Повышение качества выдаваемой электроэнергии в системе внешнего электропитания вооружения зенитных ракетных систем

Повышение качества выдаваемой электроэнергии в системе внешнего электропитания вооружения зенитных ракетных систем Д. А. Васиков (D.A.Vasicov), Д. Р. Абсалямов (D.R.Absalyamov), кандидат технических наук, К.В.

Рассматривается проблема повышения эксплуатационных показателей дизельных генераторных установок, средств внешнего электропитания зенитных ракетных систем, путем применения асинхронизированных генератора. Показана возможность использования АГ для адаптации рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания к новым условиям применения по назначению. Представлены анализ достоинств и недостатков, и возможность применения дизель-генераторных установок с АГ в составе системы внешнего электропитания ЗРС. Успешное функционирование ЗРС зависит от бесперебойной работы обеспечивающих технических систем, важнейшей из которых безусловно является система электроснабжения, в состав которой входят средства внешнего и автономного электроснабжения. Из анализа опыта применения средств внешнего электропитания на базе ДГУ в ЗРС отметим, что данные средства всегда находятся в готовности и являются основными средствами обеспечения электроэнергией при невозможности подключения промышленной линии электропитания.

Анализ опыта применения ДГУ в войсках, а также сведений, опубликованных в научно-технической литературе доказал, что интегральное распределение относительного времени работы

(

— суммарное время работы ДГУ, -ресурс ДГУ) при различных значениях нагрузки (-относительная нагрузка изменяется 0 до, -номинальная нагрузка, -нагрузка в данный момент времени) можно представить полем между кривыми 1 и 2 показанными на рис. 1. Специфика применения ДГУ в ЗРС такова, что средняя эксплуатационная нагрузка за весь период эксплуатации составляет от 30 до 62% от номинальной рис. 1. Кроме этого от 5 до 15% времени ДГУ работают на холостом ходу, а 90% - с? 0,6…0,8.

Рис. 1 Интегральное распределение относительного времени работы ДГУ при различных нагрузках.

Причиной этому является то, что в ДГУ, как правило, сочленяются дизели, созданные для транспортных энергоустановок (судовые, автотракторные, многоцелевые). Значения номинальных мощностей и частот вращения таких дизелей часто выше соответствующих параметров стандартного ряда ДГУ, а так же они принимаются с определенным резервом по мощности. Изделия ЗРС при эксплуатации периодически находится в различных состояниях (боевое дежурство (БД), техническое обслуживание, регламентные работы (РР) и т. д.), а в них используются различныережимы работы (дежурный режим, боевая работа и т. д.). Количество используемой аппаратуры также не постоянно. Все это приводит к работе с нагрузкой ниже номинальных значений рис. 2.

Рис. 2 График электрической нагрузки потребителей электрической энергии ЗРС Внешние источники ЗРС на базе ДГУ с синхронными генераторами вследствие работы на резкопеременных нагрузках имеют невысокую эффективность по следующим основным причинам:

— длительная работа ДГУ на долевых нагрузках приводит к существенному перерасходу топлива, а также к повышенному износу узлов и деталей ДГУ;

— резкое понижение частоты вращения ДВС в динамических режимах препятствуют применению турбо надува, что приводит к недоиспользованию ресурса конструктивно заложенного в ДГУ по мощности до 30%.

— работа автономных источников на нагрузках составляющих 30−50% от номинальных (далее долевых нагрузок) характеризуется низкими потенциальными уровнями энергии выхлопных газов и охлаждающей воды, что резко снижает эффективность высокотемпературных и низкотемпературных форсированных систем охлаждения и систем утилизации теплоты ДГУ;

— избыток воздуха в цилиндрах ДВС при работе ДГУ на долевых нагрузках приводит к снижению температуры газовой смеси и, как следствие, к неполному сгоранию топлива, закоксовыванию форсунок и камер сгорания.

В настоящее время проводится много исследований и работ по улучшению показателей ДГУ на долевых нагрузках и в динамических режимах. Предложены и исследованы различные способы увеличения коэффициента полезного действия, а также ослабления отрицательных последствий длительной работы дизеля на долевых нагрузках, которые, к сожалению, не нашли широкого практического применения.

Основные направления решения стабилизации частоты в динамических режимах усложнены тем, что в ДГУ используется большое количество различных систем связанных с ДВС обеспечивающих его пуск и стабильность работы. Перечисленные задачи могут быть решены более эффективно, если поиск направить по пути совершенствования не только дизеля, но и самого генератора. Ряд проведенных исследований в 60-х, 70-х и 80-х годах[2−4] показали принципиальную возможность и целесообразность использования асинхронизированных машин (АМ) в ДГУ ЗРС. Одно из полезныхсвойств использования АМ в качестве электромеханического преобразователя состоит в том, что при изменении нагрузки в сети при различных состояниях работы изделий ЗРС выравнивается значение рис. 3.

Рис. 3 График электрической нагрузки потребителей электрической энергии ЗРС при использовании АГ Рис. 3 показывает, как применение АГ в ДГУ повышает значение используемой мощности источников относительно номинальной, что позволяет снизить вредные последствия работы автономных источников на долевых нагрузках, описанное выше.

Рассмотрим следующее положительное свойство использования АМ. Характер зависимости КПД от нагрузки для СМ и АМ почти одинаков. Абсолютные значения КПД электромеханической части ДГУ при применении АМ на номинальном режиме несколько ниже, чем при СМ такой же мощности. Однако с уменьшением нагрузки разница между ними уменьшается, а при — КПД АМ превышает КПД СМ.

С учетом этих замечаний интересно сравнить экономические показатели ДГУ с СМ и ДГУ с АМ. Из работ [2,3,4] на примере ДГУ с дизелем типа 6Ч15/18 и АМ мощностью 100 кВт., известно, что на абсолютном большинстве эксплуатационных режимов ДГУ с АМ оказываются экономичнее ДГУ с СМ. Причем разница в расходе топлива составляет десятки г/кВтч (количество грамм израсходованного топлива на один киловатт выдаваемой энергии). При 0,85 у ДГУ с АМ значение больше. Однако если учесть, что суммарное время работы ДГУ на этих режимах не превышает 2…10% (см. рис.1), то можно с уверенностью утверждать, что расход топлива у ДГУ с АМ при эксплуатации будет заметно меньше, чем у ДГУ с СМ. Наряду с уменьшением расхода топлива, существенно увеличивается ресурс. В самом деле, если при применении двухчастотного синхронного генератора в системах автономного электроснабжения ресурс ДГУ увеличивается в полтора-два раза в зависимости от распределения нагрузки во время эксплуатации, то в ДГУ с АМ вследствие оптимального плавного (а не ступенчатого) изменения в соответствии с увеличение ресурса будет еще больше. Наконец, применение АМ может упростить решение задачи стабилизации частоты в сети при резких изменениях нагрузки высокофорсированных ДГУ.

Необходимо отметить, что ДГУ с АМ требуют отдельных исследований при резком увеличении нагрузки [2, 3], доработку всережимного регулятора дизелей с целью обеспечения оптимального регулирования частоты вращения вала двигателя от нагрузки, разработку конструкции асинхронного генератора и системы его возбуждения. Однако, наличие этих проблем не отрицает благоприятных перспектив развития и совершенствования ДГУ с АМ.

Заключение

генераторный электропитание зенитный двигатель Разработка и внедрение АСГ в ДЭС в системе внешнего электропитания ЗРС может рассматриваться как наиболее перспективная основа совершенствования энергоснабжения. Данное направление позволит решить рассматриваемые проблемы при использовании ДЭС на новом качественном уровне, что приведет к повышению качества выдаваемой электроэнергии ЗРС и повышения эксплуатационных характеристик.

1. Дружинин П. В., Чмиль В. П. Перспективы развития энергоисточников транспортных средств. С-Пб.:ВИТУ, 2004. 110с.

2.Бурд А. Д. Повышение эффективности дизель-генераторных установок на долевых нагрузках введением двух рабочих частот вращения двигателя// энергомашиностроение.- 1971, № 10-с.42−45.

3.Блоцкий Н. Н., Ботвинник М. М. Асинхронизированным синхронная машина// Науч. тр./ВНИИЭ.-М, 1959. № 9-с.115−120.

4.Дружинин Г. В., Орлов А. В., Путятинский В. А., Лукин В. В. Улучшение технико-экономических показателей автономных систем электроснабжения путем применения дизель-генераторной установки с переменной частотой вращения// двигателестроения.-1980.№ 1-с.29−30.