Анализ совместной работы судового двигателя с регулятором частоты вращения вала

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко применяют в промышленности и на всех видах транспорта благодаря высокой экономичности по удельному расходу топлива, значительному моторесурсу. На морском транспорте судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС) занимают доминирующее положение. Более 90% мирового флота оборудовано СДВС дизельного типа в качестве главной энергетической установки, обеспечивающей ход судну, а также в качестве приводов электрогенераторов и других вспомогательных механизмов.

По сравнению с другими типами тепловых двигателей ДВС обладают существенными преимуществами: горячий источник теплоты находится как бы внутри самого двигателя, что приводит к его компактности – отпадает необходимость в больших теплообменных поверхностях, через которые теплота подводится от горячего источника к рабочему телу, как это происходит в циклах пароэнергетических установок; в рабочем цикле ДВС предельные значения непрерывно меняющихся параметров рабочего тела (давление, температура), получающего теплоту вследствие тепловыделения в объеме самого рабочего тела, существенно превосходят предельные значения параметров рабочего тела, тепловых машин с подводом теплоты от внешнего горячего источника (паровой котел в цикле паросиловой установки).

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на гребной вал, обладает самовыравниванием. При работе двигателя на номинальной и средних нагрузках он может устойчиво работать без автоматического регулятора частоты вращения вала. Однако при малых нагрузках работа двигателя может оказаться неустойчивой. Регулирование подачи топлива при этом затруднено. Эта задача может быть решена наиболее просто и качественно установкой на двигатель регулятора частоты вращения вала. В период плавания судна в штормовых условиях возможны резкие изменения нагрузки двигателя из-за погружения в воду гребного винта. В этом случае регулирование частоты вращения вала изменением подачи топлива вручную оказывается утомительным и неэффективным. При отсутствии регулятора частоты вращения обслуживающий персонал вынужден устанавливать фиксированную подачу топлива, чтобы избежать перегрузок двигателя. В результате снижаются эксплуатационные показатели судна.

Во время эксплуатации судна возможны аварии, поломка гребного винта, потеря гребного винта или его лопастей . Т.к. инерционность СДВС невелика, то в этих случаях без регулятора частоты вращения вала обслуживающий персонал не в состоянии успеть что либо предпринять.

Необходимость установки регулятора частоты вращения ДВС обусловлена также в случае параллельной работы двигателя, в которых регулятор является одним из основных узлов. Также на регуляторы возлагаются дополнительные функции: автоматизация работы двигателя, ограничение нагрузки, коррекция внешней характеристики, автоматическое изменение угла опережения впрыска топлива в цилиндры и т.д.

Энергетический кризис вынудил фирму "Бурмейстер и Вайн", так же как и другие фирмы, перейти к созданию двигателей с большим отношением S к D. Двигатели этой серии получили маркировку L-GF. Увеличение хода поршня компенсировало снижение частоты вращения на 20% и позволило сохранить на прежнем уровне цилиндровую мощность.

Многие узлы двигателей L-GF полностью идентичны узлам двигателя K-GF (рис. 35): кованая стальная крышка 2 со сверлениями для подвода охлаждающей воды, гидравлический привод выпускного клапана 1, конструкция поршня 3 с масляным охлаждением, крейцкопфа 5, остов двигателя и т. д. Верхняя часть втулки 4 была вынесена из блока цилиндра и выполнена в виде толстого опорного бурта значительной высоты, в котором просверлены тангенциальные каналы для подвода охлаждающей воды.

Снижение частоты вращения длинноходовых двигателей дало возможность увеличить диаметр винта и в результате повысить пропульсивный к. п. д. приблизительно на 5%. Испытания построенных дизелей показали, что при длинноходовом исполнении повышается и индикаторный к. п. д. дизеля на 2—3%, так как более полно используется работа расширения газов. Подтвердились преимущества прямоточно-клапанной схемы газообмена, благодаря которым увеличение высоты цилиндра не привело к увеличению зоны перемешивания воздуха с остаточными газами, как это произошло в двигателях с контурными схемами продувки.

Дизели серии L-GFCA. Сохранение импульсного газотурбинного наддува в двигателях L-GF не позволяло получить нужный уровень экономичности в условиях энергетического кризиса. В связи с этим в конце 1978 г. фирма "Бурмейстер и Вайн" испытала на заводском стенде первый двигатель с изобарным наддувом, в котором был достигнут удельный расход топлива около 190 г/(кВт-ч). Новая серия двигателей получила обозначение L-GFCA.

Рис. 1. Поперечный разрез дизеля MAN L80GFCA: 1 – блоки цилиндров; 2 – цилиндровая втулка; 3 – крышка цилиндра; 4 – ГТН; 5 - остов

Как видно из рис. 31 к общему выпускному коллектору 3 большого объема подведены выпускные патрубки цилиндров, поэтому перед турбиной 2 устанавливаются практически постоянные параметры газа. Переход на наддув при постоянном давлении газа перед турбиной позволил повысить к. п. д. турбокомпрессора на 8% и улучшить за счет этого воздухоснабжение двигателя на основных эксплуатационных режимах. В то же время на малых нагрузках и при пуске двигателя располагаемой энергии газов перед турбиной оказывается недостаточно, поэтому на этих режимах пришлось использовать две воздуходувки мощностью 0,5% полной мощности дизеля.

Повышение экономичности двигателей было достигнуто благодаря снижению удельного расхода топлива на 7,5%, чему способствовало и глубокое охлаждение продувочного воздуха. По данным фирмы, снижение температуры продувочного воздуха на каждые 10°С позволило уменьшить расход топлива на 0,8%. Глубокое охлаждение воздуха сопряжено с выпадением из него конденсата водяных паров, что может быть причиной износов деталей ЦПГ. Это затруднение было устранено установкой в воздухоохладителях 1 (см. рис. 36) сепараторов влаги, состоящих из набора профилированных пластин. Содержащиеся в потоке воздуха капли конденсата отводятся от пластин в дренажную систему.

Фирмой проводились исследования возможности выбора между полным использованием построечной мощности двигателя и снижением скорости судна для максимальной экономии топлива.

• Главный двигатель как динамическое звено
• Определение приведенного момента инерции
• Построение скоростных статических характеристик мощности пропульсивного комплекса судна
• Расчет коэффициентов уравнения динамики двигателя
• Краткая техническая характеристика, устройство и принцип действия регулятора
• Разработка функциональной схемы системы и ее элементы
• Статика регулятора и выбор его параметров
• Математическая модель замкнутой системы регулирования
• Построение статических характеристик регулятора и системы автоматического регулирования
• Моделирование и оценка качества переходных процессов

Похожие статьи:

Проблемы оказания бортовых услуг
Оказание любых услуг является довольно проблемным, бортовые услуги не являются исключением. Зачастую пассажиры жалуются на питание, отношения бортпроводников и сервисом в общем, в частности, комфортностью салона. Порой доходит до того, что клиентам не нравится тон голоса персонала, его улыбка и про ...

Характеристика структуры
Различают магистральный и промышленный трубопроводный транспорт. К магистральному трубопроводному транспорту относятся трубопроводы, по которым транспортируют продукты от мест добычи или производства к местам переработки или потребления. Промышленный трубопроводный транспорт используется для трансп ...

ООО «Модуль» на Российском транспортном рынке контейнерных грузоперевозок
Российский транспортный рынок в данный момент находится на стадии развития и становления, поэтому требует организации, по крайней мере частичной. Иностранные грузовладельцы, даже в большей степени, чем отечественные, стремятся найти такого участника перевозочного процесса, который возьмет на себя к ...