ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР С ТРЕМЯ УРОВНЯМИ МОЩНОСТИ Российский патент 1998 года по МПК F02D29/06 F02D1/04 F02D23/02 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам регуляторов частоты вращения вала дизель-генераторов.

Известен дизель-генератор, включающий электрический генератор, дизель, оснащенный регулятором частоты вращения, с механическим чувствительным элементом частоты вращения, главной пружиной и с шарнирно-рычажным механизмом регулятора, образованным органом управления, органом дозирования топливоподачи, главным рычагом и соединительными тягами, и трубокомпрессор с впускными и выпускными патрубками [1].

Недостаток известного технического решения заключается в недостаточной экономичности работы дизель-генератора.

Задача изобретения заключается в обеспечении трех ступеней синхронных режимов работы и в повышении экономичности и моторесурса.

Поставленная задача решается тем, что дизель-генератор с тремя уровнями мощности содержит электрический генератор с механизмом переключения полюсов, дизель, оснащенный регулятором частоты вращения с механическим чувствительным элементом частоты вращения, главную пружину и шарнирно-рычажный механизм регулятора, образованный органом управления, органом дозирования топливоподачи, главным рычагом и соединительными тягами, перепускной клапан турбокомпрессора с управляющим рычагом, установленный между впускным и выпускным патрубками турбокомпрессора, причем дизель-генератор с тремя уровнями мощности дополнительно снабжен механизмом управления, соединенным дополнительными тягами с механизмом переключения полюсов генератора, шарнирно-рычажным механизмом трехступенчатого регулятора частоты вращения и управляющим рычагом перепускного клапана турбокомпрессора, а число степеней свободы механизма управления W=3. Для изменения наклона скоростной характеристики дизеля механизм управления может дополнительно содержать регулирующую тягу с резьбовой муфтой, соединенную параллельно с главной пружиной.

На фиг.1 показаны характеристики дизеля; на фиг.2 - схематическое изображение дизель-генератора.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) 1 содержит рейку 2, являющуюся органом дозирования подачи топлива регулятора частоты вращения 3 дизеля. Шарнирно-рычажный механизм регулятора содержит упор 4 максимальной подачи топлива и главную пружину 5, соединенную одним концом с главным рычагом 6, имеющим возможность контактировать с упором 4 максимальной топливоподачи и чувствительным элементом 7 дизеля. Другим концом главная пружина 5 соединена с механизмом управления дизеля, включающего рычаг 8 управления частотой вращения и дополнительный рычаг 10 управления, связанный тягой 11 с дополнительным рычагом 9 механизма регулятора, который тягой 12 соединен с рычагом 13 механизма 11 переключения полюсов генератора и рычагом 15 перепускного клапана 16, установленного между впускным и выпускным патрубками турбокомпрессора, т. е. между выпускным патрубком двигателя 17 и выпускным патрубком 18 турбокомпрессора 19. Механизм управления скоростным режимом и степенью неравномерности регулирования включает в себя рычаг 8 и рычаг 10, соединенные тягами 21, 23, соединенными с кольцом главной пружины 5. Причем тяга 21 выполнена разрезной из двух частей, соединенных резьбовой муфтой 22.

Электрогенератор 20 включает в себя переключатель 14 полюсов 1, соединяющий обмотки возбуждения электрогенератора между собой.

Дизель-генератор с тремя уровнями мощности, оснащенный трехступенчатым регулятором, работает следующим образом. Изменение скоростного режима дизеля воспринимается механическим чувствительным элементом 7 таким образом, что увеличение частоты вращения коленчатого вала дизеля вызывает возрастание центробежных сил грузов и приводит к росту деформации главной пружины 5 и передачи движения от главного рычага 6 шарнирно-рычажного механизма рейке 2 дозирования топливоподачи в сторону снижения цикловой подачи топлива. При снижении скорости вращения дизеля движения передаются в обратную сторону. Рычаг 8 управления позволяет изменять предварительную деформацию главной пружины 5 и настраиваться на любой скоростной режим от минимального холостого хода ω_xx3 до синхронного номинального режима и соответствующего ему режима холостого хода ω_xx1 (фиг.1).

Дополнительный рычаг 10 управления имеет два положения и позволяет ступенчато переводить дизель-генератор со скоростного режима ω_xx1 , соответствующего номинальной частоте вращения, на скоростные режимы ω_max и ω_min с двое ( четыре) меньшей частотой вращения по сравнению с максимальным скоростным режимом ω_max. При этом происходит одновременное изменение числа пар полюсов генератора с помощью изменения положения тяги 12, связанной тягой 11 с рычагом 10. При этом тяга 11 одновременно переводит рычаг 9, связанный с основным рычагом 6, в новое положение, что приводит к корректировке степени неравномерности регулирования. Известно, что у всережимных регуляторов скорости дизелей с постоянной предварительной затяжкой главной пружины происходит заметное изменение степени неравномерности регулирования. Для дизель-генераторов это явление необходимо исключить. Поэтому переходом рычагов 9 и 10 добиваются одновременного изменения скоростного режима с ω_xx1 и ω_xx2 и изменение степени неравномерности регулирования. Последнее достигается изменением приведенной жесткости главной пружины регулятора путем изменения ее наклона за счет перемещения точки ее прикрепления к механизму управления с помощью изменения положения рычагов 8 и 10. Такая настройка возможна, только если механизм управления дизеля имеет число степеней свободы W=3 и управление скоростным режимом дизеля производится двумя рычагами 8 и 10. Причем с помощью рычага 10 производится ступенчатая настройка режима работы на скорость ω_ном или ω_min и ω_max, а с помощью независимого рычага 8 можно переводить дизель в режим холостого хода минимальной частоты, остановки дизеля или запуска. Для регулировки местной степени неравномерности регулирования предусмотрена резьбовая муфта 22, расположенная на разрезной тяге 21. Вращение резьбовой муфты 22 изменяет наклон главной пружины 5. Связь тягами 11 и 12 рычагов 9 и 10 позволяет при ступенчатом изменении желаемой частоты вращения дизеля одновременно производить изменение частоты рабочих полюсов генератора, т.е. позволяет сохранять при этом стандартное напряжение и вырабатываемую частоту переменного электрического тока в сети.

При переключении полюсов генератора одновременно происходит изменение настройки турбокомпрессора, заключающееся в изменении количества выпускных газов, перепускаемых мимо турбины из выпускного патрубка 17 дизеля в выпускной патрубок 18 турбокомпрессора 19.

Изменение количества перепускаемых мимо турбин выпускных газов производится клапаном 16 и вызывает изменение количества и давления поступающего в цилиндр дизеля воздуха, осуществляя тем самым согласование скоростного режима работы дизеля и турбокомпрессора. Такое согласование необходимо для ограничения максимальной скорости вращения вала турбокомпрессора, оно способствует повышению экономичности и моторесурса дизеля.

Наличие трех уровней рабочих скоростных режимов дизеля позволяет использовать его полную номинальную мощность при максимальной электрической нагрузке. Снижение последней более чем в два раза позволяет перейти на вдвое меньшую частоту вращения вала дизеля при сохранении практически номинального крутящего момента и не допустить увеличения расхода топлива на единицу электрической энергии. Снижение вдвое скоростного режима при снижении мощности одновременно вызывает двойное сокращение расхода выпускных газов, что обеспечивает уменьшение токсичных выбросов с выпускными газами. Ожидаемая экономичность предлагаемой конструкции регулятора зависит от вида циклической характеристики нагружения дизель-генератора, но не следует забывать, что полная мощность генератора используется чрезвычайно редко и основными режимами его работы являются режимы частичной мощности.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам регуляторов частоты вращения вала дизель-генераторов, и предназначено для применения в качестве источника переменного электрического тока для обеспечения трех номинальных режимов работы, повышения эффективности преодоления пиковых нагрузок, снижения материалоемкости и себестоимости энергоустановки. Рычаги 8, 10 механизма управления соединены тягами 11, 12, 21 и 23 с механизмом 14 переключения полюсов генератора, шарнирно-рычажным механизмом вращения 3 и управляющим рычагом 15 перепускного клапана 16 турбокомпрессора. Перепускной клапан 16 установлен между впускным и выпускным патрубками турбокомпрессора. Число степеней свободы механизма управления равно трем. 1 з. п.ф-лы, 2 ил.

1. Дизель-генератор с тремя уровнями мощности, включающий электрический генератор, дизель, оснащенный регулятором частоты вращения, с механическим чувствительным элементом частоты вращения, главной пружиной и шарнирно-рычажным механизмом регулятора, образованным органом управления, органом дозирования топливоподачи, главным рычагом и соединительными тягами, и турбокомпрессор с впускным и выпускным патрубками, отличающийся тем, что генератор снабжен механизмом переключения полюсов, дизель-генератор с тремя уровнями мощности снабжен механизмом управления, соединенным дополнительными тягами с механизмом переключения полюсов, шарнирно-рычажным механизмом трехступенчатого регулятора частоты вращения и управляющим рычагом перепускного клапана, установленного между впускным и выпускным патрубками турбокомпрессора, причем число степеней свободы механизма управления W = 3. 2. Дизель-генератор по п.1, отличающийся тем, что механизм управления дополнительно содержит регулирующую тягу с резьбовой муфтой, соединенной параллельно с главной пружиной.