ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2253741
СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Имя изобретателя: Орлов А.В. (RU); Ройк В.З. (RU)
Имя патентообладателя: ООО "Инжиниринговый центр "Звезда"
Адрес для переписки: 193012, Санкт-Петербург, ул. Бабушкина, 123, ООО "Инжиниринговый центр "Звезда"
Дата начала действия патента: 2003.06.16
Изобретение относится к
двигателестроению, в частности способу
функционирования автономной
электростанции, работающей от дизель-генераторного
агрегата. Заявленное изобретение позволяет
экономно работать на устойчивых режимах по
преодолению расчетных моментов
сопротивления и преодолевать
кратковременные перегрузки, превышающие
возможности выбираемого источника
электропитания. В способе функционирования
автономной электростанции путем работы ее
дизель-генераторного агрегата,
оборудованного дополнительным маховиком и
разобщительной муфтой с элементами ее
автоматического управления,
дополнительный маховик размещают на
отдельном валу, который соединяют с дизель-генераторным
агрегатом посредством разобщительной
муфты. Для ввода электростанции в работу с
последующим преодолением ею повышенных
кратковременных пусковых сопротивлений от
потребителя проводят подготовительную
операцию. К остановленному дизель-генераторному
агрегату с помощью разобщительной муфты
подсоединяют дополнительный маховик.
Электростанцию запускают без нагрузки и по
показаниям датчика частоты вращения вала
генератора следят за его выходом на
номинальные обороты. Включают нагрузку и
следят уже за интенсивным падением
оборотов генератора. Информацию об этом в
автоматическом режиме передают на
контроллер управления, откуда, по окончанию
падения оборотов генератора, подают сигнал
на разобщительную муфту и отстыковывают
вращающийся дополнительный маховик от
дизель-генераторного агрегата и, тем самым,
переводят этот агрегат в ускоренный режим
восстановления его первоначальных
номинальных оборотов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложенный объект относится к
области синтеза и функционирования
автономных электростанций, обслуживающих
потребителей, рабочий процесс которых
связан с возможным кратковременным
появлением резко возрастающих моментов
сопротивления, преодоление которых
заставляет искать специальные для этого
решения. Самое простое, казалось бы, решение
состоит в выборе источника энергопитания
повышенной мощности, однако для
преодоления только кратковременных
перегрузок это было бы неэкономичным.
Поэтому поставленная задача состояла в
изыскании такого технического решения,
которое позволяло бы экономно работать на
устойчивых режимах по преодолению
расчетных моментов сопротивления, по
которым выбирается мощность источника
энергопитания, и в то же время предлагаемый
объект должен преодолевать
кратковременные перегрузки, превышающие
возможности выбираемого источника
электропитания.
Сформулированная нами задача
является актуальной для многих отраслей, но
особое значение она принимает для
буровиков [1], работающих на
газонефтепромыслах глубокого заложения
скважин, процесс бурения которых включает в
себя проведение целого ряда мероприятий,
одним из которых, по своей значимости и по
потребным на это энергозатратам, является
обеспечение вращения забойного
инструмента в скважине с выносом
разрушенной породы оттуда и одновременным
укреплением боковых стенок скважины.
Причем все это осуществляют с
использованием буровых насосов, которые
закачивают глинистый раствор в центральное
отверстие неподвижной в скважине колонны
труб и подают этот раствор в концевые
забойные двигатели-турбобуры, к которым
крепят воздействующие на породу режущие
инструменты. При этом особенность данного
процесса бурения связана с разным
характером нагрузок на буровые насосы,
которые зависят от целого ряда факторов, в
результате чего буровые насосы
потенциально должны развивать давление
раствора до 40 МПа, хотя основную работу
ведут при давлении 20-25 МПа.
Отсюда следует, что выбираемая система
автономного энергопитания буровых насосов
должна быть как можно более адаптивной к
изменению параметров бурения.
Уровень техники в области автономного
энергообеспечения различных по своему
назначению потребителей позволяет
остановиться на системе энергопитания [2],
включающей соединенные между собой
разобщительной муфтой двигатель и
генератор и с закрепленным на другом конце
выходного вала генератора маховиком.
Особенность этой энергосистемы в том, что
она является комбинированной и способной,
за счет включенных в нее элементов
автоматического регулирования, работать
как от внешней электросети, когда
разобщительная муфта выключена, двигатель
остановлен и генератор выполняет функцию
синхронного компенсатора, так и в
автономном режиме обеспечения
электроэнергией, когда при изменении
параметров тока во внешней электросети,
генератор, ротор которого остался
раскрученным от энергии маховика,
автоматически переходит в режим своей
работы с подключением посредством
разобщительной муфты к двигателю
внутреннего сгорания. И все же, несмотря на
такую универсальность своей работы, данная
система не отвечает поставленной нами
задаче - возможности ее реагирования на
существенные колебания нагрузки, причем,
когда система работает только в автономном
режиме энергообеспечения. Однако по
наличию своих конструктивных признаков
система [2] рассматривается нами в качестве
ближайшего аналога-прототипа.
Поставленная задача решается следующим
образом
В способе функционирования автономной
электростанции путем работы ее дизель-генераторного
агрегата, оборудованного дополнительным
маховиком и разобщительной муфтой с
элементами ее автоматического управления,
согласно изобретению, дополнительный
маховик размещают на отдельном валу,
который соединяют с дизель-генераторным
агрегатом посредством разобщительной
муфты, причем для ввода электростанции в
работу с последующим преодолением ею
повышенных кратковременных пусковых
сопротивлений от потребителя, проводят
подготовительную операцию, когда к
остановленному дизель-генераторному
агрегату с помощью разобщительной муфты
подсоединяют дополнительный маховик, после
чего электростанцию запускают без нагрузки
и по показаниям датчика частоты вращения
вала генератора следят за его выходом на
номинальные обороты, после чего включают
нагрузку и следят уже за интенсивным
падением оборотов генератора, причем
информацию об этом в автоматическом режиме
передают на контроллер управления, откуда,
по окончанию падения оборотов генератора
подают сигнал на разобщительную муфту и
отстыковывают вращающийся дополнительный
маховик от дизель-генераторного агрегата и,
тем самым, переводят этот агрегат в
ускоренный режим восстановления его
первоначальных номинальных оборотов.
 |
Предложенная система схематично
представлена на чертеже. Она включает раму
1, на которой смонтированы и сблокированы
между собой посредством неразъемной муфты 2
дизель 3 и генератор электрического тока 4. В
подшипниках рамы 1 установлен
оборудованный маховиком 5 вал 6, который
посредством разобщительной муфты 7
соединен с одним из валов постоянно
сблокированного агрегата: дизель-генератор.
В данном случае, для посадки муфты 7 выбран
противоположный двигателю второй выходной
конец вала генератора 4. В принципе,
возможно и другое решение, если маховик 5 с
валом 6 расположить не справа от генератора
4, а слева от двигателя 3.
|
Помимо перечисленных выше элементов,
предложенный объект снабжен системой
автоматического слежения в виде датчика
частоты вращения 8 вала генератора и
контроллера управления 9 с его сигнальными
каналами “а”, “б” и “в”, которые
связывают элемент 9 соответственно с
элементами 8, 7 и с оператором потребителя
энергии.
Функционирует предложенная система
энергопитания следующим образом. Так при
бурении на относительно малых глубинах,
когда достижение давления выходящего из
буровых насосов глинистого раствора
достаточно средних значений (20-25 МПа),
система работает в номинальном своем
режиме при отключенной разобщительной
муфте 7 и не вращающемся маховике 5. В
периоды, предшествующие появлению
повышенных моментов сопротивлений в
процессе бурения (обычно это связано с
запусками насосов под нагрузкой), и при
необходимости дальнейшего повышения
давления нагнетания раствора и расходуемой
насосами мощности, должна производится
подготовительная операция: остановка
дизель-генератора, включение
разобщительной муфты и запуск дизель-генератора
без нагрузки с раскруткой маховика 5. И
только после полной раскрутки ротора
генератора 4 (а это тоже своего рода маховик)
и дополнительного маховика 5, когда на вал
генератора будет передан максимально
возможный вращающийся момент, производят
пуск двигателей - буровых насосов. При этом
пусковой момент будет восприниматься
дизелем, и преодолеваться с помощью маховых
масс ротора генератора и маховика (их
запасенной кинетической энергии). Все это
будет неизбежно сопровождаться снижением
частоты вращения вала генератора и
маховика и, одновременно за счет увеличения
подачи топлива, будет нарастать момент
дизеля. Когда снижение частоты вращения
генератора прекратится, и контроллер
зафиксирует это по каналу “а”, то по каналу
“б” контроллер выдаст команду на
остстыковку маховика, чтобы не нагружать
дизель дополнительным моментом
сопротивления и сократить переходный
период восстановления номинальной частоты
вращения.
По мнению заявителя, предложенный объект
обладает всеми критериями изобретения. “Промышленная
его применимость” или, по-другому,
возможность его осуществления, не должна
вызывать сомнений из рассмотрения чертежа
и описания функционирования данного
способа, а целесообразность его
использования определяется потребностью
газонефтянников в эффективных системах
автономного питания бурового оборудования.
Критерий “изобретательский уровень”
подтверждается предложенной совокупностью
признаков-операций и последовательностью
их проведения: а именно, включением в работу
дополнительного маховика и накоплением
вращающейся системой дополнительной
энергии, затем отдачи ее потребителю, с
последующей отстыковкой вращающегося
маховика и восстановлением номинальных
оборотов генератора. Заметим, что
представленная система могла бы работать и
при постоянно состыкованным с дизель-генераторным
агрегатом дополнительным маховиком. Кроме
того, при постоянно состыкованном маховике
выход генератора на номинальные обороты,
при сбросе нагрузки, был бы более
длительным и менее неэкономичным.
Поскольку указанные достижения не
известны нам из патентной и технической
литературы, это позволяет полагать о
наличии в данном предложении критерия “новизны”.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Меньшов Б.Г. и др. Электротехнические
устройства буровых установок. Изд. “Высшая
школа”. 1986 г.
2. Руководство по эксплуатации с альбомом
рисунков. Система гарантированного
электропитания автоматизированная АСГП-630М.
П.О. “Звезда”. Ленинград, 1984 г.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ функционирования
автономной электростанции путем работы
ее дизель-генераторного агрегата,
оборудованного дополнительным маховиком
и разобщительной муфтой с элементами ее
автоматического управления,
отличающийся тем, что дополнительный
маховик размещают на отдельном валу,
который соединяют с дизель-генераторным
агрегатом посредством разобщительной
муфты, причем для ввода электростанции в
работу с последующим преодолением ею
повышенных кратковременных пусковых
сопротивлений от потребителя проводят
подготовительную операцию, когда к
остановленному дизель-генераторному
агрегату с помощью разобщительной муфты
подсоединяют дополнительный маховик,
после чего электростанцию запускают без
нагрузки и по показаниям датчика частоты
вращения вала генератора следят за его
выходом на номинальные обороты, после
чего включают нагрузку и следят уже за
интенсивным падением оборотов
генератора, причем информацию об этом в
автоматическом режиме передают на
контроллер управления, откуда по
окончанию падения оборотов генератора
подают сигнал на разобщительную муфту и
отстыковывают вращающийся
дополнительный маховик от дизель-генераторного
агрегата и переводят этот агрегат в
ускоренный режим восстановления его
первоначальных номинальных оборотов.
Версия для печати
Дата публикации 26.04.2007гг
вверх
|
