具有多重路径冷却的发电系统 |
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| 申请号 | CN201480053216.2 | 申请日 | 2014-09-26 | 公开(公告)号 | CN106170911B | 公开(公告)日 | 2019-08-16 |
| 申请人 | 康明斯公司; | 发明人 | N·W·沙特克; R·加雅拉曼; | ||||
| 摘要 | 一种发 电机 组具有壳体，其中舱壁将该壳体分成高压舱室和低压舱室。第一 风 扇位于所述高压舱室中并将周围空气抽吸到所述高压舱室内并将所述高压舱室加压到大于周围压 力 的第一压力。 散热 器位于所述高压舱室内从而使得所述高压舱室中的加压空气流过该 散热器 并流出所述高压舱室。发电机位于所述高压舱室内并提供从所述高压舱室到所述低压舱室贯穿的气流路径。 发动机 位于所述低压舱室中并且联接至所述散热器以进行冷却，并且穿过所述舱壁连接至所述发电机以驱动所述发电机。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种发电系统，该发电系统包括： |
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| 说明书全文 | 具有多重路径冷却的发电系统[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2013年9月27日提交的名称为“LEECTRICAL POWER GENERATION SYSTEM WITH MULTIPLE PATH COOLING”的美国临时专利申请No.61/883，751的优先权，通过引用将该申请的全部内容结合于此。 技术领域背景技术[0004] 经常被称为发电机组的发电系统通常包括由柴油机或其他内燃机驱动的发电机例如交流发电机。发电机部件通常包装在外壳内。发电机组的实现不同，既包括移动应用又包括固定应用，主电源和备用/后备电源，受控和不受控环境等。 [0005] 在许多应用中，期望发电机组室外操作，能够忍耐极端环境温度、湿度和降水等。另选地或附加地，经常期望从发电机组发出的噪音最小，同时保持足够小的发电机组形状因数，以提高发电机组效率、可维护性、可靠性和/或可制造性，并且提供操作者友好的输入/输出发电机组接口。人们正在期望进一步改进发电机组性能。 附图说明 [0006] 图1是根据本发明的实施方式的发电系统的示意图。 [0007] 图2是根据本发明的实施方式的发电系统的立体图。 [0009] 图4是图2的发电系统的交流发电机舱室部分的视图。 [0010] 图5是图2的发电系统的一部分的视图。 [0011] 图6是图2的发电系统的一部分的视图。 [0012] 图7是根据本发明的实施方式的发电系统的第一立体图。 [0013] 图8是图7的发电系统的第二立体图，示出了与图7所示一侧相反的一侧。 [0014] 图9是在图1至8的发电系统中有用的若干不同散热器的示意图。 [0015] 图10是根据本发明的实施方式的发电系统的立体图，示出了其模块化性质。 [0016] 图11是根据本发明的实施方式的发电系统的立体图，示出了其模块化性质。 [0017] 图12是根据本发明的实施方式的发电系统的立体图，示出了其模块化性质。 [0018] 图13是根据本发明的实施方式的发电系统的立体图，示出了其模块化性质。 [0019] 图14是根据本发明的实施方式的发电系统的第一立体图。 [0020] 图15是图14的发电系统的第二立体图，示出了与图14所示一侧相反的一侧。 [0021] 图16是根据本发明的实施方式的具有冷空气再循环暖化模式的发电系统的示意图。 [0022] 图17至18是根据本发明的实施方式的采取标准ISO容器尺寸的发电系统的立体图。 [0023] 图19至21是图17至18的发电系统的示意图，示出了根据本发明的实施方式的模块化构造。 [0024] 尽管本发明可进行各种修改和另选形式，但是在附图中以示例方式示出了具体实施方式并且在下面对这些具体实施方式进行详细描述。然而，意图并不是就本发明限于所描述的特定实施方式。相反，本发明旨在覆盖落入如由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等同物和另选方式。 具体实施方式[0025] 本发明总体上属于根据本发明的一些实施方式的发电系统。传统的发电机壳体通常为能够容易运输并适度现场保护不受环境影响的简单箱形。发电机组的一些实施方式作为箱型风道来利用该壳体，其中空气通过低压散热器风扇进入一端，并由交流发电机、发动机和散热器驱动以在相对端退出该壳体之前依次对交流发电机、发动机和散热器进行冷却。在该布置中，进气口和排气口上的扰流器只限于放置在敞开壳体端上，这可导致除尘和除水问题以及噪音传输问题。此外，由低压源如传统轴流式散热器风扇驱动的空气流在保持对发电机组的要求有效的同时会进一步限制扰流器、限制器、多重空气流路径或盘绕管道的使用。 [0026] 图1是根据该公开的一些实施方式的发电系统10的示意图。为了简单起见，随后将发电系统10称为发电机组10。如图所示，发电机组10包括壳体12，该壳体12将发电机组10的内部部件从具有例如周围压力的周围环境至少部分地隔离。壳体12可以被构造成保护发电机组10免受环境因素如极端的风、降水和温度的影响，并且提供能够运输发电机组10的结构。尽管针对发电系统或发电机组的壳体描述了本发明的实施方式，但是应该注意也可以设想电力生产以外的其他发动机壳体，该其他发动机壳体包括但并不限于水力发电、机械发电或泵送。一些应用是固定的，而其他应用是移动或半移动的(例如，船舶动力装置和火车动力装置)。 [0027] 壳体12由舱壁18分成第一或发电机舱室14和第二或发动机舱室16。如下面更详细地描述的，在发电机组10的操作过程中，在交流发电机舱室14(即高压舱室、空气处理舱室或冷却舱室)中会产生相对于壳体12外部的周围压力的第一相对高压。在发动机舱室16内产生相对于周围压力的第二高压。在本发明的实施方式中，交流发电机舱室14中的第一相对高压是比发动机舱室16中的第二相对高压高的压力。高压舱室14包括入口区域20和出口区域22。低压舱室16包括出口区域24。入口区域20提供了通过壳体12并通向发动机舱室14的周围空气入口。发电机舱室14内的空气能够通过出口区域22退出壳体12。发动机舱室16内的空气能够通过出口区域22退出壳体12。 [0028] 第一风扇26和散热器28位于高压舱室14内。在一些实施方式中，如图所示，高压入口区域20流体联接至扰流器或通气管管道48，通过该扰流器或通气管管道48，来自高压入口区域20的空气被提供给接近第一风扇26的区域。扰流器或通风管管道48(如果存在的话)能够降低从壳体内部传来的噪音。在一些实施方式中，尽管没有明确地图示出，但是高压入口区域20可以可选地包括能够被移动以调节通过高压入口区域20的空气流的翼板或其他结构。在一些实施方式中，在入口和出口端口上具有翼板能够附加地允许环境密封。例如，这可用来在发电机组不操作或运输时防止水或灰尘侵入，或可以用作“冷天气套件”的一部分以维持壳体内部或发动机舱室16中的来自辅助加热器的热。 [0029] 发动机36被示出为位于发动机舱室16中。发动机36通过舱壁18机械地连接至发电机30。在图示的实施方式中，高压舱室14和低压舱室16相对于壳体12的基座18大体水平彼此间隔开。在示出的实施方式中，低压出口区域24相对于壳体12的基座18位于发动机36上方。在图示实施方式中，散热器28相对于壳体的基座80大体位于第一风扇26上方，并且风扇28围绕大体平行于基座80的轴线旋转。在本发明的其他实施方式中可以不同地构造这些特征。例如，散热器28可以相对于第一风扇26位于高压舱室14内的任何位置或相反例如通过管道联接而与高压舱室14流体连通。 [0030] 第一风扇26将气体如空气通过高压入口区域20抽吸到高压舱室14内并且将高压舱室14内的气体加压至比壳体12外部的周围压力高的第一压力。在一些实施方式中，第一风扇26将高压舱室14中的气体加压至在大约4英寸水柱到大约12英寸水柱的范围内的压力。在一些实施方式中，设置了泄水孔或排水孔允许在高压舱室的底部、空气入口通气管管道48、出口区域64、24(即空气排放部)和低压舱室16中的一个或全部中将水或液体排走。 [0031] 在一些实施方式中，第一风扇26包括但不限于轴流式、离心式或混流式风扇。第一风扇26也可以是电动马达、直流机械、带驱动或液压驱动的风扇。在一些情况下，发电机组10可以包括用于驱动第一风扇26的电动马达40。在一些实施方式中，如图所示，电动马达40布置在高压舱室14内。在其他实施方式(未示出)中，马达40、第一风扇26和/或散热器28位于高压舱室14外部的其他区域并且通过管道或其他装置流体连通地联接至高压舱室14。在另外其他实施方式中，风扇是恒速的，是速度连续可变的或者具有离散的可选运行速度和/或流量。在本发明的实施方式中可以通过使用管道限制部或翼板来手动或主动地调节空气流和压力。 [0032] 在一些实施方式中，发电机组10具有控制箱42，该控制箱42包括联接至第一风扇26和/或马达40的风扇控制系统。在一些实施方式中，该风扇控制系统被构造成根据冷却需要以若干不同速度中的一个速度操作第一风扇26。在其它实施方式中，该控制箱42具有联接至高压舱室16的空气入口和联接至周围环境的出口以允许冷却空气流通过控制箱42。在另外的实施方式中，发电机组、并联齿轮和连接端子也位于控制箱42中。进一步注意的是，位于发电机组壳体12的一端处的控制箱42方便通过穿过壳体12端壁的检修口(未示出)维修并接近控制箱42。可以与发电机组10一起使用的控制操作符和控制算法的示例可在美国公报No.2011/0248577A1中发现，出于全面目的通过引用将该公报的全部内容结合于此。 [0033] 散热器28在入口区域20和出口区域22之间布置在高压舱室14内。在所示的实施方式中，该散热器位于与高压出口区域22相邻的位置。高压舱室14内的加压气体流过散热器28并通过高压出口区域22流出高压舱室14。流过散热器28的加压气体相对较冷，因为该加压气体尚未被流过或流经发电机组10内的任何被加热部件如发动机26预加热。 [0034] 发电机30可以包括穿过发电机30的气流路径(未示出)，该气流路径允许气体在发电机30的定子和转子之间并围绕定子和转子流动，由此冷却发电机30。穿过发电机30的气流路径从位于高压舱室14中的入口区域开口32延伸到延伸穿过舱壁18而到达低压舱室16内的出口区域开口34。发动机36联接至散热器28以冷却发动机36。注意在另选实施方式中，发电机30不穿过舱壁18，而在其他实施方式中其穿过舱壁18并部分地位于两个舱室中，而在另外实施方式中，发电机30位于高压舱室14中并且仅联接轴穿过舱壁18。 [0035] 在一些实施方式中，如图所示，发电机组10包括第一风扇38以对低压舱室16进行加压。在图示实施方式中第二风扇38位于低压舱室16中并且可以布置在发电机30和发动机36之间。在一些实施方式中，第二风扇28是发动机30的部件并且因而在发电机30由发动机 36驱动时由发动机36进行驱动。在一些实施方式中，第二风扇38为离心式风扇。在其他实施方式中，第二风扇38是可选的或者位于低压舱室16外部。注意在本发明的另选实施方式中，从高压舱室14经过舱壁18到达低压舱室16的气流路径穿过舱壁18中的管道。 [0036] 第二风扇38通过发电机出口区域开口34将气体抽吸到低压舱室16内，并且将低压舱室16内的气体加压到第二压力。在本发明的一些实施方式中，第二压力小于第一压力但是大于周围压力。在一些实施方式中，第二风扇38将低压舱室16中的气体加压至在大约0英寸水柱到大约4英寸水柱的范围内的压力。低压舱室16中的加压气体通过低压出口区域24流出低压舱室16。用于冷却发电机30的空气和低压舱室16中的其他空气由此被从壳体12推挤出来。 [0037] 在一些实施方式中，除了高压入口区域20和高压出口区域22之外，高压舱室14相对于周围压力环境基本密封(例如，除了由于制造变动或公差产生的空气流开口之外没有显著空气流开口)。在一些实施方式中，除了低压出口区域24之外，低压舱室16相对于周围压力环境基本密封。在一些实施方式中，除了发电机气流路径之外，舱壁18基本将高压舱室14从低压舱室16密封。发电机组10的其他实施方式具有通向和/或源自高压舱室14和/或低压舱室16的其他气体入口和出口。 [0038] 在一些实施方式中，发动机36可以是涡轮增压的，而在其他实施方式中，发动机36为自然吸气的。在一些实施方式中，燃烧空气入口44从高压舱室14抽吸相对较冷的加压气体以给发动机36提供燃烧空气。将认识到，相对越冷的空气越稠密，因而向发动机36提供相对较冷的燃烧空气具有性能优势。发动机36还联接至可选的排气后处理系统46，该排气后处理系统46用于将退出发动机36的燃烧气体消音并清洁。在其他实施方式中，燃烧空气入口44可以通过壳体12通向周围环境。 [0039] 在一些实施方式中，如下面将更详细地描述的，排气后处理系统46可以沐浴在退出高压舱室14的相同更冷的气体中。在一些示例中，排气系统46可以沐浴在退出低压舱室16的相对更温暖的气体中。可以选择沐浴排气系统46的气流以将排气系统46保持在期望的温度范围内。例如，在高周围温度环境中，可能期望的是通过利用来自高压舱室14的相对更冷的气体向排气系统46提供更大的冷却。在较低周围温度环境中，可能期望的是通过利用来自低压舱室16的相对更暖的气体来向排气系统46提供较少的冷却。 [0040] 存在用于汽油、气体和柴油发动机36的各种形式的后处理系统，其选择取决于发动机类型、应用、系统成本、使用的地理区域和适用法律和规章，这对本领域技术来说是显而易见的。在许多情况下，根据所采用的底层技术，这些后处理系统经常具有狭窄的最佳操作温度范围。 [0041] 本发明的实施方式允许调节围绕可选内部安装的后处理系统流过的空气流从而使得它们能够被维持在它们的最佳操作温度范围内或防止变得超温。注意，永久附装或内部安装的后处理系统具有系统设立和运输容易的优点。该空气流调节可以借助于自动或手动调节的流动调节器或翼板或通过调节高压舱室14或低压舱室16中的压力而完成。注意在各种实施方式中，可以设置交错空气流动路径以将过多空气流绕过后处理舱室引导。 [0042] 在本发明的一个柴油机实施方式中，排气后处理系统46利用柴油颗粒过滤器(DPF)来捕获并氧化排气流中的煤烟和其他颗粒物质。这种DPF经常涂覆有催化剂材料以增强其操作。DPF在经过一段时期操作之后会由于煤烟和捕获的颗粒物质而变得堵塞，因此需要对其进行“再生”以通过各种方法(例如通过增加发动机载荷、降低发动机冷却(借助于少量空气流)或利用额外燃料或通过电加热器将排气加热)升高的内部操作温度来将捕获物质烧掉。 [0043] 本发明的实施方式通过所附加的后处理系统46或通过允许通过风扇控制或空气控制翼板调节经过后处理系统46的空气流以在DPF中培育热的上升和保持来帮助并增强该再生过程。在本发明的其他柴油机实施方式中，可以可选地将柴油排气流体(DEF)或其他还原剂(包括但不限于尿素、氨水或无水氨)喷射并混合到排气流内。DEF与排气流混合并被热分解而形成氨(NH3)，在存在后催化剂如选择性催化还原(SCR)催化剂的情况下氨与NOx反应以将NOx和其他污染物转换为氮气、水和少量的二氧化碳。注意，在现有技术中还公知其他后处理系统(诸如二次控制喷射和排气再循环(EGR))和催化剂(包括但不限于氧化催化剂、二元催化剂、三元催化剂)。 [0044] 在一些实施方式中，由于DPF催化剂涂层和高操作温度(其会降解DEF并降低其有效性)，在DPF之前不喷射DEF。另外，上游排气的相对较高水平的热倾向于使DEF喷射系统和结构上生长不必要的尿素结晶。其结果是，现代柴油机后处理系统中的DEF通常在DPF之后喷射到较长一段排气管道内，较长一段排气管道确保其与排气良好地混合并在进入用于催化还原的后联SCR之前充分地氢化为氨(NH3)。 [0045] 排气后处理系统46可以包括加热器，该加热器可以用来将排气流预热并可以允许将排气温度控制在期望操作点的正负10℉内，以便提高处理排气系统46的性能。在一些情况下，加热器为由发电机30的电力输出供电的电加热器，并且还可以用作用于发电机组10的负载组，从而用来在用作后备系统时在系统测试或周期性(例如每周或每月)练习模式操作期间消耗发电机30的电力输出的至少一部分以验证发电机组的正确操作，从而避免了运营商为此目的而购买单独负载组的需要，并且可允许将排气的温度控制在期望操作点的正负10℉内。例如，在2012年12月5日提交的名称为“Integrated Load Bank For A Diesel Genset Exhaust Aftertreatment System”的共同未决美国专利申请序列号No.13/706,301中公开了可以结合在发电机组10中的排气后处理系统和方法，出于全面目的，通过参考将该专利申请的全部公开都结合于此。 [0046] 在发电机组10的图示实施方式中的排气后处理系统46布置在发动机排气后处理舱室60中，该发动机排气后处理舱室60包括后处理出口区域64和联接至高压出口区域22的后处理入口区域62。在图示的实施方式中，从高压出口区域22流出的气体流过后处理舱室60并从后处理出口区域64流出，由此为排气后处理系统46提供了冷却措施。在其他实施方式中，例如如如图7和8中所示，排气后处理舱室160转而与低压舱室116流体联接。在一些实施方式中，后处理舱室160位于高压舱室114和低压舱室115中的一者或二者上方。在一些实施方式中，后处理舱室160除了后处理入口曲折162之外相对于高压舱室144基本密封。在另外其他实施方式(未示出)中，排气后处理系统46可以位于高压舱室114和/或低压舱室116中的一者或两者内。 [0047] 在一些实施方式中，发电机组10通过减少从壳体12内的部件传输到壳体12外部的周围环境的噪音而提供了改进的声学性能。例如，在本发明的利用高压空气源和风扇的实施方式中，高压入口区域20、高压出口区域22和低压出口区域24可以相对于具有直接接近内部舱室或通过短运行管道接近内部舱室的相对较大空气入口和出口的现有技术发电机组具有减小的尺寸和/或增大的高度。减小这些入口和出口的相对尺寸和/或增大这些入口和出口的长度或空气流路径盘旋或非直线性降低了噪音传输或者允许噪音在不太令人讨厌的方向如竖直地或从侧面板离开地引导。在各种实施方式中，诸如在图2至6中所示，来自发动机舱室16的空气经由扰流器或长管道排出到环境以减轻传输到环境的噪音。注意，来自例如发动机的噪音可以通过盘绕而传播并在到达环境之前减轻。 [0048] 这些更小管道和更长/更盘绕的流动路径还能够减少对发电机组10的环境冲击，如风、雨、冷天气和雪。在一些实施方式中，这相当于空气入口区域20和/或空气出口(如单独的高压出口22或低压出口24，或者在组合区域中)的相对尺寸减少高达86％，而不会减少在相同kW尺寸的相当的现有技术发电机组上的流量。注意，现有技术发电机组和壳体由于它们对低压空气和风扇的使用而在利用较长运行管道、多重流动路径或盘绕空气流动/空气冷却路径方面具有难度。另外，高压风扇增加的抽吸和压力能够允许对进入空气流进行过滤以降低对发电机组壳体12内部的环境污染，而不会显著影响总体空气流。 [0049] 在其他实施方式中，可以在入口区域20或空气出口区域22、24上手动或自动地放置翼板或环境覆盖物以在运输或长期存储模式中将发电机组壳体12从周围环境密封或者将壳体密封以防止水、雨、雪、灰尘侵入，或者将热保持在“冷天气套件”中，诸如将从放置在发动机舱室16中的内部加热器产生的那样。总体空气流可以通过风扇速度或入口或出口限制器来进行附加的调节以更好地促进冷空气操作和效率。 [0050] 图2是发电机组10的一个实施方式的立体图，示出了如何将一些内部部件装配在壳体12内。能够看到扰流器或通气管管道48从高压入口区域20竖直向上延伸到位于第一风扇26附近的通气管出口50。在该实施方式中，散热器28位于高压舱室14的顶部附近并且被成角度地布置，不过在其他实施方式中可以设想不同的放置和取向。在一些实施方式中，可以采用各种尺寸的散热器作为散热器28。因为高压舱室14被加压，实现了通过散热器28的改进均匀性和分层空气流，并且在风扇尺寸和形状与散热器尺寸和形状之间无需直接相关性。 [0051] 这样，例如，不存在在传统的轴流式风扇和散热器放置中看到的“甜甜圈孔”效应和缺少角度空气流。换言之，“甜甜圈孔”效应描述了轴流式风扇在散热器上吹送的现象，与通过散热器的中心和角部的相对较少的空气流相比，这产生了形状为甜甜圈的相对较高的空气流。另外，还避免了在另选的现有技术风扇和散热器组合中看到的其他环箍(shrouding)效应。已经发现这增加了总体散热器功能和效率，并且在相当尺寸的发电机组和环境操作条件下可将散热器相对尺寸减少高达20％。另外，如下面将讨论的，这在发电机组10和发电机组壳体12的模块性方面还提供了优点。 [0052] 图3至图6为发电机组10的各个部分的更详细的等距图示，示出了如何将一些内部部件装配在壳体12内以及壳体12本身的特征。在一些实施方式中，壳体12包括一个或多个通道门以提供到达高压舱室14和/或低压舱室16的内部的通道。例如，图3示出了通道门70，该通道门70提供了到达低压舱室16、发动机36的一侧和风扇38以及舱壁18的通道。图4示出了通道门72，该通道门72提供了到高压舱室14的一侧的通道，包括到达发电机30和第一风扇26的通道。图5示出了通道门74，该通道门74提供了到达高压舱室14的前面的通道。在门74打开的情况下，工人容易到达控制箱42。图6示出了提供了到达低压舱室16的前部的通道的通道门76和提供了沿着低压舱室16的第二侧的通道的通道门78。因为散热器28如在许多现有技术发电机组中一样不位于发动机的前部，因此通道门76提供了到达发动机36(在此处运动部件密度更高，因此需要通道进行维护)的前部或其他部分如侧部的直接通道。由此方便了发电机组10的维护，并减少了总的保养时间。注意，通道门70、76和78提供了到达发动机的三向通道。此外，注意，低压舱室16的门可以被打开以方便在操作的同时对发动机36进行维护，这是因为由于在发动机维护过程中高压舱室14可以保持基本密封而使得散热器 28保持功能而对发动机进行冷却。 [0053] 进一步注意，发动机舱室与周围环境的相对封闭特性和较低的空气流有助于减少水和灰尘的侵入，并且帮助将发动机维持在相对不受污染的状态。这减少了部件磨损和腐蚀，促进了正常的发动机和电子器件功能，维持了发动机的排热能力，并降低保养间隔和时间。 [0054] 在一些实施方式中，通道门70、72、74和76以及没有示出的任何其他通道门可以包括热隔绝和声音隔绝以降低热和噪音穿过通道门70、72、74和76的传输。在一些实施方式中，壳体12的其他内部和/或外部表面可以包括热隔绝和声音隔绝以降低热和噪音穿过壳体12的壁的传输。 [0055] 图7和8提供了根据本发明的其他实施方式的发电机组10的相对侧的例示图。如图所示，发电机组110包括与图2至图6中所示的那些类似的出口区域122、第一风扇126、发电机130、发动机136、第二风扇138和后处理系统146。如进一步示出的，排气后处理舱室160与低压舱室116而不是参照图2至6描述的实施方式的高压舱室114流体联接。排气后处理舱室160包括后处理出口区域164和联接至低压出口区域124的后处理入口区域162。流出低压出口区域124的气体流过后处理舱室160并从后处理出口区域164流出。在一些实施方式中，如图所示，后处理舱室160布置在高压舱室114和低压舱室116中的一者或两者的上方。在一些实施方式中，后处理舱室160除了后处理入口区域162之外相对于低压舱室116基本密封。在图7和图8详细示出的实施方式中，不具有流体联接至高压入口区域120的扰流器或通气管管道48。相反，高压入口区域120接近控制箱142布置。在该和其他实施方式中，控制箱142不位于高压舱室114本身内，而是由经过高压入口区域120并进入第一风扇120的周围空气进行冷却。在另选实施方式中，进入高压入口区域120的进入周围空气的一部分经过控制箱 142并对其进行冷却。 [0056] 壳体112和发电机组110可以建造在基座平台180上。在一些实施方式中，发电机组110可以建造在拖车框架或滑撬框架上以便于移动。在图示的实施方式中，壳体12包括可以用来运输发电机组110的提升钩182。 [0057] 发电机组10(和110)可以具有模块化性质，壳体12内可以放置各种尺寸的发动机、发电机和散热器。在现有技术的发电机组中，改变发动机尺寸通常意味着因为发动机尺寸和冷却风扇/散热器尺寸之间的联系而必须重新设计整个壳体并改变尺寸。更大的发动机或更大或更热的操作周围热范围意味着更大的散热器。然而，在这里描述的发电机组10中，风扇尺寸和形状与散热器尺寸和形状之间无需直接相关。因为在风扇26和散热器28之间具有加压流体联接，风扇26不像许多现有技术发电机组中那样与散热器28直接相邻定位，因此可能无需为了与散热器尺寸或所需的压力/空气流率匹配而改变冷却风扇尺寸。如上所述，发电机组10和110比许多现有技术发电机组提供了通过散热器28的更有效的空气流，由此能够更有效地冷却发动机。 [0058] 图9示出了模块化方案，该模块化方案利用三个不同的散热器尺寸，其中仅在一个维度上改变散热器，从而降低了散热器费用并增加了耐用性。在图示的实施方式中，每个散热器28A、28B和28C都具有相同的厚度和相同的宽度，只有高度不同。返回来参照图2、7和8，可以看到，通过具有相同厚度和宽度的散热器28A、28B和28C，可以利用适当的支架和/或阻挡板将它们容易地结合到标准尺寸的壳体12内，以提供不同的冷却量(这些冷却量可以针对其他发电机组特征如发动机尺寸、kW输出、排热和周围操作温度和温度范围来进行裁量)，同时允许在供应商处进行单个维度的制造和/或安装改变。尽管图2、7和8示出了使用单个散热器，但是将认识到，在一些实施方式中，可能期望例如将两个或三个散热器堆叠在一起以增加冷却或改变散热器家族的其他尺寸和操作特性，诸如厚度或宽度。注意，通过本发明的实施方式的壳体产生的均匀分层冷却空气流(即没有现有技术的壳体和风扇的环箍区域或风扇的“甜甜圈孔”)对于选择的应用和周围空气操作温度范围来说能够将总体散热器面积需求降低高达20％。在本发明的另选实施方式中，能够将散热器维持在相同kW尺寸的现有技术发电机组的相当尺寸，但是具有减少的基础空气流或冷却剂流以维持应用所需的排热。 [0059] 图10至13示出了壳体12中的模块性特征。可以建造不同的发电机组10或发电机组型号家族以在具体环境中使用，并且可以针对具有发电水平进行建造，并且可以容纳在单个壳体设计中，其中不管环境或发电水平如何，都只改变相对少量的壳体部件，而大量壳体部件保持相同。例如，可以将发动机舱室侧/端柱208、228和顶面板204、224加长以适应不同长度和kW输出的发动机，无需改变壳体的基础设计。高压舱室侧/端柱206和顶面板202、322也可以加长，以适应不同的交流发动机、散热器、控制箱42和风扇。端柱206、208、228和中央柱还可以增加高度以适应更高的发动机、散热器或后处理系统。通过使用更宽的顶202、204、224、322和基座/基座构件/底板、端板(或端柱206、208、228)和中央段，还可以容纳更宽的系统。 [0060] 图10示出了能够用于期望输出60到125kW功率(另外其他实施方式可以设想20到300kW功率的范围)的发电机组的壳体220，在40℃的周围温度时满足Tier4F排放要求或在 50℃的周围温度时满足Tier3F排放要求。壳体220具有大约2.8米的长度L，1.1米的宽度W和大约1.5米的高度。壳体220包括端柱206和端柱208并且包括顶面板202和204。顶面板202和 204均具有1.1米的宽度和1.3米的长度。 [0061] 图11示出了能够用于期望输出100到200kW功率的发电机组的壳体320，在40℃的周围温度时满足Tier3排放要求。壳体320具有大约3.1米的长度L、1.1米的宽度W和大约1.5米的高度。壳体320包括端柱206和端柱208，并且包括顶面板202和224。顶面板202具有1.1米的宽度和1.3米的长度，并且顶面板224具有1.1米的宽度和1.6米的长度。 [0062] 图12示出了能够用于期望输出100到200kW功率的发电机组的壳体340，在40℃的周围温度时满足Tier4F排放要求或在50℃的周围温度时满足Tier3F排放要求。壳体340具有大约3.4米的长度L、1.1米的宽度W和大约1.5米的高度。壳体340包括端柱206和端柱228，并且包括顶面板322和224。顶面板322具有1.1米的宽度和1.6米的长度，并且顶面板224具有1.1米的宽度和1.6米的长度。 [0063] 图13示出了能够用于期望输出50到100kW功率的发电机组的壳体360，在50℃的周围温度时满足Tier4F排放要求或在大于50℃的周围温度时满足Tier3F排放要求。壳体360具有大约3.1米的长度L、1.1米的宽度W和大约1.5米的高度。壳体360包括端柱206和端柱208，并且包括顶面板322和204。顶面板322具有1.1米的宽度和1.6米的长度，并且顶面板 204具有1.1米的宽度和1.3米的长度。 [0064] 壳体220、320、340和360仅仅是例示性的，这是因为可以建造任何尺寸的壳体以适应任何期望的发电机组尺寸。壳体220、320、340和360中的每个都可以利用若干不同的柱和若干不同的顶面板来建造。其他部件如通道门在建造任何尺寸的壳体时通用。 [0065] 图14和15示出了本发明的用于高马力应用的另选实施方式，其中壳体500被示出为具有安装在高压舱室514的相对两侧的两个高压风扇526，每个高压风扇526都具有其自身的、穿过其相应侧壁的高压入口520。散热器528安装在高压舱室514的顶部中，从而允许竖直引导和排出加热空气和噪音。后处理系统和/或消音器546通过水平舱壁(未示出)与发动机舱室隔离。空气在壳体的远端处或远端附近退出发动机舱室516，沿着后处理系统和/或消音器546向回流动以对它们进行冷却，并且在散热器528附近、在低压出口524处与舱室的中点相邻地退出。注意，该布置将加热空气和排气与排气和加热空气流的夹带噪音的大部分一起竖直排出壳体500外；唯一的水平开口和噪音源是侧部安装的高压风扇入口520。进一步注意，在图14和15的实施方式中，可选的燃料箱570安装在高压舱室514中的高压风扇526下面。 [0066] 图16示出了根据另外的实施方式的针对冷空气再循环预热模式构造的发电系统或发电机组610的示意图。除了指出的地方，发电系统610类似于发电机组10并进行类似的编号。系统610包括壳体612、发电机舱室614、发动机舱室616和舱壁618。发动机舱室616中的发动机636联接至散热器628以进行冷却。发电机舱室入口620提供了供周围空气流入发电机舱室614内的路径。高压或第一风扇626被构造成将空气抽吸到发电机舱室614内以在发电机舱室614中产生高压。发电机舱室出口622提供了供空气经过散热器628离开发电机舱室614的路径。空气可以进一步通过可选的顶部开口660和通过壳体开口664逃逸到周围环境。发电机组610可以包括可选的开口650。然而，当发电机组610正常运行时，来自发动机舱室616的高于周围压力的压力产生了对来自发电机舱室614的空气通过其他开口660、664逃逸来说阻力最小的路径。 [0067] 发电机630具有发电机入口632和发电机出口634，从而提供了供空气离开发电机舱室614而到达发动机舱室616的另一个路径。发电机风扇638联接至发电机出口634，并且被构造成产生从发电机舱室614到发动机舱室616的抽吸空气。发动机舱室出口624联接至发动机舱室616并允许空气离开而进入周围环境。如以上说明的，发动机舱室出口624是对于发动机舱室616中的加压空气逃逸到周围环境而不是通过开口650来说阻力最小的路径。 [0068] 发电机组610可以在各种实施方式中被进一步构造成检测周围空气的温度并在例如该周围温度超过下阈值(该下阈值将导致发动机636不充分运行)时确定周围空气是否足够冷。再举例来说，当壳体612中的更高温度是有利的时，后处理系统636可能需要再生循环。响应于至少一个这种条件，发电机组610被构造成开始冷空气再循环预热模式。在该模式中，将第一风扇626关闭或从其最大输出显著降低，并且将第二风扇638开启或保持运行。因为第一风扇626停用，发电机舱室614中的压力接近周围压力或远小于在第一风扇启用的情况下产生的高压。在第二风扇638操作的情况下，空气仍然通过发电机630具体是通过发电机入口632和发电机出口634从发电机舱室614抽吸到发动机舱室616。 [0069] 当空气被抽过时，第二风扇638操作而在发动机舱室616和发电机舱室614之间产生压力差，从而使得发动机舱室616具有比发电机舱室614中的第二压力高的第一压力。结果，发动机舱室616中的加压空气的大部分都流过开口650而不是流过发动机舱室出口624。之后，加压空气的大部分流过发电机舱室出口622，经过散热器628并进入发电机舱室614而不是进入壳体开口664和顶部开口660。该再循环路径允许壳体612中的空气进行再循环，从而能够在希望时将壳体612中的部件的温度维持在高于周围温度的温度。有利地，可以在发电机组610操作的同时启用和停用冷空气再循环预热模式。另外，当发电机组610预热时或在排热需要增加以根据需要将增加量的外部冷空气带入到发电机组壳体610中的再循环空气量内时，可以将第一风扇626开启或以更高水平操作。 [0070] 图17至21是根据本发明的实施方式的采取标准尺寸ISO集装箱的尺寸的模块化发电系统或发电机组710的视图。模块化发电机组710结合了在本文中各处描述的基本类似的特征，但是模块化发电机组710的壳体712的尺寸和结构适合于标准ISO集装箱的形状，而内部部件、内部面板和外部面板可以根据所选构造进行改变。在一些实施方式中，壳体712是修改的标准尺寸ISO集装箱，该集装箱具有在顶部和侧部中在标准壳体中切割的标准尺寸开口，该开口然后可以被尺寸和形状适合于具体应用的面板占据。壳体712具有被选择成与标准ISO集装箱尺寸标准以及正在使用发电机组710的应用匹配的长度L、宽度W和高度H。例如可以基于发动机的尺寸、发电机的尺寸、燃料存储要求和运输参数等来选择L×W×H。在一些实施方式中，长度L从20英尺、30英尺、40英尺和48英尺选择。在各种实施方式中，高度H从8.5英尺的标准高度或9.5英尺的高集装箱高度选择。宽度W通常为8英尺。这些尺寸使得壳体712能够适应于与其他标准尺寸ISO运输集装箱一起堆叠和运输。此外，这些尺寸使得能够在500kW到1500kW的示例性范围内进行发电。例如，长度为20英尺的标准ISO集装箱可以被切割标准尺寸开口，然后设置有尺寸适合于在500到1500kW的范围内的功率输出的面板。再举例来说，长度为40英尺的标准ISO集装箱可以切割有标准尺寸开口，然后设置有尺寸适合于在1500到2500kW的功率输出的面板。 [0071] 发电机组710与在本文别处描述的其他发电机组类似的地方还在于，其包括发电机舱室714(即高压)和发动机舱室716(即低压)。门715通向发电机舱室714。如图所示，当发电机舱室门715关闭时，百叶窗720提供通向发电机舱室714的入口。在一些实施方式中，百叶窗为Z形百叶窗，该Z形百叶窗被构造成要求进入空气在通过百叶窗的同时升起，这样在进气能够滤除一些碎屑和灰尘颗粒。在另外的实施方式中，百叶窗可以是重力百叶窗和/或与一个或多个高压风扇760相关联。重力百叶窗例如当发电机组710不操作时或当相关的高压风扇760停用时利用重力或发电机舱室714的空气压力关闭。重力百叶窗与一个或多个高压风扇760的关联性允许风扇自动防故障装置在风扇故障时维持压力或允许在冷却需求下降时通过关闭不需要的风扇而进行节省能量。空气过滤器765可以位于百叶窗720的背后以进一步滤除碎屑和灰尘颗粒。在一些实施方式中，重力百叶窗和Z形百叶窗都可以用来提供进一步的增强过滤。 [0072] 在各种实施方式中，发电机组710包括可移除风扇支架750。风扇支架750可以包括位于滑动支座755上的风扇760。滑动支座755被构造成滑动到发电机舱室内，该发电机舱室可以包括例如轨道。风扇760可以类似于在本文别处描述的风扇。如图18所示，可移除风扇支架750可滑动地移动到发电机舱室714内。此外，如图所示，风扇760可以成对地安装。这些成对的风扇可以彼此偏心安装以适应于马达的存在，该马达可以为电动马达。在一些实施方式中，根据发电机组710的冷却要求和模块化发电机组710内的可用空间，高压风扇760可以包括1个风扇，两个风扇，4个风扇或者任何其他数量的风扇。 [0073] 门725通向发动机舱室。类似于其他发电机组实施方式，可以在发动机舱室的一端上和发动机舱室的另一侧包括附加的门，以提供到达发动机的三向通道，以容易维护。 [0074] 壳体712还包括顶部730。如图所示，顶部730包括至少部分地布置在发电机舱室714上方的发电机舱室面板735、至少部分地布置在排气系统上方的排气面板740和至少部分地布置在发动机舱室上方的发动机舱室面板745。发电机舱室面板735的尺寸可以与布置在发电机舱室714中的散热器的尺寸匹配。例如，发电机舱室面板735可以基本允许空气流过散热器以流入周围环境。排气面板740的尺寸可以允许排气和加压空气逃逸到周围环境。 发动机舱室面板745通常被密封以保护发动机舱室免受环境影响。在各种实施方式中，发电机舱室面板735和排气面板740占据ISO集装箱的已经被切除的区域，并且发动机舱室面板 735为标准ISO集装箱顶部的没有被切除的部分。顶部面板的尺寸可以进一步适应于应用，如在图19至21中更详细地所示。 [0075] 图19至21是各种构造810、812和814中的模块化发电机组710的示意图。模块化发电机组710具有根据所需发电机组部件的尺寸，如风扇760、发动机770、发电机772、排气系统774(包括可能的排气后处理)和联接至发动机的散热器776的尺寸而改变的面板或部分。一般来说，所需部件通常根据发电要求、冷却要求、排放要求和环境条件来选择。例如，50公升的发动机可以需要产生1500至2500kW的电力，这需要一定尺寸的散热器和中冷器来冷却发动机和在具体环境中的进气，并需要一定尺寸的排气系统来减轻噪音和气体排放。然后使面板的尺寸满足这些部件的尺寸。 [0076] 如图所示，顶部面板根据构造在长度上是模块化的。所示的长度包括代表发电机舱室部分735的长度的L1、代表排气部分740的长度的L2、和代表发动机舱室部分745的长度的L3。L4代表舱壁778的内部面板的模块化长度。 [0077] 例如，如用于构造810的图19所示，发动机770是大型发动机，而发电机772具有适当尺寸并联接至该发动机。为了冷却发动机770，散热器、中冷器或散热器组776的尺寸适合于冷却发动机770和压缩的进气。如图所示，散热器或散热器组776水平布置，而在其他实施方式中，散热器或散热器组776以另一种角度布置。例如，该角度可以是竖直的或在竖直和水平之间。重力百叶窗或可操作翼板可以可选地装配到散热器776外部，以防止在不操作时水或其他环境杂质侵入。使用两对风扇760来对发电机舱室714进行加压以迫使空气通过散热器776。舱壁778包括水平面板，该水平面板具有尺寸大小适应于发动机770和发电机772的总体长度的长度L4。此外，例如在发电机和散热器水平重叠的情况下，可以根据发电机772和散热器776的尺寸来选择长度L4。长度L1被选择成适应于散热器776的长度。长度L2适应于发动机舱室716的尺寸。长度L3由于排气系统774的尺寸而不存在。 [0078] 作为另一个示例，如用于构造812的图20所示，发动机770小于构造810中的发动机。结果，发电机772和散热器776更小并且具有总体更小的长度。然而，排气系统774保持相同尺寸。在尺寸更小的情况下，舱壁面板长度L4可以更短。舱壁778的其他尺寸可以保持相同。这使得能够将发动机770更远离末端安置，以邻近发电机组710的末端获得额外空间。该额外空间可以例如用来存储更多燃料。取代两对风扇，使用一对更大风扇760来对发电机舱室714进行加压。长度L1更短以适应于更短的散热器776。长度L2保持相同。然而，长度L3呈现为在排气系统774上延伸。 [0079] 作为又一个示例，如用于构造814的图21中所示，发动机774甚至比构造812还小。结果发电机772和散热器776甚至更小。排气系统774保持相同尺寸。在尺寸更小的情况下，舱壁面板长度L4不再存在，而舱壁778的其他尺寸可以相同。这使得能够将发动机770甚至更远离末端安置，以邻近发电机组710获得额外空间。风扇760的尺寸可以根据冷却要求而相同或减小。长度L1进一步缩短以适应于甚至更小的散热器776。长度L3在排气系统774上进一步延伸。 [0080] 构造810、812和814是发电机组710的模块化构造的示例。通过将发电机组710包装成标准ISO集装箱并建立模块化面板，方便了容易地运输发电机组710，同时满足各种应用要求。注意，再循环开口、门或重力百叶窗(被布置成在发电机舱室714被加压时关闭而在从发动机舱舱室716到发电机舱室714的再循环模式中时打开)可以在散热器776和排气系统774之间装配到这些面板以允许进行冷天气再循环操作。 [0081] 在不脱离本发明的范围的情况下可以对所讨论的示例性实施方式进行各种修改和添加。例如，尽管以上描述的实施方式参考了具体特征，但是本发明的范围还包括具有特征组合的实施方式和不包括所描述的全部特征的实施方式。因而，只要它们落入权利要求及其所有等同物的范围内，本发明的范围就要涵盖所有这种替换、修改和变动。 |
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