При частоте вращения меньше номинальной, необходимо ограничивать нагрузку в соответствии с диаграммами, представленными в этой главе, для того, чтобы поддерживать...
Рабочий диапазон двигателя
При частоте вращения меньше номинальной, необходимо ограничивать нагрузку в соответствии с диаграммами, представленными в этой главе, для того, чтобы поддерживать рабочие параметры двигателя в допустимых пределах. Работа в заштрихованной области диаграммы возможна только кратковременно, при переходных режимах. Минимальная частота вращения и диапазон частот для включения сцепления показаны на диаграмме, но также могут применяться особые ограничения для конкретного проекта.
Винты регулируемого шага
Для защиты двигателя от перегрузки необходимо использовать автоматическую систему контроля нагрузки. Регулятор нагрузки уменьшает шаг винта автоматически, когда запрограммированная функция нагрузки относительно частоты вращения превышает предельную величину («предельную кривую двигателя»), при необходимости блокируя комбинаторную кривую. Нагрузка двигателя зависит от положения топливной рейки и фактической частоты вращения двигателя. Датчик мощности на валу входит в поставку Wärtsilä.
Управление пропульсивной установкой должно также включать в себя автоматическое ограничение темпа повышения нагрузки. Максимальные значения темпа повышения нагрузки приведены ниже в этой главе.
При расчетном шаге КПД гребного винта самый высокий. Это принятая практика – рассчитывать винт так, чтобы указанная скорость судна достигалась при расчетном шаге, номинальной частоте вращения двигателя и 85% выходной мощности при заданной нагрузке. Необходимо принимать во внимание отбор мощности возможным валогенератором или иным механизмом отбора мощности. 15% морской запас вводится для компенсации погодных условий, обрастания корпуса и коррозии гребного винта. Дополнительный морской запас может быть применим для наиболее экономичной работы двигателя или для обеспечения резерва мощности.
Примечания: Максимальная мощность может снижаться в зависимости от характеристик и давления газа, см. раздел «Дератирование в газовом режиме». Допустимая мощность в таком случае будет понижаться на одинаковый процент при всех частотах вращения.
Следует соблюдать ограничения при работе на низких нагрузках.
Допустимая нагрузка
Для двигателей с высокой степенью наддува важное значение имеет регулируемое увеличение нагрузки, так как турбонагнетателю требуется время для разгона перед тем, как он сможет подавать требуемое количество воздуха. Также должно быть обеспечено достаточное время для более плавного распределения температуры в компонентах двигателя. Для многотопливных двигателей, работающих в газовом режиме, требуется точная регулировка состава воздушно/газовой смеси, что делает контролируемый наброс нагрузки абсолютно решающим при работе на газовом топливе.
В качестве нормативного темпа нагрузки как для дизельного, так и для газового режима, можно использовать кривую наброса нагрузки в состоянии «прогрет, нормальный, газ» (см. диаграммы). Если в системе управления запрограммирована только одна кривая наброса нагрузки, тогда должна применяться кривая для прогретого двигателя. Температура воды ВТ контура в прогретом двигателе должна быть не менее 60ºC, а предпочтительно 70ºC, а температура смазочного масла – не менее 40ºC.
Кривая наброса нагрузки «макс. нагрузка, газ» указывает на максимальную нагрузочную способность двигателя в газовом режиме. Более быстрый наброс нагрузки может привести к срабатыванию АПС, детонации и нежелательным переключениям в дизельный режим. Эта кривая может также использоваться как кривая наброса нагрузки в дизельном режиме, если двигатель достиг нормальной рабочей температуры.
Максимальный темп наброса нагрузки «аварийный дизель» близок к максимальной нагрузочной способности двигателя в дизельном режиме. Его нельзя использовать как нормальный темп наброса нагрузки в дизельном режиме.
При штатной работе всегда должен соблюдаться плавный наброс нагрузки. Приемлемые ступени наброса нагрузки в газовом режиме меньше, чем в дизельном, а также меньше на высоких нагрузках, что должно приниматься во внимание в установках с резкими изменениями нагрузки. Время между шагами повышения нагрузки должно таким, чтобы не превышался максимальный темп наброса нагрузки. На начальном этапе проектирования генераторной установки необходимо обсудить с классификационным обществом спецификацию системы и нагрузочную способность двигателя.
Генераторные установки должны быть способны работать с 10% перегрузкой. Максимальная мощность двигателей должна быть 110% в дизельном режиме и 100% в газовом режиме. Переход в дизельный режим происходит автоматически в случае перегрузки. Понижение указанного метанового числа может также привести к автоматическому переходу в дизельный режим, при работе близкой к 100% мощности. Ожидаемые изменения качества газового топлива и уровня нагрузки должны приниматься во внимание для поддержания работы в газовом режиме при штатной нагрузке.
Механические пропульсивные установки, винт регулируемого шага (ВРШ)
Система управления пропульсивным комплексом не должна допускать снижения нагрузки быстрее 20 сек от 100% до 0% без предварительного автоматического переключения на дизельное топливо.
Электродвижение
Система управления пропульсивной установкой и система СУЭ не должны допускать сброс нагрузки со 100% до 0% менее чем за 20 сек. и без предварительного автоматического переключения в дизельный режим.
В электрических пропульсивных установках кривые наброса нагрузки реализуются и в системе управления пропульсивной установкой, и в системе СУЭ, или в системе управления частоты вращения двигателя, если применяется изохронная параллельная работа по нагрузке. Когда распределение нагрузки основано на статизме регулирования частоты вращения, необходимо принять во внимание, что степень увеличения нагрузки недавно вновь генератора есть сумма передачи нагрузки, которую выполняет СУЭ, и увеличения нагрузки, которую выполняет система управления пропульсивной установкой.
Максимальные ступени мгновенного наброса нагрузки
Электрическая система должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать безопасное размыкание выключателей. Для этого необходимо, чтобы двигатели были защищены от наброса нагрузки, превышающей максимально допустимую нагрузочную способность. Если исключение быстрых ступеней наброса нагрузки сложно для осуществления или нежелательно, разовая нагрузочная способность может быть повышена с помощью быстросрабатывающего сигнала запроса перевода в дизельный режим.
Газовый режим
При выполнении анализа электрической нагрузки для судна в различных условиях эксплуатации необходимо оценить возможные сценарии, когда происходит резкое изменение нагрузки и убедиться, что мощность двигателя в газовом режиме соответствует указанному на схеме.
- Максимальный пошаговый наброс нагрузки возрастает в соответствии со схемой
- Диапазон колебаний частоты в стабилизировавшемся состоянии ≤1,5%
- Максимальный провал частоты вращения 10%
- Время восстановления ≤10 сек
- Промежуток между максимальными ступенями наброса нагрузки ≥15 сек
- Максимальные ступени сброса нагрузки: 100-75-45-0%
Дизельный режим
- Максимальный пошаговый наброс нагрузки 33% МДМ
- Диапазон колебаний частоты в стабилизировавшемся состоянии ≤1,0%
- Максимальный провал частоты вращения 10%
- Время восстановления ≤5 сек
- Промежуток между максимальными ступенями наброса нагрузки ≥8 сек
Время запуска установки
Резервный генератор достигает номинальной частоты вращения в течение 50-70 секунд после подачи сигнала запуска (во время нормального запуска всегда проводится проверка подачи запального топлива).
Если запуск происходит после обесточивания, то активная номинальная частота вращения достигается в течение примерно 25 секунд (проверка подачи запального топлива отключена).
Двигатель может быть запущен и с выбранным газовым режимом. В этом случае двигатель будет запущен на газовом топливе, как только будет выполнена проверка подачи запального топлива и система подачи газа будет готова.
Запуск и остановка на тяжелом топливе возможны без ограничений.
Работа при малых нагрузках и холостых оборотах
Холостые обороты (расцеплена муфта главного двигателя, отключен генератор):
- Максимум 10 минут, если двигатель планируется остановить после холостого хода. Рекомендуется 3-5 минут холостого хода перед остановкой.
- Максимум 6 часов, если планируется работа под нагрузкой после холостого хода.
Работа при нагрузке ниже 20% на тяжёлом топливе или до 10% на дизельном топливе или газе
- Максимум 100 часов непрерывной работы. Между интервалами в 100 часов следует нагружать двигатель минимум 70% от номинальной мощности в течение 1 часа. До начала работы при нагрузке ниже 10% в газовом режиме двигатель должен поработать при нагрузке выше 10% не менее 10 минут. Однако приемлем перевод в газовый режим непосредственно после выхода двигателя на номинальные обороты после запуска, при условии, что температура наддувочного воздуха выше 55 °C.
Работа при нагрузке выше 20% на тяжёлом топливе или выше 10% на дизельном топливе или газе
- Без ограничений.
Низкая температура воздуха
В холодных условиях следует принимать во внимание следующие минимальные температуры на подводе воздуха:
Газовый режим:
- Низкая нагрузка + 5ºC
- Высокая нагрузка -10ºC
Дизельный режим:
- Запуск + 5ºC
- Холостой ход - 5ºC
- Высокая нагрузка - 10ºC
Двухступенчатые воздушные холодильники полезны для подогрева наддувочного воздуха при длительной работе на низкой нагрузке в холодных условиях. При этом, однако, постоянная работа при нагрузках от 0 до 40% может потребовать применения специальных устройств в холодных условиях для предотвращения чрезмерного понижения температуры воды НТ контура. При необходимости может быть спроектировано устройство для подогрева работающего двигателя (необходимо проверить производительность).
Прочие указания см. в главе «Устройство системы воздуха сгорания».
Литература
Двухтопливные двигатели WÄRTSILÄ 34DF проектное руководство
