МОБИЛЬНЫЙ НАГРУЗОЧНЫЙ ЖИДКОСТНОЙ РЕОСТАТ

Заявляемое решение относится к устройствам, предназначенным для мобильной диагностики и плавного регулирования мощности нагружения дизель генераторов тепловозов, специального самоходного подвижного состава (ССПС), газотурбинных установок с электрической передачей, силовых дизель генераторных и турбогенераторных установок автомобильных и водных транспортных средств.
Известен водяной реостат, содержащий бак, в котором размещены отрицательные и положительные пластины (электроды разной полярности), изолированные от корпуса. Положительные (плюсовые) пластины поднимают и опускают с помощью лебедки, изменяя площадь соприкосновения электродов с водой, тем самым, меняя ток нагрузки. Размеры водяного бака, плюсовых и отрицательных (минусовых) пластин, их количество выбирают в зависимости от максимального кратковременного тока при минимальном напряжении, тока длительного режима работы генератора, а также в зависимости от напряжения генератора и от удельного сопротивления воды в баке («Ремонт тепловозов». Норкин А.Я., Вождаев И.Н. и др. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Транспорт», 1974, с. 303) - аналог.
3
Недостатком известного решения является ограниченное (не менее 220 мм) допускаемое расстояние между электродами, так как при вертикальном перемещении плюсовых пластин с помощью лебедки происходит их раскачивание и велик риск короткого замыкания. Металлоконструкция нагрузочного бака получается громоздкой; для реализации больших токов нагрузки и увеличения проводимости слоя воды между электродами на практике прибегают к добавлению хлористого натрия в воду, что вызывает побочный отрицательный эффект - усиленную коррозию металла, из которого сделаны электроды. Для реализации малых токов нагрузки возникает необходимость заточки плюсовых электродов в виде ножей, теряется полезная площадь электродов, необходимая для реализации верхнего значения токов нагрузки. Недостатком также является необходимость постоянного обновления воды с целью ее охлаждения, так как вода при прохождении электрического тока нагревается, удельное сопротивление уменьшается. Для поддержания температуры воды в определенных пределах нагретую воду спускают в канализацию, а из водопровода поступает холодная вода. Расход воды на реостате мощностью 2,2 МВт составляет 0,5 л/сек (1,8 м/час).
Известен контейнерный нагрузочный модуль CON Power - нагрузочный реостат JOVYATLAS в контейнере - балластный реостат (www.jatlas.ru/node/334), представляющий собой мобильный стальной контейнер с размещенными внутри нагрузочными блоками (ячейками) и комплектным распределительным устройством для управления нагрузочным модулем (аналог).
Недостатком такого устройства является ступенчатое управление нагрузкой и ограничение мощности до 5 МВт.
Известен жидкостной нагрузочный реостат, в котором плавное регулирование мощности в диапазоне от 0,75 до 9 МВт и повышение технологичности путем реализации больших токов нагрузки достигается тем, что реостат выполнен в виде двух баков: нагрузочного и вспомогательного. Электроды, размещенные в нагрузочном баке, выполнены неподвижно. Электроды различной полярности выполнены изолировано друг от друга, а электроды одинаковой полярности соединяются съемными перемычками. Изменение нагрузки обеспечивается изменением уровня воды в нагрузочном баке. Известный жидкостной нагрузочный реостат, может содержать установленный в нагрузочном и/или вспомогательном баке водо-водяной охладитель (патент РФ №103915, МПК: G01M 15/00, опубл. 27.04.11 г. ) - прототип.
Недостатком известного решения является то, что жидкостной нагрузочный реостат не подходит для мобильной диагностики и плавного регулирования мощности нагружения дизель генераторов тепловозов, специального самоходного подвижного состава (ССПС), газотурбинных установок с электрической передачей, силовых дизель-генераторных и турбогенераторных установок автомобильных, водных транспортных средств и т.д. с требуемой точностью.
Техническим результатом, на выполнение которого направлено заявляемое решение, является возможность проведения с заданной точностью мобильной диагностики и плавного регулирования мощности нагружения дизель-генераторов тепловозов, специального самоходного подвижного состава (ССПС), газотурбинных установок с электрической передачей, силовых дизель-генераторных и турбогенераторных установок автомобильных, водных транспортных средств.
Указанный технический результат достигается тем, что мобильный жидкостной нагрузочный реостат, содержит нагрузочный бак, выполненный с возможностью крепления размещенных в нем изолировано от его корпуса электродов одинаковой и различной полярности, электроды различной полярности изолированы друг от друга, а, по меньшей мере, часть электродов одинаковой полярности попарно соединены перемычками, систему охлаждения жидкости в нагрузочном баке, вспомогательный бак, гидравлически связанный с нагрузочным баком, защитно-коммутирующую и измерительную аппаратуру, причем нагрузочный бак, система охлаждения жидкости в нагрузочном баке, вспомогательный бак и измерительная аппаратура размещены в габаритах рамы, с возможностью установки последней на опоры при транспортировке и в стационарном размещении.
Устройство, характеризующееся тем, что рама имеет габариты евроконтейнера.
Устройство, характеризующееся тем, что система охлаждения жидкости в нагрузочном баке может содержать два насосных агрегата, один из которых предназначен для подачи жидкости из нагрузочного бака во вспомогательный, а другой - для подачи жидкости из вспомогательного бака в нагрузочный, причем каждый насосный агрегат содержит насос и задвижку, а нагрузочный бак снабжен датчиками температуры и уровня жидкости.
Устройство, характеризующееся тем, что защитно-коммутирующая аппаратура и насосные агрегаты расположены в торце одного из баков.
Устройство, характеризующееся тем, что силовые и измерительные кабели и гидравлические соединения размещены внутри рамы.
Устройство, характеризующееся тем, что баки снабжены крышками.
Устройство, характеризующееся тем, что нагрузочный и вспомогательный баки разделены водонепроницаемой перегородкой.
Устройство, характеризующееся тем, что рама выполнена с возможностью установки на фитинговые упоры.
Устройство, характеризующееся тем, что система охлаждения жидкости в нагрузочном баке выполнена с использованием теплонакопителя, в качестве которого использована криогидратная смесь.
Заявляемое решение конкретизировано на фиг. 1-4, где на фиг. 1 представлен общий вид мобильного жидкостного нагрузочного реостата, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - вид сверху на фиг. 1, на фиг. 4 - вид сбоку на фиг. 1.
Мобильный жидкостной нагрузочный реостат (реостат), содержит нагрузочный бак 1, выполненный с возможностью крепления размещенных в нем изолировано от его корпуса с помощью верхних 2 и нижних 3 изоляторов, чередующихся по расположению электродов положительной 4 и отрицательной 5 полярности, электроды различной полярности изолированы друг от друга, а, по меньшей мере, часть электродов одинаковой полярности попарно соединены перемычками 6. На нагрузочном баке 1 размещена система перекачивания и охлаждения жидкости 7 в нагрузочном баке. Реостат содержит вспомогательный бак 8, гидравлически связанный с нагрузочным баком 1, защитно-коммутирующую 9 и измерительную 10 аппаратуру. Нагрузочный бак 1, система перекачивания и охлаждения жидкости 7 в нагрузочном баке 1, вспомогательный бак 8, защитно-коммутирующая 9 и измерительная 10 аппаратура размещены в габаритах рамы 11 (габаритах евроконтейнера). Система перекачивания и охлаждения жидкости 7 в нагрузочном баке 1 содержит два насосных агрегата 12 и 13, один из которых предназначен для подачи жидкости из нагрузочного бака 1 во вспомогательный бак 8, а другой - для подачи жидкости из вспомогательного бака 8 в нагрузочный бак 1, причем каждый насосный агрегат содержит насос и задвижку. Нагрузочный бак 1 снабжен измерительной аппаратурой 10 (датчиками температуры и уровня жидкости). Защитно-коммутирующая аппаратура 9, которая содержит магнитные пускатели двигателей насосных агрегатов, защитные автоматические выключатели, реле и прочую аппаратуру, и насосные агрегаты 12 и 13, расположены в торце одного из баков - нагрузочного бака 1 или вспомогательного бака 8. Пульт управления реостатом (на фигурах не показан) посредством проводной или беспроводной связи обеспечивает управление режимами нагружения дизель генераторов. Силовые и измерительные кабели и гидравлические соединения размещены внутри рамы 11. Нагрузочный бак 1 и вспомогательный бак 8 снабжены крышками 14 и 15 соответственно и разделены водонепроницаемой перегородкой 16. Рама 11 оснащена, размещенными по ее углам, нижними 17 и верхними 18 фитингами по ГОСТ 2057-82, применяемыми в крупнотоннажных контейнерах и выполнена с возможностью установки на фитинговые упоры при транспортировке и стационарном размещении. Гидравлическая связь баков обеспечивается трубопроводами 19, проложенными в металлоконструкции контейнера. Насосные агрегаты 12 и 13 (насосная станция) и защитно-коммутирующая аппаратура 9 располагаются в торце объединенных баков. В торце одного из баков расположен блок 20 контроля тока в силовой цепи и защиты от токов короткого замыкания. Пространство между стенками объединенных баков заполнено теплонакопителем 21.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При необходимости создания нагрузки для испытываемого дизель генератора нагрузочный бак 1 реостата заполняют жидкостью (водой или слабым раствором солей натрия или калия). Заполнение контролируют по датчику уровня жидкости измерительной аппаратуры 10. Подключают испытываемый дизель генератор (или тепловоз, ССПС с отключенными тяговыми моторами) Далее после опробования блока 20 контроля тока в силовой цепи (защиты силовой цепи) в соответствии с программой-методикой испытаний дизель генератора (тепловоза, ССПС) откачивая насосным агрегатом 13 часть жидкости из основного бака 1 во вспомогательный бак 8 выставляют необходимое значение тока нагрузки генератора. При достижении нужного значения тока нагрузки насосный агрегат 13 оператор при помощи пульта управления отключает и закрывает задвижку откачивающего насоса для предотвращения перетекания жидкости через полости насоса и удержания уровня жидкости на определенном уровне, соответствующем необходимому току нагрузки; выполняются необходимые на заданном режиме испытаний операции по испытаниям дизель генератора. В процессе испытаний жидкость нагревается. При достижении заданной температуры датчик температуры измерительной аппаратуры 10 подает сигнал на включение обоих насосных агрегатов, обеспечивая обмен жидкостью между основным баком 1 и вспомогательным баком 8.
2
4
2
Часть тепла расходуется на фазовый переход из твердого состояния в жидкое вещества, используемого в качестве теплонакопителя 21, которое находится в рубашке реостатных баков (например, глауберова соль - декагидрат сульфата натрия NaSO, 10 НО). Это вещество успешно работает в диапазоне температур от +20 до +70°C. Теплота реакции гидратации-дегидратации составляет 251 кДж/кг. Температура фазового перехода глауберовой соли +32°C. Дешевый природный или недорогой, получаемый химическим путем, материал глауберова соль (мирабилит) может интенсивно поддерживать температуру на уровне 32°C с большим ресурсом накопления или отдачи энергии).
При необходимости увеличения тока нагрузки оператор включает нагнетающий насосный агрегат 12 и выставляет новое необходимое значение тока нагрузки. Поддержание теплового режима обеспечивается с помощью действия теплонакопителя 21 в рубашке баков 1 и 8, а также с помощью обмена жидкостью между основным 1 и вспомогательным 8 баками, которое осуществляется по трубопроводам 19, так как баки разделены водонепроницаемой перегородкой 16.
При необходимости снижения тока нагрузки оператор отключает насосный агрегат 12 и включает насосный агрегат 13. При достижении требуемого нового значения тока нагрузки оператор отключает насосный агрегат 13 (отключает насос, закрывает задвижку). Управление насосами и задвижками выполняется либо с кнопочного пульта, связанного со шкафом 9 посредством проводной связи, либо с компьютера посредством беспроводной связи.
Установка режимов путем включения-отключения насосных агрегатов позволяет плавно и точно по датчику тока блока 20 контроля тока в силовой цепи выставить необходимый режим.
При необходимости выполнения диагностики дизель генераторов, тепловозов, ССПС и дугой техники на удаленных объектах, где нет собственных нагрузочных устройств, реостат с помощью транспортных средств (железнодорожных, автомобильных, морских и других) может быть доставлен к месту проведения испытаний. Для транспортировки реостата предназначены фитинги 17 и 18. Нижний фитинг 17 соединяется с фитинговым упором транспортировочной платформы, а верхний фитинг 18 позволяет выполнить погрузку с помощью крановой техники.
По такому же принципу выполняется установка на месте испытаний. Допускается установка реостата на площадке испытаний на подушку из щебня без фитинговых упоров.
При необходимости промывки баков 1 и 8 реостат заполняется на V* часть объема моющим раствором, включаются одновременно насосные агрегаты 12 и 13 на 5-10 минут, затем раствор через спускные вентили (условно не показаны) удаляется из баков 1 и 8.
Заявляемое решение направлено на оптимизацию нагрузочных параметров устройства путем размещения конструкции в раме 20-или 30 футового евроконтейнера, чем достигается его мобильность и универсальность размещения и транспортировки, снижение металлоемкости, а эффективность системы нагружения повышена за счет заполнения изоляционной обшивки баков теплонакопителем 21, например, глауберовой солью. За счет использования такой оболочки при выполнении реостатных испытаний интенсивно отводится выделяемое тепло (стабилизируется токовый режим, так как сопротивление жидкости изменяется при нагревании), а в период между испытаниями это тепло отдается реостату, сохраняя его готовность к работе и уменьшая потребность в электрическом нагреве жидкости. При таком способе отведения тепла не исключается отвод тепла во внешнем (с помощью тепловентиляторов) и внутреннем контурах охлаждения.
При изготовлении реостата в рамках, например, 20-футового евроконтейнера с уменьшением расстояния между разноименными электродами с 220 до 170-110 мм для реализации мощности 4,5 МВт и более возникает необходимость интенсивного теплоотвода во время проведения реостатных испытаний. В то же время при завершении цикла испытаний в ожидании следующего цикла испытаний воду в емкостях реостата желательно сохранить без слива в канализацию. Особенно это актуально для холодных сезонов с минусовой температурой. Экономичность и эффективность реостатной установки можно существенно повысить за счет использования в его обшивке вместо утеплителя вещества с фазовым переходом из твердого состояния в жидкое - теплонакопителя. При фазовом переходе из твердого состояния в жидкое происходит интенсивный отбор тепла, причем интенсивность значительно выше, чем при теплопередаче. При завершении цикла испытаний и ожидании следующего цикла нагружения дизель-генераторов остывающий теплонакопитель переходит из жидкого состояния в твердое и интенсивно отдает тепло воде в баках реостата, сохраняя ее теплой. Таким образом, рубашка баков, заполненная теплонакопителем позволяет оптимизировать тепловой режим при выполнении реостатных испытаний (увеличить интенсивность теплоотвода без дополнительного расхода воды), а также поддерживать необходимый тепловой режим в ожидании следующего цикла испытаний (значительное время сохранять реостат в теплом состоянии без небходимости электроподогрева). При этом в меньшем объеме по сравнению со стационарным реостатом появляется возможность реализации высоких мощностей (в 1,5-2 раза). Это дает дополнительный резерв для реализации мощности нагружения дизель генераторов. В качестве теплонакопителя может быть использована, например, глауберова соль. При реализации заявляемого решения, реостат-контейнер имеет сухую массу, не превышающую 9,5 т. Форма крепления под установку на фитинговые опоры позволяет без дополнительных схем крепления перевозить реостат на транспорте, либо монтировать на стационарной площадке. Заявляемое устройство позволяет в объеме 20(30)-футового евроконтейнера получить реостат номинальной мощностью 4,5-(9,0) МВт, сокращая вдвое вес металлоконструкции, обеспечивая универсальность в применении реостатов (стационарный или передвижной реостат), унификацию узлов, сокращение времени и средств на транспортировку.