Устройство и принцип работы
Дизельная установка представляет собой устройство, способное преобразовывать вращательный момент вала двигателя в электрическую энергию, которая вырабатывается посредством работы генератора переменного тока. Энергетическая станция включает следующие конструктивные элементы.
Дизельный мотор. На электростанции устанавливаются четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания. В зависимости от выдаваемой мощности и типа агрегата они могут обладать нескольким цилиндрами: от одного до восьми.
Систему подачи топлива и воздуха. Горючее и воздух в двигатель подаются по отдельности. Воздух нагнетается при помощи турбокомпрессора и через впускной коллектор поступает в цилиндр силовой установки. Горючее посредством топливного насоса впрыскивается в камеру сгорания через форсунки. В процессе сжатия воздух нагревается до такого уровня, когда топливо воспламеняется самостоятельно.
Систему охлаждения. Данное оборудование предназначено для отвода тепла от нагретых устройств и агрегатов, а также для поддержания требуемого температурного режима. В качестве охлаждающей субстанции используется вода либо антифриз. Жидкость подаётся в устройство при помощи насоса и по каналам поступает в водяную рубашку, где и осуществляется охлаждение нагретых элементов. Завершив рабочий цикл, вода отводится в резервуар радиатора. Далее, она проходит через его патрубки и охлаждается посредством холодного воздуха, нагнетаемого вентилятором.
Генератор синхронного или асинхронного типа. Это устройство (альтернатор) отвечает за вырабатывание электрического тока и по своей конструкции может быть однофазным или трёхфазным. Первый вид предназначен для электроснабжения приборов с напряжение 230 В, а второй тип необходим для энергопитания оборудования, которому требуется нагрузка 400 В.
Комплекс автоматического управления. Электроустановки, которые предназначены для аварийного энергопитания, оснащаются системой АВР — автоматическим вводом резерва. Такое устройство самостоятельно осуществляет запуск генератора и не требует присутствия оператора станции.
Топливный бак. Все дизельные электростанции, как правило, оснащаются вместительными резервуарами для горючего, имеющими объём от 200 до 300 литров.
Рама. Каркас, на котором установлены все рабочие элементы, выполнен из высокопрочных сортов стали и оборудован демпферными прокладками, защищающими оборудование от воздействия вибрации.
Контейнер. Приспособление такого рода защищает агрегат от негативного воздействия окружающей среды, а также выполняет функцию поглощения шума, уровень которого у дизельных генераторов достаточно высок.
Принцип работы дизельной электростанции заключается в следующем:
- В цилиндры двигателя подаётся воздух, где он сжимается и разогревается до высоких пределов. Затем в рабочую камеру под давлением поступает топливо и происходит его возгорание;
- Образовавшиеся в результате горения газы запускают двигатель в работу. Коленчатый вал начинает вращаться, передавая свой момент на ротор электрического генератора;
- В альтернаторе образуется магнитное поле, которое на выходе превращается электрическую энергию.
https://youtube.com/watch?v=9wj-JSqgsuM
Возможно вы еще не определились с выбором между дизельным, газовым и бензиновым генератором, тогда вам могут быть полезны наши статьи:
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=n60{\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=pn60{\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.
Правила эксплуатации и обслуживания
Безаварийная и бесперебойная эксплуатация дизельных электростанций возможна только при соблюдении условий правильной и слаженной работы всех её систем и узлов. К техническому обслуживанию агрегатов производственного уровня допускаются лица, изучившие необходимую документацию и нормативные акты. Операторы должны в полном объёме владеть информацией, которая касается принципов работы устройства, его конструктивных особенностей и возможностей системы управления генератором.
Обслуживание дизельных электростанций предусматривает проведение ряда операций:
Перед началом запуска следует произвести осмотр агрегата. Все движущиеся элементы должны быть закрыты защитными экранами. На устройстве не должно быть видимых повреждений и потёков горюче-смазочных материалов. Не стоит запускать двигатель в холодном состоянии. Рекомендуется заранее прогреть масло до температуры 35°С. Для этого в конструкции генератора предусмотрено специальное разогревающее устройство.
В процессе работы генератора необходимо регулярно контролировать уровень масла в рабочей системе. Допустимая норма расхода жидкости составляет около 100 грамм на 100 часов работы аппарата. Полная замена масла осуществляется спустя 1000 часов функционирования устройства.
Оператор обязан постоянно проводить профилактическую очистку аппарата от накопившейся пыли и грязи, а также удалять остатки протёкшего масла. Эти процедуры помогут предотвратить перегрев установки, а соответственно и продлить срок её эксплуатации.
Необходимо внимательно следить за тем, чтобы количество потребителей тока не превышало допустимого уровня мощности генератора. Ибо это послужит главным фактором для перегрузки и остановки агрегата
Важно учитывать такой фактор, как работа станции без нагрузки. Если установка будет функционировать в таком состоянии более 30 минут, то это негативно скажется на ресурсе рабочих деталей и узлов.
Если генератор не используется в течение длительного времени, необходимо не реже одного раза в месяц осуществлять его запуск хотя бы на час
Это позволит избежать преждевременный выход станции из строя.
Генератор переменного тока
Является незаменимым звеном в цепочке генерации электрической энергии. Сам генератор состоит из стационарного корпуса, статора и подвижного ротора, который вращается в статоре. Все узлы генератора построены и расположены таким образом, чтобы обеспечить максимально точное перемещение обмоток в магнитном поле. Статор представляет собой неподвижную часть, в которой расположен сердечник с намотанной на него обмоткой. Ротор (якорь) является подвижной частью, которая создает вращающееся магнитное поле. Ротор бывает щеточным, с намотанной обмоткой, и бесщеточным, в виде постоянного магнита. Ротор создает магнитное поле, которое вращаясь, создает в обмотках статора электродвижущую силу и, как следствие, ток.
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.
Управление ДЭС
Почти все современные генераторы имеют автоматическую систему контроля: самостоятельно включаются, если напряжение в сети исчезло, и отключаются, как только питание от электросети появилось вновь.
Управлять станцией и следить за параметрами можно при помощи электронной панели управления. Обычно это монохромный дисплей, на котором отображается:
- индикаторы включения / выключения станции;
- состояние установки (остановлена, в фазе запуска, готова к подключению, в состоянии отказа);
- поданное питание, напряжение между фазой U и V и частота переменного тока;
- часы работы двигателя;
- нагрузка каждой фазы генератора (если генератор 3-фазный);
- позиция прерывателя цепи переменного тока;
- давление масла;
- температура воды двигателя;
- уровень топлива;
- напряжение батареи ГУ;
- при отказах – причина отказа двигателя.
Доступ к панели управления часто защищен 5-цифровым кодом – от 0 до 4.
Топливная экономичность
Абсолютное большинство владельцев ДГУ предпочитает экономить на производстве энергии. Поэтому одно из главных требований, предъявляемых к электростанции, – бережливость. Хотя на эту характеристику сильно влияют конструкция установки, условия и режимы эксплуатации, обеспечить экономичность сможет именно правильно выбранный двигатель
Советуем уже на этапе первого знакомство с ним обратить внимание на следующие показатели. Учитывайте, что их замеряют не при полной, а при 50-75% нагрузке на двигатель
Запас хода
Количество часов, которые сможет проработать двигатель на одной заправке.
Чем выше эта цифра, тем лучше.
Расход топлива
Количество топлива, расходуемого за час работы.
Чем ниже эта цифра, тем лучше.
Виды дизельных генераторов
Рынок наполнен множеством моделей ДГУ. В каждом случае модель подбирается исходя из области применения и индивидуальных предпочтений покупателя.
В первую очередь классификация идет по области применения. Свой тип электроагрегата применяется в строительстве, сельском хозяйстве, энергопоездах.
По мощности различают электроагрегаты небольшой мощности (до 50кВт), средней (50-200 кВт) и высокой (больше 200кВт).
Таких способов существует три: воздушный, радиаторный (называемый также водо-воздушным) и двухконтурный (или водо-водяной).
Также электростанции классифицируются на осветительные, силовые, а также станции специального назначения (к примеру, инструментальные).
В зависимости от способности к передвижению, существуют стационарные, передвижные и портативные генераторные установки. Передвижные обычно применяются в качестве мобильных источников питания.
В специально подготовленных помещениях можно размещать электростанции открытого исполнения. В ином случае стоит использовать электростанцию в кожухе. Он защитит агрегат от осадков и прочих вредных воздействий окружающей среды. В суровом климате обычно используются контейнерные электростанции.
Выделяют синхронные и асинхронные генераторы. Асинхронные считаются более надежными, они при их использовании не создаются радиопомехи. Однако, в отличие от аналогов, они не способны переносить долговременные перегрузки.
ДГУ классифицируются на однофазные и трехфазные. Основное отличие состоит в том, что трехфазная электростанция имеет два выхода – на 230 и 400В. В однофазном электроагрегате есть лишь один выход – на 120В. Кто-то считает, что трехфазные устройства можно отнести к универсальным, потому приобретает их, даже если на сегодняшний день трехфазный ток не нужен. При этом стоимость самого трехфазного ДГУ и его обслуживания заметно превышает затраты на однофазный. Если трехфазные потребители в цепи отсутствуют, оптимальным вариантом является приобретение достаточно мощного однофазного агрегата.
Устройство дизельных генераторов.
Корректное управление работой электроагрегата невозможно, если пользователь не знает устройство ДГУ, его ключевые узлы и детали. Отчасти разобраться в хитросплетениях поможет схема электрическая дизельного генератора, но только в том случае, если человек имеет представление о работе агрегата.
Главный узел агрегата – дизельный двигатель. В дизельных станциях устанавливаются высоконадежные двигатели, разработанные для функционирования на постоянных частотах. Чаще всего используется четырехтактный двигатель. В комплектацию входят все необходимые атрибуты для работы, как-то: регулятор оборотов (может быть электронным либо механическим), различные фильтры (топливный, воздушный, масляный), различные датчики.
При рядном расположении используется более длинная и узкая рама, чем в устройствах, где цилиндры расположены V-образно. Следует учесть, что рядных двигателей, имеющих большое количество цилиндров, выпускается мало, потому в высокомощных электроагрегатах чаще всего установлен именно V-образный двигатель.
Двигатель, устанавливаемый на электроагрегаты мощностью от 15кВт, снабжен системой жидкостного охлаждения. Такие конструкции имеют пониженный уровень шума и увеличенный ресурс.
Современная электростанция, работающая на дизеле, чаще всего включает в себя синхронный генератор. Устанавливаемые генераторы имеют одну либо три фазы, в зависимости от мощности, самовентиляцию и не имеют щеток. Обмотка, изготовленная из высококачественной электролитической меди, способна функционировать при максимальной температуре.
Соединение генератора и дизельного двигателя осуществляется конусной муфтой. Если в системе применяется одноопорный генератор, муфта не требуется, вместо нее используются гибкие диски.
Принцип работы дизельных генераторов
Основной принцип работы дизельного генератора можно изложить в нескольких пунктах:
- В результате возгорания сжатого дизтоплива образуется энергия расширения газов. В процессе переработки этой энергии с помощью кривошипно-шатунного механизма, появляется механическая энергия вращения коленчатого вала.
- Начинает двигаться ротор генератора. При вращении ротора возбуждается электромагнитное поле, в результате чего создается электродвижущая сила (сокращенно — ЭДС).
- ЭДС создает исходящее напряжение. Это напряжение, стабилизируемое с помощью устройства управления, подается конечному пользователю.
Плюсы и минусы дизельных электростанций
У дизельных электростанций, безусловно, имеются свои весомые плюсы, делающие данное направление автономного энергоснабжения популярным долгие годы. Среди основных преимуществ можно назвать следующие:
- высокую степень мобильности и портативности;
- простоту в монтаже и строительстве.
Однако имеются и существенные минусы дизельных электростанций, которые с каждым годом постепенно «вытесняют» ДЭС с лидирующих позиций, в том числе и в отдаленных и арктических территориях страны. Среди основных недостатков назовем следующие:
- низкая степень надежности (дизельные электростанции нередко выходят из строя, процент аварийности достаточно высокий);
- низкая степень экологичности (дизельные электростанции считаются одними из самых экологически «грязных» источников энергоснабжения, именно поэтому все ДЭС тщательно проверяют на соответствие международным стандартам и нормам, в противном случае больших штрафов не избежать);
- необходимость в постоянном сервисном обслуживании (дизельные электростанции нуждаются в постоянном осмотре опытными инженерами, чтобы минимизировать количество аварий);
- ограниченный выбор отечественных дизельных генераторов (наиболее надежны зарубежные дизельные генераторы таких брендов, как Cummins, NeuHaus, Wilson, Aksa – но их стоимость существенно выше российских аналогов).
Охлаждающая система
Двигатель дизельного генератора греется от трения движущихся частей и от тепла сгораемых газов
Очень важно удержать температуру двигателя в заданных пределах и отвести лишнее тепло
Очень часто в генераторах в качестве охлаждающего вещества применяется обычная вода. Для обмоток самого генератора часто применяют водород, благодаря своей хорошей теплоотдаче он работает превосходно. Тепловая энергия передается через газ вторичному контуру охлаждения, который отбирает ее посредством дистиллированной воды. Оконечным контуром системы охлаждения является радиатор с принудительной подачей воздуха.
За охлаждающей системой необходимо тщательно следить и проверять уровень хладагента. Так же нужно следить за исправностью помпы (устройство подачи охлаждающей жидкости). Завод изготовитель обычно рекомендует, через какое количество времени работы нужно проводить профилактику системы охлаждения. Сам генератор обязательно должен находиться в проветриваемом помещении.
Двигатели и генераторы.
Стандартная дизельная электростанция имеет принцип работы, основывающийся на использовании дизельного двигателя. Именно эта деталь инициирует активацию системы и обеспечивает выполнение ее основных задач. ДВС в таких системах чаще всего имеет верхнеклапанное устройство, поскольку это решение наиболее компактное, малошумное, надежное и менее токсичное, чем остальные аналоги..
Современные генераторы электричества комплектуются двигателями воздушного и жидкостного охлаждения. Воздушные чаще применимы в быту, в то время как жидкостные подходят для заводских условий. Также по особенностям подачи воздуха в ДВС различают системы с турбонаддувом, без турбонаддува, а также комбинированные с реализованным промежуточным охлаждением и классическим турбонаддувом..
Учитывая, что дизельная электростанция характеризуется принципом работы, при котором энергия расширения газов становится механической, а та, в свою очередь, электрической, в этой системе одно из наиболее важных мест отведено альтернатору или генератору переменного тока. Он может быть как синхронным, так и асинхронным. Данное изделие включает корпус, внутри которого подвижный ротор, вращаемый в статоре (сердечник с обмоткой). Ротор может быть щеточным или бесщеточным, но его задача стандартна: формирование ЭМ-поля. Благодаря этому эффекту в обмотках статора появляется электродвижущая сила, дающая на выходе ток с нужными характеристиками..
Система функционирования дизельной электростанции
Дизель-генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Устройство не создает электрическую энергию, а вместо этого действует как канал электрических зарядов. Он работает аналогично водяному насосу, который пропускает только воду.
Воздух берется и вдувается в генератор до тех пор, пока он не сожмется до нужного уровня. Затем впрыскивается дизельное горючее. Эта комбинация воздуха и впрыска топлива вызывает нагрев, который впоследствии приводит к тому, что топливо воспламеняется. Это ключевая концепция функционирования дизель-генератора.
Аппарат состоит из нескольких основных элементов, включающих:
- Двигательную часть генератора. Она подобна двигателю автомобиля и действует как источник механической энергии. Максимальная выходная мощность генератора пропорциональна размеру двигателя.
- Генератор переменного тока, который преобразует механическую энергию в электричество.
- Топливный бак. Он должен быть достаточным для хранения топлива в течение шести-восьми часов работы. Для небольших или портативных агрегатов бак является частью генератора. Для больших генераторов он устанавливается снаружи. Однако установка внешних резервуаров требует необходимых согласований.
- Регулятор напряжения – важный компонент генератора, который управляет выходным напряжением. Большинство современных электрических устройств полагаются на постоянный источник питания. Без регулятора электрическая энергия не будет стабильной из-за изменения частоты вращения двигателя.
- Система охлаждения и выпуска отработанных газов используется для отвода избыточного тепла.
- Генератор включает в себя движущиеся части, которые требуют смазки для плавной работы и долговечности. Масляный насос и резервуар, прикрепленные к двигателю, автоматически подают масло.
- Зарядные устройства из нержавеющей стали обеспечивают достаточную зарядку аккумулятора плавающим напряжением от генератора.
Чтобы производить правильное и своевременное обслуживание, необходимо четко представлять, как устроен дизельный генератор.
Выбор места для установки
Сначала вам необходимо выбрать место, где в дальнейшем будет установлена ваша электростанция. Делать это необходимо до того, как вы его приобретете. В ином случае вы можете не рассчитать с размерами. Варианты установки дизельного генератора могут быть следующими:
- В специальном шумоизоляционном кожухе.
- На открытой раме.
- В контейнере, который позволяет обеспечить надежную защиту от окружающей среды.
Последний вариант на сегодняшний день считается наиболее распространенным. В этом случае больше не потребуется искать специальное помещение в здании, где можно выполнить установку генератора на дизеле
Во время выбора определенного места также необходимо обратить внимание и на местные условия. Соответственно, если вы планируете установить его на даче, тогда дизель генератор лучше разместить в помещении
Это защитит его от воровства. Благодаря использованию дизельного генератора можно обеспечить временное электроснабжение участка во время стройки.
Если вы приобрели модель генератора в специальном шумоизоляционном кожухе и желаете разместить его в помещении, тогда помните, что оно должно соответствовать следующим требованиям:
- Должна присутствовать защита от внешних факторов.
- Обеспечить качественную вентиляцию.
- Обеспечить необходимый уровень освещенности.
- Должно присутствовать наличие беспрепятственного доступа к генератору.
- Дверной проем должен иметь достаточный размер.
Устройство и принцип работы
Конструкция стационарных и передвижных (см. рис.1) дизельных электростанций предусматривает наличие в них двух основных рабочих механизмов: генератора электрического тока (1) и ДВС (2). Эти детали расположены на жёсткой раме (3) и соединены между собой таким образом, что вал ротора и коленвал дизельного двигателя находятся на одной оси.
Рис. 1. Переносной стартерный дизель генератор
В зависимости от типа модели и марки электроустановки станции оборудуются дополнительными элементами и рабочими узлами:
- панелями управления различной сложности;
- системами шумоподавления;
- радиаторами с вентиляторами (для ДВС с водяным типом охлаждения);
- аккумуляторами (4) (см. рисунок 1), стартерами и устройствами для автоматического запуска;
- защитными панелями от бокового дождя;
- системами защиты обслуживающего персонала и другими конструктивными элементами.
Мощные промышленные дизельные генераторы, например, станции марки WattStream (рис. 2), размещаются в специальных защитных контейнерах с дополнительным оборудованием.
Рис. 2. Стационарная электростанция для промышленных нужд
В основе принципа работы лежит процесс преобразования механической энергии, выработанной дизельным двигателем, в электрический ток. Источником электроэнергии является генератор, который приводится в действие дизельным двигателем. Момент силы от вращения коленчатого вала ДВС передаётся на ротор генератора (альтернатора). В результате взаимодействия магнитных полей возникает ЭДС. В обмотках статора появляется переменный ток.
Частота тока поддерживается путём обеспечения стабильных оборотов двигателя. Для этого в конструкции дизель генераторов предусмотрен механизм стабилизации скорости вращения коленвала. При возрастании нагрузки увеличивается подача дизельного топлива в камеры сгорания, в результате чего мощность ДВС возрастает. Когда нагрузка падает – двигатель также сбрасывает обороты до заданного уровня.
