Состав и управление главного энергетического комплекса двухвальной дизельной энергетической установки грузового судна

При пуске необходимо при температуре в машинном отделении не меньше 8 градусов раскрутить КВЛ до частоты вращения, при которой обеспечивается самовоспламенение топлива, впрыснутого в цилиндр (630-850 градусов), от температуры сжатия свежего воздушного заряда. Для этого необходимо во время пуска подать сжатый воздух на пусковые клапаны цилиндров, увеличить дозу топлива и обеспечить равномерную подачу топлива в цилиндры во время пускового цикла (время пуска не должно превышать 15 секунд, если цилиндров 5-12, работать на воздухе можно в течение неполного оборота КВЛ). Автоматические системы должны не запускать дизель при включенном валоповоротном устройстве, контролировать состояние реверс-процессов в дизелях с реверс-системой.

Режим работы двигателя - функциональное состояние, характеризуемое совокупностью его параметров. Режимы бывают установившиеся и неустановившиеся. Для ГЭК ДЭУ ГС наиболее характерны установившиеся режимы работы ГД. Характеристики двигателя устанавливаются заводскими испытаниями (как независимого источника энергии), судовыми испытаниями (мощность двигателя при работе на движитель), ежегодными проверками технического состояния. В общем случае характеристики бывают скоростные (функции от частоты вращения) и нагрузочные (функции от эффективной мощности). При управлении ГЭК ДЭУ ГС применяются скоростные. При одновременном построении характеристик на одном графике режимы работы двигателя легко определяются. Применяются так же ограничительные характеристики (показывают предельные возможности двигателя). Режим работы выбирается исходя из трех критериев (с выбором приоритетного): обеспечение заданной скорости движения, обеспечение экономичности, обеспечение безопасности. Безопасность обеспечивается прямым, косвенным контролем и использованием ограничительных характеристик (графическая зависимость мощности от частоты вращения КВЛ при сохранении тепловой и механической напряженности двигателя в установленных пределах (по некоторому конкретному параметру)).

Вывод на режим. По достижении температуры воды на выходе из двигателя не меньше 40 градусов, осуществляется подача необходимого количества топлива. При этом работает система автоматического регулирования частоты вращения КВЛ. Изменение величины подачи топлива должно быть плавным. Нагружение двигателя должно происходить при достижении температур воды и масла указанных в документации к двигателю - т.е. подготовленном тепловом режиме. Работа на некоторых режимах (например, 30% от максимальных оборотов двигателя) должна осуществляться длительное время без остановки и изменения. Т.о. рабочий режим двигателя зависит от теплового режима, подачи топлива, баланса производимой и потребляемой мощности двигателя.

Поддержание и изменение режима осуществляется системой автоматического регулирования стабилизации частоты вращения КВЛ, она регулирует подачу топлива. Изменение режима осуществляется изменением теплового режима двигателя и подачи топлива. При реверсе ГЭК ДЭУ ГС необходимо произвести остановку двигателя (тормозом валопровода, отключением подачи топлива), перевести органы управления (РВЛ ГРМ) и подачи воздуха в соответствующее положение (в ГЭК с реверсивной ГП - перерегулирование ГП), произвести запуск двигателя.

Остановка осуществляется снижением подачи топлива, и после достижении температуры воды на выходе из двигателя 60 градусов - отключение подачи ТНВД. После остановки закрываются все клапаны на цилиндрах, открываются индикаторные, пополняются среды (сжатый воздух, вода, очищаются фильтры).

Действия по управлению двигателем регистрируются в машинном журнале, специальных чек-листах, компьютерной системе.

Контроль и диагностирование осуществляются для оценки состояния и регулирования двигателей. В общем случае осуществляется контроль по частоте вращение КВЛ, давления (воздуха в пусковых баллонах, надувочного воздуха, масла, рабочей среды системы управления, давления в точках c и z рабочего цикла цилиндров двигателя), температуры (смазочного масла, воды, надувочного воздуха, отработавших газов, моторного топлива), уровни (воды во внутреннем контуре, топлива в расходных цистернах, масла в системе смазки). Косвенный контроль осуществляется например по равномерности распределения нагрузки по цилиндрам (по температуре ОГ), качеству работы топливной аппаратуры (по упругой деформации трубок высокого давления). Некоторые важнейшие эксплуатационные параметры (требуемая частота вращения КВЛ, температура воды и масла на выходе из дизелей, давление воздуха в пусковых баллонах, уровень топлива в расходных цистернах) регулируются отдельными САР. Для измерения параметров используются тахометры, манометры, термометры, уровнемеры, приспособленные к судовым условиям.

Диагностирование осуществляется двумя методами: параметрическим (контролируются параметры рабочих процессов дизелей и показатели их работы), физическим (контролируются параметры сопутствующих процессов - вибрации, шума, нагрева; износ, зазоры и люфты деталей и узлов). В первом случае неисправности обнаруживаются с опозданием (т.к. качество рабочего процесса изменяется лишь при существенных изменениях технического состояния), во втором сложность заключается в невозможности установки большого числа измерительных приборов и соединения их с центральным пультом в силу сложных рабочих условий среды и самой такой системы. Обычно применяются комбинированные системы диагностирования и контроля.

Система аварийно-предупредительной сигнализации, защиты, индикации и регистрации предназначена для автоматического слежения за работой двигателя и его систем, регистрации параметров, предупреждения об отклонениях в работе двигателя и автоматического управления двигателем в случае аварийных ситуаций. Состоит из функциональных элементов, электрических цепей, местных и центрального пультов с КИП. Этой системой в общей сложности работа дизеля оценивается по 100-150 (обычно) прямым и косвенным параметрам. Система сравнивает результаты измерений с заданными нормативами. В случае нарушения норматива может быть сделано предупреждение оператору или сработает система защиты. Оповещение может быть визуальным, звуковым, световым. Параметры делятся на три группы. Аварийные, объективно отражают процесс работы дизеля, постоянно отслеживаются, имеют две степени несоответствия (предупредительная - приближение к зоне недопустимых значений, требуется принятие мер; аварийная - требуется отключение двигателя). Предупредительная группа, менее важные параметры, их отклонения лишь начальная стадия в цепочке событий, приводящей к опасности или аварии, индикация производится по вызову. Напоминающая группа, параметры, нарушение которых лишь в отдаленной перспективе приведет к опасности или аварии. В современных системах используются автоматизированные компьютерные системы слежения и регистрации всех параметров. Система защиты автоматически управляет процессом работы (остановки) дизеля и его систем в случае аварийных ситуаций.

Дистанционная система управления (ДАУ) предназначена для централизованного автоматизированного управления дизелем (изменения режима его работы). Состоит из поста управления с КИП, КИП на элементах системы (датчики, усилители, преобразователи), каналов и устройств управляющих связей (механических, пневматических, электрических).

Современные суда в основном имеют систему автоматизации А2. Она предполагает несение вахты только на центральном посту управления, управление ГЭК из ЦПУ или рулевой рубки. Это предполагает наличие вышеперечисленных систем: ДАУ, сигнализации и защиты, САР, диагностики.

Примером контрольно-измерительного прибора может служить манометр. Манометр - измерительный прибор предназначенный для измерения давления или разности давлений. В общем случае давление может меняться статически и динамически.

Для измерения быстро меняющихся давлений, что характерно для работы поршневого двигателя, разрабатываются устройства для конкретных относительно узких диапазонов давлений и частот. Такие приборы должны иметь малую динамическую погрешность, быть нечувствительными к вибрациям и колебаниям температуры, их чувствительные элементы должны обладать малой массой и габаритами, способностью выдерживать значительные механические нагрузки.

Для изучения процессов происходящих в дизелях используются индикаторные диаграммы, при этом скорость нарастания давления может составлять 1000 МПа в секунду. Для фиксации таких процессов используются индикаторы - устройства для измерения и записи быстроменяющихся давлений. Рассмотрим их работу на примере механического индикатора для малооборотного двухтактного двигателя.

Схемы механических индикаторов представлены на рисунке 13.

Механические индикаторы обладают простой конструкции, неприхотливы в обслуживании. На рисунке 13(а) представлен механический индикатор с цилиндрической пружиной. Он состоит из 1 - штуцерного соединения, 2- поршенек, 3 - индикаторный шнур, 4 - возвратная пружина, 5 - барабан, 6 - цилиндрическая пружина, 7 - пишущий штифт, 8- головка рычага пишущего механизма. Штуцерное соединение присоединяется к индикаторному крану цилиндра двигателя, давление газов передается поршеньку, при движении поршенька цилиндрическая пружина сжимается пропорционально давлению в цилиндре. В вырезе штока поршенька находится головка рычага пишущего механизма, пишущий штифт при помощи передаточного механизма перемещается в 7-8 раз больше поршенька. На барабане имеется бумагодержатель. Штифт выводит на бумаге свернутую индикаторную диаграмму. Специальное крепление позволяет вращать барабан в одном направлении. Для индикатора имеется набор пружин и поршеньков для разных диапазонов давлений. Диапазон частот колебаний механического индикатора достигает 400 Гц.

Рисунок 13 - Схемы механических индикаторов

дизельный энергоустановка двигатель судно

Увеличить диапазон до 1200 Гц позволяет использование стержневых пружин (рис. 13(б)). Подключение производится через трехходовой кран 2 и штуцер 1. В станине 3 имеется так же поршенек со штоком 6, в его вырезе закреплена шаровая головка стержневой пружины 5. На ней закреплены тензорезисторы 4, выходным сигналом служит электрический сигнал. Такие индикаторы применяются для снятия свернутых диаграмм при частоте вращения до 1800 оборотов в минуту.

4.3 Расчет эксплуатационных параметров

На основе данных из задания и раздела 2 данной работы возможен расчет некоторых эксплуатационных параметров по следующим формулам:

где Pee - эффективная мощность двигателя на рабочем режиме;

nee - частота вращения КВЛ на рабочем режиме;

bee - удельный расход топлива на рабочем режиме;

зm - механическое КПД двигателя;

Дnee/ne - поправка к механическому КПД двигателя (для конкретного рабочего режима).

Исходные данные и результаты расчетов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Эксплуатационные характеристики дизеля 6ЧН22/24

Построенные на основании этих данных графики и результаты аппроксимации расхода топлива представлены на рисунке 14.

Рисунок 14 - Эксплуатационные характеристики дизеля 6ЧН22/24

По графику видно, что оптимальный режим работы следующий:

Минимальный удельный расход топлива ГДbeemin=0,180 кг/(кВт*ч)

Эффективная мощность ГД при beeminPee=640 кВт

Частота вращения при КВЛ ГД beeminnee=860 об/мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Изучение темы показало, что развитие техники, несмотря на появление в последние десятилетия новых технических систем, основывается на всем накопленном опыте и принципиальной революции в сфере создания средств облегчения труда пока не состоялось. Так же и в вопросе эффективности, даже актуальные, необходимые, развивающиеся системы обладают КПД далеким от желаемого.

При этом современные системы все более и более сложны по составу и выполняемым функциям. Их создание связано с соблюдением большого числа производственных связей и нормативов, человеческий фактор по-прежнему играет большую роль: необходимо произвести детали, транспортировать, собрать техническую систему.

И даже если это будет сделано в высшей степени качественно, поломки неизбежны, так как активная работа машин предполагает естественный износ, при этом ремонт может заключаться в замене больших блоков, с частичной разборкой других - с временным снятием машины с эксплуатации. Необходимостью является постоянное техническое обслуживание и контроль состояния.

Но даже если соблюсти и принять за неизбежное все вышеописанное, остается еще одна не решаемая особенность сферы создания инструментов и машин - в природе нет универсальности. Универсальная система, если её создать, противоречит принципу полезности - она начинает существовать ради самой себя.

Таким образом, несмотря на все усилия и достижения, на весь стаж человечества в создании искусственных систем, люди по-прежнему остаются всего лишь успешной и в некоторой степени лидирующей силой земной сферы обитания.

2) Определен оптимальный режим работы главного энергетического комплекса дизельной энергетической установки грузового судна.

Минимальный удельный расход топлива ГДbeemin=0,180 кг/(кВт*ч)

Частота вращения КВЛ ГД при beeminnee=860 об/мин

Эффективная мощность ГД при beeminPee=640 кВт

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Черкаев Г.В., Чернов А.И. Оформление дипломных и курсовых проектов и работ: методические указания. - СПб.: Издательский центр СПбГМТУ, 2004. - 27 с.

2. Судовые энергетические установки: судовые дизельные энергетические установки/ В.К. Румб, Г.В. Яковлев, Г.И. Шаров и др. - СПб.: Издательский центр СПбГМТУ, 2007. - 622 с.

3. Судовые двигатели внутреннего сгорания / Ю.Я. Фомин, А.И.Горбань, В.В. Добровольский и др. - Л.: Судостроение, 1989. - 344 с.

4. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки: справочник. - Л.: Судостроение, 1986. - 424 с.

5. Рыжков С.В. Теплотехнические измерения в судовых энергетических установках. - Л.: Судостроение, 1980. - 264 с.

6. Судовые энергетические установки/ Г.А. Артемов, В.П. Волошин, Ю.В. Захаров и др. - Л.: Судостроение, 1987. - 480 с.

7. Козлов В.И. Судовые энергетические установки. - Л.: Судостроение, 1975. - 480 с.

8. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. - М.: Транспорт, 1980. - 424 с.

Размещено на Allbest.ru