Дизелгенератори

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2008

ДизелгенераториДизелгенераториДизелгенераториДизелгенераториДизелгенераториДизелгенератори

Приложения и критерии за избор на дизелгенератори


   Всеки дизелгенератор (ДГ) включва двигател с вътрешно горене (ДВГ) и електрически генератор (ЕГ). Прекъсванията на основното електрозахранване в областта на индустрията са не само нежелателни, но и абсолютно недопустими в определени производство. По тази причина автономните захранвания от всякакъв тип - UPS, ДГ и т.н. са важни съоръжения за индустрията. Както е добре известно, те поддържат работоспособността на електрическите прибори и апарати в случаите на прекъсване или отклонение на напрежението от стандартните стойности. Дизелгенераторите конвертират отделената при изгарянето на гориво топлинна енергия в електрическа. В редица отговорни производства намират приложение комбинирани решения, включващи UPS и ДГ. Основен аргумент в полза на инвестицията в дизелгенератор е рискът от спиране на производството и последващата загуба на много средства. Тук дори не става въпрос за производства, при които спирането би могло да доведе до ситуация, в която е много трудно или невъзможно да се възстанови производственият процес.

Мощностни диапазони
Дизелгенераторите, наричани още дизелови електростанции, представляват агрегати, генериращи електрически ток чрез преобразуване на механична енергия в електрическа посредством генератор.
Дизеловите електрогенератори (ДЕГ) произвеждат електрическа енергия в приложения с труден достъп до централната електроенергийна мрежа или като резервно захранване, в случай на прекъсване на електрозахранването. Малките преносими (ДГ) от порядъка на 1 kVA до 10 kVA могат да се монтират в бита, както и в малки магазини. По-големите с мощност 8 kVA – 30 kVA се използват за големи комплекси и цехове. Съоръженията с мощност до 2000 kVA са с промишлено приложение. Най-големите - 5 MW и повече, представляват малки електроцентрали. Функцията им е не само на резервни захранвания, но и на електропроизводствени мощности, подпомагащи електрическата мрежа в периоди на върхова консумация на електроенергия.

Областта им на приложение е широка
Дизелгенераторите често се използват в големи превозни средства, например мощни строителни машини, дизелови локомотиви, различни подемни машини и др. Широко приложение намират в областта на нефтодобива, тъй като при необходимост от постигане на високи и свръхвисоки мощности, механичните съединители са неподходящи за задвижване.
Както вече бе подчертано, дизелгенераторите играят ролята на резервен източник на електрозахранване в областта на бита, туризма и бизнеса. Също така се използват в приложения, където централното електрозахранване е недостъпно или качеството на електроенергията е лошо.
Възможно е дизелгенераторите да се използват и като основен източник на електрозахранване към основната мрежа, но това зависи от мощността и конструкцията на агрегата. Средният живот на един дизелгенератор е около 50 хиляди часа, а максималният - над 100 хиляди часа, при планиран ремонт в границите на 200 – 300 часа непрекъсната работа.
Традиционна област на приложение на дизелгенераторите са корабите. При тях ДГ се използват не само за да осигуряват електроенергия за електрическата си мрежа, но и за задвижване, съвместно с главните двигатели. Приложението на ДГ за задвижване вече е рутинна практика. Тъй като главните двигатели на корабите се разполагат близо до винта, а при ДЕГ това не е задължително, е възможно монтирането им на по-добри позиции. Електрическото задвижване на винта на корабите за първи път е използвано в някои военни кораби поради изискванията за по-тихото им придвижване.

Еднофазни и трифазни агрегати
В момента на пазара се предлагат еднофазни и трифазни ДГ. Първият тип би могъл да се отнесе към битовите, които обикновено са с мощност, по-ниска от 3 kW. Маломощните ДГ обикновено са с въздушно охлаждане. Трифазните по принцип са предназначени за промишлени потребители. Тези агрегати са с течно охлаждане.

Характеристики на дизелагрегатите
Главното предимство на електроагрегатите е пълната им независимост от планови и извънпланови прекъсвания в мрежата. Обикновено са много компактни и имат висок КПД, достигащ до 0.47%, подлежат на сравнително лесно регулиране в диапазона от 10 до 100% от номиналната им мощност. ДГ са известни и с това, че имат ниска стойност на произведената електроенергия и бърза възвращаемост на вложените средства. Топлината от охлаждане на агрегата би могла да се използва за отопление на жилищни помещения или за производство на гореща вода чрез използването на топлообменник.
Друга характеристика на агрегатите е високата им екологичност. В отработените им газове се съдържат много по-малки количества тежки метали и вредни вещества в сравнение с бензиновите модели. Обикновено се счита, че е целесъобразно ДГ да се използват за електрозахранване на промишлени обекти, а бензиновите - в социалната сфера и от частни потребители.
Следователно основните положителни характеристики на ДГ могат да се систематизират в групите:
l ниска себестойност на произведената енергия;
l бързо изплащане;
l дълъг експлоатационен живот.
Агрегатите в мощностния диапазон от 10 до 500 kW се отличават с:
l по-ниска пожароопасност от бензиновите;
l в голяма степен универсалност на приложението;
l ниска цена на обслужване;
l сравнително висок КПД. Някои модели са с ефективност от 47%;
l ниска цена на генерираната електроенергия.
Високата отговорност на работата на ДГ обяснява големите изисквания към него - безопасност, надеждност, икономичост, ниски нива на генерирания шум, отсъствие на скъпи и трудноизпълними изисквания по отношение на поддръжката и др.

Предпоставки за използване на дизелгенератори
Пазарните условия, които оказват стимулиращо влияние върху използването на дизелгенератори, могат да се систематизират в няколко направления:
l при чести прекъсвания на централното електроснабдяване във функцията на резервен източник;
l при чести аварийни режими на мрежата;
l при ограничен капацитет на централната мрежа за генериране на топло- и електроенергия;
l при висока цена на електроенергията;
l при ниска себестойност на горивата и др.

Критерии за избор на ДГ
При покупка на бензинов или ДГ следва да се обърне специално внимание на броя на фазите. Логично е при малък брой еднофазни консуматори да се избере еднофазен модел ДГ. В случай на поддържане на голям брой трифазни консуматори е естествено да се предпочете трифазен ДГ с 20 - 30% по-висока мощност. Възможно е да се използват еднофазни (монофазни) консуматори, захранени от трифазен ДГ, но те трябва да са разпределени така, че отделните фази на ДГ да са равномерно натоварени. Допустимо е неравномерно натоварване на фазите (при повечето ДГ е 25%).
Добре е при избора на ДГ да се зададат следните въпроси:
l В качеството на какъв източник ще бъде използван агрегатът – основен или резервен?
l Каква е мощността и характера на товара – cos j, пускови токове?
l В какъв режим ще работи агрегатът – кратковременен до два часа или продължителен?
l Каква е мрежата и броят на фазите (например 220/380V)?
l Какво е оптималното конструктивно изпълнение и място на монтаж и експлоатация (открито изпълнение или в кожух и т. н.)?
l Каква допълнителна комплектация е необходима?
При пресмятане на необходимата мощност се сумират всички потребители, като се отчита техният cos j и пусковите им токове. Това е необходимо, за да се осигури стабилна работа и запас от мощност, както и за да се избегне включване и изключване на товари при проиграване на напрежението на ДГ и оборотите на ДВГ. При малка интензивност на експлоатация (400 - 600 моточаса годишно) се избира ДГ с 3000 min-1. Ако експлоатацията е интензивна, е по-добре да се избере ДГ с ниски обороти 1500, 750 min-1 и др. Такива нискооборотни ДГ са по-тихи и се отличават с повишен ресурс. Възможно е те да са изпълнени с шумозаглушително устройство.
В зависимост от вида на атмосферната си защита, ДГ са: с капак, без капак, на шаси, в контейнер и други. Според начина на придвижване са стационарни и подвижни, които се подразделят на различни подвидове.
Важен критерий за избор на ЕГ е типът на двигателя. В голяма степен този показател се определя от мощността, ресурса и мястото на монтаж на електрогенератора. Двигателите се различават по начина на охлаждане (въздушно и течно), наличието на турбина и оборотите на коляновия вал. Големите и свръх големи ДГ се задвижват със сгъстен въздух.

Избор на ДГ по мощност
Зависи от предполагаемия товар. Производителите на дизелгенератори предлагат предполагаемата мощност на електроагрегата да се пресметне като сумарната активна и реактивна мощност, плюс определен запас от мощност. Известно е, че пълната мощност е равна на S = Ц(P2 + Q2), където S е пълната (привидна) мощност, Р е активната й съставка, а Q – реактивната. Активна е мощността на всички консуматори, при които цялата мощност се оползотворява за нагряване, например електронагреватели. Реактивната е мощността, която се използва за образуване на магнитно поле (трансформатори, електромотори и др.). Мярка за използването на реактивната енергия спрямо пълната енергия е cos j.
Например, ако двигател е с мощност 600 W и cos j = 0,7, това означава, че той реално използва 600/0,7 = 857 VA. Отделно дизелгенераторът има собствен cos j, който обикновено е равен на 0,8 и е нужно също да бъде отчетен. Освен това, трябва да се вземат под внимание големите пускови токове. Всеки електродвигател в момента на включване в мрежата консумира няколко пъти по-голям ток от работния му режим. Най-често пусковият ток на електродвигателите е от 6 до 6,5 по-голям от номиналния. Стартовото претоварване на дизелгенератора е кратковременно, затова е важно той да има способността да го издържи без промяна в качеството на електроенергията, получавана от него, както и да не излезе от строя. На практика това зависи от характеристиките на ДВГ. Счита се за оптимален вариантът, при който активната мощност на дизелгенератора превишава мощността на всички консуматори с 20 – 30%. Логично е, че в подобни случаи дизелгенераторът ще работи със 70% от номиналната си мощност.
За понижаване разхода на гориво в двигателя се използва турбонагнетяване. Преди да се изпрати в горивната камера, въздухът се сгъстява с помощта на турбокомпресор. Неговата турбина се привежда в движение от изгорелите изходни газове. След сгъстяване въздухът се охлажда със студена вода или въздух и тогава се подава към горивната камера.

ДГ са предназначени за продължителна работа
Отличителна черта между ДГ и моделите, захранвани с бензин, е, че първите са предназначени за продължителна работа. Бензиновите генератори имат характеристики, правещи ги подходящи за кратковременна експлоатация, както и в серийното производство. Те се произвеждат с мощности до 10 kW. В областта на големите мощности ДГ държат преимуществен пазарен дял. Най-общо казано, дизелгенераторите могат да се разделят в следните групи:
l малки - от 10 до 30 kW;
l средни - от 30 до 100 kW;
l големи - от 100 до 1000 kW;
l свръхголеми от 1000 до 3000 kW;
l ултраголеми - над 3000 kW.
Обикновено стационарните ДГ имат голям запас от мощност, което позволява използването им за промишлени цели. Определени типове автономни електростанции успешно работят в комуналното стопанство или при строежа на пътища, както и в строителството. Те са незаменими при добива на полезни изкопаеми в отдалечени райони.

Избор на ДГ по тип охлаждане
Маломощните модели дизелгенератори са с въздушно охлаждане. Пускът им е ръчен или автоматизиран. Както вече бе споменато, въздушното охлаждане не е подходящо за продължителна работа без прекъсване. ДГ с въздушно охлаждане са около три пъти по-леки от аналозите си с течно охлаждане (вода или антифриз). Добре е да се знае, че почти всички ДГ за продължителна работа са с мощност по-висока от 10 kW, а под тази мощност агрегатите лесно се транспортират.
Дизелгенераторите с въздушно охлаждане изискват голямо количество въздух и са доста шумни. Съществуват известни затруднения и при монтирането на шумозаглушители, тъй като се нарушава топлинният режим.
Някои потребители се притесняват от трудности при пуска на ДГ в зимни условия. В интерес на обективността следва да се отбележи, че се произвеждат модели ДГ с надежден пуск до -60 °C. Много от компаниите- производителки монтират агрегати на антивибрационни тампони към рамата. Като правило към рамата се монтира и резервоарът с гориво, който обикновено може да осигури минимум 10 часа непрекъсната работа под максимален товар.

Съвременните дизелгенератори са доста безшумни
Както вече бе споменато, дизелгенераторите са доста шумни машини, особено що се отнася до моделите, работещи с въздушно охлаждане. По отношение на някои агрегати съществуват изисквания да се монтират в помещения, в които превишаването на шума е крайно нежелателно. В подобни приложения те се комплектоват с допълнителни шумозащитни кожуси, които спадат към категорията на допълнителната екипировка.
Съвременните дизелгенератори се отличават с доста безшумна работа, но дори и без защитен кожух генерираното шумово въздействие е не по-високо от 80 dB. По отношение на отделяния шум в европейската законова и нормативна база съществуват стриктни изисквания, които безпроблемно се удовлетворяват от новите модели дизелагрегати.
За производство на шумозаглушителни кожуси се използват стоманени листове със специална изолация, съответстваща на ISO8183. За провеждане на сервизни работи и проверки агрегатите разполагат със сервизни люкове. Също така, с цел обезпечаване на дълъг експлоатационен срок, кожухът се подлага на многослойна обработка с помощта на емайл.

Статията продължава в следващ брой на списание Инженеринг ревю.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top