محدوده بهینه عملکرد هر ژنراتور
محدوده بهینه عملکرد هر ژنراتور به نوع کاربرد و درجهبندی آن بستگی دارد.
به طور کلی:
ژنراتور دیزل سوز با درجه Standby و Prime بهینهترین عملکرد را در محدوده ۵۰٪ تا ۸۵٪ ظرفیت نامی دارند.
ژنراتور دیزل سوز با درجه Continuous برای ۷۰٪ تا ۱۰۰٪ بار بهینه شدهاند.
ژنراتورهای گازسوز و بیوگاز، بدون توجه به نوع کاربرد، بین ۷۰٪ تا ۱۰۰٪ بار نامی بهترین عملکرد را دارند.
فواصل سرویسدهی کارخانه و عمر پیشبینیشده قطعات، بر اساس کارکرد در این محدودهها تعریف شده است. بنابراین، مرحله طراحی بسیار مهم است تا ظرفیت ژنراتور متناسب با نیاز سایت انتخاب شود و بتواند در محدوده باری که سازنده توصیه کرده، کار کند. کارکرد طولانی با بار کم میتواند سلامت، عملکرد و زمان در دسترس بودن محصول را تحت تأثیر قرار دهد و احتمال خرابی ناگهانی یا توقف را افزایش دهد.
بارنامی در موتور ژنراتورهای دیزلی
کار کردن یک ژنراتور دیزلی با کمتر از ۳۰٪ بار نامی به مدت طولانی، اثرات منفی دارد.
رایجترین پیامد آن «خیس شدن اگزوز» یا Exhaust Slobber است که شامل مایع سیاه و روغنی است که از اتصالات منیفلد اگزوز نشت میکند. این اتفاق زمانی رخ میدهد که موتور برای مدت طولانی با دور بالا ولی بدون بار یا با بار خیلی کم کار کرده و دمای سیلندر پایین است، در نتیجه سوخت نسوخته و روغن وارد اگزوز میشود.
خیس شدن اگزوز لزوماً به معنای خرابی موتور نیست، اما نشانهای از کمبار بودن، دمای پایین محیط یا پایین بودن دمای آب موتور است. ادامهی کارکرد سبک، باعث رسوب کربن پشت رینگ پیستون، ایجاد لایههای رسوب داخل سیلندر و در موارد شدید، براق شدن جداره سیلندر (Cylinder Liner Polishing) میشود که منجر به کاهش توان، افت کارایی و افزایش سایش قطعات میگردد. اینها همگی باعث افزایش هزینه نگهداری و خرابی ناگهانی میشوند.
بارنامی در موتور ژنراتورهای گازسوز
ژنراتورهای گازسوز بالای ۱۰۰۰ کیلووات معمولاً در کاربردهای Prime Power یا Standby غیر اضطراری کار میکنند که بار پایدار و بالا دارند.
کارکرد بهینه آنها معمولاً بین ۵۰٪ تا ۱۰۰٪ بار نامی است. شرکت Caterpillar توصیه میکند که هیچگاه ژنراتور گازسوز را در بار کمتر از ۵۰٪ ظرفیت حتی برای مدت کوتاه به کار نبرید، و ایدهآلترین محدوده ۷۰٪ به بالا است.
ژنراتورهای گازسوز دچار Slobber نمیشوند، اما اثرات دیگری در بار کم رخ میدهد: فشار کم سیلندر باعث میشود روغن از رینگها عبور کرده و وارد محفظه احتراق شود، که منجر به تشکیل رسوبات میگردد. این رسوبات نسبت تراکم را تغییر داده و حاشیه جلوگیری از انفجار ضربهای (Detonation) را کاهش میدهد. اگر این حاشیه به اندازه کافی کم شود، انفجار ضربهای رخ میدهد که عمر موتور را کاهش میدهد، قطعات را خراب میکند و به توقف ناگهانی میانجامد.
کارکرد کمبار طولانیمدت همچنین باعث رسوب روی سوپاپها، شمعها و پشت رینگهای پیستون میشود. در حالت شدید، همانند دیزل، صیقلی شدن جداره سیلندر رخ میدهد.
همچنین موتور گازسوز در بار پایین با مخلوط غنی سوخت و هوا کار میکند تا از خاموشی جلوگیری شود، که این امر باعث افزایش دما، فرسایش قطعات و حتی تخطی از استانداردهای آلایندگی میشود.
سیستمهای پسپردازش آلایندگی (Aftertreatment)
قطعاتی مانند DOC (کاتالیست اکسیداسیون دیزل)، SCR (کاهش کاتالیستی انتخابی) و DPF (فیلتر ذرات دیزل) در بسیاری از کاربردها رایج هستند و همه تحت تأثیر کارکرد کمبار قرار میگیرند.
کمبار شدن باعث پایین آمدن دمای اگزوز، ایجاد فشار برگشتی و توقف ژنراتور میشود.
برای سیستم SCR، اگر دما کافی نباشد، محلول DEF تزریق نمیشود و آلایندگی از حد مجاز بالاتر میرود.
برخی سیستمهای SCR نیاز به هیتر اگزوز دارند، ولی این راهکار هزینه، پیچیدگی و نیاز به نگهداری را افزایش میدهد و مشکل کمبار بودن موتور را حل نمیکند. بهترین راهکار، رعایت حداقل بار توصیهشده برای هر ژنراتور است.
مدیریت بار پایین در موتور ژنراتور
اگر نگهداری درست انجام شود، ژنراتورهای دیزلی و گازسوز میتوانند مدت طولانی با بار کم کار کنند، اما لازم است دورههایی با بار بالا اجرا شود تا دما و فشار سیلندر افزایش یافته و رسوبات پاک شوند.
راهحل اصلی، اضافه کردن بار مصنوعی به سیستم است، مثلاً با Load Bank یا اتصال سریع آن برای تست و نگهداری. بهتر است این امکان از مرحله طراحی پیشبینی شود تا نیاز به تغییرات پرهزینه بعدی نباشد.
توصیه Caterpillar:
برای دیزل: هر ۴ ساعت کارکرد کمبار، به مدت ۳۰ دقیقه با حداقل ۳۰٪ بار کار کند. همچنین دمای اگزوز قبل یا بعد از توربو چک شود.
برای گازسوز: تا حد امکان از کارکرد کمبار جلوگیری شود. پس از اتمام محدودیت زمانی بار پایین (طبق جدول کارخانه)، ۲ ساعت با حداقل ۷۰٪ بار کار کند.
این کارها باعث کاهش هزینه نگهداری، بهبود سلامت موتور و افزایش عمر مفید سیستم میشود.