Учебный вопрос №1 Требования к первичным двигателям

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ»

Тема №13	“Первичные двигатели электроагрегатов и передвижных электростанций” .
Занятие №1	Особенности устройства и конструкции двигателей передвижных электростанций.

ВОС 500300

Рассмотрено на заседании ПМГ Протокол №……………… «……» ……………………………. 200….. г.

Запорожье, 2000

Тема №13	“Первичные двигатели электроагрегатов и передвижных электростанций”.
Занятие №1	Особенности устройства и конструкции двигателей передвижных электростанций.

Учебная и воспитательная цели:

1. Изучить требования к первичным двигателям.

2. Изучить типы первичных двигателей.

3. Изучить особенности устройства и конструкции двигателей.

1. Время: 2 часа.

2. Место: аудитория № 41.

3. Метод: групповое занятие с взводом.

4. Учебные вопросы:

1. Требования к первичным двигателям.

2. Типы первичных двигателей.

3. Особенности устройства и конструкции двигателей.

5. Материальное обеспечение:

1. Методическая разработка.

2. Стенды.

4. Плакаты.

5. Разрезной двигатель УД-15.

6. План проведения занятия:

Вступительная часть - 15 мин.

Основная часть - 70 мин.

Заключительная часть - 5 мин.

7. Литература:

Электротехнические средства инженерного вооружения. Воениздат. Москва 1989 г.

ХОД ЗАНЯТИЯ:

Вступительная часть - 15 мин.

− Принять доклад дежурного по взводу.

− Проверить наличие и внешний вид студентов.

− Проверить усвоение студентами материала занятия №2, темы №12:

1. Электропривод лесопильных рам.

Электрооборудование электрифицированного комплекса мостостроительных средств КМС-1Е

Электрооборудование передвижной опреснительной станции.

4. Автомобильный электрифицированный кран 8Т-210.

5. Электропривод транспортеров.

− Объявить тему, цель и учебные вопросы занятия.

Основная часть - 70 мин.

Учебный вопрос №1 Требования к первичным двигателям

В современных передвижных электрических станциях (ПЭС) в качестве первичных двигателей (ПД) используются карбюраторные, дизельные и газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Надежность работы электростанции в основном зависит от надежности ее первичного двигателя. На электроагрегатах ПЭС применяются двигатели, выпускаемые промышленностью только для электроагрегатов, например УД-15, УД-25 — бензиновые и серий Ч 9,5/10 — дизельные. Кроме того, нашли широкое применение двигатели транспортных средств.

К первичным двигателям ПЭС предъявляются следующие требования: автономность работы,; высокая надежность; работа с постоянной частотой вращения; большой срок службы; малая удельная масса и габариты; экономичность и высокий КПД; способность к перегрузкам; быстрота пуска; малый коэффициент неравномерности частоты вращения и способность работать при высоких и низких температурах, а также при пониженном атмосферном давлении.

Автономность работы первичного двигателя обеспечивается устройством систем питания топливом, охлаждения, смазки и выхлопа. Эти системы не должны быть связаны со стационарными конструкциями.

Топливо и масло заливается в соответствующие баки, смонтированные на электроагрегате. Система охлаждения транспортных двигателей выполнена с большой интенсивностью охлаждения: усилены лопасти вентилятора, установлены масляные радиаторы. Передвижные станции малой мощности имеют воздушное охлаждение для уменьшения массогабаритных показателей.Условия работы ПЭС требуют применения устройств, защищающих двигатель от попадания в цилиндры пыли. С этой целью во всасывающем устройстве двигателя установлены фильтры и пылесборники.

Система выпуска обеспечивает снижение шумов и удаление отработавших газов.

Надежность первичного двигателя обеспечивается совершенством его конструкции, качеством металла и точностью обработки отдельных деталей. Она зависит от системы охлаждения и устройств, защищающих двигатель от попадания пыли и грязи в цилиндры и систем смазки и питания топливом.

Работа первичных двигателей с постоянной частотой вращения обусловлена требованием к качеству вырабатываемой электрической энергии, так как частота переменного тока зависит от частоты вращения вала двигателя. Снижение частоты вращения вала первичного двигателя приводит к уменьшению частоты напряжения генератора. Поэтому на всех первичных двигателях ПЭС должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие постоянство частоты вращения. Такими устройствами являются автоматические регуляторы частоты (АРЧ) вращения, обеспечивающие высокую точность поддержания частоты. Простейшая схема центробежного АРЧ вращения представлена на рис. 6.1.

Вращение от вала 2 двигателя передается на вал 1 регулятора через зубчатую передачу 3. При увеличении частоты вращения грузики 5 расходятся и своими кулачками давят на стержень 7, который, сжимая пружину 6 через рычаг 8 и тягу 9, закрывает дроссельную заслонку 10, уменьшая подачу топлива в двигатель.

Рис. 6.1. Схема центробежного автоматического регулятора частоты вращения:

1 — вал регулятора; 2 — вал двигателя; 3 — зубчатая передача; 4 — подшипник; 5 — грузики с кулачками; 6 — пружина; 7 — стержень; 8 — рычаг; 9 — тяга; 10 — дроссельная заслонка; 11 — гайка с наружной резьбой

При уменьшении частоты вращения пружина 6, разжимаясь, стержнем 7 через рычаг и тягу открывает дроссельную заслонку, увеличивая подачу топлива, что приводит к увеличению частоты вращения. Подобными регуляторами снабжены двигатели типа УД, 2СД, «Москвич-408».

На дизельных двигателях ПЭС устанавливаются однорежимные и всережимные автоматические регуляторы (рис. 6.2). Режим регулирования частоты вращения коленчатого вала задается тягой 13 управления через рычаг 10 и пружину 6. Одновременно через рычаг 8 и тягу 9 топливного насоса усилие передается на рейку насоса, переводя ее на уменьшение или увеличение подачи топлива. В целях ограничения минимальной и максимальной частоты вращения двигателя установлены регулируемые упоры 11 и 12, ограничивающие минимальное и максимальное сжатие пружины.

Рис. 6.2. Схема центробежного всережимного автоматического регулятора:

1 — вал регулятора; 2 — вал двигателя; 3 — зубчатая передача; 4 — подшипник; 5 — грузик с кулачком; 6 — пружина; 7 – упорная втулка; 8 — рычаг; 9 — тяга топливного насоса; 10 — рычаг; 11 — упор минимального натяжения пружины; 12 — упор максимального натяжения пружины; 13 — тяга управления

При изменении нагрузки от нуля до номинальной, даже при наличии автоматического устройства, частота вращения изменяется от до . Пределы изменения частоты вращения характеризуют наклон регуляторной характеристики , который определяется отношением

где — частота вращения при 50% нагрузки.

Наклон регуляторной характеристики называют также статизмом. Технические требования к ПД ПЭС определяют величину статизма 3% (ГОСТ 13822—82).

Длительность переходного процесса регулирования после мгновенного сброса или увеличения номинальной нагрузки не должна превышать 5 с, а заброс частоты вращения — не более 10% номинальной. Нестабильность частоты вращения на установившемся режиме определяет величину самопроизвольных изменений установившейся частоты вращения дизеля. Она не должна превышать ±1% при нагрузке от 25 до 100% номинальной и ±1,5% при нагрузке от 0 до 25% номинальной.

Нестабильность частоты вращения определяется по формуле

где - и - наибольшая и наименьшая частоты вращения в установившемся режиме;

- - номинальная частота вращения.

Срок службы первичного двигателя — время, в течение которого двигатель, работая в нормальных условиях, сохраняет номинальные параметры, главным из которых является мощность. Он определяется временем работы до капитального ремонта. Срок службы зависит от технологии изготовления, полноты и качества обслуживания, а также от частоты вращения. Частота вращения двигателей, применяемых на бензиновых электроагрегатах, 3000 мин ^–1, на дизельных — 1500 мин ^–1.

Удельная масса (кг/кВт) и габариты (кг/м³) ПД должны быть минимальными. Массогабаритные показатели ПД данной мощности зависят от типа, частоты вращения, тактности, конструкции, материала и системы охлаждения.

Экономичность ПД слагается из стоимости двигателя, удельного расхода топлива, срока службы и стоимости эксплуатации.

Стоимость дизельных двигателей значительно выше бензиновых. Удельный расход топлива у дизелей 220...340 г/кВт ^. ч, у бензиновых — от 350 до 500 г/кВт ^. ч. Стоимость дизельного топлива в несколько раз меньше бензина. Срок службы дизелей в 2...2,5 раза больше, чем бензиновых двигателей. В целом экономичность дизельных двигателей выше экономичности бензиновых, особенно при средних и больших мощностях. Двигатели в процессе эксплуатации могут подвергаться кратковременным или длительным перегрузкам. Они должны допускать перегрузку по мощности на 10% сверх номинальной в течение 1 ч в следующих условиях: при атмосферном давлении 89,9 кПа (674 мм рт. ст.), температуре окружающего воздуха 313 К (40° С) и относительной влажности воздуха 98% при 298 К (25° С).

Суммарная наработка двигателя в режиме 10%-ной перегрузки не должна превышать 10% его ресурса до капитального ремонта.

От быстроты пуска первичного двигателя ПЭС зависит обеспечение потребителей электроэнергией в минимально короткое время. Пуск двигателя труден при низких температурах, когда повышается вязкость масла, что затрудняет вращение коленчатого вала. Дизельные двигатели пускаются труднее карбюраторных, так как воспламенение топлива в цилиндрах дизеля возможно при температуре воздуха в конце такта сжатия 873...973 К. Для нагрева до такой температуры необходимо обеспечить достаточную скорость перемещения поршней.

Для улучшения условий пуска при низких температурах двигатели оборудуются подогревательными устройствами. Для подогрева воздуха во всасывающий коллектор или цилиндры двигателя устанавливаются свечи подогрева (рис. 6.3), которые при пуске включаются на 40... 60 с. За это время спираль 2 нагревается, подогревая воздух, а спираль контрольного элемента на щите управления накаливается до ярко-красного цвета. После этого включается стартер.

Охлаждающую жидкость и масло в системе смазки (в картере и масляном баке) можно подогревать с помощью паяльной лампы.

Прогрев двигателей от минус 40° С до температуры, обеспечивающей пуск и прием нагрузки, включая время пуска подогревательного устройства, не должен превышать 30 мин для ЭА мощностью до 30 кВт, 60 мин — мощностью от 31 до 200 кВт и определяется технологическими условиями на конкретные типы ЭА мощностью от 201 до 5000 кВт.

Прогрев должен обеспечивать возможность проворачивания коленчатого вала карбюраторного двигателя с частотой 40... 60 мин ^–1 и дизеля с частотой 100... 150 мин ^–1.

Все поршневые двигатели обладают определенной неравномерностью частоты вращения коленчатого вала, вызывающей колебания напряжения на зажимах генератора и частоты переменного тока. Это затрудняет параллельную работу ПЭС или вообще делает ее невозможной. Степень неравномерности зависит от конструкции ПД и регулятора частоты вращения.

Первичные двигатели должны быть приспособлены для работы в различных условиях с номинальной мощностью при температуре окружающего воздуха ±50° С и на высоте над уровнем моря 2000 м (ГОСТ 10150—82).

Для удовлетворения этих требований на двигателях, применяемых на ПЭС, усилена система охлаждения (увеличено количество лопастей вентилятора, установлен масляный радиатор).