BR102016001325A2 - método para operar um conjunto de máquina propulsora rotativa, bem como, um conjunto abrangendo uma máquina propulsora rotativa e uma unidade para controle e/ou regulagem do conjunto - Google Patents

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Abstract

método para operar um conjunto de máquina propulsora rotativa, bem como, um conjunto abrangendo uma máquina propulsora rotativa e uma unidade para controle e/ou regulagem do conjunto. método para operar um conjunto, abrangendo uma máquina propulsora rotativa (2), sendo que um valor característico da alteração de um potencial fornecido pelo conjunto (1) será oferecido pela medição, pelo menos, de um parâmetro e/ou cálculo e a máquina propulsora rotativa (2), na dependência do valor característico da alteração do potencial fornecido pelo conjunto, será de tal modo controlada e/ou regulada e/ou uma carga da máquina propulsora rotativa (2), na dependência do valor característico da alteração do potencial fornecido pelo conjunto será de tal modo modificada, que a alteração do potencial fornecido pelo conjunto será essencialmente compensada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA OPERAR UM CONJUNTO DE MÁQUINA PROPULSORA ROTATIVA, BEM COMO, UM CONJUNTO ABRANGENDO UMA MÁQUINA PROPULSORA ROTATIVA E UMA UNIDADE PARA CONTROLE E/OU REGULAGEM DO CONJUNTO".
Descrição [001] A presente invenção refere-se a um método para operar um conjunto abrangendo uma máquina propulsora rotativa, bem como, um conjunto abrangendo uma máquina propulsora rotativa e uma unidade para controle e/ou regulagem do conjunto.
[002] No documento WO 2010/134994 A1 é descrito um conjunto constituído de um motor de combustão e de um gerador por ele acionado. No caso, os sinais de diferentes sensores no motor de combustão e no gerador serão conduzidos para uma unidade de controle.
[003] Quando se apresentar uma modificação no potencial fornecido pelo conjunto, isto resultará incialmente em uma modificação das rotações do motor de combustão, o que, em sequência, pode resultar em fases e defasagens de frequência no gerador. As unidades consumidoras elétricas, alimentadas pelo conjunto, deveríam poder compensar esta ocorrência. Portanto, na prática, está previsto, normalmente, regular ou controlar o conjunto de tal maneira que uma rotação de um rotor do gerador apresente uma rotação que é o mais constante possível.
[004] Caso, no conjunto proposto no documento WO 2010/134994 A1, se apresentar uma alteração desta natureza no sentido de uma queda do potencial, será registrado um estado alterado do conjunto. Em consequência, a unidade de controle alterará a regulagem ou o comando de tal maneira que os valores reais dos parâmetros existentes no conjunto sejam novamente adequados aos valores teóricos adaptados para a operação estacionária do conjunto.
[005] Infelizmente, a reação da unidade de controle e do conjunto, como um todo, apresenta um comportamento relativamente inerte, de maneira que as unidades consumidoras alimentadas precisam lutar com as defasagens de frequência e de fase já mencionadas.
[006] Naturalmente, este problema aumenta quanto maior for a alteração da queda do potencial. Se a unidade tomadora do conjunto não for uma rede de corrente pública, porém - meramente a título de exemplo - constituída por uma variedade de bombas, então, pelo desligamento de uma parte das bombas, podem ser produzidas alterações no potencial superiores a 50% do potencial nominal. É evidente que quedas de carga desta grandeza representam grandes desafios para os conjuntos conhecidos no estado da técnica, quando as exigências forem formuladas de tal ordem que não se deva processar um desligamento completo do conjunto, ou seja, alterações grandes inaceitáveis na frequência e na fase.
[007] Portanto, constitui objeto da invenção prover um método, o qual, também no caso de grandes quedas de potencial, permita uma operação mais estável do conjunto. Deverá, igualmente, ser proporcionado um dispositivo para a realização de um método desta natureza. Com relação ao método, esta tarefa será solucionada pelas características da reivindicação 1. Com relação ao dispositivo, a tarefa será solucionada pelas características da reivindicação 13.
[008] Isto sucede por ser oferecido um valor característico para uma alteração do potencial fornecido pelo conjunto, através de medição, pelo menos, de um parâmetro e/ou cálculo e [009] - a máquina propulsora rotativa, na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto, será, de tal modo, controlada e/ou regulada e/ou [0010] - uma carga da máquina propulsora rotativa, na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto, será alterada de tal maneira, [0011] que a alteração do potencial fornecido pelo conjunto seja essencialmente compensada.
[0012] Um aspecto da invenção reside em que pelo provimento de um valor característico para uma alteração do potencial fornecido pelo conjunto é possível uma reação mais rápida diante da tomada de potencial alterada. Especialmente, é possível ajustar de forma mais rápida os valores teóricos para o controle, ou seja, regulagem do conjunto, de maneira que correspondam à diminuição do potencial após a queda do potencial. Isto viabiliza uma reação nitidamente mais rápida do que o acompanhamento gradual de valores teóricos na mera dependência do estado da máquina propulsora rotativa.
[0013] Todavia, também, é possível modificar a carga da máquina propulsora rotativa de tal maneira que seja compensada a alteração do potencial fornecido. Para alcançar este objetivo, podem ser usados, por exemplo, resistência de frenagem, freios mecânicos ou estrutura de memórias que extraem a energia ou diretamente em uma árvore acionada, ou no lado elétrico do gerador.
[0014] Um dispositivo de acordo com a invenção poderá ser usado não somente para prover energia elétrica para uma rede de abastecimento elétrica (pública), porém, também, para a alimentação de alguns poucos consumidores em um ambiente fechado (uma chamada "operação de ilha").
[0015] Poderá ser levado em conta pelo controle e/ou pela regulagem que, nas alterações de carga, se apresentam torções não negli-genciáveis, por exemplo, do eixo virabrequim, com o que, por curto espaço de tempo, será acumulada energia no sistema para depois ser liberada. Isto pode fazer com que a extensão do valor da alteração da carga seja subestimada, porque inicialmente é recebida apenas uma resposta ligeiramente retardada, por exemplo, nos valores de medição de um sensor de rotações.
[0016] Outras modalidades vantajosas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes.
[0017] Diferentes elementos da máquina propulsora rotativa poderão ser controlados ou regulados na dependência do valor característico para a alteração da potência fornecida, tanto em sentido recíproco independente, como também em combinação. Exemplos são uma válvula de combustível e/ou uma chapeleta estranguladora. Também um momento de tempo de ignição poderá ser modificado na dependência do valor característico para a alteração do fornecimento de potencial do conjunto. Também é possível suspender uma ignição, pelo menos, de um cilindro da máquina propulsora rotativa na dependência do valor característico para a alteração do fornecimento de potencial do conjunto. As diferentes medidas mencionadas possuem diferentes vantagens e desvantagens.
[0018] Por exemplo, a suspensão da ignição embora apresente um efeito muito rápido, poderá resultar em combustões descontroladas na seção do gás de escape (explosões e semelhantes ocorrências) porque combustível não queimado poderá alcançar a seção do gás de escape. O controle ou a regulagem da válvula de combustível no outro lado requer escalas de tempo um pouco mais longas, porém, apresenta um efeito mais duradouro para estabilizar o fornecimento de potencial da máquina propulsora rotativa em um novo nível.
[0019] O uso de uma chapeleta de estrangulamento como atuador se destaca por uma reação retardada sobre o controle ou regulagem que é ocasionada pelo volume de gás que já se encontra no compartimento distribuidor. Após este deslocamento, a chapeleta de estrangulamento apresenta, todavia, efeitos muito intensos de controle ou de regulagem. Dados semelhantes são válidos eventualmente para válvulas de sopro previstas em turbo carregador (também designado: sopro envolvente) ou válvulas de escape (com desvio do compressor ou da turbina).
[0020] A defasagem do ponto do tempo de ignição, por sua vez, apresenta um efeito quase instantâneo pela alteração do grau de eficácia da combustão. O efeito regulador, todavia, é relativamente reduzido, de modo que ao todo, no caso de grandes quedas de carga, não será suficiente apenas deslocar o ponto do tempo de ignição.
[0021] Poderá ser especialmente preferido que seja usado para o valor característico para a alteração do fornecimento do potencial do conjunto um valor de alteração de carga. Desta maneira consegue-se, de modo especialmente rápido, regular de tal maneira, valores teóricos da regulagem do motor que sejam bem adequados para o alcance, ou seja, para a manutenção de um nível de potencial novo. Especialmente, este procedimento permite um controle prévio de muitos parâmetros do conjunto.
[0022] O valor característico para a alteração de fornecimento do potencial do conjunto poderá ser oferecido de diferentes maneiras. Em uma modalidade especialmente preferida, poderá estar previsto que seja medido um parâmetro característico para um giro de uma árvore acionada pela máquina propulsora rotativa, sendo que o valor característico para a alteração do fornecimento do potencial do conjunto é calculado a partir do parâmetro medido. O parâmetro característico para o giro da árvore acionada pela máquina propulsora poderá, por exemplo, ser uma rotação e/ou uma velocidade angular da árvore acionada. Um valor de alteração de carga poderá ser calculado pela fórmula: [0023] [0024] sendo que ω representa a velocidade angular da árvore acionada. J designa o momento de inércia de todas as massas em rotação do conjunto, juntamente com o momento de inércia, produzido pela resistência de outros componentes móveis (bielas, pistões etc.).
[0025] O parâmetro característico para a rotação da árvore, acionada pela máquina propulsora e rotação, poderá ser medido em vários pontos. Em uma modalidade especialmente, preferidas isto sucede em uma árvore virabrequim da maquina propulsora rotativa, sendo que, naturalmente, também é possível medir este parâmetro, por exemplo, no gerador.
[0026] Além disso, poderá estar previsto, de modo especialmente preferido, que seja filtrado um sinal de medição a partir da medição de um parâmetro característico para o giro da árvore acionada pela máquina propulsora rotativa - de preferência através de um filtro passa-banda. Por exemplo, ruídos de sensor ocasionados por vibrações podem assim ser eliminados por filtragem, o que permite uma determinação mais precisa do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto.
[0027] Poderá ser previsto que por meio da máquina de trabalho rotativo seja acionado um gerador elétrico.
[0028] A máquina propulsora rotativa poderá - de modo especialmente preferido - ser configurada como motor de combustão, especialmente, um motor a gás (de preferência do tipo flex). Todavia, a invenção poderá perfeitamente também ser empregada, por exemplo, nas turbinas a vapor e semelhantes unidades.
[0029] Outras vantagens e detalhes da invenção resultarão com base nas figuras, bem como, da descrição de figuras correspondentes. As figuras mostram: [0030] Figura 1 - apresentação esquemática de um dispositivo de acordo com a invenção;
[0031] Figura 2 - um diagrama de fluxo de um método de acordo com a invenção, bem como;
[0032] Figura 3 - dois diagramas para regulagem ou controle de uma válvula de combustível.
[0033] O conjunto 1 de acordo com a invenção, apresentado na figura 1, abrange um motor de combustão 2 - neste caso, um motor de gás - que aciona um gerador 7. Nesta configuração, o conjunto é designado como Genset, ou seja, conjunto gerador.
[0034] O motor de combustão 2 dispõe de vários cilindros 5. Neste exemplo de execução são mostrados concretamente oito cilindros 5, sendo que o número exato dos cilindros não é essencial para a presente invenção. Pode ser usada especialmente com número de cilindros de 8 até 24.
[0035] O motor de combustão 2 dispõe de uma fonte de combustível T e de uma válvula de combustível 3. Através desta unidade, será alimentado para um conjunto misturador 14 combustível T e ar L. A mistura produzida, através de uma chapeleta de estrangulamento 4 será conduzida para o cilindro 5. O eixo virabrequim 6 acionado pelo cilindro 5 propulsiona, por sua vez, um rotor do gerador 7. A energia elétrica oferecida no gerador 7 será conduzida para uma ou várias unidades consumidoras 15.
[0036] No eixo virabrequim 6, ou seja, na unidade rotativa, está montado um sensor 11, o qual, neste exemplo de execução, mede as rotações N. Os sinais medidos, através de uma interface de entrada 10, serão conduzidos para uma unidade de controle 9. Inicialmente, o sinal medido será filtrado através de um filtro 8 - neste caso, um filtro passa-banda - sendo conduzido para uma unidade de cálculo 12. A unidade de cálculo 12 calculará de acordo com a fórmula [0037] [0038] o valor de alteração de carga ΔΡ, sendo que ω é a velocidade angular calculada do sinal de medição filtrado N_filt e J designa um momento de inércia efetivo de todas massas rotativas e móveis (— , designa naturalmente a derivação temporal).
[0039] Caso o conjunto não possa ser constituído com apenas um sistema de massa, isto terá de ser calculado com uma ampliação pela combinação de vários momentos de inércia e velocidades angulares.
[0040] O valor de alteração de carga será conduzido para uma unidade de regulagem e/ou controle 13, a qual, na dependência do valor de alteração de carga ΔΡ, toma diferentes medidas. Para tanto, a unidade de regulagem e/ou controle 13 está unida com a válvula de combustível 3, com a chapeleta de estrangulamento 4, bem como, opcionalmente, com uma resistência de frenagem 14 (banco de carga), sequencial ao gerador 7.
[0041] Em caráter alternativo ou adicional, poderão vir a ser empregados outros atuadores para a regulagem ou controle, por exemplo, da pressão de carga. Exemplos são uma válvula de sopro ou um chamado portal de escape. O primeiro permite que uma corrente parcial de ar possa evitar um compressor de um turbo carregador. O segundo procedimento funciona análogo em uma turbina de um turbo carregador.
[0042] A figura 2 apresenta um diagrama de fluxo de um exemplo de execução de um método de acordo com a invenção. Depois de uma alteração do fornecimento do potencial do conjunto, a máquina propulsora reativa reage com uma alteração das rotações. Esta alteração será medida e filtrada. A partir do sinal de medição filtrado poderá ser calculado o gradiente da alteração das rotações. Com o auxílio desta alteração poderá ser determinado um valor de alteração de carga. Este será integrado em uma lógica de reação, a qual, na dependência do valor da alteração de carga, toma diferentes medidas.
Exemplos destas medidas seriam a regulagem ou controle da chapele-ta de estrangulamento e/ou de uma válvula de combustível (principal). Em caráter alternativo ou adicional podem ser modificadas ações do sistema de ignição e/ou poderão ser tomadas outras medidas.
[0043] No caso de uma grande redução de potencial (queda de carga), a válvula de combustível poderá ser imediatamente fechada, permanecendo fechada durante um período de tempo (100 ms até 5 s) dependente da extensão da alteração da carga, da potência da rotação ou de outros parâmetros operacionais (por exemplo, projeção das rotações).
[0044] Órgãos reguladores para influenciar a pressão de carga (na figura 2, abreviadamente, "atuadores") também poderão ser empregados para controle ou regulagem. Estas seriam, por exemplo, as chape-letas de estrangulamento já mencionadas, válvulas de sopro, ou seja, válvulas de escape. A chapeleta de estrangulamento pode, por exemplo, ser ajustada para uma posição que corresponde ao novo nível de potencial presente após a alteração da carga.
[0045] Na figura 3, finalmente, com base em dois diagramas, será apresentada uma comparação entre um método conforme o estado da técnica e um método de acordo com a invenção. No diagrama superior da figura 3, são mostradas as rotações da máquina propulsora rotativa; no diagrama inferior, é mostrado um valor teórico para uma válvula de combustível. As duas grandezas são registradas em sentido temporal. Em um momento tL apresenta-se uma alteração do fornecimento de potencial do conjunto - neste caso, um fornecimento de potencial menor. Desta maneira, aumentam as rotações da máquina propulsora rotativa.
[0046] Neste exemplo, toma-se por base que a composição da mistura permanece constante, com o que, em virtude das maiores ro- tações e da quantidade de mistura assim majorada, poderá resultar um aumento breve na quantidade de combustível.
[0047] Devido ao tempo de reação relativamente rápido, o momento da reação tR está relativamente próximo do momento tL da alteração do fornecimento de carga (aproximadamente, 100 até 300 ms neste exemplo de execução). Com uma queda de carga relativamente grande, o suprimento de combustível poderá ser imediatamente bloqueado, como pode ser reconhecido no diagrama inferior da figura. A duração do desligamento, neste exemplo especial, está situada em aproximadamente 2s.
[0048] Esta é a situação no procedimento de acordo com a invenção, demonstrado pelas curvas B na figura 3.
[0049] No caso de um procedimento de acordo com o estado da técnica (curvas A, na figura 3) será predeterminado um valor de umbral NL. Tão logo as rotações alcançarem este valor de umbral, poderão ser tomadas diferentes medidas (neste exemplo, um desligamento de segurança da máquina). Baseado em combustível restante ainda existente no sistema de alimentação da máquina propulsora rotativa, as rotações ainda aumentarão por um curto espaço de tempo, porém, depois, cairão novamente. Tão logo as rotações alcançarem novamente a proximidade das rotações desejadas, o suprimento de combustível poderá ser novamente ativado.
[0050] Como pode ser visto do diagrama, este valor de umbral NL está mais distanciado do valor teórico para as rotações, do que as rotações Nr, na qual, pode ser feita uma reação de acordo com a invenção. Uma operação mais robusta da máquina propulsora rotativa é assim proporcionada.
REIVINDICAÇÕES

Claims (16)

1. Método para operar um conjunto compreendendo uma máquina propulsora (2) rotativa, caracterizado pelo fato de que um valor característico é disponibilizado, por meio de medição, para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1), medição esta abrangendo, pelo menos, um parâmetro e/ou cálculo e - a máquina propulsora rotativa (2), na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto, será de tal modo controlada e/ou regulada e/ou - uma carga da máquina propulsora rotativa (2), na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto será de tal modo modificada, que a alteração do potencial fornecido pelo conjunto será essencialmente compensada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma válvula de combustível (3), na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1), será controlada ou regulada.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um órgão regulador para a regulagem da pressão de carga, preferivelmente, uma chapeleta de estrangulamento (4), um sistema de sopro ou uma válvula de escape, seja controlado ou regulado na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1).
4. Método de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um momento de ignição será alterado na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1).
5. Método de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma ignição, pelo menos, de um ci- lindro (5) da máquina propulsora rotativa (2) será desligada na dependência do valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1).
6. Método de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que para o valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1) será um valor alterado de carga (ΔΡ).
7. Método de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que será medido um parâmetro característico para a rotação de uma árvore (6) acionada pela máquina propulsora rotativa (2), sendo calculado a partir do parâmetro medido o valor característico para a alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1).
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que como parâmetro característico para a rotação da árvore (6) acionada pela máquina propulsora rotativa (2) será medida uma rotação (N) e/ou uma velocidade angular (W) da árvore acionada.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que para o valor característico da alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1) será usado um valor de carga alterada (ΔΡ) que será calculado pela fórmula sendo que J designa um momento de inércia efetivo de contribuições de todas as massas movimentadas e ω designa a velocidade angular da árvore acionada.
10. Método de acordo com uma das reivindicações de 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro característico da rotação da árvore (6) acionada pela máquina propulsora rotativa (2), será medido em um eixo virabrequim na máquina propulsora rotativa (2).
11. Método de acordo com uma das reivindicações de 7 a 10, caracterizado pelo fato de que um sinal de medição será filtrado a partir da medição do parâmetro característico para a rotação da árvore (6) acionada pela máquina propulsora rotativa (2) - preferivelmente, por meio de um filtro passa-baixas.
12. Método de acordo com uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que através da máquina de trabalho rotativa (2) será acionado um gerador elétrico.
13. Conjunto abrangendo uma máquina propulsora rotativa (2) e uma unidade de controle (9) para controle e/ou regulagem do conjunto (1), especialmente operado como definido em uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (9) dispõe de uma interface de entrada (10), por meio da qual poderá ser transferido para a unidade de controle (9), um valor característico para a alteração de um potencial fornecido pelo conjunto (1) e/ou pelo menos um parâmetro, sendo que o valor característico para o potencial fornecido pelo conjunto (1) pode ser determinado a partir do pelo menos um parâmetro, sendo que a unidade de controle (9) está configurada para - controlar e/ou regular a máquina propulsora rotativa (2), na dependência do valor característico para o potencial fornecido pelo conjunto (1), de tal forma e/ou - alterar de tal maneira uma carga da máquina propulsora rotativa (2) na dependência do valor característico da alteração do potencial fornecido pelo conjunto (1), que a alteração do potencial formado do conjunto (1) seja essencialmente compensada.
14.
Conjunto de acordo com a reivindicaacordo ccaracterizado pelo fato de que estcterizado pum sensor (11) conectado com a unidade de controle, para a mediaãm se um parle, parcaracter, para para a rotaara de uma rotaara a macionada pelo motor propulsor rotativo (2), sendo que a uni- dade de controle (9) esta mediva (2) na dependciona o valor caracter sendo que a unidade de controle (9) esfornecido pelo conjunto (1), a partir de uma alterao (1), unidade de controle (9) esta ico para a rotauma da (9) esta icocoade medido pelo sensor (11) .15. Conjunto de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que está previsto um gerador, acionado pela máquina propulsora rotativa (2).
16. Conjunto de acordo com uma das reivindicações de 13 a 15, caracterizado pelo fato de que a máquina propulsora rotativa (2) é um motor de combustão - especialmente um motor a gás.
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