А. А. Дубянский – FG Wilson (Engineering) Ltd.

Новое поколение газопоршневых установок FG Wilson с более экологичными и надежными двигателями Perkins серии 4000TRS – это существенное снижение неблагоприятного воздействия на окружающую среду при значительном повышении эффективности энергоснабжения.

В 2007 году на заводе компании Perkins в г. Стаффорд (Великобритания), имеющей опыт создания газопоршневых двигателей с 1965 г., началось производство новых двигателей серии 4000TRS. Эта модель была поставлена на конвейер вместо хорошо себя зарекомендовавших, но уже устаревших двигателей серии 4000TESI.
Двигатели 4000TRS имеют рядное (6 и 8) и V-образное (12 и 16) расположение цилиндров. Производство 12-цилиндровых двигателей TRS будет осваиваться в течение 2011 года. Все двигатели имеют водяное охлаждение блоков цилиндров, открытые камеры сгорания (без форкамер) и оснащаются головками блока с четырьмя клапанами на цилиндр. В двигателях используется турбонаддув с жидкостным охлаждением газовоздушной смеси, что в совокупности с новыми системами зажигания позволяет работать на обедненных смесях. Это значительно сокращает содержание вредных веществ в выхлопных газах двигателей.
В новых двигателях применены модернизированные детали шатунно-поршневой группы, изменена конструкция поршневых колец – в результате удельный расход масла снизился с 0,3 до 0,2 г/кВт•ч. Также в двигателях серии 4000TRS используются головки цилиндров и выхлопные коллекторы новой конструкции. Применены новые турбины наддувочного воздуха, системы зажигания, системы подачи газа и электронные модули управления двигателями.
Всего в конструкцию двигателей было внесено несколько тысяч изменений. В результате усовершенствований межремонтный интервал для серии TRS увеличился с 1500 до 2000 часов. Кроме того, унификация шатунно-поршневой группы, вкладышей, головок блока цилиндров, систем зажигания и т.д. позволила снизить затраты на техническое обслуживание двигателей.
Система подачи газа в двигатель оснащена новыми устройствами производства компании Woodward. Для рядных двигателей предусмотрена электронная система Kronos 20, для V-образных – Electra. Их применение позволяет двигателю работать при низком входном давлении (3…10 кПа). Обе системы работают с обратной связью по давлению наддува, температуре газовоздушной смеси и частоте вращения двигателя, поддерживая устойчивое соотношение воздух/топливо.
Наличие турбонаддува с промежуточным охлаждением газовоздушной смеси делает двигатель менее чувствительным к понижению или колебаниям содержания метана в топливном газе. Таким образом, сохранятся устойчивая работа двигателя при использовании газа с содержанием метана до 40 %.
В новых двигателях с рядным расположением цилиндров применена модернизированная система зажигания Altronic. Она подает индивидуальную искру для каждого цилиндра, оптимизируя угол зажигания в зависимости от нагрузки, давления наддува, частоты вращения и других параметров двигателя. Для V-образных двигателей используется система зажигания Motortech MIC500, работающая по аналогичному принципу.
Применение специальных свечей зажигания обеспечивает преимущество перед форкамерными двигателями (при отсутствии их недостатков). Центральный электрод свечи закрыт специальным куполом из жаростойкой стали. Этот купол является мини-форкамерой с пятью отверстиями и одновременно боковым электродом свечи с большой площадью искрообразования. При такой конструкции отмечается устойчивое искрообразование даже при низкой энергии искры – топливная смесь заполняет купольный конец свечи и, загоревшись при появлении искры, выходит из купола пятью факелами. Таким образом, обеспечивается надежный и равномерный фронт пламени в камере сгорания цилиндров двигателя и, благодаря более низким температурам сгорания, – меньший уровень выбросов NOx.
Такая работа системы зажигания, совместно с другими системами двигателя, обеспечивает оптимальный процесс сгорания газовоздушной смеси в цилиндрах двигателя и уровень вредных выбросов в выхлопных газах, соответствующий европейским стандартам. Для двигателей 4000TRS уровень эмиссии NO_x составляет менее 500 мг/м3 при 5 %-м содержании О₂.
Благодаря нововведениям двигатели серии 4000TRS стали более долговечными: так, срок службы до первого капитального ремонта увеличился с 48000 до 64000 часов. Это позволяет довести суммарную наработку двигателя (при возможности проведения двух капремонтов) до 192000 часов.
Кроме того, новые двигатели могут работать не только на стандартном назе, но и на биогазе, газе мусорных свалок, попутных нефтяных газах практически без снижения своего ресурса.
На базе двигателей Perkins 4000TRS компанией FG Wilson в 2008 г. был разработан и внедрен в производство новый модельный ряд газопоршневых генераторных установок в диапазоне мощности 276….1000 кВт. Они используются и как электрогенераторы, и как когенерационные установки (утилизация тепловой энергии). Электроагрегаты могут работать автономно, а также в составе крупных энергетических комплексов. Генераторные установки изготавливаются на напряжение 0,4; 3,3; 6,6; 10,5 (или 11) кВ.
В новых генераторных установках применены панели управления нового поколения – EasyGen3200 производства фирмы Woodward. Они обеспечивают высоконадежное управление энергокомплексами, контроль их состояния и защитные функции. Панели EasyGen3200 предназначены для управления как отдельным электроагрегатом, так и для синхронизации до 32 генераторных установок, работающих и в автономном режиме, и параллельно с внешней электросетью, при этом комплекс может быть разделен на несколько отдельных блоков.
Панель имеет интерфейс в виде интерактивного дисплея с русскоязычным ЖКмонитором большого размера. Простая навигация системы управления при помощи сенсорных клавиш ориентирована на удобство пользователя.
Интерфейс панели управления имеет несколько протоколов связи с модулями управления двигателем, оснащен внешними дополнительными платами ввода и вывода информации. Интерфейс обеспечивает контроль выходных электрических параметров генераторной установки и внешней сети, а также соединение с АСУ ТП верхнего уровня (SCADA), управляющей работой всех систем энергокомплекса.
Применение панелей управления серии EasyGen3200 позволяет адаптировать работу когенерационных установок фирмы FG Wilson к переменному суточному графику электрической и тепловой нагрузки. При этом гарантируется устойчивая работа генераторных установок при нагрузках от 30 % до 100 % от номинальной мощности без ограничения срока эксплуатации, количества пусков и т.д.
Основные приоритеты компании FG Wilson (Engineering) Ltd. – обеспечение экологических требований, снижение себестоимости вырабатываемой энергии и повышение эксплуатационной надежности генераторных установок. Для реализации этих задач постоянно обновляется модельный ряд газовых генераторных установок, модернизируются панели управления и другое оборудование.
FG Wilson (Engineering) Ltd. является крупнейшим в мире производителем газопоршневых генераторных установок, поставки которых по всему миру осуществляются через систему официальных дилеров компании. В сферу их деятельности входит решение всего комплекса вопросов, связанных с подготовкой проектных решений, продажей и сервисной поддержкой генераторных установок.
Всего через официальных дилеров компании в Россию в период с 2003 г. была обеспечена поставка более 160 генераторных установок с газопоршневыми двигателями Perkins. При этом с 2008 г. поставлено 39 энергокомплексов на базе двигателей 4000TRS. Они введены в эксплуатацию и зарекомендовали себя надежными и экономичными установками.