Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕРАСХОДА ТОПЛИВА В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТАХ

Изобретение относится к области технической диагностики и эксплуатации судовых дизель-генераторных агрегатов (ДГА). Цель изобретения - снижение расхода топлива судовых ДГА путем контроля технического состояния ДГА и соответствия применяемого топлива штатному дизельному топливу, использованному при стендовых испытаниях ДГА, с минимальными затратами в процессе эксплуатации без вывода ДГА из действия по значению перерасхода топлива или разности удельных расходов топлива в конкретных режимах работы. При наличии недопустимого перерасхода топлива определяются причины его возникновения и принимаются соответствующие меры (техническое обслуживание, ремонт, использование штатного дизельного топлива) по устранению причин.

Существующие методы [1, 2] позволяют оценивать перерасход топлива судового ДГА путем расчета коэффициентов эффективности топливоиспользования сравнением всех режимов нагрузки ДГА по топливоиспользованию с одним оптимальным (с учетом рекомендаций завода-изготовителя) режимом электрической нагрузки ДГА. При таком сравнении независимо от технического состояния ДГА и качества используемого топлива всегда будет определяться перерасход топлива в режимах при значениях мощности и cosϕ электрической нагрузки, отличающихся от их оптимальных значений.

Предлагаемый способ предполагает определение перерасхода топлива в конкретном режиме работы ДГА при заданных значениях мощности Р и коэффициента мощности cosϕ электрической нагрузки в виде разности расхода топлива, измеренного по показаниям штатного расходомера, и расхода топлива, рассчитанного по паспортным данным ДГА. Решение этой задачи усложняется тем, что в паспортных данных обычно приводятся результаты заводских испытаний при активной электрической нагрузке (cosϕ=l), а судовая электрическая нагрузка активно-индуктивная, и cosϕ может быть существенно меньше единицы. В связи с этим для определения перерасхода топлива необходимо получить аналитические зависимости расхода и удельного расхода топлива ДГА от мощности и cosϕ электрической нагрузки, которые позволят рассчитать расход топлива, соответствующий паспортным данным ДГА (исправный ДГА со штатным дизельным топливом) при фактических значениях мощности и cosϕ.

Перерасход топлива при его наличии может быть определен на основе паспортных данных ДГА. Например, для судового ДГА с синхронным бесщеточным генератором HF С6506-14Е фирмы Hyundai и дизелем MAHB8W6L23/30H с частотой вращения 720 об/мин в паспортных данных приведены результаты испытаний при разной активной электрической нагрузке (cosϕ=l) с указанием выходной мощности дизеля Р_Д, кВт, выходной мощности генератора Р_Г, кВт, КПД генератора η_Г, %, расхода топлива Q, кг/ч и номинальных значениях мощности дизеля Р_ДН=801 кВт и электрической мощности генератора Р_ГН=763 кВт. По этим данным определяются удельный расход топлива по отношению к мощности дизеля q_Д=10³ Q/ Р_Д, г/кВт⋅ч и по отношению к мощности генератора q_Г=10³ Q/ Р_Г, г/кВт⋅ч, а также потери мощности в генераторе Р_ПГ=(Р_Д - Р_Г), кВт; полученный результаты приведены в табл. 1., а на фиг. 1 построены соответствующие графические зависимости. Табл. 1

Анализ паспортных данных табл. 1 фиг. 1 показывает, что расход топлива ДГА изменяется пропорционально выходной мощности дизеля Р_Д, и поэтому может быть представлен линейной зависимостью от мощности дизеля в виде

где Q_ПОСТ, кг/ч - постоянная составляющая расхода, соответствующая расходу топлива на холостом ходу при Р_Д=0;

Kд, кг/(кВт⋅ч) - постоянный коэффициент.

В судовом синхронном генераторе при изменении нагрузки и неизменных напряжении и частоте электрического тока потери мощности согласно табл. 1 могут быть представлены квадратичной функцией в виде

где Р_П, кВт - постоянная составляющая потерь мощности, соответствующая потерям в генераторе на холостом ходу:

I, А - ток нагрузки;

K_Г, кВт/А² - постоянный коэффициент.

Значения Q_ПОСТ, Р_П, I и K_Г вычисляются по результатам испытаний ДГА при разной нагрузке.

При известной активной мощности Р_Г и коэффициенте мощности cosϕ ток нагрузки синхронного генератора определяется по формуле

где U, В - напряжение генератора.

Расход топлива, соответствующий паспортным данным ДГА и фактическим значениям cosϕ и Р_Г, определяют с учетом (1)-(3) по формуле

Расход топлива (4) будет соответствовать паспортным данным ДГА, приведенным к фактическому значению cosϕ, если в (4) постоянные Q_ПОСТ, Р_П и K_Г определены по паспортным данным, то есть при исправном ДГА и штатном дизельном топливе.

Наличие перерасхода топлива в анализируемом режиме работы ДГА за счет снижения уровня технического состояния или пониженного качества используемого топлива определяют путем сравнения расхода топлива, рассчитанного по формуле (4), с измеренным его значением Q_Э(Р_Г, cosϕ)

По измеренному значению расхода топлива и паспортному его значению, приведенному к фактическим величинам Р_Г и cosϕ, рассчитываются соответствующие значения q_Э и q_П удельного расхода топлива по отношению к мощности генератора

г/(кВт⋅ч) и абсолютные значению расхода топлива в единицах массы или объема за определенное время работы ДГА в рассматриваемом режиме, а также экономические потери при наличии перерасхода топлива.

В качестве примера определения перерасхода топлива может быть рассмотрен судовой ДГА, результаты испытаний которого приведены в тебл. 1. По данным табл. 1 с использованием метода наименьших квадратов формула (4) представляется в виде

Пусть нужно определить перерасход топлива рассматриваемого судового ДГА при его работе со следующими осредненными значениями измеренных в судовых условиях показателей: Р_Г=461,54 кВт; U=450 В; cosϕ=0,83; Q_Э=105,9 кг/ч; q_Э=229,6 г/(кВт⋅ч)

Результат расчета по формуле (6) будет

и соответственно перерасход топлива составит

что в процентом соотношении будет

и за сутки работы ДГА в таком режиме перерасход топлива по отношению к мощности генератора составит

ΔQ(24 ч)=ΔQ⋅24=7,36⋅24=176,6 кг.

Значения удельного расхода топлива по отношению к мощности генератора будут

Основными причинами наличия перерасхода топлива являются снижение уровня технического состояния ДГА и использование дизельного топлива пониженного качества, поэтому по результатам контроля перерасхода топлива можно оценивать уровень технического состояния ДГА и качество используемого топлива.

Контроль перерасхода топлива может осуществляться непрерывно в автоматическом режиме, если информацию о значениях мощности Р_Г и cosϕ электрической нагрузки, а также расхода топлива Q_Э вводить непосредственном в компьютерную диагностическую модель - уравнения (4), (5), с соответствующих датчиков и измерительных приборов. При полуавтоматическом режиме необходимая информация вводится оператором вручную.

ЛИТЕРАТУРА

1. Петухов В.А. Совершенствование оценки эффективности топливоиспользования в судовых дизельных установках/ В.А. Петухов// Двигателестроение. 1988. - №6. - с. 40-42.

2. Можаев О.С., Попов Е.С. Топливная эффективность судовой электростанции //Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2014. - №.3. - с. 69-75.