RU2483972C1 - Method of controlling ship combined power plant - Google Patents
Method of controlling ship combined power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483972C1 RU2483972C1 RU2011140644/11A RU2011140644A RU2483972C1 RU 2483972 C1 RU2483972 C1 RU 2483972C1 RU 2011140644/11 A RU2011140644/11 A RU 2011140644/11A RU 2011140644 A RU2011140644 A RU 2011140644A RU 2483972 C1 RU2483972 C1 RU 2483972C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- propeller
- main engine
- shaft
- ship
- generator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к водному транспорту, а именно к силовым энергетическим установкам, и может быть использовано на отдельных его видах для уменьшения потребления горюче-смазочных материалов и сокращения вредных выбросов в атмосферу двигателем внутреннего сгорания.The invention relates to water transport, namely to power power plants, and can be used on its individual types to reduce the consumption of fuels and lubricants and reduce harmful emissions into the atmosphere by an internal combustion engine.
Известен способ управления комбинированной энергоустановкой (КЭУ) последовательного типа (заявка на патент RU 2007142589/11 от 20.11.2007), в котором первичный источник энергии используют в стационарном режиме и с переменной выходной мощностью с различной скоростью ее изменения и с одновременным контролем фактического значения степени заряженности используемого буферного накопителя энергии (БНЭ) в процессе работы КЭУ.A known method of controlling a combined power plant (KEU) of a sequential type (patent application RU 2007142589/11 of 11/20/2007), in which the primary energy source is used in a stationary mode and with variable output power with different rate of change and with the simultaneous control of the actual value of the degree the charge used buffer energy storage (BNE) in the process of operation KEU.
Недостатком данного способа является необходимость соответствующего воздействия на первичный источник энергии в зависимости от степени заряженности используемого БНЭ.The disadvantage of this method is the need for a corresponding effect on the primary energy source, depending on the degree of charge used BNE.
Известен способ управления судовой КЭУ [Фиясь И.П., Евграфов В.В. Обратимая валогенераторная установка с полупроводниковым преобразователем частоты. - М.: В/О, "Мортехинформреклама", сборник научных трудов, 1987, С.68-74], принятый за прототип, позволяющий производить отбор мощности от главного двигателя (ГД) посредством валогенератора (ВГ), установленного на гребной вал.A known method of controlling shipboard KEU [Fiyas I.P., Evgrafov V.V. Reversible shaft generator with a semiconductor frequency converter. - M .: V / O, "Mortekhinformreklama", collection of scientific papers, 1987, S.68-74], adopted as a prototype that allows power take-off from the main engine (DG) by means of a shaft generator (VG) mounted on the propeller shaft.
Известный способ заключается в том, что судно приводят в движение посредством ГД через разобщительную муфту и редуктор; на редуктор навешивают ВГ небольшой мощности ((10…15)% от мощности ГД). Воздействуя на рейку топливного насоса ГД, изменяют частоту вращения гребного винта и, соответственно, ВГ. Последний автоматически посредством полупроводникового преобразователя частоты (ППЧ) и его системы управления подключается к шинам судовой электростанции при частоте его вращения выше минимально допустимой. Отбор тока от ВГ производится автоматически через тот же ППЧ независимо от мощности на гребном винте.The known method consists in the fact that the vessel is set in motion by the main engine through an isolation clutch and a gearbox; VG of small power ((10 ... 15)% of the power of the main engine) is hung on the gearbox. Acting on the rail of the fuel pump of the main engine, the rotational speed of the propeller and, accordingly, the VG are changed. The latter is automatically connected via the semiconductor frequency converter (PPC) and its control system to the tires of the ship's power plant at a speed above its minimum permissible speed. The selection of current from the SH is performed automatically through the same frequency converter, regardless of the power on the propeller.
При возникновении перегрузки ГД автоматически производят временное отключение второстепенных судовых потребителей электроэнергии. В том случае, если требуется получить наибольшую скорость судна, то ВГ посредством ППЧ и его системы управления переводят в двигательный режим, к которому подают питание от вспомогательных тепловых генераторных агрегатов, которые экстренно запускают. Таким путем обеспечивают одновременную работу двух двигателей - теплового (ГД) и электрического (ВГ) - на гребной винт через редуктор.In the event of an overload of the main diesel engine, a temporary shutdown of secondary shipboard electric consumers is automatically performed. In that case, if it is required to obtain the highest speed of the vessel, then the SH through the PCB and its control system are transferred to the motor mode, which is supplied with power from auxiliary thermal generator units, which are urgently launched. In this way, they provide simultaneous operation of two engines - thermal (HD) and electric (VG) - to the propeller through the gearbox.
В том случае, если ГД выйдет из строя, то его отсоединяют от редуктора посредством разобщительной муфты. Движение судна в этом случае обеспечивают только за счет ВГ, работающего в двигательном режиме.In the event that the main engine fails, then it is disconnected from the gearbox by means of an uncoupling clutch. The movement of the vessel in this case is provided only due to the VG operating in the motor mode.
Известный способ обладает рядом эксплуатационных, экономических и экологических недостатков. Во-первых, для изменения скорости судна требуется регулировать частоту вращения ГД, что сопряжено с его переходными режимами работы. Во-вторых, при движении судна с различными промежуточными скоростями невозможно обеспечить номинальный режим работы ГД. В таких случаях последний работает с пониженным коэффициентом полезного действия (КПД), повышенным удельным расходом топлива, т.е. снижается экономичность, доля вредных веществ в выхлопных газах увеличивается многократно, т.е. ухудшается экологичность. С такими же показателями работает ГД и в переходных режимах. В-третьих, отбор тока от ВГ возможен в том случае, когда частота вращения ГД по известному способу будет выше нижней эксплуатационной. Расчет магнитной цепи и системы возбуждения такого ВГ, исходя из полной нагрузки валогенераторной установки (ВГУ) при низшей эксплуатационной скорости вращения гребного вала, ведет к недоиспользованию ВГ по мощности при номинальной скорости и, как следствие, - к неоправданному конструктивно завышению установленной мощности, габаритов и стоимости ВГУ. В-четвертых, для работы ВГ в двигательном режиме используют вспомогательные тепловые двигатели (дизель-генераторы), работающие на более дорогом (светлом сорте) топливе. Эксплуатация ВГ в режиме двигателя является достаточно неэкономичной.The known method has a number of operational, economic and environmental disadvantages. Firstly, to change the speed of the vessel, it is necessary to adjust the speed of the main engine, which is associated with its transient modes of operation. Secondly, when the vessel is moving at different intermediate speeds, it is impossible to ensure the nominal mode of operation of the main engine. In such cases, the latter works with a reduced coefficient of performance (COP), increased specific fuel consumption, i.e. profitability decreases, the share of harmful substances in exhaust gases increases many times, i.e. environmental friendliness worsens. With the same indicators, the DG also works in transitional modes. Thirdly, the selection of current from the SH is possible in the case when the speed of the main engine by the known method will be higher than the lower operational. The calculation of the magnetic circuit and the excitation system of such a VG, based on the full load of the shaft generator unit (VGU) at the lowest operational speed of the propeller shaft rotation, leads to underutilization of the VG in power at rated speed and, as a result, to unreasonably constructively overstated installed power, dimensions and VSU cost. Fourthly, auxiliary heat engines (diesel generators) operating on more expensive (light grade) fuel are used to operate the VG in the motor mode. VG operation in engine mode is quite uneconomical.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в устранении указанных эксплуатационных, экономических, конструктивных и экологических недостатков, в том числе: обеспечить номинальный режим работы ГД в условиях переменной нагрузки на гребном валу, т.е. номинальную частоту вращения и номинальный его крутящий момент, и как следствие, экологичность, характеризующие статический режим работы главного двигателя.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to eliminate the indicated operational, economic, structural and environmental disadvantages, including: to ensure the nominal operation of the main engine under conditions of variable load on the propeller shaft, i.e. rated speed and its rated torque, and as a result, environmental friendliness, characterizing the static mode of operation of the main engine.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления судовой комбинированной энергетической установкой, заключающемся в том, что приводят в движение судно гребным винтом посредством главного двигателя с разобщительной муфтой перед редуктором гребного вала, а также посредством и/или валогенератора, кинематически связанными через редуктор с гребным винтом судна, изменяют частоту вращения главного двигателя и/или валогенератора (работающего в двигательном режиме) соответственно путем изменения подаваемого на него от вспомогательного источника электроэнергии напряжения посредством полупроводникового преобразователя частоты и его системы управления; осуществляют генераторный режим, при работе главного двигателя, параллельной работы валогенератора со вспомогательным источником электроэнергии с отбором электроэнергии посредством полупродникового преобразователя и его системы управления в судовую сеть от валогенератора и вспомогательного источника электроэнергии при необходимости, а в случае перехода вспомогательного источника электроэнергии на автономную работу поддерживают постоянным напряжение на шинах судовой сети посредством полупроводникового преобразователя и его системы управления, в отличие от него в заявляемом способе гребной винт используют в виде гребного винта регулируемого шага, первоначальные разгон, регулирование частоты вращения гребного вала и движение судна осуществляют при разомкнутой разобщительной муфте главного двигателя путем привода гребного вала от валогенератора посредством подачи на него электроэнергии от такого вспомогательного источника электроэнергии и его полупроводникового преобразователя, которые используют в виде аккумуляторной батареи с двухсторонним полупроводниковым преобразователем и его системы управления. При этом гребной вал судна соединяют с валогенератором посредством разобщительной муфты валогенератора. С понижением напряжения на выходных шинах аккумуляторной батареи до некоторого среднего значения по сигналу датчика ее напряжения запускают посредством системы дистанционного автоматизированного управления на гребной винт регулируемого шага главный двигатель с включенной его разобщительной муфтой. С момента подключения главного двигателя к гребному винту регулируемого шага регулирование упора гребного винта производят путем изменения его шага посредством системы дистанционного автоматизированного управления, поддерживая постоянной необходимую частоту вращения главного двигателя. При этом при моменте сопротивления на гребном винте регулируемого шага меньше номинального момента, развиваемого главным двигателем, соответствующего некоторому значению α1 угла поворота лопастей винта регулируемого шага, валогенератор переводят посредством системы дистанционного автоматизированного управления в режим генератора, от которого посредством полупроводникового преобразователя частоты и его системы управления отбирают такое количество электроэнергии, которое необходимо для создания дополнительного тормозного момента на валогенераторе, равного разности между номинальным моментом главного двигателя и моментом сопротивления гребного винта регулируемого шага. Определение степени загрузки главного двигателя производят автоматически посредством системы дистанционного автоматизированного управления путем использования показаний датчиков температуры его выхлопных газов. Вырабатываемый валогенератором в данном генераторном режиме переменный ток направляют в судовую сеть и, по необходимости, выпрямляют посредством двухстороннего полупроводникового преобразователя с его системой управления и направляют на подзаряд аккумуляторной батареи. При необходимости получения скорости судна, большей той, которая соответствует углу поворота лопастей α1 винта регулируемого шага, увеличивают его шаг, валогенератор посредством системы дистанционного автоматизированного управления переводят в двигательный режим и обеспечивают частотное регулирование посредством полупроводникового преобразователя частоты данного электродвигателя, источником электроэнергии которого используют аккумуляторную батарею. При снижении напряжения последней и/или ее емкости до минимально допустимого значения ее разряд в данном режиме разряда прекращают и приступают к ее подзаряду по мере наличия избыточной мощности главного двигателя, а угол поворота лопастей винта регулируемого шага ограничивают значением α1, соответствующим мощности на гребном винте, равной номинальной мощности главного двигателя.The problem is achieved in that in the known method of controlling a ship’s combined power plant, which consists in propelling the vessel with a propeller through the main engine with an uncoupling clutch in front of the gearbox of the propeller shaft, as well as through and / or a shaft generator kinematically connected through the gearbox with the propeller of the vessel, change the speed of the main engine and / or shaft generator (operating in the propulsion mode), respectively, by changing the feed an auxiliary power source voltage via a semiconductor inverter and its control system; carry out the generator mode, when the main engine is running, the shaft generator is operated in parallel with the auxiliary source of electricity with the selection of electricity by means of a semiconductor converter and its control system to the ship network from the shaft generator and auxiliary source of electricity, if necessary, and if the auxiliary source of energy switches to autonomous operation, it is kept constant the voltage on the tires of the ship network through a semiconductor converter and its si control systems, in contrast to it, in the inventive method, the propeller is used in the form of an adjustable pitch propeller, initial acceleration, regulation of the speed of the propeller shaft and the movement of the vessel is carried out with the disconnecting clutch of the main engine open by driving the propeller shaft from the shaft generator by supplying electricity from it such an auxiliary source of electricity and its semiconductor converter, which are used in the form of a battery with two-sided semiconductor nicknames converter and its control system. In this case, the propeller shaft of the vessel is connected to the shaft generator by means of the uncoupling sleeve of the shaft generator. With a decrease in the voltage at the output tires of the battery to a certain average value according to the signal of the sensor, its voltage is used to start the main engine with its disconnect clutch on by means of a remote automated control system for an adjustable pitch propeller. From the moment the main engine is connected to an adjustable pitch propeller, the propeller stop is adjusted by changing its pitch by means of a remote automated control system, maintaining the necessary speed of the main engine constant. At the same time, when the resistance moment on the adjustable pitch propeller is less than the rated torque developed by the main engine, which corresponds to a certain value α 1 of the angle of rotation of the adjustable pitch propeller blades, the shaft generator is transferred by means of a remote automated control system to the generator mode, from which by means of a semiconductor frequency converter and its system controls take as much power as necessary to create additional braking torque and on a shaft generator, equal to the difference between the rated torque of the main motor and the torque resistance controllable pitch propeller. The degree of loading of the main engine is determined automatically by means of a remote automated control system by using the readings of temperature sensors of its exhaust gases. The alternating current generated by the shaft generator in this generator mode is sent to the ship network and, if necessary, rectified by means of a two-sided semiconductor converter with its control system and sent to recharge the battery. If it is necessary to obtain a ship’s speed greater than that corresponding to the angle of rotation of the blades α 1 of the adjustable pitch propeller, increase its pitch, the shaft generator is put into motor mode by means of a remote automated control system and frequency control is provided by a semiconductor frequency converter of this electric motor, the battery of which uses a battery the battery. When the voltage of the last and / or its capacitance is reduced to the minimum permissible value, its discharge in this discharge mode is stopped and recharged as soon as there is excess power of the main engine, and the angle of rotation of the adjustable pitch propeller blades is limited to α 1 corresponding to the power on the propeller equal to the rated power of the main engine.
Эксплуатационно оправдано, когда аккумуляторную батарею используют такой емкости и напряжения, при которых соответствующая ей зарядная мощность, определяемая из соотношенияOperationally justified when the battery is used with such capacity and voltage at which the corresponding charging power, determined from the ratio
P=U·I,P = U
гдеWhere
P - зарядная мощность аккумуляторной батареи, Вт;P - charging power of the battery, W;
U - среднее зарядное напряжение. В;U is the average charging voltage. AT;
I - зарядный ток, А, определяемый из соотношения:I is the charging current, A, determined from the ratio:
I=K·C,I = K · C,
гдеWhere
K=0.1…0.3 - коэффициент, зависящий от типа используемой аккумуляторной батареи, 1/ч;K = 0.1 ... 0.3 - coefficient, depending on the type of battery used, 1 / h;
C - емкость аккумуляторной батареи, А·ч,C is the battery capacity, Ah
соизмерима с номинальной мощностью главного двигателя.commensurate with the rated power of the main engine.
Предложенный способ в совокупности его отличительных и ограничительных признаков устраняет вышеперечисленные недостатки за счет одновременного воздействия при установившемся номинальном режиме главного двигателя (ГД) на механизм изменения шага винта и полупроводникового преобразователя частоты (ППЧ), который переводит валогенератор (валомашину), в зависимости от мощности на гребном винте, либо в двигательный режим, либо в генераторный. Аккумуляторная батарея (АБ) при этом служит буферным источником электроэнергии для обратимой синхронной электрической валомашины, являясь либо ее потребителем, либо источником. Это обеспечивает статический номинальный режим работы главного двигателя. Появляется возможность длительной работы на малых ходах без причинения вреда ГД. Предложенный способ управления судовой КЭУ обеспечивает номинальный крутящий момент ГД и номинальную частоту его вращения при любой нагрузке на гребном валу и, в частности, при малых ходах судна, когда дополнительный тормозной момент (генераторный режим) создается ВГ. Упор винта регулируется углом поворота лопастей ВРШ при номинальной частоте вращения ГД.The proposed method, together with its distinctive and restrictive features, eliminates the above disadvantages due to the simultaneous impact of the main engine (DG) on the mechanism of changing the pitch of the screw and the semiconductor frequency converter (PCH), which transfers the shaft generator (shaft machine), depending on the power, to propeller, either in motor mode or in generator. The battery (AB) in this case serves as a buffer source of electricity for a reversible synchronous electric shaft machine, being either its consumer or source. This provides a static rated mode of operation of the main engine. There is the possibility of long-term work at low speeds without causing harm to the main engine. The proposed method for controlling shipboard KEU provides the nominal torque of the main engine and the nominal frequency of its rotation at any load on the propeller shaft, and, in particular, at low turns of the vessel, when additional braking torque (generator mode) is created by the SH. The stop of the screw is regulated by the angle of rotation of the VRSh blades at the nominal speed of the main engine.
Заявленный способ с реализующей его системой может быть использован на судах внутрипортового и прибрежного плавания, работающих с частыми маневренными режимами. Большие капитальные вложения в постройку предложенной комбинированной энергетической установки (КЭУ), по сравнению с обычной дизельной, являются окупаемыми вследствие того, что судно с подобной силовой схемой имеет более низкие эксплуатационные расходы. Это достигается, в первую очередь, благодаря тому, что меньший (практически вдвое) по мощности дизельный двигатель работает в номинальном режиме.The claimed method with a system that implements it can be used on ships of in-port and coastal vessels operating with frequent maneuvering modes. Large capital investments in the construction of the proposed combined power plant (KEU), compared with a conventional diesel, are recouped due to the fact that a vessel with a similar power circuit has lower operating costs. This is achieved, first of all, due to the fact that a smaller (almost twice) power diesel engine operates in nominal mode.
Помимо обеспечения поставленной технической задачи, предложенная КЭУ дополнительно позволяет получить следующие эффекты:In addition to ensuring the technical task, the proposed KEU additionally allows you to get the following effects:
- ГД имеет наибольший эксплуатационный ресурс. Известно, что срок службы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) зависит от режима его эксплуатации. Переходные процессы, такие как запуск двигателя, изменение момента нагрузки, быстрый останов, а также работа ДВС в частичных режимах сокращают расчетный срок службы. Считается, что каждый запуск ДВС сокращает его на 30 часов. Предложенный способ управления судовой КЭУ позволяет сократить количество переходных процессов ГД и обеспечить его работу с номинальными параметрами;- DG has the largest operational resource. It is known that the life of an internal combustion engine (ICE) depends on the mode of operation. Transient processes, such as starting the engine, changing the load moment, fast stopping, as well as the operation of the internal combustion engine in partial modes reduce the estimated service life. It is believed that each start of the internal combustion engine reduces it by 30 hours. The proposed method of controlling shipboard KEU allows to reduce the number of transient processes of the main engine and ensure its operation with nominal parameters;
- благодаря тому что валомашина (вентильный двигатель) обладает абсолютно жесткой механической характеристикой и большой перегрузочной способностью по моменту, повышается степень защиты ГД от возникновения перегрузки;- due to the fact that the shaft machine (valve motor) has an absolutely rigid mechanical characteristic and a large overload capacity in time, the degree of protection of the main engine against overloading is increased;
- имеет достаточно большой диапазон "D" регулирования скорости судна (D>10). При заявляемом способе регулирования скорости судна за счет поворота лопастей винта регулируемого шага (ВРШ) D и число скоростей (n) зависят от числа возможных перекладок лопастей ВРШ. При работе на гребной винт в режиме только электрической машины "n" и "D" зависят от характеристик используемого ППЧ. Существующие современные частотные преобразователи, как известно, по своим возможностям перекрывают требуемые для любого судна "n" и "D" с достаточно большим запасом;- has a sufficiently large range "D" of regulation of the speed of the vessel (D> 10). When the inventive method of controlling the speed of the vessel due to the rotation of the rotor blades of an adjustable pitch (VRS) D and the number of speeds (n) depend on the number of possible shifts of the VSR blades. When operating on a propeller in the electric machine only mode, “n” and “D” depend on the characteristics of the frequency converter used. The existing modern frequency converters, as you know, in their capabilities overlap the "n" and "D" required for any vessel with a sufficiently large margin;
- возможность (за счет особенностей тяговой АБ и электродвигателя) кратковременной форсировки мощности на гребном валу. Как известно, кратность момента перегрузки (КМ) обратимой синхронной электрической машины достигает 2…2,5. Заявляемая АБ допускает по своим формулярным энергетическим параметрам кратковременное увеличение разрядного тока более этого значения. Кратковременная форсировка мощности обратимой синхронной электрической машины ограничивается КМ и максимально допустимым током ППЧ;- the possibility (due to the features of the traction AB and electric motor) of short-term boosting power on the propeller shaft. As you know, the multiplicity of the moment of overload (K M ) reversible synchronous electric machine reaches 2 ... 2.5. The inventive AB allows for its formal energy parameters short-term increase in discharge current more than this value. Short-term boosting of power of a reversible synchronous electric machine is limited to K M and the maximum permissible current of the inverter;
- простота реверса. Изменение направления движения судна возможно как за счет ВРШ, так за счет электродвигателя, которое производится изменением порядка чередования фаз при одиночной его работе;- simplicity of a reverse. A change in the direction of movement of the vessel is possible both due to the SRS, as well as due to the electric motor, which is produced by changing the phase sequence during its single operation;
- высокое быстродействие в переходных режимах. Постоянная времени силовой электрической части схемы - ППЧ, АБ и валомашины более чем на порядок меньше постоянной времени механической части - ВРШ и ГД. Благодаря этому резко снижается возможность перегрузки дизельного двигателя в переходных режимах, что сохраняет его ресурс.- high performance in transient modes. The time constant of the power electrical part of the circuit — PCH, AB, and shaft machine is more than an order of magnitude less than the time constant of the mechanical part — VRS and DG. Due to this, the possibility of overloading a diesel engine in transient conditions is sharply reduced, which saves its resource.
При этом при распределении мощности между валомашиной и ГД, равном 1:1, при одиночной работе на гребной винт регулируемого шага одного из двигателей максимальная скорость судна составит 0,794 от номинальной. Т.е. при преждевременной разрядке тяговой АБ снижение скорости хода судна будет равно ≈20%.In this case, when the power distribution between the shaft machine and the main engine is 1: 1, during single operation on a variable-pitch propeller of one of the engines, the maximum speed of the vessel will be 0.794 of the nominal. Those. if the traction battery is prematurely discharged, the ship’s speed reduction will be ≈20%.
Заявляемый способ управления судовой КЭУ иллюстрируется на фиг.1, 2, 3.The inventive method of controlling a ship KEU is illustrated in figures 1, 2, 3.
На фиг.1 изображена структурная схема судовой КЭУ.Figure 1 shows the structural diagram of the ship KEU.
На фиг.2 представлен принцип управления ВРШ в функции мощности на гребном винте.Figure 2 presents the principle of control VRS in the function of power on the propeller.
На фиг.3 изображены графики зависимости мощности на винте PВ и мощности валомашины PВМ от времени.Figure 3 shows graphs of the dependence of the power on the screw P In and the power of the shaft machine P VM from time to time.
Заявляемый способ поясняется на примере небольших судов прибрежного, внутрипортового плавания, а также речных судов, работающих с частыми маневренными режимами и мощностью на гребном винте до 100…250 кВт, таких как "Паллада-С", "КС-110-32" и им подобных.The inventive method is illustrated by the example of small vessels of coastal, intra-port navigation, as well as river vessels operating with frequent maneuvering modes and propeller power up to 100 ... 250 kW, such as Pallada-S, KS-110-32 and them like that.
Заявленный способ управления судовой КЭУ реализуется посредством блок-схемы, изображенной на фиг.1. Данная схема содержит: 1 - аккумуляторную батарею (АБ); 2 - полупроводниковый преобразователь частоты (ППЧ); 3 - главный двигатель (ГД); 4 - валогенератор - обратимую синхронную машину (ОСМ); 5, 6 - разобщительные муфты соответственно ГД и ОСМ; 7 - суммирующий редуктор; 8 - винт регулируемого шага (ВРШ).The claimed method of controlling a ship KEU is implemented by means of the flowchart shown in figure 1. This circuit contains: 1 - rechargeable battery (AB); 2 - semiconductor frequency converter (PCH); 3 - main engine (DG); 4 - shaft generator - reversible synchronous machine (OSM); 5, 6 - uncoupling couplings, respectively, the main engine and OSM; 7 - summing gear; 8 - adjustable pitch screw (VRS).
Рабочим органом системы является винт регулируемого шага ВРШ. Передачу вращающего момента к винту осуществляют через суммирующий редуктор 7 и муфты 5 и/или 6. В качестве главного двигателя 3, например, используют двигатель внутреннего сгорания (дизель). В качестве валогенератора 4 - обратимую синхронную машину (ОСМ). Полупроводниковый преобразователь частоты (ППЧ) 2 является двухсторонним и управляется системой управления (не показано).The working body of the system is an adjustable pitch screw VRS. The transmission of torque to the screw is carried out through a summing reducer 7 and clutch 5 and / or 6. As the
Аккумуляторную батарею используют такой емкости и напряжения, при которых соответствующая ей зарядная мощность, определяемая из соотношенияThe battery is used such capacity and voltage at which the corresponding charging power, determined from the ratio
P=U·I,P = U
гдеWhere
P - зарядная мощность аккумуляторной батареи, Вт;P - charging power of the battery, W;
U - среднее зарядное напряжение, В;U is the average charging voltage, V;
I - зарядный ток, А, определяемый из соотношения:I is the charging current, A, determined from the ratio:
I=K·C,I = K · C,
гдеWhere
K=0.1…0.3 - коэффициент, зависящий от типа используемой аккумуляторной батареи, 1/ч;K = 0.1 ... 0.3 - coefficient, depending on the type of battery used, 1 / h;
C - емкость аккумуляторной батареи, А·ч,C is the battery capacity, Ah
соизмерима с номинальной мощностью главного двигателя.commensurate with the rated power of the main engine.
Способ управления судовой КЭУ осуществляют следующим образом. Судно (не показано) приводят в движение путем подачи от АБ 1 напряжения на ОСМ 4, работающую в двигательном режиме, разобщительную муфту 5 ГД при этом размыкают, а 6 ОСМ замыкают. Разгон, движение судна, регулирование частоты вращения гребного вала производят посредством ППЧ 2 с его системой управления до тех пор, пока напряжение АБ не уменьшится до некоторого среднего значения. Как только это произойдет, датчик напряжения (ДН) АБ подаст сигнал на систему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) (на схеме не показаны) ГД на его запуск с предварительным подключением его к редуктору 7, приведя разобщительную муфту 5 ГД в замкнутое состояние. С момента соединения ГД с гребным винтом регулируемого шага 8 регулирование его упора производят путем изменения шага ВРШ при постоянной частоте вращения главного двигателя.The control method of ship KEU as follows. A vessel (not shown) is set in motion by supplying voltage from the
Необходимое поддержание момента сопротивления на валу ГД постоянным и равным номинальному при управлении КЭУ производят следующим образом. При моменте сопротивления на гребном винте, меньшем номинального момента главного двигателя, ОСМ посредством системы ДАУ переводят в режим генератора, от которого отбирают посредством ППЧ и его системы управления такое количество электроэнергии, которое необходимо для создания дополнительного тормозного момента, равного разности между номинальным моментом ГД и моментом сопротивления гребного винта. Определение степени загрузки ГД системой ДАУ производится автоматически по показаниям датчиков температуры (ДТ) (не показаны) его выхлопных газов. Вырабатываемый ОСМ в генераторном режиме переменный ток выпрямляется посредством двухстороннего ППЧ с его системой управления и идет в судовую сеть и/или на заряд АБ. Т.о., при малых углах ВРШ, а именно меньших α1 (фиг.2), ОСМ работает в генераторном режиме, а управление энергоустановкой заключается в одновременном согласованном воздействии на шаг гребного винта и на ППЧ. Углом α1 на фиг.2 обозначен угол поворота лопастей ВРШ, соответствующий номинальной нагрузке ГД (P1), углом α2 - максимальный угол ВРШ, соответствующий максимальному его упору; PВМ - мощность валомашины - ОСМ.The necessary maintenance of the moment of resistance on the shaft of the main engine constant and equal to the nominal when controlling the KEU is as follows. When the moment of resistance on the propeller is less than the nominal moment of the main engine, the OSM is transferred to the generator mode by means of the DAU system, from which such an amount of electric power is taken out by means of the frequency converter and its control system that is necessary to create an additional braking torque equal to the difference between the nominal torque of the main engine and propeller resistance moment. Determining the degree of loading of the main engine by the DAU system is carried out automatically according to the readings of temperature sensors (DT) (not shown) of its exhaust gases. The alternating current generated by the OSM in the generator mode is rectified by means of a double-sided frequency converter with its control system and goes to the ship's network and / or to charge the battery. Thus, at small angles of VRS, namely, less than α 1 (Fig. 2), the OSM operates in the generator mode, and the power plant control consists in simultaneously coordinated action on the propeller pitch and on the frequency converter. The angle α 1 in figure 2 indicates the angle of rotation of the blades VRS, corresponding to the nominal load of the main engine (P 1 ), the angle α 2 - the maximum angle VRS, corresponding to its maximum emphasis; P VM - power shafts - OSM.
Для получения скорости судна больше той, которая соответствует углу ВРШ α1, ОСМ 4 посредством системы ДАУ переводят в двигательный режим, ее разобщительную муфту 6 включают. ППЧ с его системой управления обеспечивает частотное регулирование данного электродвигателя, источником электроэнергии которого служит АБ. Т.о., увеличивая крутящий момент ОСМ и одновременно соответствующим образом шаг гребного винта, обеспечивают рост скорости судна.To obtain the speed of the vessel greater than that which corresponds to the angle VRS α 1 , OSM 4 by means of the DAU system is put into motor mode, its uncoupling clutch 6 is turned on. The frequency converter with its control system provides frequency regulation of this electric motor, the source of electricity of which is AB. Thus, by increasing the torque of the OSM and simultaneously correspondingly the pitch of the propeller, provide an increase in the speed of the vessel.
Вышеизложенное поясняется фиг.3. Мощность на гребном валу изменяется произвольным образом в зависимости от навигационной обстановки. Вследствие того, что постоянная времени электрической части схемы более чем на порядок меньше постоянной времени механической ее части, кривая мощности валомашины практически повторяет кривую мощности гребного винта, отличаясь от нее на величину, равную номинальной мощности ГД.The foregoing is illustrated in FIG. The power on the propeller shaft varies arbitrarily depending on the navigation situation. Due to the fact that the time constant of the electrical part of the circuit is more than an order of magnitude smaller than the time constant of its mechanical part, the power curve of the shaft machine practically repeats the power curve of the propeller, differing from it by an amount equal to the nominal power of the main engine.
При снижении напряжения АБ и/или ее емкости до минимально допустимого значения ее разряд в данном режиме разряда прекращают до тех пор, пока ее напряжение не увеличат посредством подзаряда до среднего значения по мере наличия избыточной мощности ГД. Угол поворота лопастей ВРШ при этом ограничивают углом α1, соответствующим мощности на винте, равной номинальной мощности ГД.When the voltage of the battery and / or its capacity is reduced to the minimum acceptable value, its discharge in this discharge mode is stopped until its voltage is increased by recharging to an average value when there is excess power of the main engine. The angle of rotation of the blades VRS at the same time limit the angle α 1 corresponding to the power on the screw, equal to the nominal power of the main engine.
Эксплуатация АБ поясняется на примере кислотных акумуляторов, не является предметом притязаний - сопряжена с газовыделениями водорода из электролита АБ, концентрация которого в воздухе около 3% представляет взрывоопасную смесь. В связи с этим при разрядке при достижении содержания водорода в аккумуляторном трюме (не показано) величины 2.5% включают на вентилирование систему принудительной вытяжной вентиляции (не показана) АБ посредством системы ДАУ по сигналу датчика газоанализатора (не показано).AB operation is illustrated by the example of acid accumulators; it is not a subject of claims - it is associated with the gas evolution of hydrogen from an AB electrolyte, whose concentration in air of about 3% represents an explosive mixture. In this regard, when discharging, when the hydrogen content in the battery hold (not shown) is reached, the values of 2.5% turn on the ventilation system of forced exhaust ventilation (not shown) of the AB through the DAU system according to the signal of the gas analyzer sensor (not shown).
На период зарядки АБ систему вытяжной вентиляции включают на постоянную работу и выключают с ее окончанием по истечении установленного периода в зависимости от температуры электролита.For the battery charging period, the exhaust ventilation system is switched on for permanent operation and turned off with its end after a set period has elapsed, depending on the electrolyte temperature.
Зарядку АБ производят обычно в ночной период при стоянке судна у причала с подачей электроэнергии от береговой сети (не показано), что позволит экономить ресурс ГД судна.The batteries are usually charged at night when the vessel is parked at the berth with electricity supplied from the coastal network (not shown), which will save the ship’s main engine resource.
Обычно рабочий режим традиционных пассажирских катеров имеет вид: разгон судна, движение с постоянной скоростью в течение 7-50 мин, движение по инерции и со скоростью менее номинальной, торможение, стоянка 7-15 мин. В течение рабочего дня главному двигателю приходится работать во всех эксплуатационных режимах работы - номинальном, долевом (частичном), режиме холостого хода, переходя с одного на другой несколько раз. Такой непостоянный график работы главного двигателя уменьшает его эксплуатационный ресурс. Неизбежная здесь работа ДВС в холостом режиме и в долевых является неэкономичной и характеризуется увеличенным удельным расходом топлива, большими вредными выбросами в атмосферу. Заявляемый способ управления судовой КЭУ обеспечивает стационарный режим работы ГД при любой скорости судна, что весьма существенно.Typically, the operating mode of traditional passenger boats is: acceleration of the vessel, movement at a constant speed for 7-50 minutes, inertia and speed less than nominal, braking, parking 7-15 minutes. During the working day, the main engine has to work in all operational modes of operation - nominal, fractional (partial), idle mode, switching from one to another several times. Such an unstable schedule of operation of the main engine reduces its operational resource. The inevitable operation of ICE here in idle and in shared mode is uneconomical and is characterized by increased specific fuel consumption, large harmful emissions into the atmosphere. The inventive method of controlling a ship KEU provides a stationary mode of operation of the main engine at any speed of the vessel, which is very significant.
Таким путем заявленный способ управления судовой комбинированной энергетической установкой предлагаемого типа может быть использован для судов с мощностью на гребном валу до (100…250) кВт, работающих с частыми маневренными режимами. Достигается технический результат - повышение эффективности использования главного двигателя, уменьшение потребления горюче-смазочных материалов, сокращение вредных выбросов в атмосферу. Применение такой комбинированной схемы с использованием дополнительного источника энергии в виде аккумуляторной батареи позволит в достаточной степени уменьшить мощность теплового двигателя, одновременно обеспечив стационарную работу последнего с номинальными параметрами. Это, в свою очередь, позволяет сократить эксплуатационные расходы и повысить качество и комфортность обслуживающего персонала и пассажиров.In this way, the claimed method of controlling a ship’s combined power plant of the proposed type can be used for ships with a propeller shaft power of up to (100 ... 250) kW, operating with frequent maneuvering modes. A technical result is achieved - increasing the efficiency of using the main engine, reducing the consumption of fuels and lubricants, reducing harmful emissions into the atmosphere. The use of such a combined circuit using an additional energy source in the form of a rechargeable battery will sufficiently reduce the power of the heat engine, while simultaneously ensuring the stationary operation of the latter with nominal parameters. This, in turn, allows to reduce operating costs and increase the quality and comfort of staff and passengers.
Claims (2)
P=U·I,
где Р - зарядная мощность аккумуляторной батареи, Вт;
U - среднее зарядное напряжение, В;
I - зарядный ток, А, определяемый из соотношения: I=К·С, где К=0,1…0,3 - коэффициент, зависящий от типа используемой аккумуляторной батареи, 1/ч;
С - емкость аккумуляторной батареи, А·ч,
соизмерима с номинальной мощностью главного двигателя. 2. The method of controlling a ship’s combined power plant according to claim 1, characterized in that the storage battery is used with such capacity and voltage at which the corresponding charging power, determined from the ratio
P = U
where P is the charging power of the battery, W;
U is the average charging voltage, V;
I is the charging current, A, determined from the ratio: I = K · C, where K = 0.1 ... 0.3 is a coefficient depending on the type of battery used, 1 / h;
C is the battery capacity, Ah
commensurate with the rated power of the main engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011140644/11A RU2483972C1 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Method of controlling ship combined power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011140644/11A RU2483972C1 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Method of controlling ship combined power plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011140644A RU2011140644A (en) | 2013-04-20 |
| RU2483972C1 true RU2483972C1 (en) | 2013-06-10 |
Family
ID=48785549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011140644/11A RU2483972C1 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Method of controlling ship combined power plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2483972C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655569C1 (en) * | 2017-09-08 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Combined vessel power installation |
| RU2716514C1 (en) * | 2019-04-25 | 2020-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Planing vessel acceleration method |
| RU2784445C1 (en) * | 2022-05-24 | 2022-11-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Method for improving the efficiency of a ship power plant |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2038263C1 (en) * | 1992-07-07 | 1995-06-27 | Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова | Ship's electric generating plant |
| RU2392180C1 (en) * | 2009-01-11 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") | Electric propulsion system (versions) |
| US20110237141A1 (en) * | 2008-08-29 | 2011-09-29 | Nt Consulting International Pty Limited | Hybrid marine drivetrain |
-
2011
- 2011-10-06 RU RU2011140644/11A patent/RU2483972C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2038263C1 (en) * | 1992-07-07 | 1995-06-27 | Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова | Ship's electric generating plant |
| US20110237141A1 (en) * | 2008-08-29 | 2011-09-29 | Nt Consulting International Pty Limited | Hybrid marine drivetrain |
| RU2392180C1 (en) * | 2009-01-11 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") | Electric propulsion system (versions) |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Фиясь И.П., Евграфов В.В. Обратимая валогенераторная установка с полупроводниковым преобразователем частоты. - М.: В/О, "Мортехинформреклама", сборник научных трудов, 1987, с.68-74. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655569C1 (en) * | 2017-09-08 | 2018-05-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Combined vessel power installation |
| RU2716514C1 (en) * | 2019-04-25 | 2020-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Planing vessel acceleration method |
| RU2784445C1 (en) * | 2022-05-24 | 2022-11-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Method for improving the efficiency of a ship power plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011140644A (en) | 2013-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10822067B2 (en) | Power system of ship | |
| CN102358412B (en) | Multi-energy-source hybrid ship electric propulsion system and implementation method thereof | |
| US10974802B2 (en) | Vessel energy management system | |
| US9096295B2 (en) | Hybrid power and propulsion system | |
| CN202156534U (en) | Multi-power-resource hybrid-power ship power propulsion system | |
| US20090284228A1 (en) | System and method for providing hybrid energy on a marine vessel | |
| US20120028515A1 (en) | Hybrid drive system for a ship | |
| JP2000509346A (en) | Ship propulsion method and device | |
| JP2011506180A (en) | Hybrid propulsion system | |
| CN101767645A (en) | Novel electric propulsion system | |
| JP2011025799A (en) | Power feeding system and electric propulsion ship | |
| CN110001906B (en) | Ship full-electric propulsion multi-power-supply composite utilization system and power supply method | |
| US10450044B2 (en) | Electrical power distribution system, method for powering a corresponding task, propulsion system and method for a ship | |
| JP2015003658A (en) | Hybrid propulsion system and hybrid propulsion vessel equipped with the same | |
| GB2417378A (en) | Battery charger and power supply control means | |
| KR20140009631A (en) | Wind, solar and diesel hybrid generation device using the hybridship | |
| CN109367750A (en) | Shaft generator control system and ship hybrid power system | |
| US7803024B2 (en) | Fuel efficient power system for electric boat | |
| RU2483972C1 (en) | Method of controlling ship combined power plant | |
| CN103482049A (en) | Marine propulsion system with large turbocharged two-stroke reciprocating piston engine with waste heat recovery and method for operating the marine propulsion system | |
| CN201694383U (en) | Electric power propulsion system | |
| CN110182348A (en) | A kind of hybrid power automatic control device of miniature self-service ship | |
| CN112572744A (en) | Double-shaft four-engine ship hybrid power system and propulsion control method thereof | |
| CN209351576U (en) | Shaft generator control system and ship hybrid power system | |
| KR20190091881A (en) | Hybrid propulsion system for small ships using PTO of main engines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141007 |