Технические науки/ 3.Отраслевое машиностроение.

к.т.н. Чикунов Ю.М., инженер Чикунов А.М.

ОАО «Завод «Дагдизель», Россия

Технико-экономические аспекты

энергосберегающих стендов

Выпуск двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире непрерывно возрастает. Завершающими операциями технологического процесса их производства или капитального ремонта являются стендовая обкатка и приёмо-сда-точные испытания. В связи с постоянным ростом цен на электроэнергию экономически целесообразным становится полезно использовать эффективную мощность, развиваемую при этом тепловыми двигателями, путём преобразования её и генерирования в промышленную сеть. Поэтому моторостроительные и специализированные ремонтные предприятия оснащают свои испытательные станции обкаточно-тормозными стендами (ОТС), обеспечивающими утилизацию электроэнергии, а также проводят научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, направленные на повышение их технико-экономи-ческих показателей.

Впервые ОТС с рекуперацией электроэнергии были использованы в США во время второй мировой войны на авиамоторном заводе. Конструкция стенда включала в себя три электрические машины – тормозное устройство (ТУ), собранное на базе машины постоянного тока, и электромашинный преобразователь Леонардо. Хотя данный электропривод и обладает низкими энергетическими характеристиками и большой стоимостью, но этой схемой для производства ОТС воспользовались фирмы Brush Electrical Machines (Великобритания), MEZ VSETIN (Чехия), Мэйдэнся (Япония).

Для снижения установленной мощности стенда учёными Шенфер К.И. и Свириденко П.И. в 1944 году было предложено использовать в качестве ТУ асинхронный двигатель (АД) с фазным ротором, в цепь которого включён жидкостной реостат (ЖР), заполненный электролитом. Исследование данной конструкции проводилось в 1974 году в ГОСНИТИ (г. Москва, РФ). Эксплуатация показала, что ОТС такого типа обладает существенными недостатками: низкий КПД; большое потребление реактивной энергии; нестабильность тормозного момента, обусловленная как сильной зависимостью от напряжения питающей сети, так и изменением сопротивления ЖР при нагревании электролита; сложность автоматизации.

С появлением полупроводниковой техники Германский филиал швейцарской фирмы Brown, Boveri & Cie (ВВС) с целью повышения КПД ОТС с АД-ЖР включил в цепь ТУ вместо реостата статический преобразователь. При этом ОТС из сети стал потреблять ещё большую реактивную мощность, искажать форму кривой напряжения питающей сети высокочастотными гармониками, что потребовало дополнительных затрат на их фильтрацию. Стенд с асинхронно-вентильным каскадом (АВК) значительно сложнее, дороже и требует высококвалифицированного обслуживающего персонала. В настоящее время по рассматриваемой схеме выпускаются стенды в г. Гомеле (Республика Беларусь).

Австрийской фирмой AVL-ELIN спроектирован и производится ОТС на базе асинхронной машины (АМ) с короткозамкнутым ротором и тиристорным преобразователем частоты (ТПЧ), выполненным по схеме инвертора тока. Система АМ-ТПЧ обладает большим рабочим диапазоном частот, однако недостатки стендов AVL-ELIN аналогичны недостаткам ОТС фирмы ВВС, поэтому они, как правило, находят применение только в качестве исследовательских стендов и не нашли широкого применения.

Впервые сравнительную технико-экономическую оценку выше приведённых стендов осуществили в 1977 году учёные Белорусской сельскохозяйственной академии Ю.В. Дробышев и Л.Ю. Цвирко.

Согласно авторам, относительная установленная мощность стендов MEZ VSETIN, AVL-ELIN, BBC и ГОСНИТИ соответственно составит . В приведённых работах отдаётся предпочтение конструкции ОТС фирмы ВВС. Данный выбор объясняется тем, что в электроприводе на базе АВК мощность теплового двигателя утилизируется 100% (без учёта потерь в ТУ и статическом преобразователе) и отношение .

Несостоятельность данного метода сравнения в том, что не учитываются энергетическая эффективность конструкции и ежегодные текущие затраты.

Энергетическую эффективность той или иной конструкции ОТС оценивают, как правило, на основании коэффициента полезного действия. Однако применить данный способ удаётся не во всех случаях, т.к. в одних электромашинных системах энергии для холодной и горячей обкатки протекают по одним и тем же каналам, а в других – эти каналы разные (например, система ОТС и стенд с одноякорным преобразователем). Поэтому следует воспользоваться коэффициентом рекуперации и тем самым привести обозначенные показатели стендов к общему знаменателю.

Под коэффициентом рекуперации ОТС будем понимать отношение активной электроэнергии, оставшейся на нужды предприятия, к разнице энергий (энергии, вырабатываемой ДВС в процессе горячей обкатки и испытаний и энергии, потребляемой двигателем при холодной обкатке).

С увеличением числа ТУ системы ОТС на испытательной станции, мощность группового преобразователя из расчёта на один стенд уменьшается и может быть меньше единицы. В случае использования ОТС на базе АМ-ТПЧ или АВК с возрастанием числа стендов установленная мощность на единицу ОТС в отличие от энергосберегающей системы, наоборот, возрастает. Это объясняется вводом дополнительного оборудования – вентильных компенсаторов искажений тока. Поэтому окупаемость системы ОТС происходит в 2…3 раза быстрее.

На заводе «Дагдизель» (г. Каспийск, Республика Дагестан) методика Ю.В. Дробышева и Л.Ю. Цвирко была усовершенствована. Из полученной в результате исследований формулы видно, что годовые затраты можно снизить и даже преобразовать в доход тремя способами: уменьшить стоимость стенда за счёт снижения установленной мощности; повысить коэффициент рекуперации ОТС, и тем самым увеличить количество утилизируемой электроэнергии, оставшейся на нужды предприятия; генерировать реактивную электроэнергию, т.е. использовать ОТС в качестве источника реактивной мощности.