کوپل دیزل با ژنراتورهای تک بلبرینگ و جفت بلبرینگ

1- کوپل دیزل ژنراتور

عامل اصلی تولید توان الکتریکی توسط ژنراتور، نیروی مکانیکی وارد شده به رتور آن بوده و این گشتاور توسط یک محرک اولیه که همان موتور دیزلی است، از طریق اتصال کوپلینگ به ژنراتور منتقل می‌گردد. اتصال کوپلینگ به گونه‌ای طراحی می‌شود که مشخصات موتور اصلی با پیکربندی ژنراتور تطبیق داشته و اثرات ارتعاشات پیچشی و تنش‌ها را به حداقل برساند تا از سازگاری طراحی برای انتقال گشتاور اطمینان حاصل شود. سازنده دیزل ژنراتور، طرح دستگاه و نوع کوپلینگ را مشخص می‌کند و تصمیم می‌گیرد که از ژنراتور تک بلبرینگ یا جفت بلبرینگ استفاده کند.

2- روش‌های کوپل موتور به ژنراتور

انواع روش‌های کوپل دیزل ژنراتور شامل کوپل مستقیم (با کوپلینگ بسته یا باز)، کوپل با جعبه دنده و کوپل با سیستم پولی (Pully) می‌شود. هنگام انتخاب نوع کوپلینگ مورد استفاده، طراح ژنراتور تمام جنبه های کاربردی برای دستگاه را بررسی کرده و سپس با مشورت با سازنده دیزل ژنراتور، برای اطمینان از سازگاری موتور دیزلی با ژنراتور، ویژگی‌های طراحی زیر را در نظر می‌گیرد:

• تناسب موتور دیزل برای اتصال و پشتیبانی وزن روتور ژنراتور
• مناسب بودن طراحی، سفتی و استحکام محفظه فلاویل با بلوک در موتور دیزل
• آنالیز نیروی پیچشی مجموعه دیزل ژنراتور برای اطمینان از سازگاری موتور و ژنراتور
• مناسب بودن طراحی حفاظت مکانیکی دیزل ژنراتور به لحاظ قاب ژنراتور و دقت در محل قرارگیری لرزه‌گیرها

3- استاندارد بین‌المللی SAE

در فرآیند کوپل دیزل ژنراتور، سازندگان معتبر برای تعریف ابعاد انواع واسط‌ها و کوپلینگ‌های مورد استفاده، به استاندارد انجمن مهندسین خودرو (Society of Automotive Engineers) به عنوان مرجع استناد می‌کنند. طرح‌های SAE ابعاد، طول، عرض و خطا را برای پوسته فلایول موتور دیزل و محفظه واسط کوپلینگ مشخص می‌کند. ابعاد واسط‌های کوپلینگ معمولا از SAE00 تا SAE6 و ابعاد دیسک‌های کوپلینگ مورد استفاده در ژنراتورها از SAE6.5 تا SAE24 متغیر است. پایبندی به طرح‌های SAE، سازگاری در پیکربندی محصول و سیستم را در هنگام تعامل با سایر تجهیزات استاندارد، تضمین می‌کند. اتخاذ SAE صحیح برای یک دیزل ژنراتور، بر اساس موتور دیزلی انجام می‌گیرد.

جدول مشخصات ابعاد پوسته فلاویل براساس SAE

جدول مشخصات ابعاد پوسته فلاویل براساس SAE

4- دسته‌بندی ژنراتورها

4-1- ژنراتور تک بلبرینگ

ژنراتورهای تک بلبرینگ در قسمت انتهایی (None Drive End) خود، دارای یک بلبرینگ هستند و در قسمت محل کوپل ژنراتور به موتور (Drive End) به جای بلبرینگ، یک دیسک کوپلینگ دارند و به همین علت به آن‌ها ژنراتورهای دیسک دار نیز گفته می‌شود. در این نوع ژنراتوها، این دیسک کوپلینگ برای اتصال مستقیم ژنراتور به فلاویل موتور انتخاب می‌شود. این مدل کوپلینگ ژنراتور به موتور، در برابر نیروهای پیچشی بسیار محکم و پایدار است، با این حال امکان حرکت یا تنظیم در امتداد محور را فراهم می کند. ژنراتورهای تک بلبرینگ مخصوص استفاده برای کوپل به موتورهای دیزلی یا گازسوز طراحی و تولید می‌شوند.

ژنراتور تک بلبرینگ (دیسک دار)

4-2- ژنراتور جفت بلبرینگ

در یک ژنراتور جفت بلبرینگ(شفت دار)، تحمل وزن روتور، توسط دو عدد بلبرینگ که در دو سر ژنراتور قرار گرفته‌اند، انجام می‌گیرد. ژنراتورهای جفت بلبرینگ اغلب در کاربردهایی که ارتعاشات و ویبره‌های بیشتری داشته یا شرایط گذرای شدیدتری در مصرف کننده‌ها وجود دارد، استفاده می شوند. طراحی جفت بلبرینگ برای ژنراتور این امکان را فراهم می‎‌کند که با استفاده از یک کوپلینگ لاستیکی، ژنراتور را به موتور متصل کرد. معمولا ژنراتورهای توان بالا، به دلیل وزن زیاد رتور به صورت جفت بلبرینگ طراحی و ساخته می‌شوند. این ژنراتورها برای کاربری‌های مختلفی مانند اتصال به موتورهای دیزلی و گازسوز، توربین بادی، توربین گازی و … مناسب می‌باشند

ژنراتور جفت بلبرینگ (شفت دار)

5- طرح‌های کوپل ژنراتور به موتور

5-1- کوپل ژنراتور تک بلبرینگ

در کوپل ژنراتورهای تک بلبرینگ به موتورهای دیزلی یا گازسوز، اگر مشخصات SAE ژنراتور با موتور یکسان نباشد، مطابق شکل زیر از یک واسط کوپلینگ که بر اساس SAE صحیح  انتخاب شده، استفاده می‌شود تا ژنراتور با پوسته فلایویل موتور جفت شود و تراز استاتیک اتصال موتور به ژنراتور را برقرار گردد. ترکیب دیسک کوپلینگ و فلایویلی که مطابق با SEA انتخاب شده، تراز چرخشی صحیح و الگوی قرارگیری محل پیچ و مهره‌ها را برای انتقال گشتاور موتور به ژنراتور، تضمین می‌کند.

واسط کوپلینگ برای ژنراتور تک بلبرینگ

ژنراتورهای تک بلبرینگ با مجموعه‌ای از واسط‌های کوپلینگ استاندارد و دیسک‌های کوپلینگ، متناسب با انواع موتورهای موجود تولید می‌شوند. در شکل زیر یک ژنراتور تک بلبرینگ استمفورد نشان داده شده است. برای کوپل این ژنراتور به موتور لازم است ابعاد فلنج ژنراتور با پوسته فلاویل موتور و ابعاد دیسک ژنراتور با ابعاد فلاویل موتور مطابقت داشته باشد. در غیر این صورت باید از یک واسط کوپلینگ استفاده کرد.

ژنراتور Stamford نوع تک بلبرینگ با دیسک کوپلینگ

مزایا و معایب استفاده از ژنراتورهای تک بلبرینگ در جدول زیر نمایش داده شده است:

شکل زیر نمونه‌ای از یک دیزل ژنراتور نشان می‌دهد که در آن یک ژنراتور تک بلبریگ مستقیم به موتور دیزلی متصل شده است. این مدل کوپلینگ به دلیلی داشتن تنها یک بلبرینگ در قسمت انتهای ژنراتور(سر غیر درایوی)، تنها انتخاب ممکن برای ژنراتورهای تک بلبرینگ است. همانگونه که در شکل زیر مشاهده می‌شود، در کوپل ژنراتور تک بلبرینگ به موتور، فلنج ژنراتور به پوسته فلایویل موتور متصل شده و یک اتصال مستحکم فیزیکی بین موتور و ژنراتور برقرار می‌شود.

دیزل ژنراتور با کوپلینگ بسته و ژنراتور تک بلبرینگ

5-2- کوپل ژنراتور جفت بلبرینگ

استفاده از ژنراتورهای جفت بلبرینگ، روش‌های مختلفی را برای کوپل موتور به ژنراتور (کوپل باز یا بسته) امکان پذیر می‌نماید. معمولا به منظور کاهش اثر نیروی پیچشی سیستم، ژنراتورهای جفت بلبرینگ از طریق یک واسط کوپلینگ لاستیکی که بین شفت ژنراتور و میل‌لنگ موتور دیزل قرار می‌گیرد، به موتور متصل می‌شوند. در شکل زیر یک دیزل ژنراتور با ژنراتور جفت بلبرینگ از نوع کوپل باز نمایش داده شده است. در پروسه طراحی و کوپل دیزل ژنراتور، هم مرکز بودن محور شفت‌ ژنراتور با میل‌لنگ موتور(Alignment) و انتقال غیرمستقیم لرزش‌های موتور به بلبرینگ ژنراتور از طریق بدنه، بسیار مهم است.

دیزل ژنراتور با کوپلینگ باز و ژنراتور جفت بلبرینگ

شکل زیر نیز یک دیزل ژنراتور را نشان می‌دهد که در آن یک ژنراتور جفت بلبرینگ با استفاده از یک واسط کوپلینگ با محفظه کوپل بسته،  به پوسته فلایویل موتور متصل شده است. تراز مناسب سیستم کوپلینگ و شفت‌ها در طول فرآیند طراحی دیزل ژنراتور، با در نظر گرفتن میزان تحمل قابل قبول در اجزای کوپل، مورد توجه قرار می گیرد. این تراز بودن اجزا برای عملکرد موثر سیستم بسیار مهم است.

دیزل ژنراتور با کوپلینگ بسته و ژنراتور جفت بلبرینگ

در جدول زیر مزایا و معایب استفاده از ژنراتورهای جفت بلبرینگ نمایش داده شده است:

مهندسین و طراحان سیستم با داشتن دسترسی به آنالیز کامپیوتری، تجزیه و تحلیل تجربی و تحلیل ارتعاشات پیچشی، و دانستن خصوصصیات کاربری دیزل ژنراتور، قادرند طراحی و روش کوپل یک دستگاه را برای یک کاربری مشخص تعیین کنند. تجربه نشان داده که در کاربری‌هایی که دارای لرزش‌های بیشتر یا زیرساخت ضعیف‌تری هستند، استفاده از ژنراتور جفت بلبرینگ به دلیل مقاوت بیشتر، انتخاب بهتری است. ژنراتورهای جفت بلبرینگ همچنین در برابر آسیب در شرایط خطا یا حالت‌های گذرا عملکرد بهتری دارند. شرکت استمفورد که متعلق به گروه کامینز پاور می‌باشد، ژنراتورهای تا توان 2250KVA را به صورت تک بلبرینگ و در صورت درخواست مشتری به صورت جفت بلبرینگ طراحی و تولید می‌کند. از توان 2500KVA به بالا به دلیل وزن بالای رتور، ژنراتورهای ساخت این شرکت به صورت جفت بلبرینگ تولید می‌شوند. کامینز پاور متناسب با درخواست مشتریان، دیزل ژنراتورهای کوپل فابریک خود را در دو نوع تک بلبرینگ و جفت بلبرینگ روانه بازار می‌کند.