СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМ ОХЛАЖДЕНИЯ ГЛАВНОГО СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

При сгорании топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания лишь 38—42 % получаемой при этом теплоты превращается в полезную работу. Остальная теплота — это неизбежные тепловые потери. Примерно половина потерянного тепла уходит в атмосферу с продуктами сгорания топлива, остальная часть передается деталям, соприкасающимся с горячими газами.

Для обеспечения непрерывной подачи воды (пресной или забортной) для охлаждения двигателей, механизмов или аппаратов и предназначена система охлаждения судовой энергетической установки.

Для перемещения охлаждающей воды по трубопроводам к местам охлаждения необходимы насосы. Их включают в общую магистраль, от которой идут отростки, подводящие воду ко всем потребителям.

Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания являются автономными, т. е. предусматривают наличие насосов пресной или забортной воды, которые обслуживают только данный двигатель.

В данной работе рассматривается модель высокотемпературного контура системы охлаждения главного судового двигателя парома, оснащенного двумя дизельными двигателями L32-40 Vis. Система охлаждения двигателя двухконтурная (рисунок 1). Регулировка температуры воды, подаваемой для охлаждения двигателя, осуществляется с помощью вентиля, в зависимости от температуры воды на выходе из двигателя. Регулировка температуры осуществляется за счет изменения соотношения воды, проходящей через систему охлаждения.

Анализ работы системы охлаждения происходил при резком сбросе или увеличении скорости парома. Проведенные исследования показали, что система охлаждения хорошо адаптируется к резкому увеличению скорости передвижения парома, быстро (от 15 до 40 секунд) стабилизируя температуру воды на входе и выходе из главного двигателя, сохраняя номинальное соотношение (рисунок 2).

Рисунок 1. Исследуемая система

Рисунок 2. Изменение температуры на входе (зеленый) и на выходе (красный) из двигателя при увеличении скорости с 3,7 км/ч до 16,6 км/ч

При резком снижении скорости парома время стабилизации температуры на входе и выходе с двигателя значительно больше, чем при увеличении скорости, а также наблюдается изменение соотношения между температурой воды на входе и выходе из двигателя (рисунок 5-7). При уменьшении скорости с 16,6 км/ч до 14,81 км/ч температура воды на входе увеличилась на 1 ⁰С (с 75,5 до 76,5 ⁰С). При уменьшении скорости с 16,6 км/ч до 7,41 км/ч температура воды на входе увеличилась на 3,5 ⁰С (с 75,5 до 79 ⁰С), а на выходе увеличилась на 1 ⁰С (с 82 до 83 ⁰С). Кроме этого, при снижении скорости с 16,6 км/ч до 3,7 км/ч и ниже наблюдается наиболее опасный для двигателя режим - очень длительный переходной процесс по восстановлению температуры воды на входе и выходе (увеличение температуры на выходе на 0,1 ⁰С, примерно за 25-30 секунд) (рисунок 3).

Рисунок 3. Изменение температуры на входе (зеленый) и на выходе (красный) из двигателя при уменьшении скорости с 16,6 км/ч до 3,7 км/ч

Данную проблему можно решить с помощью системы управления электродвигателем насоса с использованием преобразователя частоты [1, с. 85], в которой управляющим воздействием будет разность сигналов с двух датчиков температуры (управляемый вентиль должен быть снят в данной системе, а вся вода, выходящая с главного дизеля должна проходить через охлаждающее устройство). Первый датчик будет располагаться на трубопроводе, входящем в дизельный двигатель, и передавать сигнал пропорциональный температуре воды на входе в дизельный двигатель, а второй будет установлен на трубопроводе, выходящем из дизельного двигателя, и передавать сигнал пропорциональный температуре воды на выходе из дизельного двигателя.

Сигналы с этих датчиков будут подаваться на программируемый контроллер, который будет подавать управляющий сигнал на преобразователь частоты [2, с. 151].

Изначально система запустит насос на минимально-допустимых для работы системы охлаждения оборотах и будет поддерживать их до того момента, пока разница сигналов с датчиков не будет равна семи градусам Цельсия. Затем система будет изменять скорость насоса, стремясь получить номинальные для нашей системы сигналы с датчиков (75 ⁰С с первого датчика и 82 ⁰С со второго датчика, сохраняя при этом разницу с сигналов с датчиков равную семи градусам).

Преобразователь частоты осуществляет регулировку скорости вращения электродвигателя насоса в зависимости от величины сигнала с программируемого контроллера. Так же его применение позволит избежать ситуации, представленной на рисунке 3. Исходная система не в состоянии регулировать напор воды, подаваемой для охлаждения, а с применением преобразователя частоты данная проблема будет решена.

Помимо этого, применение преобразователя частоты позволит, в определенных режимах, уменьшить мощность, потребляемую электродвигателем насоса, что приведет к дополнительному энергосбережению, что соответствует современным тенденциям в электроэнергетике.