字化技术，微处理制控制器，加油、加水口人性化设计，操作便捷。
d.每一台机组都严格的检测，完全满足不同环境使用。
防音箱
8、特种车类机组
8.1电源车
电源车是我公司自主研发的移动电源设备，具有应急反应迅速、机动性强、使用快捷、操作方便、稳定可靠、设施齐全、环保等显著特点。
选用世界知名品牌发动机，并优化降噪、重心合理布置，采用单元化、标准化设计，车厢采用客车工艺，电源车具有无外电源起动功能。
环境适用性强，外型美观大方，提供快速、可靠的电源，是城市应急机制中的核心硬件设备之一。
a.可选发电机组系列：
沃尔沃、大宇、康明斯等。
b.可选的汽车底盘：
解放、东风、庆铃、江铃、依维柯、重汽等。
电源车
8.2拖车及半挂车
低噪声拖车移动发电机组系列有多种结构和功能，有手推式、三轮、四轮、汽车电站、拖车电站、移动低噪声电站、移动集装箱电站、电力工程车等。
结构特点:
牵引:
采用活动式挂钩，360°转盘、转向灵活、确保行驶中的安全。
制动:
具有可靠的气刹接口和手摇式刹车系统，确保行驶中的安全性。
支撑:
为保证电源车操作时的稳定性，配有4只机械或液压支撑装置。
防音:
拖车的车箱、车门等全部用双层结构，应用吸音板消声；排气管用保温棉包裹，噪声在75dB（A）以下。
拖车
半挂车
三、发电机组机房的设计及布置
1、概述
发电机组的机房必须经过设计以满足消防法规及其它适用的规定。
机房的设计及布置，必须满足以下条件：
a.总使用面积及局限性；
b.噪声的限制（《城市区域环境噪声标准》或《工业企业厂噪声标准》）及相关规定要求；
c.机房通道、机组运输安装的可行性；
c.服务车辆的可到达性；
d.通风散热条件；
安装注意：
a.根据相应的法律法规，机房内应有足量的新鲜空气。
机房位置确认需注意的事项：
b.根据机房内需容纳的设备，确认机房需要的总使用面积及局限性，发电机组、冷却系统、排烟系统、日用油箱、发电机组相关的电器设备柜，对噪音的限制要求，即是否需要机房消声环保工程。
2、基础设计基本原则
2.1基础作用
正确合理的基础是确保机组的可靠性和发挥机组优良性能的保证，设计基础有如下作用：
a.支撑发电机组的全部重量；
b.保证机组和辅助设备间的安装位置；
c.将发电机组的振动与周围结构隔离；
d.利于机组防潮防湿；
e.分散基础的受力面积；
2.2基础设计原理
a.基础不能和建筑物的地基相连；
b.基础深度和宽度应满足要求；
c.基础要牢固，机组安装后应保持水平无倾斜，能支撑机组重量和机组运行产生的冲击力；
d.基础不能产生任何方向的位移，保证机组起动时无强烈振动；
e.便于机组操作检修；
f.噪声和振动控制：
吸声、隔音、消声、隔振、阻尼和个人防护；
2.3机组安装在混凝土地板上
当发电机组安装到混凝土地板上时，应该在地板上浇筑一个混凝土基座，基座采用钢筋混凝土结构，并经过28天173kPa以上压力测试合格，混凝土平台应高出周围地面至少100mm，沿机组底座每边至少扩展100mm。
2.4机组安装在隔离振动基础上
当周围环境对振动或噪声有较高要求时，发电机组应安装在专用隔离振动基础上，从而减少振动对建筑物的影响。
基础重量的抗动载荷至少应是机组自身重量的两倍。
（油箱中的燃油重量可不计入所要求的基础重量）,下图是典型的隔离振动基础。
注意事项如下：
a.隔离基础沿机组底座每边至少扩展100－300mm，由此确定基础的长度L和宽度B。
b.基础应高出机房地面20－300mm；
c.隔离基础深度H计算公式如下：
H＝K·G/（d·B·L）
d－水泥密度，通常为2400kg/m
K－机组重量倍数，一般为2；
G－机组总重量，kg；
B－基础宽度，m；
L－基础长度，m；
d.隔离基础应留有延展空间，防止低温时冻涨破裂；
e.隔离基础的钢筋混凝土需经过28天不低于173kPa的压力测试合格；
f.发电机组、燃油和隔离基础的总重（TW）对地基的压强（SBL）应小于96kPa。
此数据适用于大多数地基，如需准确的承载能力，建议查阅地方法规和建筑物的地基分析报告后确定。
2.5机组安装在楼板上
发电机组安装在楼板上时，楼板应能承受机组的静载荷和动载荷，并留1.5倍的安
基础
全系数,机组底座和楼板之间要有减振措施。
2.6安装固定
发电机组直接固定在地板或基础上时会引起较大的噪声或振动，可能导致机组、地板和其它设备的损坏。
沃尔奔达发电机组在出厂时已配套提供橡胶减震垫。
在机组安装时垫于底架下部的定位孔附近并调整使机组水平。
橡胶减震垫能削减约50%－85％的冲击震动。
沃尔奔达发电机组安装时，不需要用地脚螺栓固定。
如果安装的地面有足够水平，并能承受机组的动静荷载而不会有下沉变形，发电机组安装时可直接安装在地面上。
设计
3、排烟系统
3.1概述及原则
排烟系统的功能是将废气安全地排放到户外，并使废气、灰尘、噪声等远离建筑物和人群。
本节为用户提供了排烟系统安装准则，必须满足如下基本要求：
a.确保整个排烟系统的背压低于发电机组规定的最大允许值。
b.确保排烟波纹管和涡轮增压器不受压力，并考虑热膨胀时有足够的伸缩空间。
c.在排烟系统中安装排烟消声器可有
效控制噪音。
d.在排烟系统中安装排烟消声器可有效控制噪音，排烟消声器会增加排烟系统背压，合理选择和安装排烟消声器，保证以最小的排气背压达到最佳的降噪效果。
e.为更好防止排出的烟雾污染建筑物，建议排烟管高出建筑物的高度不少于排烟管直径的15倍。
特别提示：
排烟管顶端高出建筑物时要做接地防雷击处理！
3.2排烟消声器的选择
通常增大消声器的尺寸将改善消声效果，最为常用的是圆筒形消声器。
沃尔奔达公司可以为用户提供不同种类的排烟消声器，随机提供降低10～14dBA工业用排烟消声器，如有特殊要求亦可提供降低20～25dBA低噪声排烟消声器。
通常圆筒形消声器的两端作为进气口和排气口。
为减少冷凝物腐蚀，排烟消声器安装时应尽可能靠近发动机。
3.3排烟管路的布置
a.发电机组安装时考虑到热膨胀、机组位移和振动等因素，发电机组排烟系统应安装波纹管作为过渡连接。
但波纹管严禁用来充当弯头和补偿管道安装误差。
b.温度每升高100C，排气管每米约膨胀1.14mm。
建议使用不锈钢波纹管吸收长直管的热膨胀。
c.排烟管推荐使用40号黑铁管；
d.每台柴油机的排烟管应单独引出室外，宜架空铺设；
e.排烟管弯头不宜过多，尽可能选择半径大的弯头；
f.水平铺设的排烟管道宜设0.3-0.5%的坡度，低端远离发动机，并在管道最低点安装排污阀；如果排烟管必须向上弯曲时，在往上升的起始点位置设置排水栓。
g.在满足发动机排烟背压前提下，建议整个排气系统管道公称直径尽可能和发动机排烟口径保持一致。
管道直径增大容易遭受冷凝腐蚀，禁止使用直径小于发动机排烟口直径的管道。
排烟系统的管径变化越小，摩擦损失也越小。
h.建议对架空铺设的排烟管、消声器实施绝热隔离，且距地面2m以下隔热层厚度不应小于60mm；避免意外接触着火或自动灭火设备的误起动，减轻冷凝腐蚀和对机组房间的热辐射。
即便冷却液温度很低，也不可以覆盖发动机排气管和涡轮增压器壳，否则会导致温度过高而烧毁排气歧管和涡轮增压器。
i.建议排烟系统安装于建筑物背风处，尽可能高一些，便于废气排放。
3.4排气背压
排烟管背压严禁超过许可值。
在某一特定的柴油机安装中，排气背压的大小取决于排烟管尺寸、弯管和接头的数量以及消声器的选择和安装位置。
急剧拐弯的弯头角度越小通常对排气背压大小的影响最大。
3.5专业烟井
烟气除了采用钢制烟管引至天窗外，也可以采用预制专业的排风井。
一般混凝土的耐热温度为50°C左右，因此不能作为专业的排烟井材料。
专业烟井一般采用耐火材料，且井壁分内、中、外三层，内层为耐火砖砌的工作层，外层为普通砖砌的装饰层，中间位2~5mm厚的空气层，作为保温阻尼层。
（见下图）
排风井
4、冷却系统
4.1概述
闭式水冷发动机驱动冷却泵产生循环动力使缸体和缸盖管路中的冷却液不断地循环散热。
发动机冷却泵、散热器（或热交换器）构成封闭的压力循环冷却系统。
最常见的冷却系统是散热器和发动机直接驱动的冷却风扇。
替代方案是热交换器、远置散热器。
4.2自带风扇散热水箱
a.沃尔奔达发电机组标准出厂配置是已安装了散热水箱的发电机组，此种方案要求发电机房有充足的空气，自带的风扇吸入空气并推动它们流过散热水箱。
b.在机房进风通畅的情况下，推荐机房散热器排风口的通风面积是散热器芯片面积的1.25倍。
如果排风口装有栅网或百叶窗的话，排风口的面积需相应增大。
c.散热器周围的进风温度不能超过所选择的散热器设计环境温度（40C），进风口内外不应有阻碍物。
e.从散热器排出的热风必须通过风道排放到机房外。
风道必须平滑且无阻碍物、裂缝、漏洞和急弯。
如果风道出口装有百叶窗或栅网，那么风道出口面积应相应增大，风道截面积从小到大应平滑过渡。
如果风道内弯道是不可避免的，则需安装弯道导流板以减少压力流的损失。
f.经过散热器的气流总压降不能超过发电机组数据表的规定值。
如果气流压力差太大并且进、排风道又不能得到改善的话，则需要安装大功率的冷却风扇。
4.3热交换器
对于机房空间小的情况，常采用热交换器机组，发动机、循环水泵和热交换器组成了一个完整的循环系统。
注意事项如下:
a.安装单独的通风系统，参见本部分通风节。
环境温度低于0℃时，热交换器和冷却管道应采取防冻措施。
b.机组参数规定了外循环生水流量，以吸收冷却液释放的热
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