Виды и конструкция дизельных электростанций

Принцип работы дизельного мотора

Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.

Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству.

1. Воздух подается через впускной клапан при движении поршня вниз.
2. Далее поршень поднимается вверх и сжимает воздух в 20 раз. Давление в этот момент составляет 40 килограмм на 1 сантиметр. Температура воздуха в этот момент достигает 500 градусов по Цельсию.
3. Когда воздух сжат и нагрет, форсунки этого цилиндра впрыскивают и распыляют топливо. За счет очень сильно нагретого воздуха дизтопливо воспламеняется. Такой способ работы исключает присутствие в системе свечей зажигания. Также в дизельных агрегатах отсутствует система зажигания.
4. Также, в устройстве нет дроссельной заслонки, благодаря чему обеспечивается большой крутящий момент. Но, число оборотов в это время находится на низком уровне.За один цикл работы дизеля форсунки могут подавать топливо несколько раз.
5. При воспламенении горючей смеси, взрывная волна толкает поршень вниз. Поршень, который соединен с коленвалом посредством шатуна и вращает коленвал.
6. Далее, от нижней мертвой точки (НМТ) поршень движется вверх и выталкивает отработанные газы через выпускные клапана.Такой процесс в работе двигателя называют циклом.

Генератор переменного тока

Генератор переменного тока является ключевым элементом в процессе генерации электрической энергии. Он преобразует механическую энергию, получаемую от источника вращения (например, от двигателя) в электрическую энергию переменного тока, который может быть использован в различных устройствах и электрических системах. Генераторы переменного тока используются в различных отраслях, включая электроэнергетику, производство, транспорт и бытовые цели. Они имеют различные конструктивные особенности, мощности и характеристики, что позволяет выбирать наиболее подходящий генератор для определенных целей.

При оценке генератора следует обратить внимание на материал его корпуса, металлические модели более прочные и долговечные. В пластиковых аналогах происходит деформация, и смещение рабочих поверхностей, что со временем приводит к уменьшению мощности машины и даже ее порче. Ротор крепится в статоре на подшипниках, подшипники шарикового типа более предпочтительны, нежели роликовые

Генератор бесщеточного типа вырабатывает более стабильное напряжение и имеет большую долговечность

Ротор крепится в статоре на подшипниках, подшипники шарикового типа более предпочтительны, нежели роликовые. Генератор бесщеточного типа вырабатывает более стабильное напряжение и имеет большую долговечность.

Классификация ДЭС

 Дизель-электростанции (ДЭС) — это комплексное оборудование, предназначенное для производства электроэнергии путем использования дизельных двигателей и генераторов переменного тока. Дизель-электростанции широко используются в различных отраслях, включая энергетику, промышленность, сельское хозяйство, автономное электроснабжение и т.д.

Классификация дизель-электростанций может быть основана на различных параметрах, таких как:

1. Мощность: ДЭС могут иметь мощность от нескольких киловатт до нескольких мегаватт, и они могут быть как стационарными, так и передвижными.
2. Принцип работы: ДЭС могут быть автоматическими или полуавтоматическими, а также ручными. Автоматические ДЭС оснащены системой управления, которая автоматически включает генератор при отключении основного источника питания и отключает его при восстановлении питания.
3. Конструктивные особенности: ДЭС могут быть моноблочными или контейнеризованными. Моноблочные ДЭС представляют собой единый блок, включающий дизельный двигатель и генератор. Контейнеризованные ДЭС устанавливаются в специальном контейнере, что обеспечивает их мобильность и защиту от неблагоприятных погодных условий.
4. Назначение: ДЭС могут быть использованы для различных целей, включая автономное электроснабжение жилых домов, производственных предприятий, больниц, банков, аэропортов, мест добычи полезных ископаемых и т.д.
5. Компоненты: ДЭС могут быть различных производителей и с разными компонентами, такими как дизельные двигатели, генераторы, системы охлаждения, системы питания и т.д.

Классификация дизель-электростанций позволяет выбрать наиболее подходящее оборудование для конкретных потребностей, в зависимости от его мощности, назначения, условий эксплуатации и других факторов.

Различают следующие виды и типы ДЭС:

• по области применения, для линий связи, энергопоездов, строительства, сельского хозяйства и т.д.;
• по мощности, малой мощности — до 50 кВт, средней — до 200 кВт и большой выше 200 кВт;
• по автоматизации: первой, второй или третьей степени автоматизации,
• по системе охлаждения дизеля. с воздушной, водо-воздушной (радиаторной) или водо-водяной (двухконтурной).
• Кроме того, часто электростанции подразделяются на силовые, осветительные и специального назначения (зарядные, инструментальные и т.д.).

Что такое электростанция

Любая электростанция представляет собой целый энергетический комплекс, включающий в себя различные установки, аппаратуру и оборудование, необходимые для получения, преобразования и транспортировки электроэнергии. Все эти компоненты размещаются в специальных зданиях и сооружениях, расположенных компактно на общей территории. Независимо от типа, они входят в состав Единой энергосистемы, созданной с целью эффективно использовать мощность электростанции, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение потребителей.

Принцип работы электростанций и их сопутствующих объектов основан на вращении вала генератора, который является основным элементом системы. Его основные функции заключаются в следующем:

• Обеспечение стабильной продолжительной работы параллельно с другими энергетическими системами, снабжение энергией собственных автономных нагрузок.
• Возможность мгновенного реагирование на наличие или отсутствие нагрузки, соответствующей его номиналу.
• Выполняет запуск двигателя, обеспечивающего работу всей станции.
• Вместе со специальными устройствами осуществляет функцию защиты.

Отличительными чертами каждого генератора являются формы и размеры, а также источник энергии, используемый для вращения вала. Кроме генератора, электростанция состоит из турбин и котлов, трансформаторов и распределительных устройств, средств коммутации, автоматики и релейной защиты.

В настоящее время получило развитие направления в области компактных установок. Они позволяют обеспечить энергией не только отдельные объекты, но и целые поселки, находящиеся на значительном удалении от стационарных линий электропередачи. В основном, это полярные станции и предприятия по добыче полезных ископаемых. Теперь рассмотрим какие типы установок используются в российской энергетике.

Принцип действия газовых электростанций

По принципу устройства электростанции разделяют на два типа: газотурбинные и газопоршневые. Последние имеют более простую конструкцию, в процессе эксплуатации не нуждаются в дорогостоящем обслуживании и являются наиболее экономичным вариантом газовой установки. При этом они почти не имеют ограничения в максимальной мощности. Газотурбинные электростанции более технологичны и сложны по своей конструкции, но менее экономичны: их применение оправдывает себя только в масштабах промышленного производства. Главное их достоинство — высокая износостойкость узлов и полная неприхотливость к виду топлива: в отдельных случаях может быть использована даже угольная пыль, но требуется специальный модуль подготовки топливной смеси.

Газотурбинные электростанции (ГТЭ)

Характерно, что турбинные электростанции производят тепловой энергии почти вдвое больше, чем электрической. Поэтому их часто используют как составляющую ТЭЦ путем установки в вытяжной системе котла-утилизатора, обеспечивая таким образом не только выработку электроэнергии, но и теплоснабжение в большом объеме и по минимальной стоимости.

Газопоршневые электростанции (ГПЭ)

В газопоршневых электростанциях источником кинетической энергии является машинный блок, работающий по принципу двигателя внутреннего сгорания. Подача топлива осуществляется инжектором и контролируется электронным блоком управления, за счет чего поршневые электростанции имеют достаточно высокий КПД. Существенным минусом газопоршневой системы является высокий уровень шума и вибрации при работе из-за наличия большого числа подвижных частей. Преимуществом этих двигателей можно назвать высокую адаптивность к различным режимам и уровням нагрузки, чего невозможно достичь в газотурбинных установках, работающих практически на постоянной мощности.

Виды и варианты исполнения

Дизельные электростанции различаются по выходной электрической мощности, виду тока (переменный трёхфазный/однофазный, постоянный), выходному напряжению, а также частоте тока (например, 50, 60, 400 Гц).

Также дизельные электростанции разделяют по типу охлаждения дизельного двигателя, воздушному или жидкостному. Электростанции с дизельным двигателем жидкостного охлаждения — это агрегаты больших мощностей и размеров.

По назначению

• Передвижные — электростанции мощностью, как правило, до 1000 кВт. Применяются в качестве переносного (портативные) или резервного источника электроснабжения. Зачастую представлены в специальном шумозащитном кожухе или контейнере со стандартными (разрешенными) транспортировочными габаритами.
• Стационарные (промышленные) — электростанции, любой мощности и типа, интегрированные в единую систему энергокомплекса.

По конструктивному исполнению

• Линейный или традиционный генератор вращения.
• Открытого исполнения — базовое исполнение электростанции, предназначено для размещения электроустановки в специально оборудованном помещении.
• В шумозащитном кожухе — для установки в помещение или на улице при наличии требований к снижению шума.
• Контейнерные — монтаж электростанции в блок-контейнер осуществляется для эксплуатации установки в тяжелых климатических условиях и повышенной вандалозащищённости.
• Электростанция может быть установлена в фургон, машину или на шасси. Таким образом, она приобретает статус мобильной электростанции.

По роду тока

Маломощные дизельные электростанции вырабатывают, как правило, однофазный переменный ток напряжением 220 В и/или трёхфазный напряжением 380 В.

Трёхфазные электростанции имеют более высокий КПД за счёт более высокого КПД генератора переменного тока.

Переносные дизельные электростанции с встроенным выпрямителем (инвертором) могут иметь дополнительный выход постоянного тока напряжением 12-14 вольт, например, для зарядки аккумуляторов.

Мощные дизельные электростанции вырабатывают трёхфазный ток:

• низковольтные — с напряжением до 1 кВ;
• высоковольтные — с напряжением более 1 кВ (6,3 кВ, 10 кВ).

Если необходимо передавать электроэнергию, выработанную низковольтными электростанциями, на значительные расстояние по линиям электропередачи, напряжение повышается на электрических подстанциях до 6,3 кВ или 10,5 кВ.

По типу генератора переменного тока

Синхронный генератор переменного тока Так как частота переменного тока синхронного генератора определяется числом оборотов ротора (двигателя), то дизельная электростанция должна иметь механизм, обеспечивающий постоянное число оборотов дизельного двигателя независимо от нагрузки (генерируемой электрической мощности). Частота переменного тока синхронного генератора будет: f = n 60 {\displaystyle f={\frac {n}{60}}} , где f {\displaystyle f} — частота в герцах; n {\displaystyle n} — число оборотов ротора в минуту.

Если генератор имеет число пар полюсов p {\displaystyle p} , то соответственно этому частота электродвижущей силы такого генератора будет в p {\displaystyle p} раз больше частоты электродвижущей силы двухполюсного генератора: f = p n 60 {\displaystyle f=p{\frac {n}{60}}} .

ЭДС синхронного генератора регулируется изменением тока возбуждения.

Асинхронный генератор переменного тока

Асинхронный генератор может генерировать переменный ток произвольной, нестандартной частоты (значительно отличающейся, например, от используемой в промышленности и быту частоты 50 Гц). Переменный ток после выхода из генератора подвергается выпрямлению, затем получившийся постоянный ток инвертор преобразует в переменный ток с параметрами, определяемыми стандартом. Недорогие модели инверторов имеют на выходе переменный ток несинусоидальной формы, обычно прямоугольные импульсы или модифицированная синусоида.

ЭДС асинхронного генератора регулируется изменением числа оборотов двигателя и изменением тока возбуждения (если предусмотрено конструкцией генератора).

Асинхронные генераторы без встроенной системы «стартового усиления» плохо переносят длительные перегрузки, в отличие от синхронных.

Сварочные агрегаты

Особой разновидностью дизельных и бензиновых электростанций следует считать сварочные агрегаты, генерирующие постоянный или переменный ток для электродуговой сварки. Выходное электрическое напряжение относительно низкое (около 90 вольт), однако сила тока велика, электрические генераторы не боятся коротких замыканий.

Аренда

Сегодня на территории Российской Федерации работает множество компаний, которые не только реализуют дизельные генераторы, но и сдают их в аренду. Данная услуга целесообразна в том случае, когда возникает острая необходимость в краткосрочном обеспечении электроэнергией строительного участка или промышленного объекта.

В последнее время прокат дизельного оборудования набирает популярность и в сфере быта. Зачастую генераторы арендуют для использования в дачных домах и на территориях отдыха. Если касаться вопроса стоимости аренды, то она имеет приемлемый уровень.

Об этом говорят её усреднённые показатели, которые приведены ниже:

Аренда дизельных электростанций имеет для заказчика ряд преимуществ.

Среди них стоит выделить:

• Значительную экономию денежных средств;
• Отсутствие экономических затрат на эксплуатацию и хранение;
• Оперативный ввод оборудования в работу;
• Гибкие условия использования;
• Выбор услуги на различные сроки;
• Доступная стоимость;
• Отсутствие проблем с сервисом.

Следует отметить, что представители компании-арендодателя дополнительно осуществляют профессиональные консультации, выполняют расчёт необходимой мощности агрегата и производят доставку оборудования на объект заказчика.

Устройство синхронного генератора

Статор СГ по устройству схож с устройством статора асинхронного двигателя. Сердечник статора, в пазах которого размещается обмотка, собран из спрессованных в виде пакета пластин электротехнической стали толщиной 1-2 мм, разделенных изолирующей пленкой лака толщиной 0,08-0,1 мм.

Синхронный генератор может вырабатывать переменный ток однофазный или, чаще всего, трехфазный. К обмотке статора подключается нагрузка. Конструктивно полюсы статора могут быть выступающими (как в тихоходных СГ со скоростью вращения не выше 1000 об/мин, вращаемых гидротурбинами), либо же не выражаться явно (как в скоростных машинах).

Синхронный генератор обратим – он может не только вырабатывать переменный ток (режим генератора), но и совершать механическую работу (режим двигателя). Для охлаждения ротора в конструкции СГ предусмотрены крыльчатки на общем с ротором валу. Прежде чем поступить в СГ для охлаждения обмоток, воздух пропускается через фильтр, если же система охлаждения замкнута, он дополнительно охлаждается в теплообменнике. В качестве охлаждающего агента, помимо воздуха, применяется и водород ввиду своей легкости. Концы обмоток СГ выводятся на контактную колодку, что позволяет соединить обмотки трехфазного СГ по схеме звезды или треугольника. При необходимости получения синусоидального напряжения на выходе к форме явно выраженных полюсных наконечников предъявляются определенные требования, либо необходимо (при неявно выраженных полюсах) расположить витки роторной обмотки по особому закону.

Техническое обслуживание и рекомендации по эксплуатации ДЭС

Правильное содержание ДЭС – дело сложное. Им занимаются специалисты. Это уменьшает вероятность аварий, поломок, несчастных случаев и обеспечит длительную и эффективную эксплуатацию оборудования. Необходимо решить все вопросы с топливом, моторным маслом и охлаждающей жидкостью. Нужно пользоваться теми средствами, которые указаны в инструкции по эксплуатации дизель генератора. Применение иных материалов приведёт в лучшем случае к остановке в работе, а в худшем – к неисправности. А процесс ремонта и восстановления ресурса повлечёт за собой значительные расходы, потерю времени и простои в работе потребителей электрической энергии.

Рекомендации:

• Покупать сертифицированное топливо у поставщиков.
• Хранить горючие вещества в специально предусмотренных для таких целей ёмкостях, изолируя их от попадания иных веществ и материалов.
• Тщательно очищать топливо от воды и примесей сепараторами, фильтрами или используя метод продолжительного отстоя в течение 10 суток.
• Стараться заливать топливный бак в конце дня. Это снизит конденсацию влаги и вытеснит из ёмкости воздух.

Моторное масло дизеля обеспечивает крутящий момент и уменьшает трения подвижных элементов. Его ни в коем случае нельзя смешивать с маслами, которые не указаны в инструкции по эксплуатации дизельной электростанции. Вследствие разницы в составе и характеристиках, они могут быть просто несовместимы друг с другом.

Прерогатива выбора марки охлаждающей жидкости всегда остаётся за производителем. Нельзя заменять её водой, антифризом на спиртовой основе и иной другой охлаждающей жидкостью; смешивать с иными охлаждающими жидкостями, разбавлять дистиллированной водой. 

Рекомендации техническому обслуживанию содержаться в инструкциях по эксплуатации к дизельной электростанции

Важно только постоянно соблюдать их, периодически:

• Через каждые 250 – 300 часов проводя профилактические осмотры всех элементов установки, совмещаемые с заменой масла и фильтров.
• Необходимо регулярно сливать конденсат, менять приводные ремни, насосы, форсунки; производить обслуживание генератора, панели управления и всех остальных систем обеспечения.

Наиболее важные моменты процесса в эксплуатации двигателя:

Для эффективной работы генератора необходим постоянный приток свежего воздуха. Поэтому размещают его в хорошо проветриваемом помещении. Иначе это приведёт к ухудшению процесса сгорания топлива, что снизит генерируемую мощность электростанции; Процесс запуска дизельной установки следует организовать корректно, соблюдая выдержку времени как в случае повторного старта после неудачного запуска, так и при подключении нагрузки; Двигатель должен быть защищён от перегрузок

В противном случае срок службы ДГУ будет резко сокращён; Запуск и остановку агрегата следует выполнять осторожно, не форсируя нагрузку и не останавливая резко мотор. Это устранит риск быстрого износа деталей установки и продлит время её эксплуатации; Следует избегать непосредственного контакта персонала с нагретыми частями оборудования

Также необходимо принимать превентивные меры по защите работников от движущихся деталей и элементов. Оба этих фактора представляют значительную угрозу для здоровья специалистов, занятых обслуживанием электростанции; В случае внезапной остановки мотора или иной нештатной ситуации, следует найти причину её появления и произвести ремонт.

Передвижные дизельные электростанции монтируются на прицепах легковых и грузовых авто или других наиболее подходящих средствах передвижения, оборудуются капотом. Нередко они устанавливаются непосредственно в кузов. Таким образом, обеспечивается защита от осадков и других отрицательных влияний, возможных на открытом воздухе. Каждая станция представляет собой комплектную электроустановку, содержащую отдельные блоки и узловые части, установленные на единую рамную конструкцию.

Электрические станции мобильного типа стабильно работают вне помещений в диапазоне температур от минус 50 до плюс 40 градусов. Они невосприимчивы к тряске и вибрации, обеспечены соответствующей защитой. На мобильные ДЭС устанавливаются разные типы моторов, работающих на дизтопливе. В большинстве случаев, это дизельные электростанции АД или АСДА с производительностью от 30 до 100 кВт.

Для размещения и обустройства крупных неподвижных электростанций используются вагоны, специально оборудованные для этого и, при необходимости, объединяемые в целые энергопоезда. Кроме вагонов, используются закрытые помещения, находящиеся на минимальном расстоянии от обслуживаемого объекта или нагрузки. Установка оборудования производится на заранее подготовленный фундамент.

В соответствии с конкретной модификацией, устройства среднего уровня оборудуются дизельными моторами с номиналами производительности 110, 220, 330, 440 и 735 киловатт. Более крупным установкам требуются двигатели, способные выдавать 2200 кВт и выше.

Наиболее оптимальной температурой для стационарных дизельных установок считается диапазон в пределах 8-40 градусов. Высота места установки над уровнем моря должна быть не более 1000 метров, а показатель влажности воздуха – 98%. В этих условиях станции вырабатывают наиболее качественную электроэнергию и они более щадящие, чем для передвижных электроустановок.