Резервна стаціонарна електростанція

Винахід відноситься до області народного господарства - енергетики і, зокрема, може бути використаний у вигляді резервної стаціонарної електростанції для аварійного або тимчасового енергопостачання об'єктів сільськогосподарського виробництва, переробної, добувної та інших галузей народного господарства, особливо з високою вимогливістю споживачів за надійністю їх енергозабезпечення. Для живлення силового і освітлювального навантаження змінним струмом з частотою 50Гц в останній час знайшли джерела резервного використання на основі синхронного генератора з приводом від зовнішнього (постійно не зв'язаного з цим генератором) мобільного первинного двигуна, яким є, наприклад, двигун промислового або сільськогосподарського трактора. Відоме джерело резервного живлення з приводом від вала відбору потужності (ВВП) трактора, виконане у вигляді змонтованої на спільному фундаменті, установки, що складається із синхронного електрогенератора і щита управління. Безпосереднє зчленування ВВП трактора з ротором генератора забезпечується карданною передачею. Для запобігання шкідливої дії атмосферних опадів та зовнішніх пошкоджень резервне джерело живлення установлюється в спеціальному приміщенні або в будинку полегшеного типу. Таке джерело може працювати практично з будь-яким наявним у господарстві трактором, частота обертання ВВП якого співпадає з номінальною частотою обертання вала синхронного електрогенератора (див. кн. Комаров Д.Т., Молосков Н.Ф. Резервные источники электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, - Μ.: Энергоатомиздат, 1990, ст.52-53, рис.16) . Однак недоліком відомих електростанцій є: - низькі статичні (нахил статичної регуляторної характеристики становить 6-9%) і динамічні (час перехідного процесу становить 1,5-2с, а максимальне відхилення частоти обертання 10-12% при скиданні і накиданні номінального навантаження) показники системи автоматичного регулювання частоти (С АРЧ) обертання колінчастого вала тракторних дизелів, які не відповідають показникам вимог регламентованих діючими стандартами для електроагрегатів потужністю до 200кВт, із-за чого такі дизельні електростанції не в змозі задовольнити потреби усіх споживачів вироблюваної ними енергії, що обмежує область їх використання; - погіршення із-за низьких статичних і динамічних показників САРЧ тракторних дизелів їх паливної економічності, що приводить до перевитрати дизельного пального і збільшення експлуатаційних затрат, а отже, вартості вироблюваної електроенергії; - відсутність механізму для безпосереднього змінювання нахилу статичної регуляторної характеристики САРЧ тракторного дизеля в діапазоні від 3 до 6% є однією з основних причин низьких статичних показників її роботи і обмеженого використання тракторних дизелів для приводу резервних електростанцій; - незручності дистанційного оперативного управління роботою тракторного дизеля з пульта електростанцій, а також здійснення постійного контролю за його основними параметрами (частотою обертання колінчастого вала, температурою рідини в системі охолодження, тиском в системі мащення, тощо), оскільки покажчики цих параметрів установлені на щитку приладів в кабіні трактора; - відсутність в силовому приводі гасника динамічних поштовхів та ударів, в результаті різких вмикань і вимикань споживачів електроенергії, значно погіршує динаміку, знижує надійність і довговічність вузлів силової передачі; - недостатні санітарно-гігієнічні умови праці обслуговуючого персоналу і захист вузлів електроагрегату від дії повітря навколишнього середовища. Таким чином, відома резервна стаціонарна електростанція має низькі показники виробленої електроенергії і ефективність використання, а також обмежену область застосування. Тому задачею винаходу є покращення якості виробленої електроенергії, ефективності використання і розширення області застосування, створення резервної стаціонарної електростанції, суттєві ознаки якої полягають в тому, що в закон регулювання вводиться додатковий імпульс по навантаженню, сформований вимірювачем навантаження, виконаним у вигляді переобладнаного вузла силової передачі, який органічно входить в її конструкцію і через огородження приміщення карданною передачею з'єднує ВВП трактора з ротором електрогенератора, а також в розміщенні поряд із щитом управління електроагрегатом додаткового пульта з органами дистанційного безступеневого настроювання нахилу ста тичної регуляторної характеристики САРЧ, керування роботою тракторного дизеля і приладами контролю за його основними вихідними параметрами. Для вирішення поставленої задачі у запропонованій електростанції, яка складається із дизеля трактора із силовою передачею і ВВП, і електрогенератора і планетарного редуктора, який з'єднує через силову передачу і ВВП дизель з електрогенератором, відповідно до винаходу, ВВП трактора з'єднаний з ведучою ланкою планетарного редуктора, із веденою ланкою - ротор електрогенератора, а зупинена ланка зв'язана з додатково установленими податливою опорою, демпфером високочастотних коливань, поштовхів та ударів в силовій передачі, з першим входом першого суматорного важеля, другий вхід якого - з механізмом настроювання частоти обертання дизеля, а вихід - з входом механізму ручного настроювання нахилу статичної регуляторної характеристики, вихід з якої через замкнену сильфонну передачу з'єднаний з першим входом другого суматорного важеля, другий вхід його - з органом керування роботою дизеля штатного пульта розміщеного в кабіні трактора, а вихід - з важелем регулятора, також додатково установлений пульт з органами дистанційного безступеневого настроювання нахилу ста тичної регуляторної характеристики САРЧ, керування роботою тракторного дизеля і покажчиками тиску і температури масла у системі мащення, покажчиком температури робочої рідини у системі охолодження, дистанційно зв'язаними з дизелем. При цьому покажчик тиску у вигляді манометра зв'язаний з датчиком тиску, виконаним з двох сильфонів, з яких перший сильфон одним торцем з'єднаний з головною масляною магістраллю дизеля, а протилежним торцем - рухомим фланцем, з можливістю взаємодіяти із рухомим фланцем зв'язаним з одним торцем, вздовж спільної вісі розміщеного другого сильфона, протилежний торець якого зв'язаний з нерухомим фланцем, з'єднаний різьбою із нерухомою циліндричною напрямною рухомих деталей обох сильфонів, причому порожнина другого сильфона гідролінією сполучена з манометром. А покажчики температури через роз'єми і провідники паралельно приєднані до штатних да тчиків робочої рідини системи охолодження і масла системи мащення тракторного дизеля. Таке технічне рішення дає можливість значно підвищити точність підтримування САРЧ заданої частоти обертання тракторного дизеля в умовах різкої дії на нього перемінних навантажень і тим самим покращувати показники вироблюваної електроенергії, підвищити ефективність використання резервної електростанції, її надійність і довговічність, а також створити певні зручності і покращити умови праці обслуговуючого персоналу. На представленому кресленні показано: на фіг.1 - загальну принципову схему резервної стаціонарної електростанції; на фіг.2 - принципову схему пристрою формування передачі і сумування регулюючого імпульсу по навантаженню; на фіг.3 - механізм настроювання статичної регуляторної характеристики, вид збоку; на фіг.4 схему додаткового пульта дистанційного керування; на фіг.5 - схему датчика і покажчика тиску масла в системі мащення дизеля; на фіг.6 - схему паралельного приєднання покажчиків температури охолодної рідини і масла до відповідних додаткових датчиків дизеля. Запропонована електростанція (фіг.1) містить трактор 1, оснащений дизелем 2 з паливним насосом високого тиску (ПНВТ) 3 і базовим всережимним відцентровим регулятором (ВР) 4 частоти обертання і силовою передачею з валом відбору потужності (ВВП) 5, будівлю 6 з огороджуючими стінками 7, дахом 8 і вікнами 9. У середині будівлі 6 на фундаменті 10 на анкерних болтах установлений електрогенератор 11, електричний щит керування 12, планетарний редуктор 13, ведена ланка 14 якого муфтою 15 з'єднана з ротором електрогенератора 11 і додатковий пульт 16 дистанційного керування режимом роботи тракторного дизеля 2. Установлений на певній відстані від будівлі 6 трактор 2 на горизонтальній поверхні 17 від поздовжнього зміщення фіксується колодками 18, а його ВВП з'єднується з ведучою ланкою 19 планетарного редуктора 13 через карданний вал 20 і муфту 21. Додатковий пульт 16 через гідролінію 22, вузол 23 виконавчого сильфона, другий суматорний важіль 24 і тягу 25 з'єднаний з важелем 26 ВР 4, який цим же важелем 24 і тягою 27 з'єднаний із системою важелів і тяг пульта керування швидкісним режимом дизеля із кабіни трактора. За допомогою гідролінії 28 і проводів 29, 30 покажчики тиску масла в головній магістралі, а також температури холодної води і масла, які установлені на пульті 16 з'єднуються з відповідними датчиками на дизелі. Планетарний редуктор 13 (фіг.2) включає ведучу ланку 19, якою є сонячна шестерня з'єднана через карданний вал 20 з ВВП 5 трактора 1 і ведену - водило 14, з'єднане через муфту 15 з ротором електрогенератора 11. При цьому зупиненою ланкою є епіциклічна шестерня 31, яка установлена на підшипниках (на схемі не показані) і при дії на неї крутного моменту, що передається через привід, може повертатися. Зупинена ланка 31 шарнірно з'єднана зі штоком 32 гідравлічного демпфера 33 і впирається на податливу опору 34 у вигляді відновлюваної пружини 35, величина затяжки якої може регулюватися гайкою 36. Кут повороту зупиненої ланки 31 обмежується регулювальними гвинтами максимального 37 і мінімального 38 крутного моменту. Зупинена ланка 31 через шток 39 опори з'єднується з першим входом першого сумарного важеля 40, другий вхід через тягу 41, двоплечий важіль 42 і тягу 43 - з рукояткою 44 механізму дистанційного настроювання частоти обертання тракторного дизеля з сектором 45 на панелі 46 додаткового пульту 16. Вихід важеля 40 тягою 47 з'єднується з входом механізму ручного настроювання нахилу статичної регуляторної характеристики, тобто з верхнім повзуном 48, розміщеним в поздовжніх позах важеля 49 і зв'язаних з гвинтом 50. В поздовжніх пазах важеля 49 установлений нижній повзун 51, який тягою 52 з'єднується із рухомим фланцем 53 сильфона 54 вузла приймальних сигналів замкненої гідравлічної передачі 55. Порожнина, утворена сильфоном 54, рухомим 53 і нерухомим фланцем 56, через гідролінію 22 сполучається з порожниною вузла виконавчого сильфона замкненої гідравлічної передачі, утвореної сильфоном 57, нерухомим 58 і рухомим 59 фланцями. Рухомі деталі вузлів приймального і виконавчого сильфонів переміщаються в напрямних 60, 61. Фланець 59 штоком 62 з'єднується з першим входом другого суматорного важеля 63, другий вхід якого через тягу 64, двоплечий важіль 65 і тягу 66 з рукояткою 67 механізму штатного пульта 68 керування роботою дизеля, розміщеного в кабіні трактора з сектором 69, а вихід через тягу 70 - з важелем 26 ВР 4 з регулювальним гвинтом 71 обмеження повороту важеля 26. Якщо дизель трактора не працює в агрегаті з електрогенератором, то перший вхід другого суматорного важеля 63 від'єднується від штока 62 і приєднується до шарнірної опори 72, розміщеної на кронштейні біля ВР 4. Важіль 49 механізму ручного настроювання нахилу статичної регуляторної характеристики верхнім кінцем шарнірно з'єднаний з нерухомою опорою 73 з можливістю здійснювати коливання відносно осі в площині передачі регулюючого імпульсу по навантаженню. Співвісно важелю 49 установлений гвинт 50, з'єднаний з повзунами 48, 51 і веденою конічною шестернею 74, що знаходиться в постійному зачеплені з ведучою шестернею 75 установленою на валу 76, який посаджений на опорі 73, і важеля 49. Шестерня 75 зв'язана поступальною парою і одержує обертання від маховика 77, оснащеного мікрометричним гвинтом 78 зі шкалою 79 і фіксатором 80. Для забезпечення більшого коефіцієнта підсилення при малих габаритах важеля 49, повзуни 48, 51, а також ті участки гвинта, на яких вони установлені і переміщуються, виготовлені відповідно з правою і лівою нарізками, що забезпечує переміщення повзунів в протилежні сторони. Величина гідравлічного демпфування в демпфері 33 регулюється за допомогою дросельного гвинта 81, шляхом перепуску робочої рідини із одної його порожнини в другу. Герметичність порожнин в рухомому з'єднані шток 32 - кришка 82 забезпечується установленими двома сильфонами 83. Один торець кожного сильфона герметично з'єднується зі штоком 32, а другий - з кришками 82, які через прокладки 84 болтами з'єднуються з корпусом гідравлічного демпфера 33. Завдяки відсутності ущільнень в рухомому з'єднані шток - кришка забезпечуються умови досягнення при вібрації і наявності необхідного мастила тертьових поверхонь мінімального сухого тертя, а отже, мінімальних нелінійностей. Додатковий пульт 16 (фіг.4) дистанційного керування містить панель 46, на якій змонтовані покажчик температури охолодної рідини 85, покажчик тиску масла 86 в головній масляній магістралі дизеля, покажчик температури масла 87, рукоятка 44 і сектор її фіксації 45 механізму дистанційного настроювання частоти обертання дизеля, рукоятка 88 маховика 77, шкала 79 і фіксатор 80 механізму ручного настроювання нахилу регуляторної характеристики. Для вимірювання і контролю тиску в головній масляній магістралі системи мащення дизеля також для запобігання при цьому можливим аваріям і створення зручностей обслуговуючому персоналу, передбачено дистанційне розміщення покажчика тиску на додатковому пульті в приміщенні електростанції. Покажчик тиску у вигляді манометра 86 (фіг.5) закріплений на панелі 46. Датчик тиску масла 89 складається з першого сильфона 90, один торець якого з'єднаний з нерухомим фланцем 91 з осьовим отвором, що сполучає порожнину сильфона із головною масляною магістраллю 92. Фланець 91 установлений в корпусі 2 дизеля і до нього прикріплена циліндрична напрямна 93 датчика. Протилежний торець сульфона 90 зв'язаний з рухомим фланцем 94 з можливістю взаємодіяти із рухомим фланцем 95 другого сульфона 96, який гідролінією 100 сполучений із манометром 86 на панелі 46 додаткового пульту 16. Для контролю температури охолодної рідини в системі охолодження і масла в системі мащення дизеля застосовують штатні електричні термометри. В них датчиком 101 (фіг.6) є тонкостінний латунний балон 102, вмонтований у корпусі дизеля 2 з конічною нарізкою для вкручування в гніздо системи охолодження 103 чи мащення. В балоні 102 розміщена термобіметалева пластина з обмоткою (на схемі не показані) , один кінець якої з'єднаний з термобіметалевою пластиною, другий - з контактним гвинтом 104, ізольованим від “маси”. На вільному кінці термобіметалевої пластини є контакт, другий нерухомий контакт встановлений на спеціальному кронштейні (на схемі не показані) і з'єднаний з корпусом датчика. Контактний гвинт 104 проводом 105 з'єднаний з покажчиком температури установленим на щитку приладів в кабіні трактора, а приводом 106 - із штепсельним роз'ємом 107, від якого проводом 108 з'єднаний покажчиком температури 109 з паралельно установленим на панелі 46 додаткового пульту 16. Перед використанням дизеля трактора для приводу електрогенератора резервної електростанції, трактором 1 під'їжджають до будівлі 6 і на необхідній, наперед визначеній відстані на горизонтальній поверхні 17 його зупиняють, загальмовують і в такому положенні додатково фіксують колодками 18 від можливого поздовжнього самовільного переміщення. Далі при працюючому дизелі 2, приєднують карданний вал 20 до ВВП 5 трактора 1, зчленовують його таким чином з ротором електрогенератора 11. Потім перший вхід другого суматорного важеля 61 від'єднують від шарнірної опори 72 і приєднують його до штока 62, після чого до дизеля приєднують дистанційно установлені на панелі додаткового пульту 46 покажчики тиску 86 температури охолодної рідини 85 і масла 87. Для цього накидну гайку 98 з внутрішньою нарізкою нерухомого фланця 97 з другого сильфона датчика тиску 89 нагвинчують на циліндричну напрямну 93 до упора, а також з'єднують штепсельні роз'єми 107 проводів покажчиків температури охолодної рідини і масла. Пуск дизеля можливий тільки із кабіни трактора, а його зупинка - як з кабіни так і з додаткового пульту дистанційного керування, розміщеного в приміщенні електростанції. Принцип дії запропонованої електростанції розглянемо на прикладі нульового, позитивного і негативного нахилів статичної регуляторної характеристики САРЧ. У випадку нульового нахилу статичної регуляторної характеристики і в усталеному режимі моменти, що розвиває тракторний дизель рівний моменту опору споживача і реактивному моменту, який перекидає зупинену ланку 31 планетарного редуктора. В результаті дії останнього зупинена ланка 31 повертається на певний кут і утримується в такому положенні за допомогою відновлювальної пружини 35. При цьому через шток 39, перший суматорний важіль 40, тягу 47, верхній повзун 48, важіль 49, нижній повзун 51, тягу 52, замкнену сильфонну передачу 55, шток 62, другий суматорний важіль 63, тягу 70, важіль 26 і механізм ВР 4 зупинена ланка 31 утримує орган паливоподачі ПНВТ 3 в положенні, яке відповідає цикловій подачі заданого усталеного режиму. Відцентровий механізм ВР частоти обертання зрівноважений своєю відновлюваною пружиною, також утримує орган паливоподачі ПНВТ в тому ж положенні. У випадку різкого скидання повного навантаження реактивний момент зупиненої ланки 31 зменшується до нуля. Під дією пружини 35 зупинена ланка 31 повертається і через шток 39, перший суматорний важіль 40, тягу 47, верхній повзун 48, важіль 49, нижній повзун 51, тягу 52, замкнену сильфонну передачу 55, шток 62, другий суматорний важіль 63, тягу 70, важіль 26 і механізм ВР 4 переміщує орган паливоподачі в сторону зменшення циклової подачі палива ПНВТ 3. В такому випадку частота обертання не змінюється, і відцентровий регулятор не діє на орган паливоподачі ПНВТ. У випадку різкого накидання повного навантаження реактивний момент зупиненої ланки 31 збільшується. Здолавши зусилля відновлювальної пружини 35, зупинена ланка 31 повертається і через шток 39, перший суматорний важіль 40, тягу 47, верхній повзун 48, важіль 49, нижній повзун 51, тягу 52, замкнену сильфонну передачу 55, шток 62, другий суматорний важіль 63, тягу 70, важіль 26 і механізм ВР 4 переміщує орган паливоподачі ПНВТ 3 в сторону збільшення циклової подачі палива. Частота обертання при цьому залишається постійною. Відцентровий регулятор не діє на орган паливоподачі ПНВТ. На всіх зазначених режимах роботи тракторного дизеля електростанції маховичок 77 механізму настроювання регуляторної характеристики САРЧ знаходиться в нульовому положенні, забезпечуючи при змінюванні навантаження від нуля до повного його значення нульовий нахил. При цьому нижній 51 і верхній 48 повзуни важеля 49 розміщуються вздовж гвинта 50 на якійсь середній між собою відстані, утримуючи через тягу 52, замкнену сильфонну передачу 55, шток 62, нижній кінець другого суматорного важеля 63, тягу 70, важіль 26 і механізм ВР 4 в положеннях, при яких, у даному випадку зміни навантаження, відцентровий механізм ВР 4 залишається нерухомим, і орган паливоподачі ПНВТ 3 переміщується від дії на нього тільки імпульсу по навантаженню. Для отримання позитивного нахилу статичної регуляторної характеристики САРЧ необхідно маховичок 77 повернути проти годинникової стрілки. В результаті верхній повзун 48 переміщується вздовж гвинта 50 і віддаляється від точки підвісу важеля 49, а нижній повзун 51 наближається, змінюючи співвідношення його плеч і зменшуючи цим коефіцієнт підсилення імпульсу по навантаженню. Тоді при попередньому куті відхилення зупиненої ланки 31, у випадку зменшення навантаження від повного до нульового, нижній кінець другого суматорного важеля 63, а отже, тяга 70 і важіль 26 і орган паливоподачі ПНВТ переміщується на меншу величину в порівнянні з нульовим нахилом регуляторної характеристики, що значно зменшує циклову подачу палива. Останнє приводить до збільшення частоти обертання і додаткового переміщення відцентровим регулятором органа ПНВТ в сторону зменшення і остаточного установлення циклової подачі, яка відповідає нульовому навантаженню (холостого ходу). Отже остаточне переміщення дозуючого органу ПНВТ буде здійснюватися в основному від дії імпульсу по частоті обертання, який при відповідному настроюванні коефіцієнта підсилення імпульсу по навантаженню і його недокомпенсації може забезпечити будь-який позитивний нахил статичної регуляторної характеристики в діапазоні від нульового до значення базового відцентрового регулятора. Для отримання негативного нахилу статичної регуляторної характеристики САРЧ маховичок 77 механізму здійснювання нахилу необхідно повернути за годинниковою стрілкою. При цьому верхній повзун 48 піднімається по гвинту 50, а нижній повзун 51 - опускається, змінюючи співвідношення плеч важеля 49 і збільшуючи цим коефіцієнт підсилення імпульсу по навантаженню. У випадку зменшення навантаження від повної величини до нульового значення і при попередньому куту відхилення зупиненої ланки 31, нижній кінець другого суматорного важеля 63, а отже, тяга 70, важіль 26 і орган ПНВТ переміщується ще на більшу величину в порівнянні з нульовим нахилом регуляторної характеристики, що значно зменшує циклову подачу палива (перекомпенсація навантаження). Циклова подача палива зменшується в такій мірі, що навіть при падінні частоти обертання і додатковому переміщенні відцентрового регулятора органа ПНВТ в бік збільшення подачі палива і тим самим частоти обертання, регулююча частота обертання буде із зменшенням навантаження понижуватись і остаточно установиться на режимі холостого ходу із значенням, меншим, ніж при позитивному або нульовому нахилу регуляторної характеристики. Таким чином, переміщення органа ПНВТ буде відбуватися в переважно від дії імпульсу по навантаженню і дещо від імпульсу по частоті обертання, але з оберненим знаком. Однак при відповідному настроюванні коефіцієнта підсилення імпульсу по навантаженню не важко забезпечити будь-який негативний нахил статичної регуляторної характеристики в діапазоні від його нульового значення до значення базового відцентрового регулятора, але з оберненим знаком, і навіть більше. Для зручностей механізм настроювання оснащений звичайним мікрометричним гвинтом 78 зі шкалою 79, яка показує величину нахилу характеристики. Самовільне прокручування маховика 77 в результаті можливих при роботі САРЧ поштовхів, вібрації і тощо запобігається фіксатором 80. Операції від'єднання трактора, після закінчення використання його дизеля для приводу електрогенератора, виконуються ті ж самі, але в оберненій послідовності. Таким чином, запропонована резервна електростанція гнучка і зручна в настроюванні і керуванні режимами роботи дизеля, універсальна з можливістю використання для приводу електрогенератора будь-якого наявного на виробництві трактора із достатньою номінальною потужністю його дизеля. Простота конструкції і обслуговування, надійність в експлуатації, можливість залучення для роботи штатних вузлів і елементів силового приводу, а також контрольно-вимірювальних приладів без суттєви х змін їх конструкції, сприятимуть впровадженню запропонованої резервної електростанції на підприємствах різних галузей народного господарства. Використання запропонованої резервної електростанції у порівнянні з уже відомими дають можливість: - покращити статичні і динамічні показники САРЧ тракторного дизеля без зміни базової конструкції її штатного відцентрового регулятора, а за рахунок паралельного приєднання запропонованого пристрою, формуючого і подаючого на орган дозування подачі палива ПНВТ швидкодіючого регулюючого імпульсу по навантаженню, і тим самим задовольнити вимоги діючих стандартів для електроагрегатів потужністю 200кВт; - підвищити паливну економічність тракторного дизеля при роботі в агрегаті з електрогенератором за рахунок зменшення нахилу ста тичної регуляторної характеристики його базової САРЧ; - безступенево зменшувати нахил регуляторної статичної характеристики САРЧ тракторного дизеля до нульового і навіть до від'ємних значень, зберігати при цьому її стійкість всіх швидкісних і навантажувальних режимах роботи дизеля; - підвищити надійність і довговічність силового приводу електрогенератора за рахунок установки в силову передачу гідравлічного демпфера для гасіння динамічних поштовхів та ударів, обумовлених різкими накиданнями і скиданнями на нього зовнішнього навантаження; - покращити умови праці і створити певні зручності для обслуговуючого персоналу за рахунок установки додаткового пульта дистанційного керування роботи і контролю за основними параметрами тракторного дизеля, а також змінювання нахилу статичної регуляторної характеристики його САРЧ з приміщенням електростанції.