способ функционирования автономной электростанции

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.

Описание изобретения к патенту

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 литературы

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.