Дизель-генераторы XXI века

Дизель-генераторы для машиностроения

В современном мире дизель-генераторы (ДГ) нашли своё применение в составе транспортных машин (карьерные автосамосвалы, тепловозы), дизельных электростанций, когенерационных установок, где они служат в качестве основных, резервных и аварийных иcточников электропитания для привода, обеспечения энергопитания вахтовых посёлков, производств, судов с дальним районом плавания. Также большое распространение имеют газопоршневые электроагрегаты, где в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания (ДВС) используется природный газ. Ведутся разработки газогенераторных установок, где моторным топливом служит угарный газ от неполного сгорания твёрдых видов топлива. Рассмотрим подробней средства «малой энергетики» на базе дизельных двигателей, которые можно разделить на несколько самостоятельных направлений:

• передвижные электростанции мощностью до 200 кВт;
• электростанции блочно-транспортабельного типа мощностью до 1500 кВт;
• многоагрегатные стационарные электростанции мощностью до 150 МВт.

Важными требованиями к ДГ являются топливная экономичность двигателя (среднеэксплуатационный расход топлива), ресурс до капитального ремонта, качество вырабатываемой электроэнергии. Если используется более одного ДГ, их параллельная работа должна быть синхронизирована с целью обеспечения одинакового напряжения и частоты вырабатываемого тока. Дизель-электрические станции и дизель-генераторные установки должны быть автоматизированы. Предусматриваются три степени автоматизации:

• автоматическое поддержание заданной частоты вращения, автоматическая аварийная сигнализация и защита по температурам охлаждающей жидкости и масла и по давлению масла;
• дополнительно к первому – автоматический или дистанционный пуск и остановка двигателя, автоматическая подготовка к приёму нагрузки, синхронизация с другими агрегатами и сетью, приём нагрузки и её распределение при параллельной работе агрегатов;
• дополнительно к первому и второму – автоматическое пополнение топливных, масляных и водяных расходных баков и воздушных баллонов, подзарядка стартовых батарей и батарей оперативного питания, а также автоматическое управление вспомогательными агрегатами.

В настоящее время на рынке существует обширный спектр дизель-генераторов, которые представлены фирмами SDMO Industries (Франция), Grupos electrogenos GESAN (Испания), FG Wilson (Северная Ирландия), Cummins Power Generation (США), Westac Power Limited (Великобритания), AKSA Power Generation (Турция). Среди отечественных производителей следует отметить ОАО «Автодизель» (Ярославский моторный завод), ОАО «Барнаултрансмаш», ОАО «Звезда», ОАО «Электроагрегат», ОАО «РУМО», ОАО «Коломенский завод».

Основные характеристики дизель-генераторов

№ п/п	Показатель		Единицы измерения	Диапазон значений
1	Мощность единичной установки		МВт	0,10-5,00
2	Удельный эффективный расход топлива		кг/(кВт·ч)	0,184-0,220
3	Удельный расход масла		г/ кВт·ч	0,30-1,40
4	КПД (без утилизации теплоты)		–	0,39-0,47
5	КПД (с утилизацией теплоты)		–	0,70-0,80
6	Напряжение		кВ	0,4-13
7	Диапазон рабочих режимов		%	10-110
8	Ресурс до текущего ремонта (не менее)		тыс. ч	10-60
9	Ресурс до капитального ремонта (не менее)		тыс. ч	60-100
10	Срок службы двигателя (не менее)		тыс. ч	150-300
11	Затраты на ремонт		% от стоимости	5-20
12	Выбросы вредных веществ (концентрация в отработавших газах, приведенная к 5% О2)	Nox	мг/м3	3400
		CO		170
13	Уровень шума на расстоянии 1м (не более)		дБ	85
14	Уровень шума на выхлопе (не более)		дБ	88
15	Стоимость установленной мощности		$/кВт	90-200

Зарубежные компании Cummins и Caterpillar, известные как производители дизельных двигателей, самостоятельно изготавливают дизель-генераторы и дизельные электрические станции. Другие компании (SDMO, Wilson, Gesan и др.) комплектуют свои изделия дизельными двигателями всемирно известных марок – Perkins, Cummins, Caterpillar, Deutz, MTU-DDC, Mitsubishi, John Deer, Volvo Penta, MAN, Scania в зависимости от мощности установки. Отечественные производители ДГ придерживаются подобной тенденции: на базе собственных двигателей разрабатывают дизель-генераторы и электроагрегаты (Автодизель, Коломенский завод, Барнаултрансмаш и др.) или при использовании покупных импортных двигателей собирают электростанции (ОАО «Звезда», ООО «Энергетический центр «Президент-Нева»). Все двигатели по топливной экономичности соответствуют достигнутому в настоящее время техническому уровню. Зарубежные двигателестроители специализируются на выпуске 4-хтактных быстроходных ДВС (номинальная частота вращения до 1800 об/мин), некоторые из отечественных моторных заводов выпускают тихоходные двигатели с частотой вращения до 500 об/мин. Следует отметить, что тихоходные двигатели являются более экономичными, чем быстроходные, что обусловлено полнотой сгорания подаваемого в цилиндр топлива, но высокая мощность достигается за счёт большей размерности камеры сгорания (диаметр цилиндра – до 450 мм, ход поршня – до 360 мм), отсюда повышаются и массогабаритные показатели электроагрегатов.

Неисправности дизель-генераторов

Дизель-генераторы представляют собой сложную электромеханическую систему, в которой химическая энергия топлива преобразуется в электроэнергию, в её состав входят дизельный двигатель внутреннего сгорания, генератор, системы и устройства управления. Чтобы обеспечить требования по топливной экономичности и экологическим показателям, современные дизельные двигатели оборудуются системами, которые улучшают сгорание топлива (системы электронного многостадийного впрыска, Common Rail). Как правило, двигатели оборудуются системой электронного управления и самодиагностики. Наличие таких сложных электронных систем, как на двигателе, так и на дизель-генераторе в целом предопределяет неисправности и отказы оборудования. Заводы-изготовители в борьбе за потребителя постоянно улучшают качество выпускаемой продукции, которое заключается в увеличении межремонтных интервалов и срока службы дизель-генератора. Но на неисправности в большей степени влияют условия эксплуатации, качество применяемого топлива, проведение регламентных работ (техническое обслуживание). Так, низкое качество дизельного топлива приводит в первую очередь к загрязнению топливного фильтра, из-за чего в дизельный двигатель не попадает достаточное количество топлива, дизель-генератор не развивает полной мощности. Если же примеси в топливе не фильтруются, то может образовываться нагар на форсунках, который приведёт к выходу из строя. Работа на недостаточной нагрузке приводит к неполному сгоранию топлива, что вызывает образование нагара на форсунках и их дальнейший выход из строя.

При долгом хранении электростанции без консервации, при отсутствии регулярных запусков, что характерно для резервных источников питания, происходит потеря эластичности резинотехнических изделий электростанции, окисление поверхностей, испарение технических жидкостей, общее старение оборудования. Если неправильно рассчитана мощность потребителей электроэнергии, то дизель-генератор будет работать с перегрузкой либо будет недогружен. Изготовители ДГ оговаривают процент перегрузки и время работы с перегрузкой (как правило, 110 % от номинальной мощности в течение 1 ч). Следовательно, чем больше перегрузка и время работы, тем ниже ресурс двигателя. Нагрузка при работе ДГ выбирается таким образом, чтобы расход топлива был минимальным, иначе ДГ будет работать на неэкономичных режимах.

Производители и дилеры дизель-генераторов кроме продажи изделий предлагают также их сопровождение в течение всего жизненного цикла: техническое обслуживание, ремонт (текущий, капитальный), оперативная поставка запасных частей и расходных материалов.
Итак, оценивая технический уровень современных дизель-генераторов, следует отметить, что и отечественные, и зарубежные производители выпускают продукцию, соответствующую требованиям эксплуатации по топливной экономичности, экологичности, надёжности. Зарубежные производители такие, как Cummins, Caterpillar оборудуют ДГ системами самодиагностики и удалённого контроля, что позволяет уменьшить влияние человеческого фактора. Зарубежные компании сопровождают изделие в течение всего жизненного цикла, это означает готовность специалистов компании незамедлительно и оперативно выехать на место эксплуатации для выявления причины и устранения неисправности. Техническое обслуживание также проводят специалисты завода-изготовителя. Отечественные дизель-генераторы спроектированы таким образом, что обеспечивают безотказную работу в течение указанного ресурса (срока службы), при этом предусматривается проведение регламентных работ, настройка и регулирование эксплуатирующим персоналом.