Двигатели WinGD типа RT-FLEX / X с электронным управлением

Двигатели WinGD типа RT-FLEX / X с электронным управлением

Компания WinGD возникла в результате коммерческой деятельности дизелестроительной компании Sulzer Corporation в Винтертуре (Швейцария), основанной в 1893 году, когда Sulzer Brothers подписали соглашение с Рудольфом Дизелем об использовании его новой технологии.

Sulzer начал производство дизельных двигателей в 1903 году в Винтертуре. А последний дизельный двигатель покинул завод в Винтертуре в 1986 году.

Начиная с ноября 1990 года, компания Sulzer учредила подразделение дизельных двигателей и дизельных электростанций в качестве отдельной компании New Sulzer Diesel Ltd.

В апреле 1997 года компания New Sulzer Diesel Ltd. объединилась с Wärtsilä Diesel Oy в результате чего, образовалась корпорации Wärtsilä NSD, которая впоследствии стала корпорацией Wärtsilä. Швейцарская компания Wärtsilä Switzerland Ltd., отвечающая за малооборотный двухтактный двигатель, объединилась с Китайской государственной судостроительной корпорацией (CSSC) в начале 2015 года и была переименована в Winterthur Gas & Diesel Ltd. (WinGD). В 2016 году Wärtsilä Corporation передала свои оставшиеся акции WinGD в CSSC, сделав WinGD на 100% принадлежащим CSSC.

Марка двигателя была изменена с «Wärtsilä» на «WinGD». Сегодня WinGD поддерживает свои двигатели с помощью современных цифровых технологий, обучающих и гарантийных услуг.

WinGD RT-flex/X – это базовый малооборотный двухтактный судовой дизельный двигатель WinGD, в котором для впрыска топлива и привода выпускного клапана используется аккумуляторная система, а также полностью электронное управление всеми элементами двигателя вместо традиционного распредвала.

Двигатели WinGD предлагают судовладельцам и операторам ряд существенных преимуществ:

  • бездымную работу на всех скоростных режимах;
  • стабильную работу при низкой частоте вращения, в диапазоне от 10 до 15 процентов от номинальной частоты, и бездымное сгорание путем последовательного отключения форсунок;
  • снижение эксплуатационных расходов за счет уменьшения расхода топлива при частичной нагрузке и увеличения времени между ремонтами;
  • сниженные требования к техническому обслуживанию, с более простой настройкой двигателя. «Новые» параметры работы сохраняются автоматически;
  • снижение затрат на техническое обслуживание благодаря точному контролю объемного впрыска топлива, что позволяет увеличить время между ремонтами. Система Common-Rail с объемным управлением обеспечивает превосходный баланс мощности двигателя, развиваемой между цилиндрами и между циклами, с точным моментом впрыска и уравновешенными тепловыми нагрузками;
  • надежность обеспечивается длительными испытаниями оборудования Common-Rail на испытательных стендах;
  • более высокая доступность благодаря встроенным функциям мониторинга;
  • высокая доступность, также обеспечиваемая встроенной избыточностью, обеспечиваемая достаточной пропускной способностью и дублированием в подающих насосах, магистральных подающих трубах, датчиках угла поворота коленчатого вала, электронных устройствах управления и других ключевых элементах.

В системе Common-Rail WinGD есть четыре основных элемента: аккумулятор вдоль стороны цилиндров, блок подачи топлива и масла на стороне двигателя, фильтры для сервомасла и интегрированная электронная система управления, включая датчик угла поворота коленчатого вала.

Список сокращений и объяснений

  • BEMP - Среднее эффективное давление
  • BSFC - Удельный расход топлива при частичной нагрузке
  • CSSC - Китайская государственная судостроительная корпорация
  • DENIS - Спецификация интерфейса дизельного двигателя
  • HMI-flexView - Человеко-машинный интерфейс
  • ICU - Блок управления впрыском
  • ICV - Клапан управления впрыском
  • IMO - Международная морская организация
  • ТВО - Время между капитальными ремонтами
  • VCU - Привод выпускного клапана
  • VEC - Переменное закрытие выпускного клапана
  • VIT - Переменное время впрыска
  • WECS - Система управления двигателем Wartsila
  • WinGD - Winterthur Gas & Diesel Ltd

Основные элементы аккумуляторной системы
на двигателях RT-flex

Таким образом, двигатели RT-flex оснащены аккумуляторными системами для:

  • Подогретого топлива под давлением 550-850 бар, подаваемого топливными насосами блока подачи топлива. Для каждого цилиндра на топливном аккумуляторе установлен блок управления впрыском (ICU).
  • Сервомасла под давлением 80-190 бар, поставляемого насосами сервомасла, в зависимости от нагрузки двигателя. Для каждого цилиндра есть блок управления клапаном. Привод выпускного клапана (VCU) установлен на аккумуляторе сервомасла. WECS активирует VCU для управления выпускным клапаном.
  • Масло управления при постоянном давлении 200 бар, подаваемое отдельными масляными насосами (применяется только для RT-flex96C-B, RT-flex60 and RT-flex84T).
  • Система пуска двигателя.

Схематическое изображение аккумуляторной системы двигателя WinGD RT-flex/X

Типовые размеры модельного ряда двигателей RT-flex

Блок подачи топлива и масла

Топливо и сервомасло поступают в акумулятор от блока подачи топлива и масла, который приводится в движение через шестеренчатую передачу от коленчатого вала двигателя.

В первых модификациях двигателя RT-flex блок подачи топлива и масла находится на стороне выпускного ресивера двигателя, что позволяет опустить его ниже, не преграждая доступ к картеру двигателя. Однако для всех последующих модификаций расположение блока подачи топлива и масла было стандартизировано на передней части двигателя (на той же стороне, что и аккумуляторы) и примерно на средней высоте. Это уменьшает размер «следа» двигателя, что позволяет размещать двигатели ближе к корме.

Блок подачи топлива и масла, естественно, находится в месте расположения зубчатой передачи: в кормовой части для двигателей с пятью-семью цилиндрами и в средней части для большего количества цилиндров.

Блок подачи имеет жесткий чугунный корпус. Топливоподкачивающие насосы расположены на одной стороне приводящего механизма, а гидравлические сервомасляные насосы – на другой. Такое расположение насосов обеспечивает очень короткий и компактный блок питания с удобным доступом для обслуживания. Количество, размер и расположение насосов соответствуют типу двигателя и количеству цилиндров двигателя.

Блок подачи топлива и масла двигателя 12RT-flex96C

Для RT-flex58-96, блок подачи имеет от четырех до восьми топливных насосов, расположенных в V-образной форме. А в блоке подачи RT-flex50 имеется всего два или три подающих насоса.

Топливные насосы двух размеров используются для всех двигателей RT-flex, оба на основе хорошо зарекомендовавших себя топливных насосов высокого давления, используемых в среднеоборотных четырехтактных двигателях типа Sulzer Z, хотя и с некоторыми особенностями, для их применения в качестве подающих насосов и для увеличения их объемной подачи. Для RT-flex58-68 элементы топливного насоса основаны на инжекторных насосах двигателей Sulzer ZA40S, а насосы RT-flex84-96 основаны на инжекторных насосах типа двигателя Sulzer ZA50S.

Топливные насосы приводятся в движение через приводной вал с 3-х кулачковыми шайбами. Приводной вал нельзя сравнивать с традиционным распределительным валом двигателя. Вал очень короткий, с уменьшенным диаметром, и испытывает совершенно другие нагрузки. В насосах не возникает резких движений плунжера, и как следствие, плунжеры совершают равномерное возвратно-поступательное движение. Благодаря трехкулачковым шайбам и повышающей зубчатой передаче, каждый насос подачи топлива делает несколько ходов во время каждого оборота коленчатого вала. Что позволяет уменьшить массо-габаритные показатели блок питания.

Насосы серво масла приводятся в движение отдельными шестернями, имеющими «механический предохранитель» (уменьшенный диаметр приводного вала), чтобы защитить редуктор в случае заклинивания насоса. Шестерня сервомасляного насоса также гидравлически напрессована на вал.

Используются две конструкции приводного вала. Для RT-flex50-68 он изготовлен цельным. Для RT-flex84-96, приводной вал собран из прямого вала, на который гидравлически напрессованы трехкулачковые шайбы. Это конструкция, которая десятилетиями использовалась в двигателях Sulzer Z-типа. Что позволяет упростить обслуживание и минимизирует его стоимость. Подшипники распредвала имеют алюминиевый рабочий слой.

Объем подаваемого топлива и давление в топливном аккумуляторе регулируются в соответствии с условиями работы двигателя посредством управления всасывания с регулируемой регулировкой объема заполнения топливных насосов. Управление всасыванием было выбрано из-за низкого энергопотребления, так как в этом случае отсутствует избыточное сжатие топлива.

Направляющие поршни роликов содержат подшипники в таком же виде, как они используются на двигателях типа Sulzer RTA и Z. Вследствие умеренного ускорения, обусловленного формой кулачка с тремя лепестками, удельные нагрузки роликовых подшипников и штифтов, а также давление Герца между кулачком и роликом меньше, чем для насосов в двигателях типа ZA40S и ZA50S.

В каждом отдельном элементе топливного насоса блока подачи, ролик можно снять с кулачка, заблокировать и вывести из эксплуатации вручную, в случае неисправности.

Поскольку топливные насосы и сервомасляные насосы, не имеют синхронизации, то есть они просто подают топливо или масло, распределительный вал не должен иметь определенного положения по сравнению с коленчатым валом. Однако положение кулачков относительно друг друга должно соблюдаться.

Топливные насосы перекачивают топливо под давлением к соседнему коллектору, из которого две независимые трубки с двойными стенками ведут вверх к топливной рампе. Каждая нагнетательная труба рассчитана на полный расход топлива. Коллектор оснащен предохранительным клапаном, настроенным на 1250 бар. Аккумулятор нагревается системой трубопроводов для обогрева.

Для сервопривода масла используется эквивалентное расположение коллектора и дублированных независимых трубок с двойными стенками.

Сервомасло

Сервомасло используется для приведения в действие и управления выпускным клапаном. Масло подается несколькими аксиально-поршневыми гидравлическими насосами с наклонной пластиной, установленными на блоке подачи. Насосы имеют стандартную запатентованную конструкцию и приводятся в движение с подходящей скоростью через повышающую передачу. Рабочее давление регулируется, что позволяет снизить энергопотребление насоса. Сервомасляный аккумулятор содержит тонкофильтрованное (6-микрон) серво-масло высокого давления, ~ 80-2200 бар, которое подается серво-масляными насосами блока питания в зависимости от нагрузки двигателя. Номинальное рабочее давление до 220 бар. Количество и размер сервомасляных насосов на блоке подачи зависят от мощности двигателя или количества цилиндров двигателя. Возможна установка от трех до шести сервомасляных насосов.

Масло, используемое как в системах сервомасла и масла управления, является стандартным маслом для системы смазки двигателя, и его просто берут из напорного трубопровода системы смазки двигателя. Масло пропускается через 6-микронный автоматический самоочищающийся фильтр тонкой очистки, чтобы минимизировать износ сервомасляных насосов и продлить срок службы компонентов.

После фильтра тонкой очистки поток масла разделяется: одна ветвь соединяется с сервомасляными насосами, а другая – с насосами масла управления.

Масло управления

Масло управления подается при постоянном давлении 200 бар на всех оборотах двигателя двумя масляными насосами с электрическим приводом, один из которых активен, а другой находится в режиме ожидания. Каждый насос имеет свой собственный клапан регулировки давления и предохранительный клапан.

Система масла управления включает только небольшое количество масла тонкой фильтрации. Масло управления служит рабочей средой для всех направляющих клапанов блоков управления подачи топлива. Рабочее давление масла управления поддерживается постоянным для обеспечения точной синхронизации между блоками управления подачей топлива. Оно также используется для удаления воздух из системы сервомасла во время стоянки, что обеспечивает быстрый запуск двигателя.

Система масла управления используется только на устаревших двигателях RT-flex60/84 и 96.

Блок аккумуляторов

Блок аккумуляторов расположен на уровне верхней платформы двигателя, чуть ниже уровня крышки цилиндра. Он распространяется на всю длину двигателя. Блок полностью закрыт, но имеет хороший доступ для обслуживания сверху и спереди. В аккумуляторный блок входят: аккумуляторы и сопутствующее оборудование для топливной, серво-масляной и управляющей масляных систем. Пневматическая пусковая система не входит в состав аккумуляторного блока.

Для двигателей с количеством цилиндров меньше восьми, аккумуляторный блок собирается как единое целое. При большем количестве цилиндров, двигатели имеют среднюю зубчатую передачу, а аккумуляторный блок состоит из двух секций в соответствии со средним положением зубчатой передачи. Обе секции топливного аккумулятора (носовая / кормовая), сервомаслянного и масла управления соединены трубами высокого давления. => В обеих половинах аккумулятора поддерживается одинаковое давление.

Топливный акумулятор обеспечивает объем сжатого топлива и обеспечивает демпфирование волн давления. Нет необходимости в применении газовых аккумуляторов. Объем аккумуляторной системы и скорость подачи от топливных насосов таковы, что давление в рампе постоянно с незначительным падением давления после каждого впрыска.

Трехмерный чертеж внутренней части аккумуляторного блока для двигателя RT-flex96

Аккумуляторная система разработана с очень высокой степенью безопасности от усталости материала. Например, труба топливной рампы имеет особую внутреннюю форму, позволяющую снизить амплитуду напряжений. Тот факт, что по определению обычные аккумуляторы имеют почти постоянные уровни давления, еще больше повышает безопасность от усталостного растрескивания с высоким циклом по сравнению с обычными системами впрыска и привода с циклами высокого давления.

Аккумуляторы высокого давления нагреваются от отопительной системы судна с использованием пара или термомасла.

Топливная рампа содержит топливо высокого давления ~ 550-850 бар, подаваемое топливными насосами. Для каждого цилиндра есть блок управления впрыском.

Блок управления подачей топлива

Топливо подается из топливного аккумулятора к форсункам через отдельные блоки управления подачей топлива для каждого цилиндра двигателя. Блок управления подачей топлива точно регулирует время впрыска топлива, контролирует объем подаваемого топлива и задает форму закона впрыска. Блок управления подачей топлива состоит из клапана управления впрыском (ICV) и электрогидравлического клапана (bi-stable rail valve) для каждой форсунки. Клапана управления получают управляющие сигналы начала и конца впрыска от соответствующего электронного блока WECS (Wärtsilä Engine Control System).

Привод выпускного клапана (A) установлен на масляном аккумуляторе, а блок управления впрыском (B) находится на топливном аккумуляторе

Каждый цилиндр двигателя оборудован тремя форсунками, за исключением RT-flex48-50, который имеет две. Конструкция форсунок такая же, как у форсунок, которые уже используются в двигателях RTA, и управляются гидравлически с помощью топлива высокого давления. Каждая форсунка в крышке цилиндра независимо контролируется блоком управления подачей топлива, так что, хотя все форсунки цилиндра обычно работают одновременно, они также могут быть запрограммированы для работы по отдельности при необходимости.

Отдельные блоки управления подачей топлива монтируются непосредственно на топливном аккумуляторе.

Аккумуляторная система специально предназначена для работы на тех же сортах тяжелого топлива, которые уже являются стандартными для двигателей серии Sulzer RTA. По этой причине система RT-flex имеет определенные конструктивные особенности, которых нет в других двигателях оборудованных аккумуляторной системой, использующих среднедистиллятные дизельные масла. Отличительной особенностью является то, что в блоке управления подачей топлива разогретое тяжелое топливо изолировано от управляющих клапанов.

Блок управления впрыском для трех форсунок топлива одного цилиндра

Управляющие электрогидравлические клапана представляют собой бистабильные электромагнитные клапаны с чрезвычайно быстрым временем срабатывания. Для достижения максимально возможного срока службы рельсовые клапаны находятся под напряжением не более 4 мс. Это время задается, контролируется и ограничивается WECS. Биостабильность клапанов позволяет надежно контролировать их положение и состояние.

Каждый блок управления подачей топлива контролируется 2- или 3-мя управляющими клапанами, чтобы открывать или закрывать подачу топлива из аккумулятора к форсункам.

Управление выпускным клапаном

Выпускные клапана управляются гидравлическим «толкателем», открываются под давлением гидравлического масла и закрываются пневматической пружиной, как в двигателях Sulzer RTA с механическими распределительными валами. Но для двигателей RT-flex/X используется масло и аккумулятора сервомасла. Для каждого цилиндра используется один привод выпускного клапана.

Привод выпускного клапана

В приводе выпускного клапана, отфильтрованное сервомасло действует на нижнюю сторону свободно движущегося поршня привода, а системное масло над поршнем привода используется для приведения в действие клапана. Управляющий золотник приводится в действие с помощью управляющего клапана и контролирует подачу сервомасла под поршень привода, так что выпускной клапан открывается и закрывается точно в нужное время с соответствующим демпфированием. В приводе выпускного клапана используются те же управляющие клапана, которые используются для блока управления подачей топлива.

Привод выпускного клапана в верхней части штока клапана оснащен одним или двумя аналоговыми датчиками положения, обеспечивающими обратную связь клапана с WECS-9520.

Привод с электронным управлением для каждого цилиндра обеспечивает гибкость в управлении открытием и закрытием выпускных клапанов. В то же время исполнительный блок обеспечивает разделение чистого сервомасла и обычного системного масла. Таким образом, гидравлику выпускного клапана можно обслуживать, не нарушая контур чистого сервомасла.

Привод выпускного клапана в верхней части штока клапана с гидравлическим цилиндром и пневматической пружиной

Рабочее давление

Нормальное рабочее давление для топливного аккумулятора достигает 1000 бар. Оно снижено для достижения балланса между удельным расходом топлива и выбросами NOX в соответствии с нагрузкой двигателя и для уменьшения отбираемой от двигателя энергии.

Несколько лет назад в ходе испытаний двигателей в Винтертуре было установлено, что в условиях постоянной нагрузки влияние давления впрыска топлива на удельный расход топлива в тихоходных двигателях уменьшается с увеличением давления впрыска. Таким образом, более высокие давления впрыска топлива, чем в настоящее время используемые в больших двухтактных тихоходных двигателях, не имеют реального преимущества. Если в будущем потребуется увеличение давления, например, в сочетании с другими мерами по сокращению выбросов NOX, то система RT-flex/X идеально подходит для того, чтобы адаптироваться к этим требованиям. Увеличение отбираемой энергии будет очень небольшим, так как изменение примерно пропорционально увеличению давления.

Для работы выпускного клапана требуется большой объем потока масла. При соответствующем диаметра гидравлического поршня на шпинделе клапана можно одновременно обеспечить необходимое перемещение клапана и низкую паразитную мощность. Кроме того, давление сервомасла в 220 бар на номинальном режиме, варьируется в соответствии с нагрузкой двигателя, чтобы обеспечить надлежащее функционирование и минимальную потребляемую мощность.

Пусковая пневматическая система

Система пускового воздуха двигателей RT-flex/X очень похожа на систему двигателей Sulzer RTA, за исключением того, что ее управление включено в WECS. Пусковая пневматическая система, установлена вне блока аккумуляторов, чтобы облегчить доступ для обслуживания.

Электронное управление

Все функции в системе RT-flex/X управляются и контролируются через систему управления двигателем WECS-9520. Это модульная электронная система с отдельными микропроцессорными блоками управления для каждого цилиндра и общим контролем и наблюдением дублированными микропроцессорными блоками управления. Последние обеспечивают взаимосвязь с электронным регулятором, системой ДАУ и системой сигнализации. Микропроцессорные блоки управления, или электронные блоки управления, устанавливаются непосредственно на двигателе, либо на передней части аккумуляторного блока, либо рядом с ним.

Важным входным сигналом для WECS-9520 является угол поворота коленчатого вала двигателя. Положение точно определяется двумя датчиками, приводимыми в действие от коленчатого вала на свободном его конце. Два датчика приводятся в движение зубчатыми ремнями, поэтому осевые и радиальные перемещения коленчатого вала не передаются на датчики. Датчики способны сразу определить абсолютный угол поворота коленчатого вала при подаче электроэнергии.

В настоящее время двигатели RT-flex/X оснащаются системой управления WECS-9520.

Система обеспечивает простую связь с системой автоматизации судна и более простую проводку для судостроителя. В новой системе используется только один электронный модуль, и меньшее число щитов с оборудованием, которые также имеют простую стандартную конструкцию. Функциональность WECS-9520 такая же, как и у системы WECS-9500.

Электронные блоки управления на внешней стороне блока аккумуляторов

Двигатели WinGD RTA и RT-flex/X имеют стандартизированные интерфейсы (DENIS) для систем дистанционного управления и безопасности. Системы дистанционного управления и безопасности поставляются на судно различными одобренными производителями, а DENIS определяет взаимодействие между установленным на двигателе оборудованием и системами ДАУ, АПС и системой безопасности.

В двигателях RT-flex/X пульт дистанционного управления отправляет команды маневрирования двигателя в WECS. Сигнал от телеграфа обрабатывается в соответствии с нагрузкой двигателя и ограничениями подачи топлива и генерируется опорный сигнал подачи топлива для WECS-9520 через DENIS.

Функции системы безопасности в двигателях RT-flex/X в основном такая же, как в обычных двигателях RTA, за исключением того, что она имеет дополнительные входы и выходы для системы WECS.

Надежность и резервирование

Надежность и безопасность имеют первостепенное значение в системе RT-flex/X. Так же особое внимание уделяется надежности отдельных элементов оборудования в системе RT-flex/X, концепция аккумуляторной системы позволяет повысить надежность и безопасность благодаря присущей ей избыточности.

Трубопроводы подачи топлива и сервомасла под высоким давлением, масляные насосы с электроприводом управления и важные части электронных систем дублированы для резервирования. Дублированные трубопроводы высокого давления имеют запорные краны на обоих концах для изоляции любого участка. Производительность каждого отдельного дублированного трубопровода достаточна для нормальной работы. Все трубы высокого давления выполнены с двойными стенками для безопасности.

При традиционной схеме впрыска одним топливным насосом высокого давления в каждый цилиндр, выход его из строя приводит к потере цилиндра, а дисбаланс крутящего момента двигателя требует резкого снижения мощности. В отличие от этого, в системе RT-flex/X, в которой все насосы высокого давления сгруппированы и работают совместно со всеми цилиндрами, потеря любого насоса имеет гораздо меньший эффект.

Действительно, в более крупных двигателях RT-flex/X, имеющих несколько топливных насосов и несколько сервомасляных насосов, двигатель может иметь достаточное резервирование для обеспечения полной мощности, по крайней мере, при выходе из строя одного топливного насоса и одного сервомасляного насоса. Если последующие насосы не будут работать, произойдет только пропорциональное снижение мощности.

Каждая форсунка независимо управляется и контролируется WECS. В случае неисправностей, таких как разрыв трубопровода высокого давления или неисправности форсунки, форсунки можно отключить по отдельности, не теряя весь цилиндр.

Блок управления впрыском гидравлически исключает впрыск неконтролируемого количества топлива. В течение всего рабочего цикла цилиндра прямая гидравлическая связь между топливным аккумулятором и форсунками никогда не возникает. Максимальное количество подаваемого топлива ограничивается содержимым дозирующего цилиндра, поскольку контролируется ход дозирующего поршня. Если ход дозирующего поршня будет определен как выходящий за пределы диапазона, последующие впрыски этого блока управления будут остановлены, а частота вращения двигателя снижена.

Типичная схема впрыска двигателей WinGD RT-flex/X со всеми форсунками

Блок управления подачей топлива также служит предохранителем: если дозирующий поршень переместится до своего физического предела, он не может вернуться под действием гидравлических сил, а дальнейший впрыск будет невозможен, пока поршень не вернется в нормальное положение.

Если датчик измерения хода выходит из строя, система WECS переключаеся в режим контроля времени и подает сигналы на основе синхронизации соседних цилиндров.

Два взаимозаменяемых датчика угла поворота коленчатого вала измеряют абсолютное положение угла поворота коленчатого вала, которое оценивается с помощью WECS. WECS может решить, какой датчик следует использовать в случае расхождения. Показания исправного сенсора сверяются сметкой положения первого поршня в ВМТ. Максимальное допустимое расхождение между сенсорами до 1º ПКВ, 5º ПКВ – приведет к остановке двигателя.

Основной контроллер WECS и все необходимые коммуникационные интерфейсы, такие как кабели шины CAN, дублируются для обеспечения резервирования. WECS контролирует положение каждого управляющего клапана.

Человеко-машинный интерфейс- flex VIEW

Окно программы flexView разделено на две отдельные части, в каждой из которых, с помощью строки меню, оператор может вызвать отдельный лист информации.

Основное окно flex View

Во время запуска программы по умолчанию открываются страницы «Indic» и «Journal», которые содержат всю необходимую информацию для ежедневной работы в море и во время маневров.

Страница Indic (-ation) отображает частоту вращения двигателя, команду о количестве подаваемого топлива, давления в аккумуляторах и общую информацию о времени впрыска и открытия/закрытия выпускных клапанов.

Страница Journal отображает произошедшие неисправности с отметками о времени возникновения неисправности, времени квитирования и времени восстановления нормального состояния. Различные группы сигнализаций выделяются различными цветами.

Закладка Journal

Количество впрыснутого топлива измеряется с помощью датчика поданного топлива, встроенного в блок управления подачей топлива.

Каждый такт измерения начинается от значения датчика «возврат» (Return), указанного на листе подачи топлива.

  • На этой же странице показано запаздывание начала впрыска (Injection begin deadtime) между командой от WECS и действительным началом впрыска.
  • Угол положения коленчатого вала в момент начала впрыска (Injection begin angle) и продолжительность впрыска (Injection time).
  • Время преключения (on time open/close), которое затрачивается на изменение положения электромагнитного клапана с исходного на противоположное. Если время переключения превысит 3,5 мс, то появится сигнал неисправности.
  • Эти показания помогают устранять неисправности при нормальных и статических неисправностях системы впрыска.

Для динамических сбоев тренд кривой впрыска дает более подробную обратную связь.

На карте выпускного клапана:

  • The Open Pos. & Close Pos. Sensor 1/2 показывают ход клапана в виде сигнала мА. Более низкое значение указывает на открытый клапан в левых столбцах, где более высокое значение указывает на закрытый клапан в правых столбцах этого раздела карты.
  • «Deadtime» между командой WECS-9520 и началом хода открытия / закрытия указывается в столбцах для каждого клапана и перемещение (открытие / закрытие). Это временная задержка между командой на открытие / закрытие и началом хода клапана в соответствующем направлении.

Закладка подача топлива

  • Столбцы «Время включения / выключения» показывают время переключения, которое использовалось для переключения клапанов направляющей из одного состояния в противоположное. Время выше 3,5 мс обычно указывает на неисправность управляющего клапана.
  • Эти показания помогают устранить неисправности при нормальных и статических неисправностях системы выпускного клапана. Для динамических отказов выпускных клапанов тренды кривой выпускного клапана дают более детальную обратную связь.

Закладка Выпускной клапан

Преимущества двигателя WinGD RT-FLEX/X

По своей сути, двигатель WinGD RT-flex представляет собой тот же надежный базовый двигатель, что и существующие двигатели серии Sulzer RTA. Диапазоны мощности, скорости, поля компоновки и потребление топлива при полной мощности одинаковы для обеих версий двигателя.

Для судовладельцев основными преимуществами двигателей WinGD RT-flex/X с их электронно-управляемыми системами являются:

  • Уменьшенный удельный расход топлива на частичных режимах.
  • Бездымная работа на всех скоростных режимах.
  • Очень низкая, стабильная частота вращения при значении около 10 % от номинальной.
  • Простая настройка двигателя для меньшего обслуживания.
  • Увеличенное время между капитальными ремонтами (TBO), прежде всего за счет лучшего баланса нагрузки между цилиндрами и более чистого сгорания при всех нагрузках.

Снижении эмиссии выпускных газов

Очевидным преимуществом двигателей WinGD RT-flex является их бездымная работа на всех скоростях судна. Это помогает придать «зеленый» образ.

Это было наглядно продемонстрировано при испытаниях первого двигателя RT-flex/X и во время морских испытаний т/х «Gypsum Centennial» (сечас это судно CSL Frontier). Превосходные характеристики сгорания с аккумуляторной системой достигаются благодаря поддержанию давления впрыска топлива на оптимальном уровне во всем диапазоне скоростей двигателя. Кроме того, выборочное отключение отдельных форсунок и оптимизированное время открытия выпускного клапана помогают удерживать выбросы дыма ниже видимого предела при очень низких скоростях.

Точность и гибкость в настройке двигателя, обеспечиваемая системой RT-flex/X, облегчает соблюдение норм NOX Приложения VI к Конвенции MARPOL 73/78, обычно относящихся к нормам IMO NOX.

Гибкость двигателей RT-flex/X также позволит снизить выбросы NOX, если соответствующее увеличение удельного расхода топлива является приемлемым. С аккумуляторной системой может быть создан широкий спектр законов впрыска. Количество впрыскиваемого топлива можно разделить для предварительного впрыска, тройного впрыска и т.д. Двигатель WinGD RT-flex/X с отдельным управлением каждой форсункой также обладает уникальной способностью отдельно варьировать время впрыска и последовательность между тремя топливные форсунки в каждом цилиндре.

При испытаниях двигателей этот уровень гибкости оказалась позволил достичь выбросы NOX на 20 % ниже предела IMO NOX при умеренном увеличении удельного расхода топлива на 2,3 %.

Работа при малой частоте вращения

Двигатели WinGD RT-flex/X также продемонстрировали способность стабильно работать на очень низких скоростях, ниже, чем у двигателей с механическим управлением впрыском.

Они могут работать бездымно примерно на 10 % ниже номинальной скорости. Это облегчает управление судном при маневрировании в реках и каналах.

Такой медленный ход был хорошо подтвержден на т/х «Gypsum Centennial» во время испытаний в мае/июне 2004 года первого 12-цилиндрового двигателя RT-Fex 96C. Благодаря большому количеству цилиндров он мог стабильно работать со скоростью всего семь оборотов в минуту.

Очень медленная работа становится возможной благодаря точному контролю впрыска, наряду с более высокими давлениями впрыска, достигаемыми на низкой скорости, и отключением форсунок на низких скоростях. Уменьшение количества неработающих форсунок делает впрыск уменьшенного количества топлива более эффективным, тем более что давление впрыска поддерживается на более высоком уровне, чем в механически управляемом двигателе при тех же скоростях.

Отключение форсунок обеспечивает более стабильную работу с лучшим распределением нагрузки на двигатель и тепловую нагрузку, чем в случае отключения отдельных цилиндров. Отключение форсунок обеспечивается отдельным управлением отдельными клапанами впрыска топлива. Эта функция уникальна для двигателей WinGD RT-flex/X. Обычно форсунки работают в унисон, но, когда скорость двигателя уменьшается, одна форсунка может быть отключена, а на более низкой скорости вторая. Таким образом, на минимальной скорости двигатель работает на всех цилиндрах, но только с одной форсункой в каждом цилиндре.

При длительной работе двигателя RT-flex/X с одной форсункой, электронная система управления переключается между тремя впрыскивающими клапанами в цилиндре, так что бы тепловая нагрузка вокруг камеры сгорания была равномерна.

Возможность настройки расхода топлива

Двигатели Sulzer RTA всегда были высококонкурентными по расходу топлива во всем диапазоне нагрузок благодаря использованию переменного времени впрыска (VIT). Переменное закрытие выпускного клапана (VEC) также было добавлено в RTA84T engines в 1991 году для дальнейшего снижения удельного расхода топлива на частичной нагрузке (BSFC).

Эти преимущества были перенесены в аккумуляторные системы с электронным управлением двигателей RT-flex/X.

Однако на первом этапе разработки двигателей RT-flex/X основная цель заключалась в достижении тех же эксплуатационных стандартов, которые достигаются в двигателях с механическим распределительным валом, особенно в отношении мощности, скорости, расхода топлива, выбросов выхлопных газов, давление в цилиндре и т. д. Таким образом, зависимости удельного расхода топлива для первых двигателей RT-flex/X были такими же, как с соответствующими двигателями RTA, или, возможно, немного ниже в области частичной нагрузки. Поскольку давление впрыска топлива при частичной нагрузке поддерживается на более высоком уровне с помощью аккумуляторной системы впрыска, улучшается сгорание, что оказывать положительное влияние на расход топлива при работе без нагрузки.

Недавно с Delta Tuning была получена альтернативная кривая расхода топлива, что позволило добиться более низкого удельного расхода топлива при нагрузках менее 90% от полной. Как для исходных кривых (Standard), так и для Delta -настроек, двигатели RT-flex/X соответствуют нормам IMO NOX.

Конечно, возникает вопрос, почему удельный расход топлива не может быть понижен при всех нагрузках и скоростях двигателя. Это технически возможно сделать. В двигателях RT-flex/X все соответствующие параметры могут непрерывно изменяться, так что двигатель может следовать любой заданной кривой удельного расхода при изменении нагрузки и скорости двигателя. Тем не менее, существует ограничение из-за необходимости соблюдения правил IMO по NOX и неизбежного компромисса между более низким расходом топлива и более высокими выбросами NOX. Это объясняет форму новой кривой удельного расхода, заданной Delta Tuning. Удельный расход снижается в диапазоне средних и низких нагрузок, повышая уровни выбросов NOX в этих точках нагрузки, но затем его необходимо увеличивать при высоких нагрузках двигателя (нагрузка 90-100 %) для компенсирующего снижения уровней NOX.

Delta Tuning впервые был применен в первом двигателе Sulzer 8RT-flex96C, который прошел официальное тестирование в заводе 9 апреля 2004 года.

В настоящее время все новые двигатели имеют четыре основные настройки: Standard, Delta, Delta Bypass, Low load, Low-TV каждый с возможными вариантами низкой крутильной вибрации:

  • Standard: оптимизированный удельный расход топлива для нагрузки двигателя выше 90%.
  • Delta Tuning: оптимизированный удельный расход топлива для нагрузки двигателя от 75% до 90% нагрузки.
  • Delta Bypass Tuning: оптимизирован для увеличения производства пара выше 50% нагрузки; снижения удельного расхода топлива ниже 50% нагрузки по сравнению с дельта-настройкой.
  • Low load: оптимизированный удельный расход топлива для нагрузки двигателя ниже 75% нагрузки.
  • Low-TV: активна при нагрузке менее 25%. Уменьшает возбуждение газа (уменьшеный или отсутствующий демпфер).

Литература

Двигатели WinGD типа RT-FLEX / X с электронным управлением - С. А. Карьянский, Е. М. Оженко [2019]

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Метки: Wärtsilä & Sulzer, WinGD, Common-Rail

Для того, чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.