Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.
Двигатель внутреннего сгорания - это устройство, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу.
Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и т.д.), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте
Базовые двигателя электростанций
Основным источником механической энергии в электроагрегатах являются тепловые двигатели, работающие на углеводородном топливе. Идея сжигания топлива внутри цилиндра поршневой машины взамен паровой машины возникла еще в конце XVIII века. Построение первых двигателей внутреннего сгорания началось в середине XIX века. Первые двигатели работали на светильном газе. Впервые в мире моряк русского флота капитан И.С. Костович в 1879 г. в военных целях разработал бензиновый двигатель для дирижабля. Это был двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе, установленный на дирижабле, мощностью 80 л.с. Двигатель характеризовался удельным весом 3 кг/л.с., что даже по современным достижениям довольно высокий показатель. Так, Россия стала пионером в применении двигателя внутреннего сгорания в военной технике. России также принадлежит первенство в создании мобильной дизель-электрической установки, которая в 1908 г. была построена в Петербурге на заводе «Русский дизель» и впервые установлена на подводной лодке «Минога». С 1908 года начинается бурное развитие мобильных дизель-электрических установок, применяемых на гражданском и военном флотах, как в России, так и за рубежом. В начале 20-х годов на Коломенском паровозостроительном заводе впервые был построен дизель-электрический агрегат для привода железнодорожного состава. Начиная со второй половины 20 столетия бурное развитие связи, радиолокации, ракетной техники и автоматизированных систем управления в войсках потребовало для их электроснабжения применения стационарных и мобильных энергетических установок небольших мощностей (порядка 30-200 кВт). В таких энергетических установках в качестве первичного силового агрегата стали применять конвертированные ДВС на базе серийно выпускаемых автотракторных, танковых и судовых двигателей. Это широко известные всем дизельные двигатели 4ч8,5/11 (ОАО"Дагдизель"), 4ч8,5/11 ("Рижский дизелестроительный завод", времён СССР), Д120 и Д144 (Владимирский моторо-тракторный завод), Д242, Д243, Д246, Д266 (Минский моторный завод), 1Д6 и 1Д12 (Барнаултрансмаш), ЯМЗ236, ЯМЗ238, ЯМЗ240(Ярославский моторный завод), дизели 4ч10,5/13 и 6ч12/14 (Юждизельмаш, Украина). Нередко в последнее время при сборке электростанций используются двигателя зарубежного производства, среди бензиновых это чаще других Honda (Япония) и Briggs&Stratton (США), среди дизельных - Yanmar, Mitsubishi (Япония), Lombardini (Италия), Lister-Petter, Perkins, Cummins (Англия), Deutz (Германия). Двигатель справедливо считается "сердцем" установки. Именно его ресурс определяет срок "жизни" электростанции: среднее время наработки на отказ у блока электрогенератора всегда в несколько раз выше, чем у мотора. В большинстве случаев класс электростанции определяется используемым двигателем, а точнее, его моторесурсом. В частности, у высококачественного бензинового мотора время непрерывной работы до первого вероятного отказа исчисляется в среднем 3-5 тысяч часов, тогда как у упрощенного дешевого двигателя - всего лишь сотнями. Дизельные двигатели , как правило обладают ресурсом значительно выше чем бензиновые, их потребление топлива экономичнее, да и само дизельное топливо дешевле бензина и допускает менее жесткие условия по хранению, однако электростанция собранная на базе дизельного двигателя в 1,5-2 раза дороже аналогичной по мощности , но собранной на базе бензинового двигателя. Поэтому выбор в пользу электростанции собранной на базе дизельного двигателя рационально делать в случае: - использование электростанции в качестве основного источника электропитания (по крайней мере в случаях длительного ее использования); - использование однородного вида топлива (наличие агрегатов работающих на дизельном топливе); электрических мощностях выше 10-12 кВА , на которых электростанции с бензиновыми двигателями практически не применяются. Отличить высококлассный двигатель по внешним признакам не всегда просто. Если раньше на мини-электростанциях широко применялись моторы с боковым расположением клапанов, то теперь сплошь и рядом - верхнеклапанные, производительностью примерно на 30% выше. Критерием принадлежности агрегата выступает наличие у него или по крайней мере возможность комплектации топливным баком большой емкости. Тем самым производитель изначально предусматривает длительную непрерывную эксплуатацию генераторной установки. Другой атрибут "классности" - частота замены масла. Для качественных моторов этот показатель не ниже 100 часов работы. О многом способны поведать и "внутренности" двигателя. Например, если у него стенки цилиндра не чугунные, а алюминиевые, то перед вами мотор не высокого класса. Кроме того, обратите внимание на материал, из которого изготовлены фильтры (воздушный, топливный, масляный). У простых моделей, как правило, используется бумага, поэтому фильтры требуют периодической замены.
Принцип работы генераторов постоянного и переменного тока
Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Простейший генератор постоянного тока (рис. 1) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.
Рис. 1. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка генератора Принципиальное устройство простейшего генератора переменного тока показано на рис. 4. В этом генераторе концы рамки проводника присоединяются каждый к своему кольцу, а к кольцам прижимаются щетки генератора. Щетки замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. При вращении рамки с кольцами в магнитном поле генератор даст переменный ток, изменяющий через каждые пол-оборота величину и направление. Такой переменный ток называется однофазным. В технике применяются генераторы трех-
Рис. 2. Схема простейшего генератора переменного тока: 1 — полюс электромагнита; 2 — катушка возбуждения; 3 — контактное кольцо; 4 — щетка генератора; S — внешняя цепь; 6 — рамка проводника; 7 — источник постоянного тока фазного тока, которые по ряду причин являются наиболее удобными для использования. Простейший трехфазный генератор имеет три рамки (обмотки) проводов, сдвинутых относительно друг друга по окружности вращения на 120 °. Трехфазный ток изменяет свою величину и направление через каждые 120° оборота. Время на совершение одного колебания называется периодом, а число периодов в секунду — частотой переменного электрического тока.
Генераторы электростанций.
Электрогенератор. Одно- или трехфазные генераторы. Их название вытекает из назначения - питать соответствующих потребителей. При этом к однофазным генераторам, вырабатывающим переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, можно подключать только однофазные нагрузки, тогда как к трехфазным (380/ 220 В, 50 Гц) и те, и другие (на приборной панели имеются соответствующие розетки, или клемные колодки). С однофазными электрогенераторами все более или менее ясно: главное - правильно "посчитать" всех своих потребителей, учесть возможные проблемы (например, высокие пусковые токи) и выбрать агрегат с соответствующей реальной выходной мощностью. При подключении к трехфазным генераторам трехфазных же нагрузок ситуация аналогичная. А вот при подключении к трехфазным генераторам однофазных потребителей возникает проблема, именуемая "перекосом фаз". Не углубляясь в технические подробности, сформируем два правила. Потребляемая мощность однофазной нагрузки не должна превышать 1/3 от номинальной трехфазной выходной мощности агрегата. Иными словами, 9-киловаттной трехфазной генераторной установкой можно запитать не более чем З- киловаттный однофазный обогреватель! При наличии нескольких однофазных нагрузок разница в их потребляемой мощности не должна превышать 1/3 от "перекоса фаз" ("перекос фаз" - та самая 1/3 из правила 1). Кстати, это идеальная величина, реализуемая для высококлассных электростанций. У агрегатов попроще данный параметр меньше.
Синхронные и асинхронные генераторы.
Если говорить популярно, то синхронный альтернатор конструктивно сложнее: например, у него на роторе находятся катушки индуктивности. Асинхронный генератор устроен гораздо проще: его ротор напоминает обычный маховик. Как следствие, такой генератор лучше защищен от попадания влаги и грязи (говорят, что он имеет "закрытую" конструкцию), и тут самое время вспомнить о классе защиты. Класс защиты. Он обозначается двумя буквами (IР) и двумя цифрами. Первая цифра означает: 0-защита отсутствует 1-защита от предметов > 50 мм 2-защита от предметов > 12 мм 3-защита от предметов > 2.5 мм 4-защита от предметов > 1 мм 5-защита от пыли Вторая цифра означает: 0-защита отсутствует 1-защита от вертикально падающих капель воды 2-защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали 3-защита от брызг воды, падающих под углом 60 градусов к вертикали 4-защита от водяной пыли, распыленной со всех сторон 5-защита от струй воды со всех сторон Синхронные генераторы, как правило, соответствуют классу IР 23, тогда как асинхронные - IР 54. Впрочем, в последнее время практически у всех ведущих производителей появились инновационные синхронные агрегаты, удовлетворяющие IР54. Кроме защищенности, синхронные и асинхронные генераторы отличаются своими возможностями. Асинхронные генераторы. В силу простоты конструкции асинхронные электрогенераторы более устойчивы к короткому замыканию и более устойчивы к перегрузкам, выходное напряжение имеет меньше нелинейных искажений. Применение асинхронного генератора позволяет запитывать от агрегата не только промышленные устройства, не критичные к форме входного напряжения, но и электронную технику. Асинхронный генератор идеальный источник тока для подключения активной, или омической, нагрузки: ламп накаливания, бытовых электроконфорок, электронагревателей, электронных устройств, включая сварочные преобразователи, компьютерную и радио-технику и т.д. При подключении электромоторов и прочих индуктивных нагрузок необходим запас по мощности в 3-4 раза (при использовании функции СТАРТОВОЕ УСИЛЕНИЕ - в 1,5 - 2 раза).Перегрузка этих генераторов не допустима. Синхронный генератор. Данный тип генератора способен кратковременно, не более 1 сек., выдавать ток в 3-4 раза выше номинального и вырабатывает более "чистый" ток. Поэтому его рекомендуется использовать для питания индуктивных потребителей с т.н. "пусковыми токами" (электродвигателей, насосов, компрессоров, дисковых пил, прочего электроинструмента), а также для подключения сварочного аппарата. Кстати, на стабильность напряжения оказывает влияние и класс двигателя, а именно его способность поддерживать постоянные обороты (как правило, 3000 об/мин) при изменениях нагрузки, наличие специальных систем стабилизации , в частности AVR (автоматический регулятор напряжения). Наконец, в качестве конструктивного исполнения более предпочтительны электрогенераторы, не оборудованные щетками, так как они не требуют обслуживания и не создают помех. Выходная мощность. Это один из самых главных параметров. Именно на него, прежде всего, обращает внимание потребитель. Здесь есть два "подводных камня": многие производители в каталогах приводят так называемую максимальную выходную мощность. Имейте в виду: этот параметр предусматривает кратковременную работу агрегата (в зависимости от фирмы интервал колеблется от нескольких секунд до нескольких минут). Реальная номинальная мощность обычно на несколько (иногда на десятки) процентов ниже; электростанция, как и любой другой прибор, обладает собственным cos?. Одни производители при указании выходной мощности его учитывают, а другие - нет. Во втором случае пользователю придется самому подсчитать реальную номинальную мощность, умножая приведенную в каталоге на cos φ.
Технические характеристики силовых генераторов отечественного производства, встраиваемых в дизельные электроагрегаты мощностью 30 кВт.
№ п/п
|
Силовой генератор Наименование показателя, размерность |
Величины показателей силовых генераторов |
|||||||
Типы силовых генераторов |
|||||||||
ГС-30 |
ГС-30-50 |
Г40
|
Г-30У2 |
ДГФ-82-4Б |
ДГФ-82-4К |
БГ-30 |
ОС-72 |
||
1 |
Тип генератора |
бесконтактный с возбуждением |
контактный со статической системой возбуждения |
вращающийся выпрямитель, бесщеточный генератор с самовозбуждением |
контактный со статической системой возбуждения |
||||
2 |
Состав |
генератор, возбудитель, блок возбуждения |
генератор и комплект блока аппаратуры |
генератор с возбудителем, блок управления |
генератор, блок регулировки напряжения,блок коррекции напряжения, блок параллельной работы |
||||
3 |
Мощность, кВт |
30 |
40 |
30 |
|||||
4 |
Обозначение |
ГС-30 |
ГС-30-50 |
Г-40 |
Г-30-У2 |
ДГФ-82-4Б |
ДГФ-82-4К |
БГ-30 |
ОС-72 |
5 |
Род тока |
переменный трехфазный |
|||||||
6 |
Схема соединения обмоток |
звезда с выведенной нулевой точкой |
|||||||
7 |
Частота, Гц |
50 |
|||||||
8 |
Напряжение,В |
400 |
|||||||
9 |
Ток, А |
54 |
72 |
54 |
54,1 |
||||
10 |
Коэфициент мощности |
0,8 |
|||||||
11 |
Частота вращения, об/мин |
1500 |
|||||||
12 |
Коэффициент полезного действия |
88 |
88,5 |
88 |
88,5 |
89 |
|||
13 |
Масса, кг |
288 |
400 |
250 |
365 |
||||
14 |
Габаритные размеры,мм длина ширина высота |
470 |
450 |
375 |
450 |
||||
521 |
520 |
425 |
540 |
||||||
634 |
684 |
575 |
695 |
||||||
15 |
Геометрические размеры - присоединительный фланец(диаметр замка посадочного), мм - размер конца вала присоединительного, мм - диаметр, мм - шпонка,мм |
470 |
450 |
375 |
540 |
||||
105 |
80 |
85 |
|||||||
55 |
|||||||||
16Р9 |
|||||||||
16 |
Конструктивное исполнение по способу монтажа, ГОСТ 2479-79 |
1М2001 |
1М2001-1 |
1М2001 |
1М2001 |
||||
17 |
Степень защиты по ГОСТ 17494-87: - генератора - блока управления |
1Р21 |
1Р20 |
1Р22 |
1Р23 |
||||
1Р00 |
|||||||||
18 |
Способ охлаждения по ГОСТ 20459-87 |
1С2 |
1СА01 |
1С01 |
1СА01 |
||||
19 |
Диапазон регулирования напряжения,% |
(+5.......-10) |
|||||||
20 |
Отклонение напряжения установившееся, 5%, не более |
+ 0,5 |
+ 1,0 |
+ 0,5 |
+ 0,5 |
||||
21 |
Точность поддержания напряжения 100% при номинальном изменении нагрузки, % |
+1,0 |
+2,0 |
||||||
22 |
Переходное отклонение напряжения при сбросе-набросе 100% нагрузки, % |
+20,0 |
|||||||
23 |
Время восстановления,с |
0,36 |
1 |
2,0 |
2,0 |
||||
24 |
Коэфициент небаланса линейных напряжений при симметричной нагрузке,% |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
1,0 |
||||
25 |
Коэфициент небаланса линейных напряжений при не симметрии тока нагрузки в 25% |
8,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
||||
26 |
Кратность токов при установившихся коротких замыканиях, не менее: - трехфазном - двухфазном - однофазном |
2,75 |
3,5 |
3,0 |
3,5 |
||||
3,5 |
4,25 |
3,75 |
4,25 |
||||||
1 |
|||||||||
27 |
Запуск асинхронного двигателя мощностью, кВт |
21 |
20 |
21 |
|||||
28 |
Коэффициент искажения синусоидальности линейного напряжения, не более ,% |
3,5 |
10,0 |
5,0 |
|||||
29 |
Уровень вибрации: класс по ГОСТ 16921-82 |
2,8 |
0,06 |
4,5 |
4,5 |
||||
30 |
Уровень шума: класс по ГОСТ16372-84 |
II |
I |
||||||
31 |
Уровень радиопомех по ГОСТ В.25803-83 для группы |
3.1.6 |
|||||||
32 |
Вид климатического исполнения по ГОСТ 15160-61 |
У2 и Т2 |
У2 |
У2 и Т2 |
У Т |
||||
33 |
Условия эксплуатации: - температура окр.воздуха, С - минимальная - максимальная - относит.влажность воздуха (без выпадения росы),% при температуре, С - механические воздействия по ГОСТ17516-72 для группы - запыленность воздуха,г/м3 - крен до,град - дифферент до, град -высота над уровнем моря,м |
У2 и Т2 |
У2 |
У2 и Т2 |
У Т |
||||
-50..-20 |
-50 |
-50..-20 |
-50 |
||||||
+50..+55 |
+55 |
+50..+55 |
+50..+55 |
||||||
У2 и Т2 |
У2 |
У2 и Т2 |
У Т |
||||||
98 |
98 |
98 |
100 |
||||||
25 и 35 |
25 |
25 и 35 |
25 25 |
||||||
М18 |
М30 |
М30 |
|||||||
0,5 |
00,5 |
||||||||
28,5 |
30,0 |
||||||||
15 |
|||||||||
4300 |
3000 |
3000 |
4000 |
||||||
34 |
Показатели надежности: - назначенный ресурс до первого капитального ремонта, ч - наработка на отказ,ч, при доверительной вероятности - среднее время восстановления,ч - средний срок службы до списания, лет - средний срок сохраняемости, лет |
40 |
|||||||
8000 |
10000 |
11000 |
|||||||
4 |
2 |
1 |
|||||||
не менее 15 |
|||||||||
не менее 10 |
|||||||||
35 |
Гарантия изготовителя: - гарантийный срок эксплуатации, лет - при гарантийной наработке,ч |
10 |
|||||||
10000 |
|||||||||
36 |
Удельная масса, кг/кВт |
9,6 |
13,3 |
8,3 |
12,0 |
||||
37 |
Параллельная работа между собой и сетью |
допускается |
|||||||