CN104343555A - 用于使用发电机组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使用发电机组(1)的方法，其包括内燃机(2)和至少一个内部消耗器(4)、优选风扇(5，6)，所述内燃机具有能够与用于产生电流的发电机(3)联接的驱动轴(7)，所述内部消耗器可联接到驱动轴(7)上并对该驱动轴(7)施加阻力，其中驱动轴(7)的转速和/或发电机(3)的电压和/或频率受到监视，其中，当驱动轴(7)的转速和/或发电机(3)的电压和/或频率下降到低于可限定的阈值(a，b，c)时，所述至少一个内部消耗器(4)的施加到驱动轴(7)上的阻力至少能够暂时地降低。

Description

用于使用发电机组的方法
技术领域
本发明涉及一种用于使用发电机组的方法，其包括内燃机和至少一个内部消耗器、优选风扇，所述内燃机具有与用于产生电流的发电机可联接的驱动轴，所述内部消耗器可联接到驱动轴上并且对该驱动轴施加阻力，其中，驱动轴的转速和/或发电机的电压和/或频率受到监视。
背景技术
用于使用包括内燃机的发电机组的方法已经是现有技术或者由美国专利文献US 8,205,594已知，该专利文献介绍了一种用于发电机组的控制单元、特别是用于带有预测性负载管理系统(praediktivesLastmanagement)的发电机组的控制单元。
突然出现在发电机组上的负载，下文称为“Block Loading(负载块)”，引起发动机转速的突然下降并且伴随由此产生的波动的发电机功率输出。
Block Loading意味着：在发动机运转的情况下，发电机相对计划耗量偏离地经历功率的突然上升。首先，当一个外部负载突然施加在发电机上时，出现Block Loading的现象，发电机试图从发动机中抽出更多的机械功率以便将这个附加的负荷转化为电能，从而提供电功率耗量的上升。由这个机械负荷的上升导致的结果是，驱动轴的转速由于内燃机的驱动轴上的阻力上升而降低。在可以为内燃机输送附加的动力燃料和空气的同时，该内燃机通过生产更多的机械输出功率来补偿发电机的需求并且试图还原。这表示：Block Loading引起动力燃料消耗的短时上升。如果Block Loading持续地作用在发电机上，那么电输出功率可能不恒定。然而这在发电机组的应用中是很重要的，因为频率的波动例如可能会对电动机的转速产生不利影响，例如在电动机的驱动轴的恒定转速很重要的工业生产中需要该电动机。供电线路中的波动还会影响仪器设备如计算机，或还会影响到仅仅简单的照明系统诸如灯泡，这些灯泡可能不再恒定地发光。
为了解决这个问题，可以使用较大的发动机组，以便补偿BlockLoading。但是，较大的发电机组的前提是更强大的内燃机，该发电机组因此通常具有较高的动力燃料消耗并且不像由于智能控制设备而更加高效运行的较小的发电机组那么经济。
发明内容
这个目的通过权利要求1和5的特征得以实现。
本发明的独特的特征得到详细说明。
用于避免发电机组上的Block Loading的一个实例例如可以是：散热器的风扇和/或发电机的风扇与内燃机的驱动系统分离。
另一个实例可以是中断环流发电机和内燃机的冷却气流。例如这意味着：发电机的进气口或出气口能够打开和关闭。减小的气流意味着风扇面上的阻力降低；结果是内燃机的驱动轴上的或发电机的发电机轴上的阻力更小。
当内燃机上的阻力通过所述实例之一降低时，在还原时间期间由内部消耗器导致的暂时较少的负荷施加在内燃机上，这在Block Loading突发事件经过时还会引起瞬时过冲。这意味着：内燃机暂时驱动得比它在正常情况下应该驱动得要快。为了能够防止驱动轴转速的这个瞬时过冲，在还原时间过去之前，由内部消耗器如风扇造成的负载又联接到驱动轴上。这意味着：内燃机在它完全还原之前又被内部消耗器加载。
防止瞬时过冲很重要，因为在瞬时过冲中的燃烧期间动力燃料消耗上升并且更多的氢氧化物被排放。
附图说明
图1示出包括一台内燃机和一台发电机的发电机组的示意图；
图2a和2b示出包括驱动轮、联接器和轮毂的且与驱动轴连接的风扇的视图；
图3a、3b、3c示出在散热器和发电机上具有可关断冷却气流的发电机组的示意图；
图4a和4b示出根据发电机组的数值的曲线图；
图5示出散热器上的翻板及其不同位置的示意图；
图6示出包括防护装置的发电机组的示意图。
具体实施方式
图1示出的是发电机组1的一个实例，其包含内燃机2和发电机3，该发电机通过输出线路来为外部消耗器提供电能。内燃机2在散热器23上包括散热器风扇5，发电机3同样包括发电机风扇6。散热器23上的散热器风扇5和发电机3上的发电机风扇6构成内部消耗器，这些内部消耗器对驱动轴7和发电机3的被机械驱动的发电机轴8施加阻力。当外部负载突然上升时出现Block Loading突发事件，发电机3暂时被强制产生更多的电能。对电能需求的上升也意味着内燃机2的机械能的上升。这个机械能导致驱动轴7的转速暂时下降。当出现这个突发事件时，由于非恒定运转的内燃机2和因此被非恒定驱动的发电机3，电能输出发生波动。这些波动是不希望有的。在这种情况下，众所周知已有的包括控制单元11、功率输出传感器12、转速传感器20和至少一个促动器13的控制设备9通过对由内部消耗器4诸如散热器上的散热器风扇5或发电机上的发电机风扇6引起的负载进行控制而能够辅助将所述功率波动最小化。
图2a示出内部消耗器4的实例如散热器风扇5，其包括被驱动的轮毂19、带子18、与驱动轴7相连的驱动轮18和联接器10。一旦转速传感器20、作为例子为曲轴传感器或飞轮传感器，和/或功率输出传感器12记录到“Block Loading”，作为实例示出的联接器10就经由通过控制单元11控制的促动器13而保持在断开联接的位置上。在这个阶段中，带子17上不再有张力并且轮毂19与驱动轴7之间的机械连接为不活跃状态。由此，在出现Block Loading和内燃机2需要还原的时间期间，内部消耗器4例如风扇5或6的负载被暂时与内燃机2断开联接。
为了防止瞬时过冲，在还原时间完全过去之前，带子18通过联接器10张紧。这通过控制单元11进行控制并且防止由内燃机2暂时的过度旋转导致的动力燃料消耗上升以及氮氧化物废气排放上升或者供给能量中的电流峰值。
图2b示出轮毂19上的或驱动轮18上的联接器10的另一实例如电磁联接器，该电磁联接器将散热器风扇5与内燃机2分离。如在图2a中说明的那样，这个电磁联接器同样由控制单元11操作。
图3a示出中断冷却气流的一个实例，以减少散热器风扇5和/或发电机风扇6上的空气阻力。散热器风扇5的和发电机2的护罩具有进气口和出气口，这些进气口和出气口可以经由至少一个翻板被打开或关闭。作为实例，如也在图3b和3c中所示的那样，发电机3的护罩上和散热器风扇5的护罩上具有至少一个翻板，所述翻板通过至少一个促动器13、优选伺服发动机被打开和关闭。如在这个附图中所示的那样，散热器翻板14和发电机翻板15完全关闭。在这种情况下，由于通向护罩出口的方向被完全封闭，所以具有最小气流。最小气流的突出之处在于相对散热器风扇5和发电机风扇6的空气阻力最小，因此相对内燃机2的驱动轴7的阻力也最小。这与吸尘器或电吹风相似，其中的开口一旦被封闭，由于缺少空气阻力，所以电动机立刻提高转速。
当转速传感器20和/或功率输出传感器12记录到Block Loading时，受控的翻板14、15被控制单元11关闭。
翻板14、15可以定位在发电机3的和散热器23的进气口或出气口上。或者在散热器23的情况中翻板14也可以设置在散热器23与散热器风扇15之间。
图3b示出用于防止发电机组1上瞬时过冲的一个实例。散热器翻板14和发电机翻板15通过促动器13的调整而例如处于半开与全开之间的位置中。这示出即将达到瞬时过冲前的区域，在该区域内Block Loading和还原时间几乎过去。假如散热器翻板14和发电机翻板15在BlockLoading的时间和还原时间期间保持关闭直到所述时间结束为止，那么内燃机2过度旋转并且发电机3会由于驱动轴7上瞬间缺少阻力而产生电流峰值，该电流峰值可能损害外部消耗器。可以这样说，控制单元11借助对散热器翻板14和发电机翻板15的调节而成比例地在事先限定的步骤中亦或延迟地吸收过剩能量并且保护系统以防瞬时过冲。或者换言之：在驱动轴7和/或发电机轴8上的转速等于事先限定的第二阈值y之前，至少一个促动器13将能量反馈到驱动轴7和/或发电机轴8上，所述第二阈值存储在控制单元11内、防止瞬时过冲，在该瞬时过冲中驱动轴7的转速可能短时地高于对它的规定。
在图3c中，散热器翻板14和发电机翻板15完全打开，以便为系统提供最大的气流。这是没有Block Loading的状态。周围的空气在发电机3的护罩下流入，被发电机风扇6加速并在设置有发电机翻板15的出口处离开壳体。在气流环流内燃机之后，散热器翻板5也将空气加速输送到出口处。由于至少一个散热器翻板14完全开启，所以气流没有中断。
图4a示出的是一个曲线图，在该曲线图中以发电机组1上的BlockLoading的时间内的第一曲线30示出驱动轴7的转速。该第一曲线30通常是一根具有轻微振幅的线，这些振幅位于事先限定的区域32内。在Block Loading的情况中，第一曲线30在区域32的一个值处从负载作用点(Lasteinwirkpunkt)33起下降。内燃机2试图借助输送附加的动力燃料来补偿驱动轴7上降低的转速。第一曲线30上升直到它又位于区域32内为止。在此流逝的、内燃机2在从负载作用点33直到区域32的第一阈值a、b、c的点为止的过程中所需的时间被称为还原时间34。凹陷部35示出转速在Block Loading的过程期间下降何种程度。
为了限定区域32，可以多重地设定第一阈值a、b、c。如在图3a、3b、3c中说明的那样，翻板14、15与第一阈值a、b、c的调节相关联地关闭到不同的位置中，以便堵塞气流。例如，翻板可以与第一阈值a、b、c的事先限定的梯段的调节相关联地以及与第二阈值y相关联地从0％至100％、从0％至20％、从0％至40％等进行关闭。
图4b以曲线图示出的是：当负载通过风扇5、6被降低时出现什么情况。第二曲线32没有第一曲线30那么长，这意味着：还原时间32短于不使用本发明的情况。凹陷部35也没有之前在图4a中那么深。
图5示出的是：被促动器13控制的散热器翻板14可以设置在三个不同的位置中。散热器翻板14可以安置在散热器23之后和/或散热器23与散热器风扇5之间或者散热器风扇5之前以便对气流产生影响。
图6示出的是设置在翻板14、15上的防护装置27。这用于在翻板14、15运行期间防止其受到损伤。

Claims (13)

1.用于使用发电机组(1)的方法，其包括内燃机(2)和至少一个内部消耗器(4)、优选风扇(5，6)，所述内燃机具有能够与用于产生电流的发电机(3)联接的驱动轴(7)，所述内部消耗器可联接到驱动轴(7)上并对该驱动轴(7)施加阻力，其中驱动轴(7)的转速和/或发电机(3)的电压和/或频率受到监视，其特征在于：当驱动轴(7)的转速和/或发电机(3)的电压和/或频率下降到低于可限定的阈值(a，b，c)时，所述至少一个内部消耗器(4)的施加到驱动轴(7)上的阻力至少能够暂时地降低。
2.如权利要求1所述的用于使用发电机组的方法，其特征在于：通过将内部消耗器(4)诸如风扇(5，6)优选经由联接器(10)断开联接来降低对驱动轴(7)的阻力。
3.如权利要求1或2所述的用于使用发电机组的方法，其特征在于：所述至少一个内部消耗器(4)构造成风扇(5，6)，所述风扇联接到驱动轴(7)上，其中，通过风扇(5，6)能够产生气流，通过中断气流能够降低作用到驱动轴(7)上的阻力。
4.如权利要求1至3之任一项所述的用于使用发电机组的方法，其特征在于：一旦驱动轴(7)的转速和/或发电机(3)的电压和/或频率超过第二阈值(y)，就终止降低阻力。
5.控制设备(9)，其包括用于发电机组(1)的控制单元(11)，该发电机组包括内燃机(2)和至少一个内部消耗器(4)、优选风扇(5，6)，所述内燃机具有能够与发电机(3)联接的驱动轴(7)，所述内部消耗器可联接到驱动轴(7)上并对该驱动轴(7)施加阻力，特别是如权利要求1至4之任一项所述的那样，其特征在于：至少一个促动器(13)对所述至少一个内部消耗器(4)施加到驱动轴(7)上的阻力施加影响，其中设置有用于监视驱动轴(7)的转速的转速传感器(20)，设置有用于监视发电机(3)的电压和/或频率的输出传感器(12)，其中，转速和/或电压和/或频率能够传输给控制单元(11)，其中当驱动轴(7)的转速和/或发电机(3)的电压和/或频率下降到可限定的阈值(a，b，c)以下时，控制单元(11)向所述至少一个促动器(13)发出触发信号(22)，其中所述促动器(13)降低所述至少一个内部消耗器(4)作用到驱动轴(7)上的阻力。
6.如权利要求5所述的控制设备(9)，其特征在于：转速传感器(20)与内燃机(2)和/或发电机(3)相连，以便对驱动轴(7)的或发电机轴(8)的转速进行监视。
7.如权利要求5或6所述的控制设备(9)，其特征在于：设置有联接器(10)，该联接器使所述至少一个内部消耗器(4)与驱动轴(7)相联接，其中，所述联接器(10)能够通过促动器(13)操作。
8.如权利要求5所述的控制设备(9)，其特征在于：形式为风扇(5，6)的内部消耗器(4)与驱动轴(7)联接，产生气流，该气流能够通过空气导流装置、如优选通过可调节的翻板(14，15)中断，其中，控制单元(11)向空气导流装置的至少一个促动器(13)发出触发信号(22)，以便改变所述空气导流装置的位置。
9.如权利要求8所述的控制设备(9)，其特征在于：翻板(14)设置在散热器(23)之后的风扇(5)上，和/或设置在散热器(23)与风扇(5)之间，和/或设置在风扇(5)之前。
10.如权利要求8所述的控制设备(9)，其特征在于：翻板(15)设置在发电机(3)上的风扇(6)的进气口或出气口上。
11.如权利要求9或10所述的控制设备(9)，其特征在于：能够逐步地通过阈值(a，b，c，y)的高度来控制翻板(14，15)的打开和关闭。
12.如权利要求5至11之任一项所述的控制设备(9)，其特征在于：阈值(a，b，c，y)的高度能够设置为多梯段的和可变的。
13.如权利要求5至12之任一项所述的控制设备(9)，其特征在于：在翻板(14，15)上定位有防护装置(27)。
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