BR102014024996A2

BR102014024996A2 - processo para operação de um motor de combustão interna acoplado com um gerador

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Publication number: BR102014024996A2
Application number: BR102014024996A
Authority: BR
Inventors: Herbert Schaumberger; Johann Hirzinger-Unterrainer; Josef Thalhauser; Michael Perktold
Original assignee: Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-09-29
Also published as: AT514577B1; JP6153914B2; EP2860377A2; AT514577A4; CN104564384A; JP2015075113A; EP2860377A3; EP2860377B1; BR102014024996B1; US20150097376A1; AU2014240261A1; US9683495B2

Abstract

processo para operação de um motor de combustão interna acoplado com um gerador. a presente invenção refere-se a um processo para operação de um motor de combustão interna (2) acoplado com um gerador (1), no caso de um defeito de rede de uma rede de abastecimento de energia (3) conectada com o gerador (1), especialmente, em uma queda de tensão de rede dinâmica, sendo que o motor de combustão interna (2) compreende um turbocarregador (4), que apresenta um condensador (5) em uma linha de alimentação de ar (6) do motor de combustão interna (2) e uma turbina de gás de escape (7), acoplada com um condensador (5) em uma linha de gás de escape (8) do motor de combustão interna (2), sendo que está prevista pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) para contornar o condensador (5) e/ou para contornar a turbina de gás de escape (7), sendo que na ou depois da detecção do defeito de rede, a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) é ativada pelo menos temporariamente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRO- CESSO PARA OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO IN- TERNA ACOPLADO COM UM GERADOR". [001] A presente invenção refere-se a um processo para opera- ção de um motor de combustão interna acoplado com um gerador, no caso de um defeito de rede de uma rede de abastecimento de energia conectada com o gerador. Particularmente, no caso de uma queda de tensão de rede, sendo que o motor de combustão interna compreende um turbocarregador, que apresenta um condensador em uma linha de alimentação de ar do motor de combustão interna e uma turbina de gás de escape acoplada com o condensador, em uma linha de gás de escape do motor de combustão interna, sendo que está prevista pelo menos uma válvula de desvio, para contornar o condensador e/ou pa- ra contornar a turbina de gás de escape. [002] Na ligação de unidades de geração de energia com um ge- rador, a ser conectado com uma rede de abastecimento de energia, devem ser observadas as regras de rede e sistema, em cada caso prevalecentes. Essas regras de rede e sistema, também designadas como "Grid Code" ou "Tranmission Code" determinam, entre outras exigências técnicas mínimas e procedimentos de unidades de geração e energia, no caso de um efeito de rede da rede de abastecimento de energia. Nesse caso, também são importantes defeitos de rede na forma de quedas de tensão, que também são conhecidos como even- tos designados, em inglês, com "low voltage ride through (LVRT). Na ocorrência de uma queda de tensão dinâmica desse tipo, é desejável que o ângulo de fase elétrica, que também é designado como ângulo de carga ou ângulo de roda polar, permaneça dentro de limites prede- terminados, pois, senão, pode ocorrer um deslizamento de polo no ge- rador e, em seguida, a uma aceleração descontrolada do motor de combustão interna acoplado com o gerador. Além disso, em uma res- tauração da rede, depois de extinto o defeito da rede, as cargas me- cânicas de gerador, motor de combustão interna e acoplamento entre motor de combustão interna e gerador, aumentam com crescente mo- dificação dos ângulos de fase. [003] Uma medida convencional par manter a modificação dos ângulos de fase em limites previamente definidos é desativar a ignição em um motor de combustão interna acoplado com o gerador. Em um motor de combustão interna com turbocarregador, no entanto, pelo desligamento da ignição, o ponto de funcionamento no campo caracte- rístico do condensador desloca-se na direção do limite de bombea- mento. Quando o limite de bombeamento é excedido ocorre uma rup- tura de corrente nas pás do condensador do turbocarregador e ocorre um chamado bombeamento de condensador, que, em seguida, pode levar a um funcionamento instável do motor de combustão interna. [004] É tarefa da invenção evitar as desvantagens descritas aci- ma e indicar um processo aperfeiçoado em relação ao estado da téc- nica para operar um motor de combustão interna acoplado com um gerador, no caso de um defeito de rede da rede de abastecimento de energia. Particularmente, levando em consideração regras de rede e sistema prevalecentes, deve ser possibilitado evitar um bombeamento de condensador, na ocorrência de um defeito de rede - particularmen- te de uma queda de tensão de rede dinâmica. [005] Essa tarefa é solucionada de acordo com a invenção pelas características da reivindicação 1. Configurações vantajosas da inven- ção estão indicadas nas reivindicações secundárias. [006] Portanto, de acordo com a invenção está previsto que na ou depois da detecção do defeito de rede, a pelo menos uma válvula de desvio é ativada pelo menos temporariamente. [007] Como válvula de desvio, pode estar prevista uma válvula de desvio de condensador, para contornar o condensador em uma li- nha de desvio de condensador, que conecta uma entrada de conden- sador com uma saída de condensador. Nesse caso, também pode es- tar previsto, por exemplo, que a montante do condensador está dis- posto um refrigerador de ar de carga, sendo que a linha de desvio do condensador conecta a entrada de condensador com uma saída do refrigerador de ar de carga. [008] Alternativamente ou adicionalmente, como válvula de des- vio também pode estar prevista uma válvula de desvio de turbina de gás de escape, para contornar a turbina de gás de escape em uma linha de desvio de gás de escape, que conecta uma entrada de turbina de gás de escape com uma saída de turbina de gás de escape. [009] No caso do motor de combustão interna, pode tratar-se de um motor a gás (por exemplo, um motor a gás estacionário), no qual é queimado um combustível (por exemplo, gás combustível), sob pre- sença de ar. No caso do gerador, pode tratar-se de um gerador de cor- rente alternada, que é acionado pelo motor de combustão interna e alimenta corrente elétrica em uma rede de abastecimento d e energia conectada com o gerador. [0010] A ocorrência de um defeito de rede pode ser detectada de maneira conhecida, por exemplo, pelo fato de que o número de rota- ções do motor de combustão interna ou do gerador aumenta por falha da rede de abastecimento de energia, para além de valor máximo pre- determinável, ou pelo fato de que uma tensão do gerador, uma fre- quência do gerador ou uma corrente de gerador do gerador é monito- rada, sendo que um defeito de rede é detectado quando, por exemplo, a tensão do gerador é suprimida e/ou a frequência do gerador sobe para além de um valor limite predeterminável e/ou a corrente de gera- dor sobe para além de um valor limite predeterminável. [0011] Pela ativação pelo menos temporária de uma válvula de desvio (portanto, por exemplo, da válvula de desvio do condensador e/ou válvula de desvio do gás de escape), no caso de um defeito da rede e um desligamento da ignição, eventualmente conectado com o mesmo, pode ser evitado o bombeamento do condensador e, assim, o motor de combustão interna acoplado com o gerador, pode ser estabi- lizado de modo correspondente. [0012] De acordo com uma modalidade particularmente preferida, pode estar previsto que a pelo menos uma válvula de desvio, antes da detecção do defeito de rede apresenta uma primeira posição, sendo que na ou depois da detecção do defeito de rede, a pelo menos uma válvula de desvio é ajustada para uma posição de ativação, que difere da primeira posição. [0013] De preferência, nesse caso, pode estar previsto que a pelo menos uma válvula de desvio (por exemplo, válvula de desvio de con- densador) é aberta para uma posição de ativação mais aberta em re- lação à primeira posição. [0014] De acordo com uma modalidade particularmente preferida, pode estar previsto que a pelo menos uma válvula de desvio é mantida durante um tempo de ativação predeterminável na posição de ativa- ção. [0015] De preferência, pode estar previsto que a pelo menos uma válvula de desvio depois do tempo de ativação predeterminável é no- vamente ajustada, substancialmente, para a primeira posição, portanto para a posição tal como antes da queda de tensão de rede. Em princí- pio, porém, também é possível que a pelo menos uma válvula de des- vio depois do tempo de ativação predeterminável seja substancialmen- te fechada completamente. [0016] Mostrou-se como particularmente vantajoso quando a pelo menos uma válvula de desvio, depois do tempo de ativação predeter- minável, e fechada para uma segunda posição mais fechada em rela- ção à primeira posição e é mantida na segunda posição durante um tempo predeterminável, sendo que, de preferência, a pelo menos uma válvula de desvio, depois do tempo predeterminável, é novamente a- berta, substancialmente, para a primeira posição. Pelo fechamento a- dicional da válvula de desvio até segunda posição, mais fechada em relação à primeira posição, pode ser obtido que a potência de motor do motor de combustão interna atinja de novo, mais rapidamente, seu valor inicial, tal como antes do defeito de rede. [0017] Particularmente, no caso de fortes quedas de tensão de rede, pode estar previsto que na ou depois da detecção do defeito de rede, uma ignição no motor de combustão interna é desativada. Nesse caso, para ignição no motor de combustão interna pode estar previsto pelo menos um dispositivo de ignição, sendo que, para desativação da ignição no motor de combustão interna, o pelo menos um dispositivo de ignição é desativado. Também pode estar previsto que para desati- vação da ignição no motor de combustão interna, a alimentação de combustível é impedida. No caso do dispositivo de ignição, pode tra- tar-se de uma vela de ignição de eletrodo ou uma vela de ignição de laser. Para a alimentação de combustível pode estar previsto pelo me- nos um dispositivo de dosagem de combustível, por exemplo, na forma de uma válvula de port-injection. [0018] Pela ativação da pelo menos uma válvula de desvio e a de- sativação da ignição no motor de combustão interna, pode ser obtido um período prolongado com ignição desativada, sem que ocorra um bombeamento de condensador. [0019] De preferência, pode estar previsto que a ignição no motor de combustão interna, depois da extinção do defeito de rede, é nova- mente ativada. Nesse caso, pode estar previsto que a ignição no motor de combustão interna é novamente ativada quando um número de ro- tações do motor de combustão interna ou do gerador atinge um valor de número de rotações predeterminável e/ou uma modificação de ân- gulos de fase do gerador atinge um valor predeterminável. [0020] Uma variante de modalidade especial prevê que a pelo me- nos uma válvula de desvio, antes da detecção do defeito de rede, a- presenta uma primeira posição, sendo que na ou depois da detecção do defeito de rede, a pelo menos uma válvula de desvio é ajustada pa- ra uma posição de ativação diferente da primeira posição, sendo que a pelo menos uma válvula de desvio, depois da extinção do defeito de rede, é ajustada para uma posição diferente da posição de ativação. [0021] Normalmente, a ignição no motor de combustão interna só é ligado de novo, quando a queda de tensão de rede dinâmica tiver passado. O momento, no qual a ignição é novamente ligada, pode, nesse caso, ser determinado do número de rotações do motor de combustão interna ou do gerador e/ou do valor da modificação de ân- gulos de fase. Particularmente pela restauração da válvula de desvio para sua posição inicial, tal como antes do defeito de rede - portanto, para sua primeira posição - pode ser obtido que o motor de combus- tão interna continue a funcionar novamente de modo estável, com a mesma potência como antes do defeito de rede. [0022] Em princípio, também aqui pode estar previsto que a pelo menos uma válvula de desvio, depois da extinção do defeito de rede, é fechada até uma segunda posição mais fechada em relação à primeira posição e durante um tempo predeterminável é mantida na segunda posição, sendo que, de preferência, a pelo menos uma válvula de des- vio, depois do tempo predeterminável, é substancialmente aberta de novo, até a primeira posição. [0023] De acordo com uma modalidade particularmente preferida, pode esgar previsto que depois da extinção do defeito de rede, a ati- vação da ignição e o ajuste da pelo menos uma válvula de desvio para uma posição diferente da posição de ativação, ocorrem, substancial- mente no mesmo momento. Com isso, a religação da ignição pode re- presentar o evento disparador para ativar a válvula de desvio. [0024] Também pode estar previsto que depois da extinção do de- feito de rede, o ajuste da pelo menos uma válvula de desvio para uma posição diferente da posição de ativação, ocorre depois da ativação da ignição, de preferência, após um segundo tempo predeterminável, de- pois da ativação da ignição. [0025] Expresso em outras palavras, no funcionamento normal de um motor de combustão interna existem reservas de regras para cima e para baixo, isto é, para potência mais alta e para potência menor. De acordo com um exemplo de modalidade preferido da presente inven- ção, as reservas de regras para cima são utilizadas pelo fato de que, depois da extinção do defeito de rede, pelo menos uma das válvulas de desvio é fechada adicionalmente (é levada para uma posição mais fechada do que antes do defeito de rede) e, dessa maneira, rapida- mente é formada pressão de carga. Dessa maneira, o motor de com- bustão interna chega rapidamente de novo à carga nominal/número de rotações nominal, depois de um defeito de rede. [0026] Outros detalhes e vantagens da presente invenção são ex- plicadas por meio da descrição de figuras a seguir. Nesse caso, mos- tra ou mostram: [0027] Fig. 1 um diagrama esquemático de um gerador conec- tado com uma rede de abastecimento de energia, que pode ser acio- nado por um motor de combustão interna, [0028] Fig.2 o traçado de tempo da posição de válvula de uma vál- vula de desvio de acordo com um exemplo de modalidade do processo proposto, e [0029] Fig. 3 o traçado de tempo de uma posição de válvula de uma válvula de desvio, bem como o traçado de tempo de uma ignição do motor de combustão interna de acordo com um outro exemplo de modalidade do processo proposto. [0030] A Fig. 1 mostra em um diagrama esquemático um gerador 1 elétrico, que está conectado com uma rede de abastecimento de e- nergia 3. No caso do gerador 1 elétrico pode tratar-se de um gerador de corrente alternada, que está ligado a uma rede de abastecimento de energia 3 trifásica. O gerador 1 está acoplado com um motor de combustão interna 2, que nesse exemplo está formado como motor a gás estacionário. Pelo motor de combustão interna 2 o gerador 1 pode ser acionado, para produzir corrente elétrica, que é alimentada à rede de abastecimento de energia 3. Através de uma linha de alimentação de ar 6, ar de carga L é alimentado ao motor de combustão interna 2.

No caso do ar de carga L, pode tratar-se, por exemplo, de uma mistura de ar combustível (por exemplo, para motores de combustão interna carregados com mistura) ou, substancialmente, apenas ar (por exem- plo, motores de combustão interna carregados com ar). Gás de esca- pe do motor de combustão interna 2 é descarregado através de uma linha de gás de escape 8. O motor de combustão interna 2 está equi- pado com pelo menos um turbocarregador 4, que de maneira conheci- da compreende um condensador 5 na linha de alimentação de ar 6 e uma turbina de gás de escape 7 acoplada com o condensador 5, na linha de gás de escape 8. O condensador 5 está acoplado através de um eixo de turbocarregador 14 com a turbina de gás de escape 7. A jusante do condensador 5 está disposto na linha de alimentação de ar 6 um refrigerador de ar de carga 18, para refrigeração do ar de carga L condensado. O ar de carga L é guiado através da linha de alimentação de ar 6 a uma entrada de condenador 5a do condenador 5. Uma saída de condensador 5b do condensador sai no refrigerador de ar de carga. [0031] Para contornar o condensador 5 e/ou a turbina de gás de escape 7, estão previstas nesse exemplo duas válvulas de desvio 9, 10. Uma válvula de desvio de condensador 9, para contornar o con- densador 5, está disposta, nesse caso, em uma linha de desvio de condensador 12, que conecta a entrada de condensador 5a com a li- nha de alimentação de ar 6, a jusante do refrigerador de ar de carga 18, disposto na linha de alimentação de ar 6. Uma válvula de desvio de turbina de gás de escape 10, para contornar a turbina de gás de escape 7, está disposta em uma linha de desvio de gás de escape, que conecta uma entrada de turbina de gás de escape 7a diretamente com uma saída de turbina de gás de escape 7b. [0032] Para detecção de um defeito de rede está previsto um dis- positivo de controle 15, que pode monitorar diversos parâmetros de funcionamento do motor de combustão interna 2 e/ou do gerador 1 e/ou da rede de abastecimento de energia 3, pelo fato de que valores correspondentes desses parâmetros de funcionamento são comunica- dos através de linhas de sinais 16 ao dispositivo de controle 15. Assim, por exemplo, um ou mais dos seguintes parâmetros de funcionamento podem ser monitorados: número de rotações do motor de combustão interna 2, tensão elétrica do gerador 1 e/ou da rede de abastecimento de energia 3, frequência de tensão do gerador 1 e/ou da rede de abas- tecimento de energia 3, corrente elétrica do gerador 1 e/ou da rede de abastecimento de energia 3. [0033] Quando por identificação de um desvio do pelo menos um parâmetro de funcionamento monitorado é detectado um defeito de rede então o dispositivo de controle 15 comunica através de linhas de controle 17 correspondentes sinais de ajuste na válvula de desvio de condensador 9 e/ou à válvula de desvio de turbina de gás de escape 10, para na ou depois da detecção do defeito de rede ativam pelo me- nos temporariamente pelo menos uma dessas válvulas de desvio 9, 10. [0034] Adicionalmente, através de uma outra linha de controle 17, pode ser comunicado um sinal de controle ao motor de combustão in- terna 2, para na ou depois da detecção do defeito de rede, desativar uma ignição no motor de combustão interna 2. [0035] A Fig. 2 mostra o traçado de uma posição de válvula V de uma válvula de desvio 9,10, sobre o tempo t, bem como o traçado de uma ignição 11 no motor de combustão interna 2 sobre o tempo t. No momento T1 é detectado um defeito de rede, por exemplo, uma queda de tensão de rede dinâmica. Nesse momento, uma válvula de desvio 9, 10 encontra-se em uma primeira posição S1. Depois da detecção do defeito de rede, no momento T2 a válvula de desvio 9, 10 é aberta, por exemplo, para uma posição e ativação O. De acordo com um tempo de ativação predeterminável Tv, a válvula de desvio 9, 10 é novamente fechada. No exemplo mostrado, o fechamento da válvula 9, 10 dá-se até uma segunda posição S2 mais fechada em relação à primeira po- sição S1. Após um tempo predeterminável Ts, no momento T5 a válvu- la de desvio 9, 10 é levada de sua segunda posição S2 novamente para a primeira posição S1, que a válvula de desvio 9, 10 tinha antes de ocorrer o defeito de rede. Durante todo esse curso, a ignição 11 no motor de combustão interna 2 permanece inalteradamente ligada. [0036] A Fig. 3 mostra os traçados sobre o tempo de posição de válvula V e ignição 11 no motor de combustão interna 2, de modo simi- lar à Fig. 2, sendo que nesse exemplo, adicionalmente à abertura da válvula de desvio 9, 10, a ignição 11 no motor de combustão interna é temporariamente desativada. Depois da detecção do defeito de rede, nesse exemplo, no momento T3, a ignição 11 no motor de combustão interna 2 é desativada e, depois da extinção do defeito de rede é no- vamente ativada no momento T4. O fechamento da válvula de desvio 9, 10, bem como a ativação da ignição 11 ocorre nesse exemplo, substancialmente, no mesmo momento T4. Em comparação com o traçado sobre o tempo da posição de válvula V de acordo com a Fig. 2, a válvula de desvio 9, 10 permanece nesse exemplo na posição de ativação O por tanto tempo, até que a ignição 11 no motor de combus- tão interna 2 seja novamente ligada. Depois de um tempo Ts prede- terminável, no momento T5 a válvula de desvio 9, 10 é levada de sua segunda posição S2 novamente para a primeira posição S1, que a válvula de desvio 9, 10 tinha antes da ocorrência do defeito de rede.

Claims

1. Processo para operação de um motor de combustão in- terna (2) acoplado com um gerador (1) no caso de um defeito de rede de uma rede de abastecimento de energia (3) conectada com o gera- dor (1), especialmente, em uma queda de tensão de rede dinâmica, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna (2) com- preende um turbocarregador (4), que apresenta um condensador (5) em uma linha de alimentação de ar (6) do motor de combustão interna (2) e uma turbina de gás de escape (7), acoplada com um condensa- dor (5) em uma linha de gás de escape (8) do motor de combustão in- terna (2), sendo que está prevista pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) para contornar o condensador (5) e/ou para contornar a turbina de gás de escape (7), sendo que na ou depois da detecção do defeito de rede, a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) é ativada pelo menos temporariamente, e sendo que na ou depois da detecção do defeito de rede, uma ignição (11) no motor de combustão interna (2) é desativada, sendo que a ignição (11) no motor de combustão interna (2), depois da extinção do defeito de rede, é novamente ativada, sendo que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), antes da detecção do defeito de rede apresenta uma primeira posição (S1), sendo que na ou depois da detecção do defeito de rede, a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) é ajustada para uma posição e ativação (O) diferente da primeira posição (S1), sendo que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), depois da extinção do defeito de rede, é ajustada para uma posição (S2,S1) diferente da posição de ativação (O).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) é aberta para uma posição de ativação(O) , mais aberta em relação à primeira posição (S1).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) é mantida na posição e ativação(O) durante um tempo de ativação pre- determinável (Tv).

4. Processo de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), depois do tempo de ativação (Tv) predeterminável, é novamente ajustada, substancialmente, para a primeira posição.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), depois do tempo de ativação(Tv) predeterminável, é fechado até uma segunda posição (S2), mais fechdo em relação à primeira posição (S1), e durante um tempo predeterminável (Ts) é mantida na segunda posição (S2), sendo que, de preferência, a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), depois do tempo (Ts) predeter- minável é novamente aberta até a primeira posição (S1).

6. Processo de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizado pelo fato de que a ignição (11) no motor de combustão interna (2) é novamente ativada, quando um número de rotações do motor de combustão interna (2) ou do gerador (1) atinge um valor de número de rotações predeterminável e/ou quando uma modificação de ângulos de fase relativa do gerador (1) atinge um valor predeterminável.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações prece- dentes 8, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), depois da extinção do defeito de rede, é fechada até uma segunda posição (S2), mais fechada em relação à primeira posi- ção(S1), e durante um tempo predeterminável (Ts),é mantida na se- gunda posição (S2), sendo que, de preferência, a pelo menos uma válvula de desvio (9, 10), depois do tempo predeterminável (Ts), é no- vamente aberta, substancialmente, até a primeira posição (S1).

8. Processo de acordo com uma das reivindicações prece- dentes, caracterizado pelo fato de que depois da extinção do defeito de rede, ocorre a ativação da ignição (11) e o ajuste da pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) para uma posição (S2, S1), diferente da posição de ativação (O), dá-se, substancialmente, no mesmo momen- to (T4).

9.

Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que depois da extinção do defeito de rede, dá-se o ajuste da pelo menos uma válvula de desvio (9, 10) para uma posição (S2, S1) diferente da posição de ativação (O), depois da ativa- ção da ignição (11), de preferência, depois de um segundo tempo pre- determinável, depois da ativação da ignição (11).