Cat（卡特）柴油发电机组D设计指南

卡特彼勒

始于1925年，总部现位于美国得克萨斯州；
世界500强企业之一。卡特彼勒在全球拥有约10万名员工，160多家代理商，产品销往全球190多个国家，致力于为全球用户提供优质的产品和服务；
全球高品质柴油和天然气发动机、发电机组、建筑机械、矿用设备的供应商；
ACERT°技术发动机可以满足美国环境保护署（EPA)，欧盟(EU)和国际海事组织(IMO)等机构严格的排放要求；卡特彼勒柴油发电机组是行业内从发动机、发电机、控制系统及所有部件均由卡特彼勒公司厂家统一设计、质量控制、测试及保障的产品。

信昌机器工程有限公司

信昌机器成立于1928年，是马来西亚多元产业跨国集团森达美全资子公司，于1962年成为卡特彼勒代理商，代理区域覆盖华南六省、新疆和港澳地区，有70多家分公司；在能源与交通、工程机械和资源行业三大业务板块下为客户提供Cat?卡特彼勒产品的销售和售后服务。

卡特彼勒的发电机组和发动机等产品广泛应用于数据中心、互联网、通信、金融、高科技制造、高端地产、机场、医院、造纸、餐厨垃圾处理、垃圾填埋等行业。

8个零部件仓库
70家以上分公司
71,000 种整体零部件存货
90% 现货供应率

在数据中心领域的重大成就

近几年，大型数据中心如雨后春笋般迅速发展，其中以IDC互联网数据中心、虚拟主机和互联网应用服务及云计算服务为核心业务的数据中心，发展最为迅速。数据中心的正常运转唯一离不开的就是电，数据中心里的任何设备都需要有电才能运行起来。电对数据中心而言非常重要，一旦数据中心发生断电情况，若没有很好的备份供电系统，诸多设备承载的业务就会发生中断，给数据中心带来严重损失。

Cat（卡特）发电机组，出色的产品优势让它成为数据中心的最佳选择：

\bigcirc 卡特发电机组余的启动系统，提高启动可靠性；
\bigcirc 适合大容量电力系统需求，满足数据中心用电的严格标准；
\bigcirc 针对超前功率因数负载设计，适应数据中心负载特点；
\bigcirc 采用全电子喷油系统柴油机，以卓越的突加载性能应对负载的变化；
\bigcirc 工业标准现场通信总线，发动机、发电机、并机柜等所有数据均可与客户监控系统共享；
\bigcirc 荣获屈指可数的IBC地震认证。

电力系统 照亮世界

数据不能丢，电源不可断

卡特柴油发电机组

Cat? （卡特） 发电机组荣获数据中心获奖证书

卡特彼勒为全球用户提供一系列的电力产品和整套电力解决方案。

中国新据中心工作部2014年度优秀数据中心获奖证书森达美信昌机器工程（广东）有限公司：d 经中国数据中心工作组专家委员会审核，确认你单位获得“2014年数据中心产品应用奖”（产品名称：卡特彼勒C17510.5KV柴油发电机组：应用项目：中国电信广州云计算数据中心特发此证1 中国工二0一四2014年数据中心产品应用奖

中国政册中心工作2014年度优秀数据中心获奖证书
森达美信昌机器工程（广东）有限公司：经中国数据中心工作组专家委员会审核，确认你单位获得“2014年数据中心
产品应用奖（产品名称：卡特披勒EPIC高压井机控制系统：应用项目：中国电信
广州云计算数据中心）特发此证！ 中国工程二〇一四

卡特彼勒3516C10.5KV柴油发电机组“技术申报单位：卡特彼勒（中国）投资有限公司中国程理贵标减化协会号：OCC--17-3 2017年11月1日

电力产品

2014年数据中心产品应用奖卡特彼勒EPIC高压并机控制系统

2017年数据中心科学技术奖

柴油发电机组燃气发电机组光伏组件

电力解决方案

全面电力解决方案微电网解决方案

“2020年度数据中心科技成果奖”二等奖

2023 年大湾区数据中心产品技术卓越奖

“2023年亚洲数据中心年度保障之星大奖”

CONTENTS

目录

高压柴油发电机组设计及应用 ··01
发电机组选型考虑要素····· ·...·04
三、设计安装发电机房应注意之事项····· ···.···06
四、卡特重点机型柴油发电机组技术参数及发电机房设计图纸
4.1卡特10.5KV机组技术参数及发电机房设计图纸
4.1.1卡特C175/3200KW10.5KV发电机组··· .·..12
4.1.2卡特C175/2400KW10.5KV发电机组···· ...·16
4.1.3卡特3516E/2800KW10.5KV发电机组······· ····18
4.1.4卡特3516E/2400KW10.5KV发电机组····· ····20
4.1.5卡特3516C/2200KW10.5KV发电机组·.·· .·.·22
4.1.6卡特3516B/2000KW10.5KV发电机组···· ····24
4.1.7卡特3516/1600KW10.5KV发电机组··· ·····26
4.2卡特400V机组技术参数及发电机房设计图纸
4.2.1卡特C175/2400KW400V发电机组 ..·28
4.2.2卡特3516E/2800KW400V发电机组····· ·····30
4.2.3 卡特3516E/2400KW400V发电机组·· ·····32
4.2.4卡特3516C/2200KW400V发电机组·· ..·34
4.2.5卡特3516B/2000KW400V发电机组··· ..··36
4.2.6 卡特3516/1600KW400V发电机组····· ...··.··38
4.2.7卡特3512B/1400KW400V发电机组···· ·.40
4.2.8卡特3512/1000KW400V发电机组··· ····42
4.2.9卡特C32GC/880KW400V发电机组····· ····44
4.2.10卡特C18/680KW400V发电机组·· ..·46
4.2.11卡特C18/572KW400V发电机组···.. ...·48
4.2.12卡特C15/440KW400V发电机组···..·. ............·50
4.2.13卡特C13/320KW400V发电机组··.. ..·52
4.2.14卡特C9/264KW400V发电机组··.·· ...·54
五、卡特发电机组技术参数表
1、卡特大功率高/低压发电机组技术参数表···· .·...57
^{2,} 卡特小功率发电机组技术参数表····· ·····58

高压柴油发电机组设计及应用

随着数据中心的高速发展，其备用电站的需求容量越来越大。受限于6300A母排容量，高压发电机组成为了大容量功率需求用户的首选方案。这一节我们将重点讨论多台高压机组并机的应用。

选择与所配UPS息息相关。卡特彼勒针对UPS和三相电机有专门的选型软件：根据IT设备容量、UPS配置方式、UPS技术参数（充电率，效率，一步加载负载率，逆变类型，负载系数等）、电机启动方式、电机所允许电压降和频率降来选择满足电站需求的发电机组功率和数量。

发电机组选型

1.1功率类型选择

卡特SpecSizer选型软件，是卡特彼勒根据Cat（卡特）发电机组而设计的模拟运行选型软件。根据用户负载及对电源电压降和频率降的要求，选择Cat?（卡特）发电机组模拟运行并计算出相应的技术数据：选型报告。

根据数据中心的不同等级（uptime有T1、T2、T3、T4四个等级；中国国标有A、B、C三个等级），不同应用等级对备用电源发电机组的功率类型有不同要求：

正确的选型报告将帮助用户选择最合适的发电机组，避免出现大马拉小车和小马拉大车的情况出现。这一步对设计院来说是至关重要的。

T1、T2、C级和B级数据中心可采用备用功率发电机组；T3、T4和A级数据中心需采用持续功率（COP）或主用功率（PRP）发电机组。并明确规定：如发电机组采用主用功率（PRP）时，其发电机组总功率必须放大为：功率总需求/0.7。也就是说如果一个电站总需求量为14000KW，如果我们选择持续功率（COP）发电机组，其总容量需大于或等于14000KW；如果我们选择主用功率（PRP）发电机组，其总容量需大于或等于14000/ 0.7=20000\mathsf{K W}.

2 高压发电机组配套设备

由于数据中心用电总容量大，多则50MW，少则10MW。为了减少备用电源的初始投资，我们一般选用高转速的柴油发电机组作为备用电源。受限于高转速单台发电机组容量，数据中心备用电站一般采用多台高压发电机组并联运行。高压发电机组并联运行一般需配置以下辅助设备：

1.2总容量选择

2.1并机控制柜

发电机组并机控制系统主要包括以下功能：

数据中心的主要设备为IT设备，为了保障IT设备的正常运行，通常还需要配置UPS、空调和冷水机组等附属设备。数据中心的PUE值，能反映数据中心耗能指标。在中国南方地区，由于平均气温较高，空调耗能较多，其数据中心的PUE值一般取1.6一2.0。当然环保节能在当今社会日益重要，环保节能技术应运而生。如采用了环保节能新科技、新技术、新设备和新工艺四新技术则PUE值将会相应降低。

●发电机组远程起、停控制
同步控制和同步检测
●发电机并机断路器分、合闸控制负载分配 (包括有功、无功)发电机保护

备用电源总容量=IT设备总功率 ^{\star} PUE值

1.3发电机组选型确认

确定了发电机组功率类型、发电机组电压、环境条件及负载情况。卡特彼勒或其代理商将根据上述数据利用SpecSizer软件对机组进行选型确认。

高压机组并机控制系统根据高低压分离原则，通常独立于发电机组和并机开关柜。不同的供应商在并机柜的设计上有所不同，较为常见的是每台机组对应一个立式的并机分控柜。对于较复杂的系统还可以增设一个主控柜，用于管理所有发电机组或通过人机界面显示系统单线图、发电机和断路器的状态等。如空间数据中心一般配有IT设备、UPS、空调和冷水机组。总容量

受限，还可以将多台并机控制器集成在一个柜体上。

Cat（卡特）EPIC系列并机控制系统与上述的常规设计不同，其主控柜采用立式柜体，带有19英寸彩色触摸屏，同时包含两台发电机组并机控制能力。第三台发电机组分控柜采用挂墙柜体，标准配置可实现12台发电机组并机（即1个主控柜和10个分控柜）。12台发电机组以上并机需特别定制。

并机控制柜的核心功能为同步控制和负载分配

a）同步控制是指当第一台达到额定电压和频率的发电机组，首先向不带电母线（DEADBUS）合闸，其它机组通过并机控制器调节电压和频率，达到与母线（HOTBUS）同步的条件后合上发电机进线开关断路器。同步条件如下：

相序一致O 电压一致0 频率一致相位角一致

2.2.1发电机进线柜

其中相序是最基本的条件，动力电缆接法正确就可以确保相序一致，因此并机控制器调节是后面3项内容。我们说的电压、频率和相位角一致是相对的，它们允许有一定的误差。Cat（卡特）EPIC并机控制系统同期窗口设置值为（默认值）：电压偏差： \mathtt{1%} ，频率偏差： ±0.04\ H Z 相位角偏差： ± 7度。适当的放大窗口值可提高并机的速度，但会加大并机时的冲击电流。

一个并机系统配置一个母线PT柜，用于发电机并入母线时作同步对比用。母线PT的容量应满足所有并机控制器同时使用。2.2.3馈线柜

2.2.2母线PT柜

b）负载分配包括了有功分配和无功分配。有功分配（干瓦数均衡）是通过调节发动机转速来实现的；无功分配（功率因数均衡）是通过调节发电机电压实现的。新型微机并机控制器，通常带有有功分配和无功分配功能，并可以选择多种模拟量或数字量输出来适应发动机调速器和发电机调压器（AVR），其同时带有同步控制和同步检测功能。多种功能集一体的设计可减少大量电子元件，降低系统的故障率。真正合格的并机控制系统，会把有功和无功分配偏差控制在5%范围内。

每台发电机对应一个带PT的发电机进线柜。PT其接法应与母线PT一致，例如母线PT为Y-Y接法，则发电机应同为Y-Y接法。如发电机为V-V接法，则母线PT也应为V-V接法。为避免非同期误合闸，发电机进线柜一般不设本地分、合闸接钮。

并机开关柜的主要功能是将所有发电机的电能汇集在一条公共母线上，同时还为发电机组及并机控制柜提供所需的电流和电压信号。并机开关柜主要由以下设备组成（可参照系统单线图）。

通常由两路输出，含两个馈线柜。如配有柴油发电机专用假负载，则增加一路假负载测试馈线柜。

如并机开关柜、并机控制柜和柴油发电机组不是由同一个供应商提供，则需三方供应商进行深入的技术交流才能设计出满足使用要求的并机开关柜。不同品牌的柴油发电机和并机控制柜，其对开关柜的技术细节要求会有所不同，但大体上都是相近的。Cat（卡特）高压发电机本体通常不带电压和电流互感器，因此发电机组的控制屏、AVR以及并机控制柜的电压电流取样信号均来自于发电机进线开关前端的PT和CT。

系统单线图所示的为带纵联差动保护的设计，为保证差动保护不出现误动作，要求进线开关侧的CT和发电机中性点侧的CT特性必须一致，因此发电机侧的CT通常由并机开关柜厂家提供。如带有差动功能，进线开关柜侧需要3个CT，通常每个CT含有3组二次绕组。一组用于差动保护，另一组用于综合继保（主要用于过流速断保护），最后一组可用于仪表（如无专门仪表，可用于并机控制柜）；发电机侧CT通常也是3组CT，一组用于差动保护，另一组用于发电机本地控制屏，最后一组可作备用（如进线开关第3组用于仪表，则该组可以用于并机控制柜）。

如系统不考虑差动保护功能，则意味着发电机侧无需安装CT，因此所有的电流信号均来自于并机开关柜。发电机进线柜也必须要有3组二次绕组，一组用于综合继保（主要用于过流速断保护），另一组用于发电机本地控制屏，最后一组用于并机控制柜。

高压并机电气设计一次图和按地电阻集中式一次图（系统单线图）

2.3直流电源柜

直流电源柜也叫直流屏，主要由蓄电池组、双回路智能充电器和配电面板组成。为了24小时的可靠供电，中压柜的微机保护继电器和断路器的分合闸线圈和储能电机通常采用直流供电。直流电源柜额定电压有DC110V和DC220V两种，其容量的选择与开关柜数量有关。如客户市电中压系统配备的直流屏容量比较富余，可由客户的直流屏为并机开关柜提供电源，而无需单独为并机系统配置直流屏。

2.4中性线接地电阻柜

高压发电机组中性线采用何种接地方式，是一个系统性问题。最佳的接地方式应与变电站10KV侧的接地方式保持一致，因为不同的接地方式采用的继电保护方式不同，而客户的高压系统继电保护是根据变电站的要求而设的。如柴油发电机的接地方式和变电站接地方式不同，可能会造成使用发电机供电时，下游的继电保护不能正常动作。高压发电机组中性线接地方式有直接接地、不接地、经电抗接地和经电阻接地等。在我们的案例中，经电阻接地是最常用的方式，下面我们只对经电阻接地的方式进行说明。采用电阻接地的优点主要有：

限制接地电流，保护发电机绕组一定程度上限制非故障相电压升高有效防止弧光接地过电压和谐振过电压{>} 可实现零序保护，提高系统安全

电阻接地又分成以下两种形式：集中式接地系统和分散式接地系统

2.4.1集中式接地系统

每台发电机组中性线对应一个高压真空接触器，整个系统共用一个接地电阻。高压接触器通过逻辑控制系统控制，只允许并列运行中的机组其中一台接地。该做法是避免出现中性线环流。在发生接地故障时，客户下游的过流保护或零序保护会选择性切断故障回路，尽量缩小停电范围。但如果下游故障点切除失败，则接地电阻柜的过流保护继电器会动作（经延时），命令发电机组停机。上图所示的系统单线图采用的就是集中式接地系统，该方法的优点是占地面积少，造价成本低。

2.4.2分散式接地系统

每台发电机组配置一个接地电阻柜，每个接地电阻柜中含一个高压真空接触器和一个接地电阻。它同样是通过逻辑控制，只充许并列运行中的机组其中一台接地。该做法除了避免出现中性线环流外，还防止多台接地时接地阻值的变化而造成接地电流增大。

3高压机组机房设计

同功率高、低压发电机组其燃油系统、排烟系统、安装基座、机房通风以及消音设计可完全相同，下文将不对高、低压机组安装要求作自独叙述。

高压发电机组应用越来越广泛，如在实际应用中碰到任何问题，可随时与信昌机器工程师联系一起探讨解决方案。也希望大家能将实际应用中成功案例同我们分享，我们将不胜感激。

二、发电机组选型考虑要素

（如水泵、马达和照明）有很大的差别，因此，在发电机组选型时应注意以下几点：

负载启动电流瞬间电压/频率波动变化的容许值稳态电压/频率波动变化的容许值可容许的谐波含量

3 标准状态功率

不同的发电机组生产商都有一套自己的“标准状态”时的功率输出。因此，当比较不同品牌的发电机组输出功率时，应在同一个“标准状态”下比较，才可推算哪一台发电机组的输出功率较大。

比方说，英国标准BS5514 : Part1/1996ISO3046-1/1995的标准状态为以下：

大气压力 = 100kPa空气湿度 =30%

即是说，如果某一家厂家说明自已的发电机组功率是根据BS5514 : Part1/1996的状态下测试，而实际环境状态与此英国标准不同，比如说空气温度为 35% 时，此发电机组的输出功率应适量地下调。一般机组超过25°℃时，则每上升 10°C ，功率输出会减少大概4%

4.3备用市电

4.2调峰用途

一般市电在用电高峰时收费较高，因此，发电机组应用于高电力负荷期的一段时间，以减低电费，此种应用有两种安排：a）与市电独立，于高峰期由切换开关将一部分负载转到发电机组上去。b）与市电并联，此一方法可靠性较高。

备用机组

一般情况下，发电机组是处于备用状态，当市电失效时，发电机组自动启动，向部分或全部负载供电。

5 负载对发电机组选择的影响

负载的特性及大小是选择发电机组最关键的因素。当考虑负载特性时，以下几点需要深入分析：1.是否有一些对电压，频率要求特别高的负载，如电脑、电讯设备等。2.是否有大型马达负载，其启动方式为何种方法，是否频繁启动，电动机启动时允许的最大电压降是多少。3.是否有非线性负载，如整流器、UPS及高频开关电源等。4.变化频率固定的负载，如发射机等。5.会产生再生功率的负载，如吊机及电梯等。

c）Co-generation，热电联供发电机组同时供应主用电力及热能（热水、蒸气、空调等等）。

选择及设计发电机有以下几点重要事项

1功率定义

Cat（卡特）发电机有以下几种功率选择
连续功率（COP）用于长期负载不变的输出，无限定使用时间，平均负载
<=100% 额定功率。典型应用于并联电网，长期需要额定功率输出

的工厂或企业。

使用时间无限制，变化性负载，每运行12小时可超载10%运行1小时。每年最多可超载运行25小时，平均负载功率 <=70% 额定功率。适用于市电供应不正常或不足的工厂。

所以，「净输出功率」或「可服务输出功率」应该考虑实际环境参数下而做出调整之功率，Cat（卡特）发电机组适应高温度、高海拔环境。

当正常电源中断时使用，变化性负载，每年运行时间不超过500小时。适用于一般商业、住宅、医院和电讯等后备电源。ISO8528中的ESP紧急备用功能限制时间为200小时，Cat（卡特）发电机组的备用功率时限为500小时，高于ISO8528标准。

4 应用类型

某几种负载是需要特定的发电机特性功率配合。因此，在选择及设计发电机组用途时要将负载特性及要求详细说明，比如说，某种敏感负载（如数据机，电脑仪器等）的要求跟一般性的

2选择发电机组时的基本考虑因素

一般友电机应用类型可分为二大类：

4.1主用或Baseload，有以下分类：a）与市电无任何连接的独立发电机组，一般为提供电源给偏远而无市电供应的地区，或因市电供应不可靠而选用此种模式发电。b）与市电并联使用，用发电机供应全部或大部分电力。

6计算发电机组容量时的考虑

当选择发电机组时，其功率必须要足够供应最高峰时的负载，虽然这情况发生时间可能只是一瞬间。此外，还要考虑以下几点：

1.发电系统故障时的应变方法可用主/备用方法。或几部发电机组代替单一一台发电机组。
2.是否有不正常情况下的高峰负载。
3.定期维修发电机组时的安排（如只有一部发电机组时，如何保障在维修时不需要后备电源）。
4.以后的负载是否会增加。

三、设计安装发电机房应注意之事项

发动机内部磨擦

发电机组的基础

机座的主要功能为：

支撑发电机组的全部重量。保持发动机、发电机和辅助设备间的安装位置。
{>} 将发电机组的振动与周围结构隔离。

混凝土基座：

有几种适用于发电机组的基本基座。基座的选择取决于前面所提到的几项因素，以及当地的情况和具体应用的限制。

现代的多缸高速发电机组，不需要很大的混凝土基座。为降低底层地板和土质的负载，避免过厚和过重的基座，基座的厚度，只要能防正变形和反扭矩，同时又能保持足够的支撑面积即可（非并联机组不需要将避震脚用螺栓固定于混凝土基座上）。

如果需要混凝土基座，最基本的设计准则包括：

●其强度必须能支撑机组湿重加上动负荷（基础承载量为：并机机组取机组湿重2倍，不并机机组取机组湿重1.25—1.5倍）。
●基座各边应超出发电机组底座 300mm,
●基座的重量至少与发电机湿重相等（如果震动装置已经指定了惯性阻挡）。

用下面的公式计算基座厚度，以使其等于发电机组的重量：

FD={(W)/(Dx Bx L)}
\operatorname{FD}= 基座厚度， m(ft)
W = 发电机组总湿重， {kg}(16)
口 \backslash= 混凝土密度， {\mathit{kg}}_{/m^{;}}(\begin{array}{c}{{I b}}\\ {{\big/⟨\dot{t}^{3}}}\end{array})
注：公制用2403，英制用 750_{\circ}
B= 基座宽度， \mathfrak{m}(\mathfrak{f}\mathfrak{t})
L= 基座长度， m(ft)

建议混凝土的水泥、砂和填充料以1：2：3混合，凹陷度最高00mm （4in.）和28天抗压强度为20Mpa（3000psi）。

用8号（美国标准）钢筋网或同级的材料加强，水平放置，间距为 150\mathsf{mm} （6in.）；另一个方法是水平放置6号钢筋（美国标准），间距为 300mm （12in.）。钢筋离基座表面至少 75mm (3in.)

如果采用有效振动隔离设备，地台混凝土的厚度需要结构性支撑静负荷。Cat（卡特）发电机组的主要转动和往复运动的零件已单独做平衡，而且理论上，没有不平衡的现象。实际上，制造公差和燃料燃烧应力对基座施加一定的动负荷。如果发电机组没有采用减震器，动负荷会传递到电厂地面，因此，要求地面至少能支撑1 25% 的发电机组重量。

如果发电机组并联，所造成的反扭力矩要求更坚固的基座。因此，基座必须承受两倍的发电机组湿重。

2发电机组抗振动装置

发动机因动力冲程、反扭矩、结构质量和刚性结合以及转动件的制造公差而产生振动。这些力产生一系列不受欢迎的情况，从讨厌的噪音到高应力水准，最终导致发动机或发电机零件的损坏。

当发动机转速达到会产生共振时，振动应力就有破坏的能力。当发动机的振动必须和建筑结构隔开时，或当邻近设备的振动会传递到未运转的发电机组时，就需要采取避震措施。

Cat（卡特）发电机组，在发电机组和基础间装有避震器，符合了上述的要求。运转的机组很少会受到外部振动的影响。外部或自身产生振动的避震方式是一样的。

Cat（卡特）发电机组所提供的避震器，能有效地减低振动达 85-95% ，连接发电机组的管道需要隔震，特别是装在弹簧减震器上的发电机组。燃料管和水管、排气管道和电缆管，都可能长距离地传递振动。如果采用隔震管架，应用弹簧来减低频率振动，用橡胶和软木以减少高频传播。

3 冷却及通风

设计安装发电机房时要注意有足够的进风空气来达到以下的

1.柴油燃烧时消耗的空气

2.冷却用的空气

3.1进气系统（供燃烧时使用）

柴油发动机燃烧每产生一个制动马力所需的空气约0.90 \stackrel{m\ddot{\prime}}{/}_{m i n} 3.2(f m) ，或每磅燃料需17b空气。进气流量的容积（V）和质量（M）一般有以下的关系：

燃烧燃油所释放的能量只有大概1/3转化成有用的机械能，其余的会以热的方式排放，包括：

重油发动机所需的进气要比燃油馏分油（轻油）所需的进气量大约多 40%_{\circ} 因为涡轮增压器入口处（或自然进气发动机的入口）的过度真空会降低发动机效能，进气系统阻力（包括滤清器堵塞、管道及进气口等）。最大的限制是6.2kPa(25in. H_{2}O) ，当达到此阻力时，必需更换新的空气滤清器滤芯。因为最大的进气阻力是有限度的，所以如何利用空气滤清器把进气系统的阻力减少至 1.2k P a(5i n.H_{2}O) 就很重要了，这样就可以延长滤清器的使用寿命。进气系统的外部阻力会降低滤清器的使用寿命。

3.2冷却系统

燃烧室及气缸壁

Cat（卡特）发动机和所有的内燃机一样，也会产生燃烧的副产品热量。一般来说，输入发动机能量的 20% 到40%必须用冷却系统排出。有四种基本的系统用来排出热量，即：后冷却器、油冷却器、燃料冷却器和水套水回路。每个系统必须满足各自的特定要求，以便能提供一个完好设计的冷却系统去排出过多的热量以防止：

温度过高而令润滑油系统失效。
温度过高而导致物质强度降低。
由于不平均的温度而导致各部件与部件间或部件内部产生过大的压力。

所以设计冷却系统时必须：

在发动机最大负荷、最高环境温度和海拔高度时，如有需要（不带水箱时）可排出水套水和辅助回路的热量。
加注冷却液时不夹带气体。
提供足够的压头防止水泵及缸套发生气蚀作用。
能排除因加注冷却液、泄露和发动机燃烧而带入系统的 \Lleftarrow 体。
保持所需的最低运转温度。

一般的冷却形式有以下几种

A.散热水箱连在发电机组上

B.分体式水箱（发动机与散热水箱之间的高度必须少于17.4m）<br>C.使用冷却水塔冷却

冷却塔散热器的选择取决于以下几种因素：

水源和水质。
水和环境空气温度。
冷却剂的温度和压力。
一次成本和运行成本。
空间。

水塔的位置应使主风向和冷却塔排出空气的方向一致。周围有足够的空间将有利于空气循环。远离窗户和建筑物开口，以减少噪音。在冷却塔的出水管安装滤隔（滤清器），防止树叶和鸟粪堵塞冷却系统。

柴油发动机消耗的燃料，有 6-10% 是随热量辐射到周围空气中时耗损掉的。此外，发电机无用功的热量和排气管道的热量，接近于发动机辐射的热量。这些热量会导致机房温度的提高，会影响到维修人员的工作、开关装置和发电机组的效能。

安装分体式或直接装在发动机（上）旁的散热器，可以提供足够的通风空气流量；但通风空气流量的需求必须要和散热器风扇的

能力相匹配。

理想的情况是，清洁、凉爽、干燥的空气流过整台发电机组后部，跨越发动机和穿过散热器后排出。应经常有凉爽的空气通过发动机的空气滤清器进去燃烧室。

空气进气口应位于能提供最多冷空气供给发电机组，且避免有热空气滞留的地方。多台发电机组需要更多的进气口和风扇。不用散热器的机组需要强制抽风。进气口靠近发动机后部，

位置要低；出口位于对面的墙上，位置要高

可以用下面的公式估算发动机室通风：

\mathsf{V}=(H)/(Dx C_{r)x\Delta T} + 发动机燃油燃烧时所需的空气量
其中：
\lor= 通风空气量
\ H= 热辐射kW（Bru/min）
\Delta T= 发电机房允许温升 C°C)(°F)
\sqsupset= 空气密度在 38°C 100~°{sf{F}} ）时为1.099 )kg/m^{3}\left(0.070/b/\hat{\mu}^{3}\right)
C_{p}= 空气比热0.017kw.min/kg {}^{O}C 0.24~B t u/L b\circ^{\prime}F

另一样关于通风装置而又经常被人遗忘的是发动机曲轴箱呼吸器（crankcasebreathing）。它应要引l出室外，否则，日积月累下会对水箱及机房产生很多油积物，影响散热功能及外观。

安装注意事项：

任何情况下，发电机房的通风及排风均要做到无阻碍，以达到最理想的散热效果。

燃油系统

大批量储存

燃油供给系统要能确保不间断地供应清洁的燃油。大量的燃油通常贮存在大罐中，利用电机驱动油泵，把燃油输送到靠近发动机的较小的罐中（日用油箱）

采用大容量的储油罐，就能大量的采购燃油，并将污染的情况减至最低。特别是如果很少使用燃油，保持满罐的燃油可以减少燃油浓缩凝结。

虽然燃油有近一年的保存期限，不过还是会受原本品质、污染状况和贮存条件的影响而提前变质，所以定期更换燃油和进行过滤或处理，以除去水分及细菌，对延长燃油的寿命是有益的。

如果不使用日用罐，大燃油罐必须要能及时向安装在发动机上的输油泵供应燃油。Cat（卡特）燃油泵的（吸程）抽油距为3米（10英尺），但是管子的尺寸、弯头和寒冷的环境都影响其能力。

燃油输送管道建议使用不锈钢管或无缝钢管，不得使用镀锌管，因为锌会与柴油发生化学反应易形成堵塞燃油过滤器的物质。

辅助油箱

如果主油罐离发动机超过15米（50英尺），及低于发动机1.8米（6英尺）应使用辅助油箱（即日用油箱），其（吸油扬程）抽油距不应超过3米（10英尺）。尽管日用罐无助于快速起动，但它能更方便且及时地供油，同时也提供了一个水和沉淀物的聚积容器。辅助油罐的安放位置应避免其油位高于发动机的喷油器。

排烟系统

排烟系统是用来

1.将废气排放到一个不会对其他人构成滋扰的地方。2.将发动机废气排放噪音减低。3.减低排烟背压，过大的排烟背压会导致输出动力降低，增加耗油量及增高排气温度，以上情况都会令发动机温度过高并降低寿命。计算排烟阻力时，要将排烟管的阻力加上消音器的阻力，绝大多数Cat（卡特）发动机排烟系统允许压力降，不得超过6.7Kpa(27in \mathsf{H}_{2}\mathsf{O}) ，计算排烟管阻力，可用以下方程式：

计算排烟背压：

\begin{array}{r l}{sf{P}\left(\mathsf{k P a}\right)}&{=\ (Lx Sx Q^{2}x3.6x10^{6}+P_{s})/(D^{5)}}\\ {sf{P}\left(\mathsf{i n},\mathsf{H}_{2}\mathsf{O}\right)}&{=\ (Lx Sx Q^{2}+P_{s})/(187x D^{5)}}\end{array} \mathsf{P}= 排烟背压，kPa.（in.HaO）\mathsf{P_{~S~}}= 消音器和雨帽的压力降psi =27.68 in.水柱\mathsf{k P a}=101.85 mm水柱L= 排烟管总等效长度，m（ft）{\scriptsize{Q}=} 废气流量，m/min（cfm）D= 管子内直径，mm（in.）如果管道是矩形的（方管）

b

D=(2x ax b)/(a+b)
\mathbb{S}{=} 气体密度， kg/m^{3}\left(\left.\begin{array}{c}{{l b}}\end{array}\right|\right)
\begin{array}{r l}{sf{S}\left(\log/m^{3}\right)}&{=(350.5)/(\vert\hat{x)\vert^{2}+\vert\hat{y}\vert^{2}+\vert273°\vert}}\\ {sf{S}\left(\vert b/\hat{\mu}^{3}\vert\right)=(39.6)/(\vert\hat{x)\vert^{2}+\vert\hat{y}\vert^{2}+460°F}}\end{array}
各种弯管的直管等效长度计算公式如下：
L = {(33D)/(X)} 标准弯头（弯头半径 = 管子直径
L = {(20D)/(X)} 长弯头（半径≥1.5直径）
L\ =\ {(15D)/(X)} 45°弯头
L\ =\ {(66D)/(X)} 方弯头
其中 \mathrel{\stackrel{\rightharpoonup}{=}} 1000mm或12in

如上所述。如果排烟管需要转弯，则需采用半径是两倍管子直径以上的弯头，将有助于减少阻力。

安装排烟管时，有以下几点要注意

1.要尽量短及少弯位。

2.一般钢管的热膨胀度为 1.33mm/m/°C ，因此当温度由35℃升高到 500°C 时，一条10m长的钢管会伸长 53mm ：所以安装时要考虑用膨胀节或滚轮式排烟支撑系统。

3.安装直管时要稍微向排烟方向下倾斜。

4.用不低于 *600°( 的隔热材料包裹排烟管及消音器，以避免发电机房温度上升。

5.用柔性连接（排烟软管）将排烟管与发动机隔离开。柔性连接要装在靠近发动机排烟出口处。柔性排烟连接有三个主要的功能：?不让排烟管的重量施加在发动机上。

减轻排烟部件过大的振动疲劳应力。

{>} 允许排烟部件相对移动。例如：因温度变化引起的热胀冷缩，任何结构件的塑性变形或发电机组装在弹簧类避震器上产生的反力矩。

6.排烟软管若需隔热，则必须保证隔热材料不能妨碍排烟软管自

7.如排烟管过长，必须采用限位装置，使其只能向自由端伸长。8.所有排烟管在焊接后，必须将管内焊渣处理干净后才可放回安装及使用。

9.多台机组不允许共用一根烟管排烟，因为运行机组烟气中的水气会进入不运行的机组中，最终冷凝造成发动机损坏。10.防止雨水经排烟管道进入机体内。

6 启动系统

Cat（卡特）发动机有气动和电动两种启动系统。

1.电力启动

最方便使用的是电力启动。它的费用最低，且适用于遥控和自动。●蓄电池蓄电池能供应足够的能量使发动机长时间和快速启动。铅-酸类是普通型，有很高的输出能力，费用最低。镍-镉蓄电池费用较高，但寿命期较长、维护少。

供蓄电池再充电的充电器主要分两种。A：外置微电流充电器是为无负载电池连续充电的充电器而设计的。当蓄电池完全充好电时，充电器充电电流应自动降至最低。B：发动机驱动的小型发电机，给蓄电池充电，其缺点是只有当发动机运转时才能给蓄电池充电。

要注意当发电机组多次启动时，可能会因蓄电池容量不足而影响到机组启动的可靠性。

2.空气启动

无论是手动还是自动的气动启动，都十分可靠，从气动马达获得的转矩，在电动启动马达所需的一半时间内即可将发动机的速度加速到启动速度的两倍。

来自压力为758到1723KPa（110到250psi）气源的压缩空气，压力被调到758kPa（110psi）后，通过管子送往气动马达。这些压力是调压器上所要求的。必须确定压缩空气从空气源到调压器的管道中压力降的许可值。压缩空气可以来自储气容器和工厂的压缩空气。

噪音控制

1.噪音的来源

噪音的来源可分成两大类：1.因结构振动引发2.因空气振动引发第一类噪音可用适当的抗振动装置，将发电机的振动转到大厦结构的机会减到最低，而第二类噪音的产生又可分为：

2.机械噪音 启动马达

2.噪音的控制

2.1排烟噪音

排烟噪音主要来自于排气门打开时气缸内燃烧爆炸的高压气体排出时所产生的噪音。一般是用消声器去达到降低噪音的目

用玻璃纤维及孔板去吸音。缺点是吸音材料很容易被排烟时的碳粒堵塞而令消音效果减弱。

发射式消声器是靠废气在消声器内不断发射碰撞，而将声音的能力减弱来降低噪音的。有一些比较复杂的设计是用几种不同的隔墙，将消音器分成几个小部分，而每一部分会吸收或减弱某一特定频带的噪音。但此种消音器的缺点是背压比较大。

3.组合式消声器

将上述两款同时应用于一个消声器（吸音及发射）上。

由于发电机组无可避免地要有进风及排风，因此不能用一个密封隔音外壳去做到消灭噪音。一般发电机房噪音会由进口百叶，排风百叶及发电机房排出，因此，要令发电机组的噪音排放达到最少、最环保的要求，就要确保发电机房门是防音式门，或用两层门将噪音隔离。此外进风及排风的噪音控制有以下几个方法：

1.噪音消减器

此种消减器一般是由厂家设计，并经实验而有一组可靠的数据，如阻力，消减噪音分贝（每一频率带）等等，因此客户可根据自己需求而决定消减器的大小，下图是消声器的内部切面图。

2.减声百叶

当发电机房室内空间太小而不能安装噪音消减器时，可考虑应用减声百叶。减声百叶也是由厂家设计并经实验而有一定的可靠特性数据。一般减声百叶有 300mm 厚度 \mathbb{B}600mm 厚度选择。

减声百叶一般风阻比较大，因此一般需要较大面积的百叶以保持发电机房所需要的风流量，下图是其中一间生产商所制造的消音百叶。

3.消音箱

另一种方法是靠消音箱。如下图所示以达到消音效果。其工作原理是靠声音发射，于放射过程中将噪音吸收。

四、卡特重点机型柴油发电机组技术参数及发电机房设计图纸

4.1.1卡特C175/3200KW发电机组

单台卡特C175/3200KW发电机组机房平面图和立面图（远置散热水箱）<br>两台卡特C175/3200KW发电机组机房平面图（远置散热水箱）

卡特柴油发电机组CatDieselGeneratorSet

单台卡特C175/3200KW发电机组机房平面图和立面图（机带散热水箱）<br>两台卡特C175/3200KW发电机组机房平面图（机带散热水箱）

卡特柴油发电机组CatDieselGeneratorSet

单台卡特C175/2400KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特C175/2400KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDiesel GeneratorSet

单台卡特3516B/2000KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特3516B/2000KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDieselGeneratorSet

单台卡特3516/1600KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特3516/1600KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDieselGeneratorSet

单台卡特3516C/2200KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特3516C/2200KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDieselGeneratorSet

单台卡特3516B/2000KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特3516B/2000KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDiesel GeneratorSe

单台卡特3512B/1400KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特3512B/1400KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDiesel GeneratorSet

单台卡特3512/1000KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特3512/1000KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDiesel Generator Se

单台卡特C32GC（DE1100GC)/880KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特C32GC（DE1100GC）/880KW发电机组机房平面图

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单台卡特C18/572KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特C18/572KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDieselGeneratorSet

单台卡特C15/440KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特C15/440KW发电机组机房平面图

卡特柴油发电机组CatDiesel GeneratorSet

单台卡特C9/264KW发电机组机房平面图和立面图<br>两台卡特C9/264KW发电机组机房平面图