Газопоршневі установки FG Wilson : ефективне і надійне енергопостачання

У 2007 році на заводі компанії Perkins в м. Стаффорд(Великобританія), що має досвід створення газопоршневих двигунів з 1965 р., почалося виробництво нових двигунів серії 4000TRS. Ця модель була поставлена на конвеєр замість добре себе зарекомендувавшої , але вже застарілих двигунів серії 4000TESI.

Двигуни 4000TRS мають рядове(6 і 8) і V- образне(12 і 16) розташування циліндрів. Виробництво 12-циліндрових двигунів TRS засвоюватися впродовж 2011 року. Усі двигуни мають водяне охолодження блоків циліндрів, відкриті камери згорання(без форкамер) і оснащуються голівками блоку з чотирма клапанами на циліндр. У двигунах використовується турбонаддув з рідинним охолодженням газоповітряної суміші, що в совокупності з новими системами запалення дозволяє працювати на збіднених сумішах. Це значно скорочує вміст шкідливих речовин у вихлопних газах двигунів.

У нових двигунах застосовані модернізовані деталі шатуново-поршневої групи, змінена конструкція поршневих кілець - в результаті питома витрата олії знизилася з 0,3 до 0,2 г/кВт.ч. Також в двигунах серії 4000TRS використовуються голівки циліндрів і вихлопні колектори нової конструкції. Застосовані нові турбіни наддувочного повітря, системи запалення, системи подання газу і електронні модулі управління двигунами.

Всього в конструкцію двигунів було внесено декілька тисяч змін. В результаті удосконалень міжремонтний інтервал для серії TRS збільшився з 1500 до 2 000 годин. Крім того, уніфікація шатуново-поршневої групи, вкладишів, голівок блоку циліндрів, систем запалення і так далі дозволила понизити витрати на технічне обслуговування двигунів.

Система подання газу в двигун оснащена новими облаштуваннями виробництва компанії Woodward. Для рядних двигунів передбачена електронна система Kronos 20, для V- образних - Electra. Їх застосування дозволяє двигуну працювати при низькому вхідному тиску(3.10 кПа). Обидві системи працюють із зворотним зв'язком по тиску наддування, температурі газоповітряної суміші і частоті обертання двигуна, підтримуючи стійке співвідношення повітря/паливо.

Наявність турбонаддува з проміжним охолодженням газоповітряної суміші робить двигун менш чутливим до пониження або коливань змісту метану в паливному газі. Таким чином, збережеться стійка робота двигуна при використанні газу із вмістом метану до 40%.

У нових двигунах з рядним розташуванням циліндрів застосована модернізована система запалення Altronic. Вона подає індивідуальну іскру для кожного циліндра, оптимізуючи кут запалення залежно від навантаження, тиску наддування, частоти обертання і інших параметрів двигуна. Для V- образних двигунів використовується система запалення Motortech MIC500, працююча за аналогічним принципом.

Застосування спеціальних свічок запалення забезпечує перевагу перед фор-камерними двигунами(за відсутності їх недоліків). Центральний електрод свічки закритий спеціальним куполом з жаростійкої сталі. Цей купол є міні-фор-камерой з п'ятьма отворами і одночасно бічним електродом свічки з великою площадью іскроутворення. При такій конструкції відзначається стійке іскроутворення навіть при низькій енергії іскри - паливна суміш заповнює купольний кінець свічки і, спалахнувши при появі іскри, виходить з куполу п'ятьма факелами. Таким чином, забезпечується надійний і рівномірний фронт полум'я в камері згорання циліндрів двигуна і, завдяки нижчим температурам згорання, - менший рівень викидів NOx.

Така робота системи запалення, спільно з іншими системами двигуна, забезпечує оптимальний процес згорання газоповітряної суміші в циліндрах двигуна і рівень шкідливих викидів у вихлопних газах, що відповідає європейським стандартам. Для двигунів 4000TRS рівень емісії NOx складає менше 500 мг/м3 при 5 %- мy вмісті О2.

Завдяки нововведенням двигуни серії 4000TRS стали довговічнішими: так, термін служби до першого капітального ремонту збільшився з 48 000 до 64 000 годин. Це дозволяє довести сумарне напрацювання двигуна(при нагоді проведення двох капремонтів) до 192 000 годин.

Крім того, нові двигуни можуть працювати не лише на стандартному газі, але і на біогазі, газі сміттєвих звалищ, попутних нафтових газах практично без зниження свого ресурсу.

На базі двигунів Perkins 4000TRS компанією FG Wilson в 2008 р. був розроблений і впроваджений у виробництво новий модельний ряд газопоршневих генераторних установок в діапазоні потужності 276…1000 кВт. Вони використовуються і як електрогенератори, і як когенераціонні установки(утилізація теплової енергії). Електроагрегати можуть працювати автономно, а також у складі великих енергетичних комплексів. Генераторні установки виготовляються на напругу 0,4; 3,3; 6,6; 10,5(чи 11) кВ.

У нових генераторних установках застосовані панелі управління нового покоління - EasyGen3200 виробництва фірми Woodward. Вони забезпечують високонадійне управління енергокомплексами, контроль їх стану і захисні функції. Панелі EasyGen3200 призначені для управління як окремим електроагрегатом, так і для синхронізації до 32 генераторних установок, працюючих і в автономному режимі, і паралельно із зовнішньою електромережею, при цьому комплекс може бути розділений на декілька окремих блоків.

Панель має інтерфейс у вигляді інтерактивного дисплея з російськомовним ЖК-монітором великого розміру. Проста навігація системи управління за допомогою сенсорних клавіш орієнтована на зручність користувача.

Інтерфейс панелі управління має декілька протоколів зв'язку з модулями управління двигуном, оснащений зовнішніми додатковими платами введення і виведення інформації. Інтерфейс забезпечує контроль вихідних електричних параметрів генераторної установки і зовнішньої мережі, а також з'єднання з АСУ ТП верхнього рівня (SCADA), що керує роботою усіх систем енергокомплексу.

Застосування панелей управління серії EasyGen3200 дозволяє адаптувати роботу когенераціонних установок фірми FG Wilson до змінного добового графіку електричного і теплового навантаження. При цьому гарантується стійка робота генераторних установок при навантаженнях від 30 % до 100 % номінальної потужності без обмеження терміну експлуатації, кількості пусків і т.д.

Основні пріоритети компанії FG Wilson(Engineering) Ltd. - забезпечення екологічних вимог, зниження собівартості енергії, що виробляється, і підвищення експлуатаційної надійності генераторних установок. Для реалізації цих завдань постійно оновлюється модельний ряд газових генераторних установок, модернізуються панелі управління і інше устаткування.

FG Wilson(Engineering) Ltd. є найбільшим у світі виробником газопоршневих генераторних установок, постачання яких по всьому світу здійснюються через систему офіційних дилерів компанії. У сферу їх діяльності входить рішення усього комплексу питань, пов'язаних з підготовкою проектних рішень, продажем і сервісною підтримкою генераторних установок.

Всього через офіційних дилерів компанії в Росію в період з 2003 р. було забезпечено постачання більше 160 генераторних установок з газопоршневими двигунами Perkins. При цьому з 2008 р. поставлені 39 енергокомплексів на базі двигунів 4000TRS. Вони введені в експлуатацію і зарекомендували себе надійними і економічними установками.

*Cтаття опублікована в №3 журналу "Турбины и Дизели"