Газопоршневая электростанция: принцип работы. Эксплуатация и обслуживание газопоршневых электростанций
Газопоршневая электростанция используется в качестве основного или резервного источника энергии. Для работы устройства требуется доступ к горючему газу любого типа. Многие модели ГПЭС дополнительно могут генерировать тепло для отопления и холод для вентиляционных систем, складов, промышленных объектов.
Газопоршневые электростанции: принцип работы
Основными элементами ГПЭС являются мотор-генератор и газовый поршневой двигатель. Горючий газ в камере ГПД воспламеняется посредством свечи зажигания и производит энергию, используемую для вращения рабочего вала генератора.
Автоматизированные электростанции и электроагрегаты с поршневыми газовыми двигателями, помимо электрической, могут вырабатывать тепловую энергию в утилизационном котле или водо-водяном нагревателе. Реже встречаются модели, генерирующие холод.
Устройство
Газопоршневая электростанция состоит из:
- газового двигателя и генератора переменного тока, соединённых упругой пальцевой муфтой;
- радиатора;
- вентилятора с приводом последнего от переднего конца коленчатого вала через клиноременную передачу;
- фильтров очистки воздуха и других вспомогательных устройств, смонтированных на общей раме установки.
Генератор имеет отдельное комплектное устройство с панелями управления и распределения.
Мотор
Работа газопоршневой электростанции невозможна без ГПД. Он работает на природных, попутных нефтяных и промышленных газах. Двигатель имеет литые алюминиевые головки блока, которые устанавливаются и крепятся к двум блокам цилиндров. Камера сгорания (чаще – открытого типа) находится в цилиндре между плоским днищем головки блока и днищем поршня с кольцевой выемкой.
Исходя из условий обеспечения бездетонационного сгорания газовоздушной смеси и ограничения максимальных давлений сгорания, в газовом двигателе применяется небольшая степень сжатия 10,5 (для природного газа) вместо 1415 в дизеле. Этого добиваются путём установки под головки блока более толстых, чем у дизеля, кольцевых алюминиевых прокладок (для каждого цилиндра – отдельная).
Система зажигания
В двигателе применена батарейная система зажигания, состоящая из:
- электрических свечей;
- прерывателя-распределителя катушки зажигания;
- источника питания;
- электрических проводов.
Для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах используются электросвечи (по одной свече на каждый цилиндр). Они установлены в головке блока в гнёздах с резьбой и выводными патрубками, которые предусмотрены в тех местах, где в дизеле располагаются форсунки. Центральное расположение электросвечи относительно камеры сгорания обеспечивает оптимальные условия сгорания смеси вследствие минимального пути распространения фронта пламени в цилиндре и нормальное охлаждение свечи циркулирующей в головке блока водой.
Эксплуатация газопоршневых электростанций
В качестве топлива в газовых двигателях используются различные типы газов:
- природный (как магистральный, так и сжиженный);
- попутный (нефтяной);
- пропан-бутан;
- биогаз;
- промышленный газ (сточных вод, шахтный, коксовый, пиролизный);
- прочие горючие газы.
Надежность электростанций с газовыми поршневыми двигателями подтверждена их длительной эксплуатацией в Западной Сибири, Якутии, Дальнем Востоке и прочих регионах РФ. В первую очередь их эксплуатируют на предприятиях, нефте-газовых, угольных месторождениях. Обилие попутного газа делает их эксплуатацию очень выгодной.
Обслуживание
Перед покупкой ГПЭС состав газа используемого в качестве топлива и его параметры согласовываются с предприятием-изготовителем. Наладку и ввод агрегатов в эксплуатацию по согласованию с потребителем также производит изготовитель.
В зависимости от сложности оборудования обслуживание газопоршневой электростанции осуществляется либо поставщиком, либо обученным и прошедшим проверку знаний персоналом. ТО или ремонт газовой аппаратуры, а также прочих узлов и агрегатов двигателя осуществляйте только после выработки газа из газовой магистрали и системы питания.
Воздух не должен содержать агрессивные и взрывчатые газы. В машинном отделении, где установлен газовый двигатель, рабочий воздух не должен иметь запылённость более 0,002 г/м3. При более высокой запыленности на входе в мотор должна быть установлена дополнительная система очистки.
Преимущества
Газопоршневая электростанция может длительно и устойчиво работать автономно и параллельно с другими идентичными по характеристике электростанциями с соотношением мощности от 3:1 до 1:3 или промышленной сетью.
Газовый поршневой двигатель, генератор, радиатор системы охлаждения смонтированы на обшей раме. Двигатель и генератор соединены между собой фланцами, исключающими необходимость центровки валов. Агрегат может поставляться в стационарном исполнении на раме и передвижном варианте в утепленном кузове.
Во время работы электростанций осуществляется автоматический мониторинг за:
- стабильностью выходных электрических параметров;
- перегревом охлаждающей жидкости;
- перегревом масла;
- падением давления масла в системе смазки двигателя;
- снижением сопротивления изоляции;
- появлением опасного потенциала на корпусе.
ГПЭС может быть обеспечена автоматическим или дистанционным управлением пуском, работой и остановкой двигателя.
Технические характеристики
Основные технические данные на примере российской модели АД200С-Т400-Р:
- Номинальная мощность: 200 кВт.
- Напряжение: 400 В.
- Частота тока: 50 Гц.
- Род тока: трёхфазный, переменный.
- Номинальная частота вращения: 1500 об/мин.
- Пуск двигателя: стартерный.
- Расход газа: не более 50 кг/ч.
- Габаритные размеры агрегата: 2950х1320х1610 мм.
- Масса агрегата сухая: 2960 кг.
- Ресурс работы двигателя до капремонта: 15000 ч.
Ненагруженная газопоршневая электростанция обеспечивает запуск короткозамкнутого асинхронного электродвигателя мощностью до 125 кВт с кратностью пускового тока до 7. ГПЭС оборудована средствами подогрева, обеспечивающими пуск при температуре ниже +5Сᵒ и устройствами подогрева воздуха внутри помещения (кузова).