Россия
Россия
Проводится анализ влияния нагрузки судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) на температурные параметры системы водяного охлаждения СДВС, оборудованного дизелями L32-40 Vis. В системах охла-ждения СДВС приводные электродвигатели насосов, подающие охлаждающую воду, работают с практически неизменной скоростью и обеспечивают постоянную подачу воды. Регулирование теплового состояния СДВС производится по отклонению фактической температуры охлаждающей воды от заданных значений с помощью клапанов. Клапаны, перекрывая или открывая магистрали, изменяют соотношение подаваемых в теплообменники потоков охлаждающей воды внешнего и внутреннего контура. Реализуется принцип управления по отклонению основной координаты – температуре охлаждающей воды. Влияние других факторов на работу системы учитывается с запаздыванием. Проведено моделирование работы высокотемпературного контура системы охлаждения главного судового двигателя парома на тренажере машинного отделения TRANSAS TechSim 5000. Получены графические результаты изменения температуры воды охлаждающего контура при увеличении и уменьшении нагрузки на дизели путем изменения заданной скорости хода с различными начальными и конечными значениями при постоянной температуре воды внешнего контура охлаждения. Графики позволили получить числовые и качественные показатели переходных процессов (длительность, колебательность, регулирование, конечные значения температур и др.) для различных начальных условий – диапазонов изменений нагрузки дизелей. Проанализированы полученные графические зависимости, сделаны выводы о режимах отработки системой охлаждения возмущающих воздействий, параметрах переходных процессов и особенностях работы штатной системы управления и контура системы охлаждения главного судового дизеля с точки зрения обеспечения оптимальных показателей работы системы. Установлено, что штатная система управления при некоторых начальных условиях не обеспечивает оптимальные показатели переходных процессов.
системы охлаждения судовых двигателей внутреннего сгорания, температура охлаждающей воды, система управления приводными двигателями насосов, моделирование влияния нагрузки, результаты моделирования
Введение
В системах охлаждения судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) насосы, подающие охлаждающую воду, традиционно работают с постоянной подачей. Регулирование теплового состояния СДВС, как правило, производится по фактической температуре охлаждающей воды с помощью клапанов [1]. Клапаны изменяют соотношение потоков охлаждающей воды внешнего и внутреннего контура, подаваемых в теплообменники. Регулирование получается ступенчатым, с задержкой по времени от момента изменения фактической температуры дизеля при изменении нагрузки. Реализуется известный принцип управления по отклонению основной координаты – температуры охлаждающей воды. При этом не обеспечивается учет других важных параметров работы систем охлаждения СДВС. Приводные электродвигатели насосов охлаждающего контура работают на жесткой естественной механической характеристике,
с незначительным изменением скорости вращения при колебаниях нагрузки на валах насосов. В таком режиме приводные электродвигатели работают с переменным КПД и коэффициентом мощности, зависящими от нагрузки на вале. Эффективность работы насосов также не поддерживается на оптимальном уровне. Ступенчатое управление также не может обеспечить точность поддержания оптимальной температуры СДВС и охлаждающей воды при изменении условий работы.
Для повышения эффективности работы системы предлагается разработать систему управления частотой вращения приводных электродвигателей насосов – использовать систему «асинхронный двигатель – преобразователь частоты». Систему управления предлагается разработать с использованием нечеткой логики, с большим числом входных параметров: температура охлаждающей воды в различных участках контуров охлаждения и температура забортной воды, фактическая нагрузка СДВС и др. [2].
Материалы исследования
Для предварительного определения параметров системы управления проведено моделирование влияния нагрузки СДВС на температурные параметры системы водяного охлаждения СДВС, оборудованного дизелями L32-40 Vis. Моделирование произведено на тренажере TRANSAS TechSim 5000. Изменение температуры охлаждающей воды в контурах производится открытием или закрытием электромагнитных клапанов в функции фактической температуры воды внутреннего контура на выходе из дизелей.
Анализ влияния нагрузки на работу системы проводился путем регулирования скорости движения парома с различными начальными и конечными значениями. Полученные результаты моделирования (рис. 1–15) выявили, что система управления контурами охлаждения достаточно быстро отрабатывает при увеличении нагрузки на СДВС – скорости движения парома. В пределах от 15 до
40 секунд обеспечивается установившийся уровень температуры воды из дизеля. На приведенных графиках зеленым цветом обозначена температура на входе в дизель, красным – на выходе из дизеля; вертикальная ось графиков представлена в градусах Цельсия, горизонтальная ось обозначает время в секундах, минутах, часах.
Рис. 1. Результаты моделирования при увеличении скорости с 14,8 до 16,7 км/ч
Fig. 1. Simulation results with increasing speed from 14.8 to 16.7 km/h
Рис. 2. Результаты моделирования при увеличении скорости с 13 до 16,7 км/ч
Fig. 2. Simulation results with increasing speed from 13 to 16.7 km/h
Рис. 3. Результаты моделирования при увеличении скорости с 11,11 до 16,7 км/ч
Fig. 3. Simulation results with increasing speed from 11.11 to 16.7 km/h
Рис. 4. Результаты моделирования при увеличении скорости с 9,26 до 16,7 км/ч
Fig. 4. Simulation results with increasing speed from 9.26 to 16.7 km/h
Рис. 5. Результаты моделирования при увеличении скорости с 7,41 до 16,7 км/ч
Fig. 5. Simulation results with increasing speed from 7.41 to 16.7 km/h
Рис. 6. Результаты моделирования при увеличении скорости с 5,56 до 16,7 км/ч
Fig. 6. Simulation results with increasing speed from 5.56 to 16.7 km/h
Рис. 7. Результаты моделирования при увеличении скорости с 3,7 до 16,7 км/ч
Fig. 7. Simulation results with increasing speed from 3.7 to 16.7 km/h
Рис. 8. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 14,8 км/ч
Fig. 8. Simulation results when the speed decreases from 16.7 to 14.8 km/h
Рис. 9. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 13 км/ч
Fig. 9. Simulation results with decreasing speed from 16.7 to 13 km/h
Рис. 10. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 11,11 км/ч
Fig. 10. Simulation results when speed decreases from 16.7 to 11.11 km/h
Рис. 11. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 9,26 км/ч
Fig. 11. Simulation results with decreasing speed from 16.7 to 9.26 km/h
Рис. 12. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 7,41 км/ч
Fig. 12. Simulation results with decreasing speed from 16.7 to 7.41 km/h
Рис. 13. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 5,56 км/ч
Fig. 13. Simulation results with decreasing speed from 16.7 to 5.56 km/h
Рис. 14. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 3,7 км/ч
Fig. 14. Simulation results with decreasing speed from 16.7 to 3.7 km/h
Рис. 15. Результаты моделирования при уменьшении скорости с 16,7 до 1,8 км/ч
Fig. 15. Simulation results with decreasing speed from 16.7 to 1.8 km/h
Представленные на рисунках результаты моделирования позволяют оценить качество переходных процессов системы охлаждения при изменениях нагрузки на дизель.
Выводы
- При снижении нагрузки на СДВС продолжительность переходного процесса выхода температуры охлаждающей воды на входе и выходе дизеля превышает продолжительность переходного процесса при увеличении нагрузки на СДВС. Отмечено изменение величин температур охлаждающей воды на входе и выходе из дизеля (рис. 8–15).
- Диапазон изменения температуры воды внутреннего контура при изменениях нагрузки находится в пределах 1–10 °С.
- Время выхода температуры воды охлаждающего контура на новые установившиеся значения
в большинстве опытов составляет несколько минут. - На графиках (рис. 8–10) переходной процесс затягивается и становится колебательным.
- В большинстве опытов наблюдается отклонение нового значения температуры воды охлаждающего контура от исходного значения.
Таким образом, существующая система управления контура охлаждения СДВС при изменениях нагрузки имеет ряд недостатков: колебательность для некоторых режимов, ступенчатость регулирования, запаздывание и отклонения установившихся значений температуры воды охлаждающего контура от начальных.
1. Покусаев М. Н., Трифонов А. В., Костыренко В. А. Разработка системы охлаждения судовых малоразмерных дизелей, работающих при различных температурах забортной воды в условиях лаборатории // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2022. № 2. С. 51-57.
2. Головко С. В., Кулахметов Р. Ф., Романенко Н. Г. Повышение энергоэффективности систем охлаждения судовых двигателей внутреннего сгорания // Наука и практика - 2020: материалы Всерос. междисциплинар. науч. конф. (Астрахань, 19-30 октября 2020 г.). Астрахань: Изд-во АГТУ, 2020. С. 93. 1 CD-диск. URL: http://astu.org/Content/Page/5833 (дата обращения: 20.04.2021). № гос. регистрации 0322100459.
