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
Автоматическая система контроля нагрузки должна использоваться, чтобы защитить двигатель от перегрузки. 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.
Выработка электроэнергии
При проектировании судовых установок для выработки электроэнергии следует принимать в расчет запас мощности двигателя прибл. 10%, то есть требуемая мощность при нормальной эксплуатации не должна превышать 90% максимальной длительной мощности двигателя (МДМ). Также при определении запаса мощности необходимо учитывать ожидаемые изменения качества газового топлива. Максимальная мощность многотопливных двигателей в генераторных установках должна быть 100% МДМ в газовом режиме и 110% МДМ в дизельном режиме. Перегрузка допускается только в экстренных ситуациях.
Допустимая нагрузка
Для дизелей 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.
Если в системе управления запрограммирована только одна кривая наброса нагрузки или если не предусмотрен излом кривой в точке 85% 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.
Аварийный наброс нагрузки должен быть возможен только при переходе в аварийный режим, который сопровождается звуковым сигналом АПС в ЦПУ и на мостике.
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. 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. Ожидаемые изменения качества газового топлива и уровня нагрузки должны приниматься во внимание для поддержания работы в газовом режиме при штатной нагрузке.
Электродвижение
Система управления пропульсивной установкой не должна допускать сброс нагрузки со 100% до 0% менее чем за 20 сек. с предварительным переключением в дизельный режим.
МАКСИМАЛЬНЫЕ ШАГИ НАБРОСА НАГРУЗКИ
Электрическая система должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать безопасное размыкание выключателей. Для этого необходимо, чтобы двигатели были защищены от шагов нагружения, превышающих их максимально допустимую нагрузочную способность. Если исключение быстрых шагов наброса нагрузки сложно для осуществления или нежелательно, разовая нагрузочная способность может быть повышена с помощью быстросрабатывающего сигнала запроса перевода в дизельный режим.
- Максимальный пошаговый наброс нагрузки в соответствии со схемой
- Диапазон колебаний частоты в стабилизировавшемся состоянии ≤1.5%
- Максимальный провал частоты вращения 10%
- Время восстановления ≤10 сек
- Промежуток между шагами наброса нагрузки ≥30 сек
- Максимальные шаги 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 шагами наброса нагрузки ≥10 сек
ВРЕМЯ ЗАПУСКА УСТАНОВКИ
В дизельном режиме генератор выходит на номинальную частоту вращения прибл. через 25 секунд после подачи сигнала ПУСК. Время запуска в газовом режиме – около одной минуты.
Низкая температура воздуха
В холодных условиях действуют следующие ограничения температуры входного воздуха:
- При пуске - +5°С
- На холостом ходу - -5°С
- При высокой нагрузке - -10°С
Двухступенчатый холодильник наддувочного воздуха подходит для подогрева воздуха при продолжительной работе в холодных условиях. При этом для длительной работы при нагрузках от 0 до 40% могут потребоваться специальные приспособления для холодных условий для предотвращения поступления в двигатель слишком холодной воды ВТ контура. При необходимости работающий двигатель может быть оборудован специальным подогревателем (его мощность подлежит уточнению).
Остальные рекомендации см. в главе Система подачи воздуха для горения.
Работа при малых нагрузках и на холостом ходу
РАБОТА В ГАЗОВОМ РЕЖИМЕ
Продолжительность работы в газовом режиме при нагрузке менее 10% ограничена 5 минутами в связи с риском неполного сгорания. Двигатель автоматически переключается в дизельный режим в случае продолжения работы при нагрузке ниже 10% номинальной мощности в течение более чем 5 минут. При работе в газовом режиме под нагрузкой выше 10% ограничения отсутствуют.
РАБОТА В ДИЗЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ
Двигатель может пускаться, останавливаться и работать на тяжёлом топливе во всех условиях эксплуатации. При низких нагрузках и маневрировании предпочтительнее работать на тяжёлом топливе, нежели переход на дизельное топливо.
Абсолютный холостой ход (отключенный генератор)
- Максимум 10 минут, если двигатель будет останавливается после холостого хода. Рекомендовано 3-5 минут холостого хода перед остановкой.
- Максимум 6 часов, если двигатель будет нагружаться после холостого хода.
Работа при нагрузке менее 20%
- Максимум 100 часов непрерывной работы. Между интервалами в 100 часов следует нагружать двигатель минимум 70% от номинальной мощности.
Работа при нагрузке более 20%
- Без ограничений
Литература
Двухтопливные двигатели WARTSILA 50DF руководство по проектированию [2010]
