Opis wyników projektu

Transkrypt

1 Opis wyników projektu Nowa generacja wysokosprawnych agregatów spalinowoelektrycznych Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-01 PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ Z EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO Dokumentacja związana z realizacją Projektu będzie przechowywana przez okres co najmniej 3 lat od daty zamknięcia Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, Katowice, marzec 2013r.

2 Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-00 Nr opracowania: CG Strona 2 z 7 1. Cel projektu Celem niniejszego projektu było opracowanie i przygotowanie do wdrożenia nowej generacji agregatów prądotwórczych z zastosowaniem do pojazdów opartych na silnikach spalinowych i nowoczesnych wysokosprawnych i niezawodnych prądnicach z magnesami trwałymi. Agregaty te oprócz pojazdów mogą być stosowane jako przetworniki energii elektrycznej produkowanej z odnawialnych zasobów energii, np. z biogazu pozyskiwanego na wysypiskach śmieci czy gazu niekonwencjonalnego pozyskiwanego np. ze zgazowania biomasy drzewnej. Przykłady można mnożyć, a ograniczeniem jest jedynie technologia pozyskiwania energii z odnawialnych źródeł. Wysokosprawne generatory synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi mogą być wykorzystane w każdym urządzeniu które umożliwi wprawienie w ruch obrotowy samej prądnicy. Agregaty prądotwórcze wyposażone w takie generatory pracują z możliwie najwyższą sprawnością przetwarzania energii i mogą być stosowane jako rezerwowe zasilanie np. szpitali, obiektów użyteczności publicznej, jako stacje zasilające imprez plenerowych (koncertów, prezentacji firm, pikników firmowych lub integracyjnych, imprez masowych). Same wysokosprawne generatory wzbudzane magnesami trwałymi znakomicie nadają się do zastosowań w małych, przyjaznych środowisku hydroelektrowniach, elektrowniach wiatrowych czy też w układach (stacjach) produkcji energii elektrycznej z odnawialnych zasobów energii. 2. Osiągnięte cele. Bezpośrednim celem realizowanego projektu było wykonanie prototypowego agregatu prądotwórczego. W wyniku realizacji niezbędnych prac badawczych zrealizowanych w ramach projektu opracowano i wykonano prototypowy agregat prądotwórczy z generatorem synchronicznym wzbudzanym magnesami trwałymi, który został zaprezentowany na rysunku nr 1. W prototypowym agregacie wykorzystano silnik wysokoprężny marki Mitsubishi o mocy znamionowej 30 kw który jest chłodzony cieczą. Dodatkowo układ wydechowy został zaprojektowany w najprostszy sposób tak aby tylko zapewnić odprowadzanie spalin do otoczenia. Konstrukcja podtrzymująca tłumik może być dowolnie modyfikowana a całkowita długość układu wydechowego nie może przekraczać długości narzuconej przez producenta silnika spalinowego. Ograniczona długość wydechu wynika z charakteru pracy silnika spalinowego.

3 Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-00 Nr opracowania: CG Strona 3 z 7 Rys.1 Prototypowy agregat prądotwórczy z generatorem wzbudzanym magnesami trwałymi. W ramach projektu zaprojektowano dwie modelowe prądnice z uwzględnieniem wymagań stawianych generatorom pracującym w agregatach prądotwórczych. Na rysunku 2 i 3 pokazano wykonane prądnice modelowe (rys.2) i prototypowe (rys.3) dedykowane do pracy w agregatach prądotwórczych. Po przebadaniu modeli i wprowadzeniu odpowiednich korekt do algorytmu obliczeniowego określono wytyczne projektowe i produkcyjne prototypowych prądnic z docelowymi parametrami eksploatacyjnymi wymaganymi do pracy w agregatach prądotwórczych. Po zaprojektowaniu prototypowych prądnic opracowano szereg dokumentacji techniczno-konstrukcyjnej w celu wykonania odpowiedniego posadowienia do montażu prototypowej prądnicy w agregacie i elementów konstrukcyjnych ramy nośnej agregatu. Rys.2 Wykonane prądnice modelowe przeznaczone do pracy w agregatach prądotwórczych

4 Tytuł projektu: Nowa generacja wysokosprawnych agregatów spalinowo-elektrycznych Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-00 Nr opracowania: CG Strona 4 z 7 Rys.3 Wykonane prądnice prototypowe przeznaczone do pracy w agregatach prądotwórczych Po wykonaniu powyższych prac, został wykonany prototypowy agregat prądotwórczy współpracujący z generatorem wzbudzanym magnesami trwałymi (rys.1).po odpowiednich modyfikacjach konstrukcji agregatu (wykonanie dedykowane) można zastosować go w pojeździe lub innym układzie (systemie) prądotwórczym. Drugim bezpośrednim celem realizowanego projektu było zaprojektowanie kart nawojowych typoszeregu prądnic z zakresu mocy 7.5 do 110 kw i prędkości obrotowej 1000, 1500 oraz 3000 obr./min. W tabeli 1 zaprezentowano siatkę mocy w/w prądnic. Na podstawie opracowanej dokumentacji jest możliwe wykonanie w/w generatorów oraz ewentualne przeprojektowanie obwodu elektromagnetycznego na inne parametry eksploatacyjne. Inne warunki pracy mogą być podyktowane przykładowo innym rodzajem silnika spalinowego np. silnika spalającego biogaz.

5 Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-00 Nr opracowania: CG Strona 5 z 7 Bazując na wynikach badań modelowych i prototypowych prądnic z magnesami trwałymi oraz w rezultacie wykonania poszczególnych prac badawczo-rozwojowych w ramach projektu zaprojektowano i opracowano 18 kart nawojowych generatorów (tab.1).na rysunkach 4 i 5 zaprezentowano przykładowe obwody elektromagnetyczne modelowych i prototypowych prądnic w przekroju poprzecznym wraz z rozkładem linii strumienia magnetycznego. Rys.4 Obwody elektromagnetyczne modelowych prądnic w przekroju poprzecznym PMwg180L4v1 po lewej oraz PMwg180L4v2 po prawej

6 Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-00 Nr opracowania: CG Strona 6 z 7 Rys.5 Obwody elektromagnetyczne w przekroju poprzecznym prototypowych prądnic z magnesami trwałymi PMwg180L4p po lewej oraz PMwg180L4p2 po prawej Uwzględniając wymagania dla generatorów dedykowanych do pracy w agregatach prądotwórczych i bazując na wynikach badań dwóch modelowych i prototypowych prądnic, przeprowadzono szereg wielowariantowych obliczeń analitycznych i polowo-obwodowych w celu zaprojektowania optymalnej konstrukcji generatora dla każdej mocy i prędkości przewidzianej w typoszeregu (tab.1). Opracowana dokumentacja projektowa typoszeregu prądnic jest podstawą uruchomienia produkcji seryjnej tych prądnic. 3. Podsumowanie. Podstawowym i bezpośrednim wynikiem prac badawczo-rozwojowych zrealizowanych w ramach projektu było opracowanie i wykonanie prototypu nowoczesnego agregatu spalinowo-elektrycznego z generatorem wzbudzanym magnesami trwałymi. Możliwości agregatów prądotwórczych z generatorami z magnesami trwałymi są ograniczone jedynie przez silnik spalinowy, który może być zastąpiony dowolnym elementem lub układem napędowym, który dostarczy energię mechaniczną na wał generatora i wprawi go w ruch obrotowy w celu produkcji energii elektrycznej. Prototypowy agregat prądotwórczy może pracować w pojazdach, jako źródło energii elektrycznej dla elektrycznego układu napędowego tych pojazdów jak również w sektorze produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, np. silniki spalinowe zasilane biogazem.

7 Nr projektu: WND-POIG /09 Nr umowy: UDA-POIG /09-00 Nr opracowania: CG Strona 7 z 7 Zasadniczym i najważniejszym wynikiem projektu stanowią opracowane karty nawojowe typoszeregu prądnic z magnesami trwałymi dedykowanymi do pracy w agregatach prądotwórczych. Dzięki realizacji projektu możliwe jest wykonanie agregatów prądotwórczych o mocach od 7,5 do 110 kw i prędkościach obrotowych 1000, 1500 oraz 3000 obr/min. Opracowane w ramach projektu wysokosprawne generatory wzbudzane magnesami trwałymi mogą być napędzane wszelkimi typami silników gazowych, silników zasilanych paliwem pozyskanym ze spalania biomasy, silników spalinowych zasilanych biogazem np. pozyskiwanym na wysypiskach śmieci. Możliwości nowej generacji agregatów spalinowoelektrycznych jak również samych generatorów są szerokie. Dokumentacja techniczna prądnic z magnesami trwałymi o mocy i prędkościach obrotowych przewidzianych w typoszeregu, skutecznie poszerza ten zakres a same generatory z powodzeniem mogą pracować w elektrowniach wodnych czy wiatrowych, skutecznie rozszerzając asortyment sektora generatorów prądu przemiennego. Prądnice te mogą również współpracować z turbinami gazowymi napędzanymi biogazem jak również w nowych innowacyjnych rozwiązaniach urządzeń, w których przewidziane jest generowanie ruchu obrotowego o odpowiedniej prędkości obrotowej. Należy dodać iż przy współpracy generatora z przemiennikiem częstotliwości prędkość obrotowa silnika spalinowego (urządzenia napędzającego generator) może być dowolna. Przy takim reżimie pracy na końcowych zaciskach odbiorczych agregatu utrzymywane będzie zakładane napięcie, np. 400 V i częstotliwość, np. 50 Hz. Istotnym elementem składowym generatorów z magnesami trwałymi są ich magnesy trwałe. To ich parametry bezpośrednio rzutują na jakość parametrów (m.in. napięcie wyjściowe, sprawność) samego generatora, tak więc bardzo ważna jest jakość, sposób i proces magnesowania magnesów. Istotnym wynikiem projektu jest opracowanie stanowiska do magnesowania magnesów trwałych. Stanowisko to rozszerzyło asortyment urządzeń przeznaczonych do magnesowania magnesów trwałych tzw. magneśnic. Nowo opracowane urządzenie umożliwia magnesowanie magnesów bloczkowych o wymiarach 65x55mm i grubości do 10mm.