RU2637793C2 - Method of automatic pressure adjustment of boosted air of diesel-generator under dynamic conditions - Google Patents
Method of automatic pressure adjustment of boosted air of diesel-generator under dynamic conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637793C2 RU2637793C2 RU2015117174A RU2015117174A RU2637793C2 RU 2637793 C2 RU2637793 C2 RU 2637793C2 RU 2015117174 A RU2015117174 A RU 2015117174A RU 2015117174 A RU2015117174 A RU 2015117174A RU 2637793 C2 RU2637793 C2 RU 2637793C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- turbocharger
- signal
- static
- load
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
- F02D23/02—Controlling engines characterised by their being supercharged the engines being of fuel-injection type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
- F02D29/06—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
- F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/08—Control of generator circuit during starting or stopping of driving means, e.g. for initiating excitation
-
- 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
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области малой, децентрализованной электроэнергетики и может быть использовано для электроснабжением объектов с автономными электростанциями, например, объектов морской инфраструктуры, сельского и лесного хозяйств, горнорудной промышленности, береговых рыбоперерабатывающих предприятий и др.The invention relates to the field of small, decentralized electricity and can be used to power facilities with autonomous power plants, for example, marine infrastructure, agriculture and forestry, mining, coastal fish processing enterprises, etc.
Известен способ автоматизированного управления давлением наддувочного воздуха поддерживающего дизель-генератора - ДГ (Калинина М.И. Разработка новых схемных решений для привода судовых электрогенераторов. // Судостроение. - №2. - 1989. - С. 16-17), входящего в состав многоагрегатной электростанции судна, движимого главным двигателем, оборудованные каждый турбокомпрессором свободного наддува, у которых компрессоры наддувочного воздуха объединены между собой вспомогательным трубопроводом с установленным на нем непосредственно перед улиткой турбокомпрессора наддува поддерживающего ДГ управляемым клапаном, состоящий в том, что при работе поддерживающего ДГ на холостом ходу в режиме резервирования основного источника электроэнергии с целью сохранения в камерах сгорания поддерживающего ДГ оптимального коэффициента избытка воздуха, гарантирующего бездымное (без образования сажи) сгорание топлива, часть наддувочного воздуха забирают из нагнетательного воздухопровода турбокомпрессора главного двигателя и подают по вспомогательному трубопроводу в улитку турбокомпрессора наддува поддерживающего ДГ, а после нагружения поддерживающего ДГ мощностью, равной 30-40% номинальной, подачу наддувочного воздуха по вспомогательному трубопроводу прекращают путем закрытия управляемого клапана.A known method of automated control of the charge air pressure of a supporting diesel generator - DG (Kalinina MI. Development of new circuit solutions for the drive of ship electric generators. // Shipbuilding. - No. 2. - 1989. - S. 16-17), which is part multi-unit power plants of a vessel driven by the main engine, each equipped with a free-charge turbocharger, in which the charge-air compressors are interconnected by an auxiliary pipe with installed on it directly in front of the cochlea urbocompressor of the boosting the supporting DG by a controlled valve, which consists in the fact that when the supporting DG is idling in the backup mode of the main source of electricity in order to preserve the optimal coefficient of excess air in the combustion chambers of the supporting DG, which guarantees smokeless (without soot formation) fuel combustion, part of the charge air is taken from the discharge air pipe of the turbocompressor of the main engine and fed through an auxiliary pipe to the cochlear of the turbocharger n pressurization of the supporting DG, and after loading the supporting DG with a power equal to 30-40% of the nominal, the supply of charge air through the auxiliary pipe is stopped by closing the controlled valve.
Преимуществом данного способа регулирования давления наддувочного воздуха на поддерживающем ДГ является возможность его длительной работы на частичных режимах вплоть до холостого хода при почти полном сгорании подаваемого топлива без образования и отложения сажи на стенках камер сгорания и выхлопного тракта, при более экономном расходе топлива и лучших экологических показателях отработавших газов. Этим гарантируется бесперебойность подачи электроэнергии в электросеть судна в случае внезапных отказов основного источника электроэнергии на ходу судна.The advantage of this method of regulating the charge air pressure on the supporting DG is the possibility of its long-term operation in partial modes up to idle with almost complete combustion of the supplied fuel without the formation and deposition of soot on the walls of the combustion chambers and the exhaust tract, at a more economical fuel consumption and better environmental performance exhaust gas. This ensures the uninterrupted supply of electricity to the ship’s power supply in the event of a sudden failure of the main source of electricity while the ship is sailing.
Недостатком этого известного способа является то, что отмеченные преимущества проявляются только в ходовых режимах работы судна, т.е. когда работает главный двигатель, причем параметры наддувочного воздуха со стороны турбокомпрессора наддува главного двигателя нестабильны, так как зависят от режима последнего (полный ход, средний ход, малый ход). А кроме того, отбор части потока воздуха из наддувочной магистрали главного двигателя влияет на текущий режим работы последнего, особенно когда он сам работает на частичных нагрузках.The disadvantage of this known method is that the noted advantages are manifested only in the running modes of the vessel, i.e. when the main engine is running, and the charge air parameters from the turbocharger side of the main engine boost are unstable, since they depend on the mode of the latter (full speed, medium speed, low speed). And besides, the selection of a part of the air flow from the charge line of the main engine affects the current mode of operation of the latter, especially when it itself operates at partial loads.
Известен другой способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора в динамических режимах, оборудованного средствами регулирования подачи топлива в функции текущей нагрузки при неизменной частоте вращения ДГ и таким же устройством дополнительного подвода воздуха к улитке его турбокомпрессора, что и в аналоге 1, (Абрамов Д.Н. Пути снижения вредных выбросов судового дизеля в динамических режимах работы. - М.: Мортехинформреклама. Обзорная информация. Вып. 5-6, 1999. - 17-20), заключающийся в том, что в момент наброса нагрузки на ДГ дополнительный поток воздуха на улитку его турбокомпрессора наддува направляют от постороннего накопителя сжатого воздуха, например, пусковоздушного баллона, через клапан, управляемый сигналами регуляторов подачи топлива и закрываемый по завершении переходного процесса принятия набрасываемой нагрузки. Этот способ применен на большегрузном танкере-теплоходе «BRIGHTOIL GRAVITI» водоизмещением 300000 т, построенном в 2012 г. в Южной Корее (штатная документация теплохода).There is another way to automatically control the pressure of the charge air of a diesel generator in dynamic modes, equipped with means for regulating the fuel supply as a function of the current load at a constant engine speed and the same device for additional air supply to the scroll of its turbocharger, as in
Преимуществом этого известного способа регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора в динамических режимах является его независимость от работы посторонней энергетической установки, например, главного двигателя судна, а также стабильность параметров дополнительного потока сжатого воздуха в его накопителе. Это позволяет более точно корректировать коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания ДГ относительно его оптимального значения для изменившихся условий.The advantage of this known method for regulating the pressure of the charge air of a diesel generator in dynamic modes is its independence from the operation of an external power plant, for example, the main engine of the vessel, as well as the stability of the parameters of the additional stream of compressed air in its storage. This allows you to more accurately adjust the coefficient of excess air in the combustion chambers of the DG relative to its optimal value for the changed conditions.
Недостатком способа в аналоге 2 является невозможность быстрого регулирования (снижения) давления наддувочного воздуха рабочего ДГ при сбросе его нагрузки, а также невозможность использования способа в статических режимах неполных нагрузок ДГ вследствие большого расхода сжатого воздуха.The disadvantage of the method in
Известен также способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора (патент RU №2200861), который заключается в том, что после запуска дизеля и начала его работы измеряют нагрузку электрического генератора и регулируют работу дизеля путем изменения его топливоподачи. На частичных режимах работы электрического агрегата вплоть до холостого хода включительно при постоянной частоте вращения коленчатого вала дизеля осуществляют стабилизацию коэффициента избытка воздуха путем автоматического изменения положения воздушного дросселирующего элемента на входе во впускной коллектор дизеля. При запуске, набросе нагрузки и максимальной статической нагрузке ДГ положение воздушного дросселирующего элемента оставляют неизменным. Стабилизацию коэффициента избытка воздуха осуществляют с учетом параметров воздуха окружающей среды, с помощью корректирующего воздействия на положение воздушного дросселирующего элемента.There is also known a method for automatically controlling the charge pressure of a diesel generator (patent RU No. 2200861), which consists in the fact that after starting the diesel engine and starting its operation, the load of the electric generator is measured and the diesel engine is controlled by changing its fuel supply. In partial modes of operation of the electric unit, up to and including idling, at a constant frequency of rotation of the diesel crankshaft, the coefficient of excess air is stabilized by automatically changing the position of the air throttle element at the inlet to the diesel intake manifold. At start-up, load surge and maximum static load of the DG, the position of the air throttle element is left unchanged. The stabilization of the coefficient of excess air is carried out taking into account the parameters of the ambient air, using the corrective effect on the position of the air throttling element.
Похожий способ предложен также в патентах: RU №2104403, RU №2338913.A similar method is also proposed in patents: RU №2104403, RU №2338913.
Преимуществом данного известного способа регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора является, как и в способе-аналоге 2, его независимость от наличия и режимов посторонних генератора и накопителя сжатого воздуха, меньшая загроможденность машинного отделения воздушными трубопроводами и меньшие затраты на их монтаж. Важным преимуществом способа является быстрота регулирования параметров наддува дизеля в динамических режимах и их адаптация к изменяющимся условиям окружающей среды.The advantage of this known method for regulating the pressure of the charge air of a diesel generator is, as in the method-
Недостатком способа-аналога 3 является увеличение сопротивления наддувочного тракта (и потерь на его преодоление) в период работы ДГ на статических частичных нагрузках, возрастание, как следствие, температуры воздуха, подаваемого в его цилиндры, а следовательно, увеличение доли окислов азота NOx в отработавших газах. Повышенное сопротивление нагнетательного трубопровода турбокомпрессора в период работы ДГ на частичных нагрузках снижает у него запас по помпажу, а дополнительные переменные скачки этого сопротивления в динамических режимах могут явиться причиной срыва компрессора в состояние помпажа.The disadvantage of the
Наиболее близким и известным к заявляемому является способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора в динамических режимах, реализованный в способе (прототипе) автоматизированного управления синхронным дизель-генератором (патент РФ №2488708), снабженным подсистемой дистанционного автоматизированного управления, турбонаддувочным агрегатом (ТНА) в составе турбокомпрессора наддува (ТКН), воздухоохладителя наддувочного воздуха, обратимой синхронной электрической машины (ОСЭМ) с электромагнитным возбуждением, соединенной кинематически с валом турбокомпрессора наддува через редуктор и электрически - с электрической сетью посредством статического полупроводникового преобразователя (СПП) со звеном постоянного тока, состоящего из однотипных (согласно рабочей документации) обратимых сетевого и электромашинного преобразователей, и его (СПП) системы управления, одноимпульсным механогидравлическим регулятором топливоподачи (известным как регулятор угловой скорости) с встроенными в него серводвигателем и стоп-устройством, трехимпульсным электронным пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) регулятором подачи топлива и наддувочного воздуха, системой запуска сжатым воздухом в составе пускового баллона и пусковоздушной магистрали, состоящий в том, что при запуске синхронного дизель-генератора разгоняют одновременно и обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочног агрегата. А при работе данного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок менее 30-40% номинальной и набросе мощности измеряют посредством трехимпульсного электронного пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора подачи топлива и давления наддувочного воздуха сигналы статического и динамического приращения этой мощности. Согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что воздействуют статическим сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости дизеля, а динамическим сигналом - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, повышая на этом этапе напряжение этого преобразователя и вращающий электромагнитный момент данной обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем. А при сбросе мощности в этом диапазоне статических нагрузок измеряют тем же трехимпульсным электронным пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором подачи топлива и давления наддувочного воздуха сигналы статического и динамического понижения этой мощности, которыми согласованно и синхронно дефорсируют подачу топлива и давление наддувочного воздуха дизеля путем того, что воздействуют первым сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости и вторым сигналом воздействуют на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, чем уменьшают на этом этапе напряжение этого преобразователя в цепи постоянного тока и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины. При работе дизель-генератора в диапазоне статических нагрузок выше 30-40% номинальной и набросе мощности измеряют сигналы статического и динамического приращения этой мощности. Согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что также статическим сигналом воздействуют на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости дизеля и увеличивают подачу топлива, а динамическим сигналом воздействуют на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, работающей в данном диапазоне нагрузок в генераторном режиме, чем понижают на этом этапе ток возбуждения и тормозной электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины. При этом при сбросе мощности в этом диапазоне статических нагрузок подачу топлива и давление наддува дизеля одновременно и согласованно на этом этапе дефорсируют.The closest and most well-known to the claimed is a method for automatically controlling the pressure of the charge air of a diesel generator in dynamic modes, implemented in a method (prototype) of automated control of a synchronous diesel generator (RF patent No. 2488708), equipped with a remote automated control subsystem, turbocharging unit (TNA) as a part of a turbocharger of supercharging (TKN), an air cooler of a charge air, a reversible synchronous electric machine (OSEM) with electromagnetic excitation by kinematically connected to the turbocharger turbocharger shaft through the gearbox and electrically to the electric network via a static semiconductor converter (SPP) with a DC link consisting of the same type (according to the working documentation) reversible mains and machine converters and its (SPP) control system, a single-pulse mechano-hydraulic fuel supply regulator (known as an angular velocity regulator) with a servo motor and a stop device built into it, a three-pulse th electronic proportional-integral-differential (PID) fuel supply regulator and charge air, the system startup the compressed air in the composition of the starting cylinder and puskovozdushnoy line consisting in that when starting the synchronous genset dispersed both reversible synchronous electric machine turbonadduvochnog unit. And when this diesel generator is operating in the range of static active loads of less than 30-40% of the nominal and power surge, the signals of static and dynamic increment of this power are measured using a three-pulse electronic proportional-integral-differential regulator of fuel supply and charge air pressure. In a consistent and synchronous way, these signals boost the fuel supply and charge air pressure by acting as a static signal on the servomotor of a single-pulse mechano-hydraulic diesel angular speed controller, and by a dynamic signal on the control system of the static semiconductor converter of a reversible synchronous electric machine of a turbocharging unit, increasing the voltage at this stage of this converter and the rotating electromagnetic moment of this reversible synchronous electron drive machine. And when power is reset in this range of static loads, the same three-pulse electronic proportional-integral-differential regulator of fuel supply and charge air pressure is measured by the signals of static and dynamic reduction of this power, which consistently and synchronously deform the fuel supply and diesel charge air pressure by the fact that act as a first signal on a servomotor of a single-pulse mechanohydraulic angular velocity controller and act as a second signal on a control system for a static semiconductor converter of a reversible synchronous electric machine of a turbocharging unit, which reduces the voltage of this converter in the DC circuit and the electromagnetic torque of the reversible synchronous electric machine at this stage. When the diesel generator operates in the range of static loads above 30-40% of the nominal and power surge, the signals of static and dynamic increment of this power are measured. In a consistent and synchronous way, these signals boost the fuel supply and charge air pressure by also acting as a static signal on the servomotor of a single-pulse mechanohydraulic diesel angular speed controller and increasing the fuel supply, and acting as a dynamic signal on the control system of the static semiconductor converter of a reversible synchronous electric machine of a turbo-charging unit, operating in a given load range in the generator mode, which reduces it by ohm stage, the excitation current and the braking electromagnetic moment of a reversible synchronous electric machine. In this case, when power is reset in this range of static loads, the fuel supply and diesel boost pressure are simultaneously and consistently deformed at this stage.
Преимущество известного способа-прототипа заключается в том, что присутствие ОСЭМ на валу турбокомпрессора наддува сообщает системе наддува активные свойства, способствующие тому, что в период запуска ДГ, а также во всем диапазоне статических нагрузок регулируют давление наддувочного воздуха турбокомпрессором с дополнительным корректирующим приводом от ОСЭМ, так что процесс сгорания топлива протекает при оптимальных для текущих условий работы ДГ значениях коэффициента избытка воздуха, обеспечивающих полное сгорание топлива при повышенных значениях коэффициента полезного действия (КПД) дизеля и улучшенных экологических характеристиках выхлопных газов. Дополнительным преимуществом способа-прототипа является утилизация энергии теплоты отработавших газов в электрическую энергию в диапазоне стационарных нагрузок ДГ более 30-40% номинальной и кинетической энергии вращающихся масс ТКН при его остановках.The advantage of the known prototype method is that the presence of an ESEM on the turbocharger turbocharger shaft provides the boost system with active properties that help to control the pressure of the charge air by a turbocharger with an additional corrective drive from the OSEM during the start-up of the engine, as well as in the entire range of static loads, so that the process of fuel combustion proceeds at optimal values for the current air condition of the DG of the coefficient of excess air, providing complete combustion of fuel when higher values of the coefficient of performance (COP) of the diesel engine and improved environmental performance of exhaust gases. An additional advantage of the prototype method is the utilization of the energy of the heat of the exhaust gases into electrical energy in the range of stationary DG loads of more than 30-40% of the nominal and kinetic energy of the rotating masses of the TKN at its stops.
К недостаткам известного способа-прототипа следует отнести недостаточное улучшение приемистости ДГ в динамических режимах, обусловленное повышением инерционности ТНА (постоянной времени свободного выбега) из-за увеличения массы его вращающихся частей, вызванного присоединением к валу турбокомпрессора дополнительной машины - ОСЭМ - с редуктором и снижение, как следствие, быстродействия ТНА в переходных режимах. В результате этого при набросах и сбросах нагрузки на ДГ полностью устранить запаздывание изменений давления наддувочного воздуха в цилиндрах дизеля по отношению к изменениям подачи топлива, т.е. улучшить приемистость и обеспечить оптимальное регулирования коэффициента избытка воздуха в этой ситуации, не удается. А следовательно, полного сгорания топлива в динамических режимах работы агрегата не достигается, и исключить полностью образование сажи и токсичных газов не получается. Помимо этого, вследствие высокой рабочей угловой скорости вращения ТНА и возросшей массы вращающихся частей, наблюдающиеся изменения его частоты вращения, обусловленные частыми изменениями нагрузочных режимов ДГ, связаны с накоплением и расходованием (на нагрев) дополнительных количеств кинетической энергии вращающихся масс, что снижает экономичность турбокомпрессора. Способ-прототип предполагает использование ОСЭМ в режиме синхронной машины с частотным управлением. Однако, известно, что этот режим ОСЭМ характеризуется более сложной (а, следовательно, более дорогостоящей и менее надежной) структурой системы управления статическим полупроводниковым преобразователем ОСЭМ (что связано с присутствием в ней драйвера регулируемой частоты питающего напряжения ОСЭМ) и отличается относительно жесткими переходными электромагнитными и электромеханическими процессами, сказывающимися отрицательно на надежности и долговечности ТНА в целом.The disadvantages of the known prototype method include the insufficient improvement in the throttle response in dynamic modes due to an increase in the inertia of the TNA (free-run time constant) due to an increase in the mass of its rotating parts caused by the attachment of an additional machine - ОЭММ - with a gearbox to the turbocompressor shaft and reduction, as a result, TNA performance in transient conditions. As a result of this, when overloading and dumping the load on the diesel engine completely eliminate the delay in changes in the pressure of the charge air in the diesel cylinders in relation to changes in the fuel supply, i.e. to improve the throttle response and provide optimal regulation of the coefficient of excess air in this situation, it is not possible. Consequently, complete combustion of fuel in dynamic operating modes of the unit is not achieved, and it is not possible to completely eliminate the formation of soot and toxic gases. In addition, due to the high working angular rotational speed of the TNA and the increased mass of the rotating parts, the observed changes in its rotational speed due to frequent changes in the load conditions of the DW are associated with the accumulation and expenditure (for heating) of additional kinetic energy of the rotating masses, which reduces the efficiency of the turbocharger. The prototype method involves the use of OSEM in the mode of a synchronous machine with frequency control. However, it is known that this OSEM mode is characterized by a more complex (and, therefore, more expensive and less reliable) structure of the OSEM static semiconductor converter control system (due to the presence of an OSEM adjustable frequency driver in it) and is characterized by relatively rigid transient electromagnetic and electromechanical processes that adversely affect the reliability and durability of TNA as a whole.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение перечисленных недостатков известного способа-прототипа, а именно: а) дальнейшее улучшение приемистости нагрузки ДГ в переходных режимах за счет повышения быстродействия и точности процесса регулирования давления наддувочного воздуха в цилиндрах дизеля в периоды резко переменных колебаний его нагрузки (набросы/сбросы), приводящем, в итоге, к улучшению динамических показателей процесса регулирования частоты напряжения в электрической сети потребителей; б) устранение в переходных режимах образования сажи (дымности), токсичных газов (СО, NOx, SOx), остатков углеводородов (CxHx), альдегидов и других ингридиентов в продуктах горения; в) качественное улучшение процессов сгорания топлива в цилиндрах дизеля в переходных режимах, направленное на высвобождение без остатка всей запасенной в сгораемом топливе химической энергии; г) дополнительное повышение экономичности ДГ за счет утилизации кинетической энергии вращающихся масс ТНА в переходные периоды снижения его частоты вращения в электрическую энергию с направлением ее в электрическую сеть потребителей; д) улучшение переходных электромагнитных и электромеханических процессов ОСЭМ, а также упрощение и удешевление системы управления ее статическим полупроводниковым преобразователем; е) улучшение противопомпажных характеристик турбокомпрессора наддува во всех режимах и всем диапазоне нагрузок ДГ; ж) дополнительно ставится задача улучшения пусковых свойств ОСЭМ при ее использовании в режиме вентильного двигателя.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed to eliminating the listed disadvantages of the known prototype method, namely: a) further improving the throttle response of the DG load in transient conditions by increasing the speed and accuracy of the process of regulating pressurized air pressure in diesel cylinders during periods of sharply variable fluctuations in its load (surges / discharges), resulting, as a result, in improving the dynamic performance of the process of regulating the voltage frequency in the electric network otrebiteley; b) elimination of transient formation of soot (smoke), toxic gases (CO, NO x , SO x ), hydrocarbon residues (C x H x ), aldehydes and other ingredients in the combustion products; c) a qualitative improvement in the processes of fuel combustion in diesel cylinders in transient conditions, aimed at the release without residue of all chemical energy stored in the combustible fuel; d) an additional increase in the economics of DG due to the utilization of the kinetic energy of the rotating masses of THA during transitional periods of a decrease in its rotational speed into electric energy with its direction into the electric network of consumers; e) improvement of transient electromagnetic and electromechanical processes of the OSEM, as well as simplification and cheapening of the control system of its static semiconductor converter; f) improvement of anti-surge characteristics of a turbocharger of a boost in all modes and the entire range of DG loads; g) in addition, the task is to improve the starting properties of the OSEM when it is used in the valve motor mode.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора в динамических режимах, состоящем в том, что при запуске синхронного дизель-генератора разгоняют одновременно и обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата, а при работе данного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок менее 30-40% номинальной и набросе мощности измеряют посредством трехимпульсного электронного пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора подачи топлива и давления наддувочного воздуха сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что воздействуют статическим сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости дизеля, а динамическим сигналом - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, повышая на этом этапе напряжение этого преобразователя в цепи постоянного тока и вращающий электромагнитный момент данной обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем, а при сбросе мощности в этом диапазоне статических нагрузок измеряют тем же трехимпульсным электронным пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором подачи топлива и давления наддувочного воздуха сигналы статического и динамического понижения этой мощности, которыми также согласованно и синхронно дефорсируют подачу топлива и давление наддувочного воздуха дизеля путем того, что воздействуют первым сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости и вторым сигналом воздействуют на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, чем уменьшают на этом этапе напряжение этого преобразователя в цепи постоянного тока и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины; при работе дизель-генератора в диапазоне статических нагрузок выше 30-40% номинальной и набросе мощности измеряют сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что также статическим сигналом воздействуют на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости дизеля и увеличивают подачу топлива, а динамическим сигналом воздействуют на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, работающей в данном диапазоне нагрузок в генераторном режиме, чем понижают на этом этапе ток возбуждения и тормозной электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, при этом при сбросе мощности в этом диапазоне статических нагрузок подачу топлива и давление наддува дизеля одновременно и согласованно на этом этапе дефорсируют, в ОТЛИЧИЕ от известного способа в заявляемом способе в динамических режимах работы дизель-генератора при набросе и сбросе мощности давление наддувочного воздуха при всех его предшествующих нагрузках регулируют поэтапно.The stated technical problem is achieved by the fact that in the known method for automatically controlling the charge pressure of a diesel generator in dynamic modes, which consists in the fact that when starting a synchronous diesel generator, a reversible synchronous electric machine of a turbocharger is accelerated at the same time, and when this diesel generator is operating in the range of static active loads less than 30-40% of the nominal and power surge is measured by means of a three-pulse electronic proportional-integral -differential regulator of fuel supply and charge air pressure, the signals of static and dynamic increment of this power, consistently and synchronously boost the fuel supply and charge air pressure with these signals by acting as a static signal on the servomotor of a single-pulse mechano-hydraulic regulator of angular speed of the diesel engine, and by a dynamic signal on control system of a static semiconductor converter of a reversible synchronous electric machine turbocharged unit, increasing at this stage the voltage of this converter in the direct current circuit and the rotating electromagnetic moment of this reversible synchronous electric machine operating with a drive motor, and when power is reset in this range of static loads, the same three-pulse electronic proportional-integral-differential fuel supply regulator is measured and charge air pressure, the signals of static and dynamic reduction of this power, which also consistently and synchronously deform the fuel supply and the charge air pressure of the diesel engine by acting on the servo motor of a single-pulse mechanohydraulic angular velocity controller and applying a second signal on the control system of the static semiconductor converter of a reversible synchronous electric machine of a turbocharger, which reduces the voltage of this converter in a constant circuit at this stage current and torque electromagnetic reversible synchronous electrical machine; when the diesel generator operates in the range of static loads above 30-40% of the nominal and the power surge, the signals of static and dynamic increment of this power are measured, and the fuel supply and charge air pressure are boosted by these signals in a synchronized manner, also acting on the single-pulse servomotor with a static signal mechano-hydraulic regulator of the angular velocity of the diesel and increase the fuel supply, and a dynamic signal affect the control system of static semiconductor with a forge converter of a reversible synchronous electric machine of a turbocharging unit operating in a given load range in the generator mode, which reduces the excitation current and the braking electromagnetic moment of a reversible synchronous electric machine at this stage, while, when the power is reset in this range of static loads, the fuel supply and diesel boost pressure at the same time and consistently at this stage, deform, in contrast to the known method in the inventive method in the dynamic modes of operation of the diesel generator Pounce torus under pressure and discharge power of the charge air at all of its previous loads controlled in stages.
При набросе нагрузки на дизель-генератор при суммарном воздействии сигналов приращений статической и динамической нагрузок на первом этапе воздействуют дополнительно сигналом приращения статической нагрузки на повышение давления наддувочного воздуха за счет подачи по сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения генератора во всасывающий патрубок турбокомпрессора наддува сжатого воздуха из его источника по вспомогательному воздухопроводу посредством управляемого клапана, установленного на этом воздухопроводе непосредственно перед входом в турбокомпрессор, а также воздействуют и на обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата посредством статического полупроводникового преобразователя, системы его управления, выполненной в виде подсистем управления обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями, и субблоков управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления обратимой синхронной электрической машиной. При этом в периоды работы дизель-генератора со статической нагрузкой более 30-40% номинальной, при упомянутом набросе нагрузки, когда обратимая синхронная электрическая машина турбонаддувочного агрегата работает в генераторном режиме, уменьшают, за счет воздействия суммарным сигналом приращений статической и динамической нагрузок дизель-генератора и посредством статического полупроводникового преобразователя, его подсистем управления обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и соответственно субблоков управления двигательным и генераторным режимами, электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины вплоть до ее перевода в двигательный режим с последующим его доведением до номинального посредством управляемого полупроводникового преобразователя-возбудителя с его подсистемой управления. Причем измеряют на первом этапе данного наброса нагрузки давление наддувочного воздуха в воздушном коллекторе турбокомпрессора наддува и частоту вращения самого турбокомпрессора наддува. Значение сигнала, пропорциональное этому давлению, сравнивают посредством блока динамической коррекции частоты напряжения генератора с программно заданным в этом же блоке значением, равным оптимальному для возросшей статической нагрузки дизель-генератора, и, если значение измеренного сигнала превышает оптимальное, отключают посредством сигнала данного блока управляемый клапан от источника сжатого воздуха. На втором этапе данного регулирования давления наддувочного воздуха того же режима дизель-генератора при указанном набросе нагрузки сравнивают в субблоке задания режима блока логического управления обратимой синхронной электрической машиной измеренные значения текущего сигнала частоты вращения турбокомпрессора наддува и давления наддувочного воздуха в воздушном коллекторе с программно заданными в том же субблоке задания режима значениями, равными оптимальным для возросшей статической нагрузки дизель-генератора. И, в случае превышения измеренных сигналов частоты вращения и соответственно давления наддувочного воздуха над заданными и работе дизель-генератора с нагрузкой более 30-40% номинальной, сигналами их разности воздействуют этим субблоком на возврат обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата снова в предшествующий генераторный режим, а затем и последующее повышение электромагнитного тормозного момента обратимой синхронной электрической машины, посредством ее статического полупроводникового преобразователя, его подсистем управления обратимыми электромашинным и сетевым полупроводниковыми преобразователями, при возврате режима и управляемого полупроводникового преобразоватля-возбудителя с его подсистемой управления при повышении тормозного момента, до тех пор, пока сравниваемые в субблоке управления генераторным режимом значения измеренного и оптимального сигналов давления наддувочного воздуха не станут равными, после чего повышение электромагнитного тормозного момента обратимой синхронной электрической машины, посредством полупроводникового преобразователя-возбудителя с его подсистемой управления, по сигналу субблока управления генераторным режимом прекращают как установившееся. А если нагрузка дизель-генератора в момент наброса соответствует значениям менее 30-40% номинальной, то первоначально, наряду с упомянутой подачей на первом этапе в турбокомпрессор наддува сжатого воздуха от постороннего источника, увеличивают одновременно за счет воздействия суммарным сигналом приращений статической и динамической нагрузок дизель-генератора электромагнитный движущий момент обратимой синхронной электрической машины, работающей в данном диапазоне нагрузок дизель-генератора в двигательном режиме, до номинального значения, посредством статического полупроводникового преобразователя, подсистемы управления его сетевым полупроводниковым преобразователем и субблока управления двигательным режимом. А на втором этапе, после отключения источника сжатого воздуха, сигналами разности измеренных возросших значений частоты вращения турбокомпрессора наддувочного воздуха и соответственно давления наддувочного воздуха в воздушном коллекторе над программно заданными, вычисленными в субблоке управления двигательным режимом, воздействуют на возвращение обратимой синхронной электрической машины в предшествующий двигательный режим и дальнейшее уменьшение ее электромагнитного движущего момента, посредством статического полупроводникового преобразователя, подсистемы управления его сетевым полупроводниковым преобразователем и субблока управления двигательным режимом, до тех пор, пока измеренный сигнал действительного значения давления наддувочного воздуха при сравнении в субблоке управления двигательным режимом не снизится и не станет равным оптимальному значению для возросшего статического нагрузочного режима дизель-генератора, после чего данное снижение электромагнитного движущего момента обратимой синхронной электрической машины по сигналу данного субблока прекращают как установившееся;When the load is loaded onto the diesel generator during the combined action of the static and dynamic load increment signals, the first stage is additionally affected by the static load increment signal to increase the charge air pressure due to the supply of a generator of dynamic correction of the generator voltage frequency to the intake pipe of the turbocharger of pressurized compressed air from it source through an auxiliary air pipe by means of a controlled valve installed on this air pipe just before entering the turbocharger, they also act on the reversible synchronous electric machine of the turbocharger via a static semiconductor converter, its control system made in the form of control subsystems for reversible network and machine semiconductor converters, and subunits for controlling the motor and generator modes of the logical synchronous reversible control unit electric machine. Moreover, during periods of operation of the diesel generator with a static load of more than 30-40% of the nominal load, with the aforementioned load surge, when the reversible synchronous electric machine of the turbocharger unit operates in the generator mode, it is reduced due to the influence of the increment of the static and dynamic loads of the diesel generator by the total signal and by means of a static semiconductor converter, its control subsystems of reversible network and machine semiconductor converters and, accordingly, subbl the control shafts of the motor and generator modes, the electromagnetic braking torque of a reversible synchronous electric machine up to its transfer to the motor mode with its subsequent bringing to the nominal one by means of a controlled semiconductor converter-exciter with its control subsystem. Moreover, at the first stage of this load surge, the pressure of the charge air in the air manifold of the turbocharger turbocharger and the rotational speed of the turbocharger itself are measured. The signal value proportional to this pressure is compared by means of the dynamically correcting the frequency generator voltage with the software value specified in the same block equal to the optimal value for the increased static load of the diesel generator, and if the measured signal exceeds the optimal value, the controlled valve is turned off by the signal from this block from a source of compressed air. At the second stage of this control of the charge air pressure of the same mode of the diesel generator with the indicated load surge, the measured values of the current signal of the boost turbocharger speed and charge air pressure in the air manifold with the programmed the subunit of setting the mode with values equal to optimal for the increased static load of the diesel generator. And, in case of exceeding the measured signals of the rotation speed and, respectively, the charge air pressure over the set ones and the operation of the diesel generator with a load of more than 30-40% of the nominal, the signals of their difference affect this subunit to return the reversible synchronous electric machine of the turbocharger unit back to the previous generator mode, and then the subsequent increase in the electromagnetic braking torque of a reversible synchronous electric machine, through its static semiconductor converter, control subsystems of reversible electric machine and network semiconductor converters, when the mode and controlled semiconductor converter exciter are returned with its control subsystem when the braking torque is increased, until the values of the measured and optimal charge air pressure signals compared in the generator control subunit become equal after which the increase of the electromagnetic braking torque of a reversible synchronous electric machine, through semi odnikovogo exciter converter with its control subsystem, the signal mode control subblock generator is stopped as a steady. And if the load of the diesel generator at the time of injection corresponds to values less than 30-40% of the nominal, then initially, along with the mentioned supply at the first stage to the turbocharger of pressurized compressed air from an external source, they simultaneously increase due to the effect of the incremental signal increments of the static and dynamic loads of the diesel - generator electromagnetic driving torque of a reversible synchronous electric machine operating in a given load range of a diesel generator in a motor mode, up to a nominal value sheniya, by means of a static semiconductor converter, a subsystem for controlling its network semiconductor converter and a subunit controlling the motor mode. And in the second stage, after turning off the compressed air source, the signals of the difference in the measured increased values of the turbocharger speed of the charge air and, respectively, the pressure of the charge air in the air manifold over the programmed values calculated in the subunit for controlling the motor mode affect the return of the reversible synchronous electric machine to the previous motor mode and further reduction of its electromagnetic driving moment by means of static semiconductors of the converter, the control subsystem of its network semiconductor converter, and the engine control subunit until the measured signal of the actual charge air pressure when compared in the engine control subunit decreases and becomes equal to the optimal value for the increased static load mode of the diesel generator , after which this decrease in electromagnetic driving torque of a reversible synchronous electric machine by the signal of this subunit How to Install a stop;
При сбросе с дизель-генератора нагрузки, на первом этапе измеренным статическим сигналом понижения мощности воздействуют одновременно на уменьшение подачи топлива посредством одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости двигателя и на подключение к клеммам генератора компенсатора активной мощности, посредством его быстродействующего полупроводникового регулятора, по сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения, связанного с указанным одноимпульсным механогидравлическим регулятором угловой скорости. А также воздействуют и на сброс с выдержкой 0,5 сек. наддувочного воздуха из воздушного коллектора турбокомпрессора на его всасывающую полость посредством воздействия дополнительным сигналом с выхода блока динамической коррекции частоты напряжения на открытие управляемого клапана, установленного на перепускном воздухопроводе, соединяющем нагнетательную полость турбокомпрессора с его всасывающей полостью, понижая, тем самым, коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания дизеля. А суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности, в случае если нагрузка дизель-генератора в этот момент сброса составляет менее 30-40% номинальной, воздействуя им на субблоки управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления, переводят по сигналу последнего субблока обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата, работающую в двигательном режиме, в генераторный режим при номинальном токе, посредством ее статического полупроводникового преобразователя, подсистем управления его сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, и форсированно понижают при этом частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. А если нагрузка дизель-генератора в момент сброса равна и более 30-40% номинальной, суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности увеличивают электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, работающей в генераторном режиме, до номинальной мощности, воздействуя по этому суммарному сигналу выходным сигналом субблока управления генераторным режимом блока логического управления на подсистему управления управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, форсированно увеличивают при этом посредством данного преобразователя-возбудителя ток возбуждения и электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины до номинального значения, тем самым форсированно понижают частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. Далее после сброса нагрузки с дизель-генратора сигналом уменьшения подачи топлива, синхронно с ним пропорционально снижают нагрузку компенсатора активной мощности посредством его быстродействующего полупроводникового регулятора по дополнительному сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения генератора, одновременно с этим измеряют снижающиеся частоту вращения турбокомпрессора наддува и давление наддувочного воздуха в воздушном коллекторе, и по мере снижения давления наддувочного воздуха измеренный сигнал этого давления сравнивают посредством блока динамической коррекции частоты напряжения генератора с его программно заданным в этом же блоке значением, равным оптимальному для данной понизившейся статической нагрузки дизель-генератора. При этом, когда сигнал, пропорциональный давлению наддувочного воздуха, станет равным программно заданному, управляемый клапан на перепускном воздухопроводе закрывают посредством данного блока динамической коррекции частоты напряжения генератора. А когда равным программно заданному в нем станет и значение поступившего в него сигнала частоты вращения, пропорциональное угловой скорости турбокомпрессора наддува, выключают и компенсатор активной мощности посредством воздействия данного блока динамической коррекции частоты напряжения генератора на его быстродействующий полупроводниковый регулятор. Затем на втором этапе регулирования сравнивают посредством субблока управления генераторным режимом блока логического управления обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата измеренные значения сигналов частоты вращения трбокомпрессора наддува и давления наддувочного воздуха с их программно заданными в том же субблоке управления генераторным режимом значениями, равными оптимальным для снизившегося статического нагрузочного режима дизель-генератора. И, в случае превышения вторых сигналов над первыми, в режимах со статической нагрузкой дизель-генератора менее 30-40% номинальной воздействуют данными сигналами разности этого субблока на подсистемы управления электромашинным и сетевым полупроводниковыми преобразователями статического полупроводникового преобразователя обратимой синхронной электрической машины и возвращают данную машину в предшествующий двигательный режим. Повышают затем посредством субблока управления двигательным режимом и его упомянутых элементов и связей электромагнитный двигательный момент обратимой синхронной электрической машины и частоту вращения турбокомпрессора наддува до тех пор, пока сравниваемые в этом субблоке управления двигательным режимом измеренное и программно заданное оптимальное для снизившегося статического нагрузочного режима дизель-генератора значения сигналов давления наддувочного воздуха не станут равными, после чего повышение электромагнитного двигательного момента обратимой синхронной электрической машины по сигналу этого субблока прекращают.When the load is reset from the diesel generator, at the first stage, the measured power reduction signal acts simultaneously to reduce the fuel supply by means of a single-pulse mechanohydraulic engine angular speed controller and to connect the active power compensator to the generator terminals, by means of its high-speed semiconductor controller, by the signal of the dynamic correction unit the frequency of the voltage associated with the specified single-pulse mechano-hydraulic angular velocity controller awns. And also affect the discharge with a shutter speed of 0.5 seconds. charging air from the turbocharger air manifold onto its suction cavity by applying an additional signal from the output of the dynamic voltage frequency correction unit to open the controlled valve installed on the bypass duct connecting the discharge cavity of the turbocharger with its suction cavity, thereby reducing the excess air coefficient in the chambers diesel combustion. And the total signal of static and dynamic power reduction, if the load of the diesel generator at this moment of discharge is less than 30-40% of the nominal, acting on the subunits to control the motor and generator modes of the logical control unit, translates a reversible synchronous electric machine according to the signal of the last subunit a turbocharging unit operating in the motor mode to the generator mode at rated current, by means of its static semiconductor converter, subsystems control of its network and machine semiconductor converters and a controlled semiconductor converter-exciter, and forcibly reduce the rotational speed and performance of the turbocharger boost, as well as the pressure of the charge air in its air manifold. And if the load of the diesel generator at the time of discharge is equal to and more than 30-40% of the nominal, the total signal of the static and dynamic power reduction increases the electromagnetic braking torque of the reversible synchronous electric machine of the turbocharging unit operating in the generator mode to the rated power, acting on this total signal the output signal of the control unit of the generator mode of the logical control unit to the control subsystem controlled by a semiconductor converter-excite elem, thus increasing by force by means of the converter-exciter field current and an electromagnetic braking torque synchronous reversible electric machine to the nominal value, thereby forcedly reduced speed and turbocharger boost performance, as well as the charge air pressure in its air manifold. Then, after the load has been relieved from the diesel generator, the fuel supply reduction signal synchronously with it proportionally reduces the load of the active power compensator by means of its high-speed semiconductor controller using an additional signal from the generator for dynamic correction of the generator voltage frequency, and at the same time, the decreasing turbocharger rotation speed and charge air pressure are measured in the air manifold, and as the charge air pressure decreases, the measured signal of this pressure Nia compared by the generator voltage frequency dynamic correction block with its software specified in the same block a value equal to the optimum for the given lowered genset static load. At the same time, when the signal proportional to the charge air pressure becomes equal to the programmed one, the controlled valve on the bypass duct is closed by means of this unit for dynamic correction of the generator voltage frequency. And when the speed signal received in it becomes proportional to the programmed value in it, proportional to the angular speed of the boost turbocharger, the active power compensator is also turned off by the action of this unit of dynamic correction of the generator voltage frequency to its high-speed semiconductor controller. Then, at the second stage of regulation, the measured values of the speed signals of the turbocharger of the boost and pressure of the charge air are compared by means of a subunit controlling the generator mode of the logical control unit of the reversible synchronous electric machine of the turbocharger with their programmed values in the same subunit controlling the generator mode equal to the optimal values for the decreasing static load diesel generator mode. And, if the second signals exceed the first ones, in the modes with a static load of the diesel generator less than 30-40% of the rated value, these signals of the difference of this subunit affect the control subsystems of the machine and network semiconductor converters of a static semiconductor converter of a reversible synchronous electric machine and return this machine to previous motor mode. Then, by means of the sub-unit for controlling the motor mode and its mentioned elements and connections, the electromagnetic motor moment of the reversible synchronous electric machine and the speed of the turbocharger of the supercharger are increased until the measured and programmed optimal for the reduced static load mode of the diesel generator compared in this sub-block of the engine control the values of the charge air pressure signals do not become equal, after which the increase in the electromagnetic motor At the moment of the reversible synchronous electric machine, the signal of this subunit is stopped.
При выводе дизель-генератора из работы посылают на вход его подсистемы дистанционного автоматизированного управления команду остановки и организуют посредством этой подсистемы перевод нагрузки на остающийся в работе дизель-генератор. В процессе данного перевода на выходе трехимпульсного электронного пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора подачи топлива выводимого дизель-генератора синхронно со снижением нагрузки синхронного генератора формируют сигнал понижения статической нагрузки двигателя. Воздействуют им на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости, а также на устройства регулирования давления наддувочного воздуха, снижая его давление и частоту вращения турбокомпрессора наддува, как и в случае сброса нагрузки. А когда мощность выводимого синхронного генератора станет равной нулю, по сигналу его трехимпульсного электронного пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора подачи топлива выключают автоматический выключатель данного генератора. Посредством нормально замкнутого блок-контакта этого выключателя посылают на подсистему дистанционного автоматизированного управления выводимым дизель-генератором сигнал работы на холостом ходу. По этому сигналу посредством указанной подсистемы дистанционного управления понижает частоту вращения дизель-генератора до значения, установленного программой для режима холостого хода. А по истечении заданной в данной подсистеме программным способом выдержки времени для работы дизель-генератора на холостом ходу, этой подсистемой дистанционного автоматизированного управления формируют одновременно команду остановки дизеля посредством стоп-устройства одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости и команду остановки турбонаддувочного агрегата посредством субблока торможения блока логического управления обратимой синхронной электрической машиной. Далее посредством данного субблока торможения во взаимодействии последнего со статическим полупроводниковым преобразователем и его обеими подсистемами управления сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями переводят обратимую синхронную электрическую машину в генераторный режим рекуперативного торможения, снижают частоту вращения обратимой синхронной электрической машины и турбонаддувочного агрегата, преобразуя при этом запасенную ими кинетическую энергию в электрическую и направляя ее в электрическую сеть. Измеряют понижающуюся частоту вращения турбокомпрессора наддува и сравнивают ее значение в субблоке торможения блока логического управления с программно заданным в этом же субблоке торможения значением, определяющим момент перехода обратимой синхронной электрической машины уже в режим динамического торможения. При снижении частоты вращения турбокомпрессора наддува до указанного заданного значения динамического торможения сигналом этого субблока торможения электромашинный преобразователь статического полупроводникового преобразователя переключают посредством вспомогательного контактора последнего на его динамический резистор, включая последний в цепь постоянного тока самого статического преобразователя, а импульсы управления полупроводниковыми вентилями сетевого преобразователя статического полупроводникового преобразователя блокируют посредством того же субблока торможения. Когда же частота вращения турбокомпрессора наддува в процессе динамического торможения станет равной нулю, тем же субблоком торможения выключают автоматический выключатель обратимой синхронной электрической машины, снимая питание со всех цепей обратимой синхронной электрической машиныWhen a diesel generator is put out of operation, a stop command is sent to the input of its remote automated control subsystem and through this subsystem a load is transferred to the diesel generator remaining in operation. In the process of this translation, at the output of a three-pulse electronic proportional-integral-differential fuel supply regulator of the output diesel generator, a signal for decreasing the engine static load is generated simultaneously with a decrease in the load of the synchronous generator. They act on the servomotor of a single-pulse mechanohydraulic angular velocity controller, as well as on the charge air pressure control devices, reducing its pressure and the turbocharger speed of the boost, as in the case of load shedding. And when the power of the output synchronous generator becomes equal to zero, according to the signal of its three-pulse electronic proportional-integral-differential fuel supply regulator, the circuit breaker of this generator is turned off. By means of a normally closed block contact of this switch, an idle signal is sent to the remote automated control subsystem of the outputted diesel generator. According to this signal, by means of the indicated subsystem of remote control, it reduces the frequency of rotation of the diesel generator to the value set by the program for idle mode. And after the specified time in the subsystem programmed for the time delay for the diesel generator to idle, this remote automated control subsystem generates at the same time a diesel stop command by means of a stop device of a single-pulse mechanohydraulic angular velocity controller and a stop command of the turbocharging unit via the braking subunit of the logical control unit reversible synchronous electric machine. Further, by means of this braking subunit, in interaction of the latter with a static semiconductor converter and its both subsystems for controlling the network and machine semiconductor converters, the reversible synchronous electric machine is transferred to regenerative braking generator mode, the rotational speed of the reversible synchronous electric machine and the turbocharging unit is reduced, transforming the kinetic energy into electrical and directing it into an electrical network b. The decreasing rotational speed of the turbocharger of the boost is measured and its value in the braking subunit of the logical control unit is compared with the value programmatically set in the same subunit of braking, which determines the moment the transition of the reversible synchronous electric machine already into the dynamic braking mode. When the turbocharger speed of a boost is reduced to a specified set value of dynamic braking by a signal of this braking subunit, the electrical machine converter of the static semiconductor converter is switched by means of the auxiliary contactor of the latter to its dynamic resistor, including the latter in the DC circuit of the static converter itself, and the control pulses of the semiconductor valves of the network converter of the static semiconductor converter b Okeer through the same sub-block braking. When the rotation speed of the turbocharger of the boost during dynamic braking becomes equal to zero, the circuit breaker of the reversible synchronous electric machine is turned off by the same braking subunit, removing power from all circuits of the reversible synchronous electric machine
Эксплуатационно оправданно такое выполнение способа, когда обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата в период ее работы двигателем используют в режиме вентильной машины при номинальном токе возбуждения, а в период ее работы генератором потоком электрической мощности управляют комбинированно таким образом, что в установившихся режимах потоком этой мощности управляют путем регулирования напряжения и тока возбуждения, а в переходных режимах этим же потоком управляют путем воздействия на статический полупроводниковый преобразователь обратимой вентильной синхронной электрической машины, включенный в ее якорную цепь.Operationally justified is the implementation of the method when a reversible synchronous electric machine of a turbocharging unit is used during the engine operation in the valve machine mode at the rated excitation current, and during its operation the generator controls the flow of electric power in such a way that in steady-state modes the flow of this power is controlled by regulating the voltage and excitation current, and in transient conditions, the same stream is controlled by acting on a static half Vodnikova inverter gate reversible synchronous electric machine included in its anchor chain.
Экономически и технологически целесообразно такое выполнение способа, когда в процессе запуска дизель-генератора разгон обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата в режиме вентильного двигателя до начальной частоты вращения, составляющей 5% ее номинального значения и гарантирующей устойчивую естественную коммутацию полупроводниковых вентилей электромашинного преобразователя в период работы зависимым инвертором, выполняют путем подачи сжатого воздуха из пускового баллона дизеля во входной патрубок газовой турбины турбонаддувочного агрегата через управляемый клапан, установленный на участке вспомогательного воздухопровода между этим баллоном и входным патрубком данной газовой турбины, и прекращают подачу сжатого воздуха путем воздействия сигналом обратной связи по частоте вращения турбонаддувочного агрегата на тот же управляемый клапан.It is economically and technologically feasible that such a method is performed when during the start of a diesel generator the acceleration of a reversible synchronous electric machine of a turbocharger in the valve engine mode to an initial speed of 5% of its nominal value and guaranteeing stable natural switching of the semiconductor valves of the machine converter during the operation is dependent inverter, perform by supplying compressed air from the starting cylinder of the diesel engine to the gas inlet the turbine of the turbocharging unit through a controlled valve installed in the auxiliary air duct between this cylinder and the inlet of this gas turbine, and stop the supply of compressed air by applying a feedback signal on the frequency of rotation of the turbocharging unit to the same controlled valve.
Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивают в совокупности решение поставленной задачи с получением следующих результатов: 1) улучшение приемистости нагрузки ДГ в переходных режимах как за счет повышения быстродействия системы регулирования давления наддувочного воздуха в цилиндрах дизеля в периоды набросов на него нагрузки, так и применения быстродействующего компенсатора активной мощности в моменты сбросов нагрузки, приводящим, в итоге, к улучшению динамических показателей процесса регулирования частоты напряжения в электрической сети потребителей; 2) улучшение процессов сгорания топлива в цилиндрах дизеля в переходных режимах, направленное на устранение образования сажи (дымности), токсичных газов (GO, NOx, SOx), остатков углеводородов (СхНх), альдегидов и других ингредиентов в продуктах горения, т.е. улучшение экологических характеристик ДГ; 3) высвобождение без остатка всей запасенной в сгораемом топливе химической энергии и превращение ее в механическую энергию за счет оптимизации процессов сгорания топлива в цилиндрах дизеля в переходных режимах без образования остатков углеводородов СхНх; 4) дополнительное повышение экономичности ДГ в переходных режимах за счет утилизации кинетической энергии вращающихся масс турбонаддувочного агрегата в электрическую энергию в периодически повторяющиеся промежутки снижения частоты вращения турбокомпрессорного агрегата с направлением ее в электрическую сеть потребителей; 5) улучшение переходных электромагнитных и электромеханических процессов обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, а также упрощение и удешевление системы управления ее статическим полупроводниковым преобразователем, 6) заявляемое изобретение дополнительно направлено на улучшение противопомпажных характеристик турбокомпрессора наддува во всех режимах и всем диапазоне нагрузок ДГ; 7) улучшение пусковых свойств ОСЭМ в режиме двигателя без усложнения ее конструкции.The restrictive and distinctive features of the claimed invention together provide a solution to the problem with the following results: 1) improving the throttle response of the DG load in transient conditions, both by increasing the speed of the control system of charge air pressure in the diesel cylinders during periods of load spikes on it, as well as the use of high-speed active power compensator at moments of load shedding, leading, ultimately, to an improvement in the dynamic performance of the process is regulated I voltage frequency in the electrical network users; 2) improvement of the processes of fuel combustion in diesel cylinders in transient conditions, aimed at eliminating the formation of soot (smoke), toxic gases (GO, NO x , SO x ), hydrocarbon residues (C x H x ), aldehydes and other ingredients in the combustion products , i.e. improvement of environmental characteristics of diesel fuel; 3) the release without residue of all chemical energy stored in the combustible fuel and its conversion into mechanical energy by optimizing the processes of fuel combustion in diesel cylinders in transient conditions without the formation of hydrocarbon residues C x H x ; 4) an additional increase in the efficiency of diesel engines in transient conditions due to the utilization of the kinetic energy of the rotating masses of the turbocharging unit into electric energy in periodically repeating periods of decreasing the speed of the turbocharger unit with its direction to the consumers' electric network; 5) improvement of transient electromagnetic and electromechanical processes of a reversible synchronous electric machine of a turbocharging unit, as well as simplification and cheapening of the control system of its static semiconductor converter; 6) the claimed invention is additionally aimed at improving the anti-surge characteristics of a turbocharger of a boost in all modes and the entire range of DG loads; 7) improving the starting properties of the OSEM in engine mode without complicating its design.
I. Одной из важных характеристик динамических режимов работы ДГ является приемистость нагрузки, характеризующая быстроту адаптации его вспомогательных систем к внезапному изменению нагрузки агрегата - ее «набросу» или «сбросу». Электронные средства регулирования топливоподачи, которыми оснащены современные ДГ, позволяют сравнительно быстро (доли секунды) реагировать на эти изменения нагрузки. Тогда как регулирование давления наддувочного воздуха посредством турбокомпрессора наддува со свободным (пассивным) приводом от турбины, вращаемой отработавшими газами, существенно запаздывает (до нескольких секунд) вследствие большой инерционности ТНА, объясняемой его массой и высокой частотой вращения, достигающей десятков тысяч оборотов в минуту. Присоединение к валу турбонаддувочного агрегата обратимой синхронной электрической машины - ОСЭМ - с редуктором, как это принято в способе-прототипе, с одной стороны, позволяет добиться оптимальных параметров наддува ДГ во всем диапазоне его статических (установившихся) нагрузок и утилизировать при этом в определенном диапазоне нагрузок энергию теплоты отработавших газов в электрическую энергию, т.е. повышая КПД турбонаддувочного агрегата и ДГ в целом. Но, с другой стороны, ОСЭМ с редуктором, увеличивая маховую массу вращающихся частей ТНА и запасаемую им кинетическую энергию в процессе разгона, вызывает увеличение постоянной времени переходных процессов ТНА, что приводит в динамических режимах наброса-сброса нагрузки к дополнительному запаздыванию регулирования давления наддувочного воздуха.I. One of the important characteristics of the dynamic modes of the DG is the load pickup, which characterizes the speed of adaptation of its auxiliary systems to a sudden change in the load of the unit - its "surge" or "discharge". Electronic means of fuel control, which are equipped with modern diesel engines, allow a relatively quick (fraction of a second) to respond to these changes in load. Whereas the regulation of the charge air pressure by means of a turbocharger of a boost with a free (passive) drive from a turbine rotated by exhaust gases is significantly delayed (up to several seconds) due to the high inertia of the turbine engine, due to its mass and high speed, reaching tens of thousands of revolutions per minute. The connection to the shaft of the turbocharging unit of a reversible synchronous electric machine - OSEM - with a gearbox, as is customary in the prototype method, on the one hand, allows to achieve optimal parameters of the DG boost in the entire range of its static (steady-state) loads and disposed of in a certain load range the energy of the heat of the exhaust gases into electrical energy, i.e. increasing the efficiency of the turbocharging unit and diesel engine as a whole. But, on the other hand, the ESEM with a reducer, increasing the rotational mass of the rotating parts of the heat pump and the kinetic energy stored by it during acceleration, causes an increase in the transient time constant of the heat pump, which leads to an additional delay in the control of charge loading and discharge, which additionally delays the regulation of charge air pressure.
В заявленном способе автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора, благодаря тому, что 1) … в динамических режимах работы дизель-генератора при набросе и сбросе мощности давление наддувочного воздуха при всех его предшествующих нагрузках регулируют поэтапно. При набросе нагрузки на дизель-генератор при суммарном воздействии сигналов приращений статической и динамической нагрузок на первом этапе воздействуют дополнительно сигналом приращения статической нагрузки на повышение давления наддувочного воздуха за счет подачи по сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения генератора во всасывающий патрубок турбокомпрессора наддува сжатого воздуха из его источника по вспомогательному воздухопроводу посредством управляемого клапана, установленного на этом воздухопроводе непосредственно перед входом в турбокомпрессор, а также воздействуют и на обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата посредством статического полупроводникового преобразователя, системы его управления, выполненной в виде подсистем управления обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями, и субблоков управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления обратимой синхронной электрической машиной. При этом в периоды работы дизель-генератора со статической нагрузкой более 30-40% номинальной, при упомянутом набросе нагрузки, когда обратимая синхронная электрическая машина турбонаддувочного агрегата работает в генераторном режиме, уменьшают, за счет воздействия суммарным сигналом приращений статической и динамической нагрузок дизель-генератора и посредством статического полупроводникового преобразователя, его подсистем управления обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и соответственно субблоков управления двигательным и генераторным режимами, электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины вплоть до ее перевода в двигательный режим с последующим его доведением до номинального посредством управляемого полупроводникового преобразователя-возбудителя с его подсистемой управления. Причем измеряют на первом этапе данного наброса нагрузки давление наддувочного воздуха в воздушном коллекторе турбокомпрессора наддува и частоту вращения самого турбокомпрессора наддува. Значение сигнала, пропорциональное этому давлению, сравнивают посредством блока динамической коррекции частоты напряжения генератора с программно заданным в этом же блоке значением, равным оптимальному для возросшей статической нагрузки дизель-генератора, и, если значение измеренного сигнала превышает оптимальное, отключают посредством сигнала данного блока управляемый клапан от источника сжатого воздуха … - добиваются в совокупности действий и технических средств при набросе нагрузки вместе с увеличением подачи топлива в цилиндры дизеля практически синхронного и адекватного повышения давления наддувочного воздуха, приводящего к образованию в камерах сгорания оптимального коэффициента избытка воздуха и более полному сгоранию впрыскиваемого топлива, а следовательно, преобразованию в механическую энергию практически всей потенциальной (химической) энергии, запасенной в молекулах углеводородов, т.е. к получению большего по амплитуде приращения вращающего момента, приложенного к коленвалу дизеля. Это, в конечном счете, приводит к меньшему провалу частоты вращения ДГ и частоты переменного тока генератора и более быстрому их восстановлению до прежних значений.In the inventive method for automatically controlling the pressure of the charge air of a diesel generator, due to the fact that 1) ... in the dynamic modes of operation of the diesel generator during power surge and discharge, the pressure of the charge air with all its previous loads is regulated in stages. When the load is loaded onto the diesel generator during the combined action of the static and dynamic load increment signals, the first stage is additionally affected by the static load increment signal to increase the charge air pressure due to the supply of a generator of dynamic correction of the generator voltage frequency to the intake pipe of the turbocharger of pressurized compressed air from it source through an auxiliary air pipe by means of a controlled valve installed on this air pipe just before entering the turbocharger, they also act on the reversible synchronous electric machine of the turbocharger via a static semiconductor converter, its control system made in the form of control subsystems for reversible network and machine semiconductor converters, and subunits for controlling the motor and generator modes of the logical synchronous reversible control unit electric machine. Moreover, during periods of operation of the diesel generator with a static load of more than 30-40% of the nominal load, with the aforementioned load surge, when the reversible synchronous electric machine of the turbocharger unit operates in the generator mode, it is reduced due to the influence of the increment of the static and dynamic loads of the diesel generator by the total signal and by means of a static semiconductor converter, its control subsystems of reversible network and machine semiconductor converters and, accordingly, subbl the control shafts of the motor and generator modes, the electromagnetic braking torque of a reversible synchronous electric machine up to its transfer to the motor mode with its subsequent bringing to the nominal one by means of a controlled semiconductor converter-exciter with its control subsystem. Moreover, at the first stage of this load surge, the pressure of the charge air in the air manifold of the turbocharger turbocharger and the rotational speed of the turbocharger itself are measured. The signal value proportional to this pressure is compared by means of the dynamically correcting the frequency generator voltage with the software value specified in the same block equal to the optimal value for the increased static load of the diesel generator, and if the measured signal exceeds the optimal value, the controlled valve is turned off by the signal from this block from a source of compressed air ... - achieve a combination of actions and technical means during a load surge along with an increase in the fuel supply to the cylinder of a diesel engine of an almost synchronous and adequate increase in the pressure of charge air, leading to the formation in the combustion chambers of an optimal coefficient of excess air and a more complete combustion of the injected fuel, and therefore to conversion into mechanical energy of almost all potential (chemical) energy stored in hydrocarbon molecules, i.e. . to obtain a larger amplitude increment of the torque applied to the diesel crankshaft. This, ultimately, leads to a smaller dip in the DG rotation frequency and the alternator current frequency of the generator and their faster restoration to the previous values.
2) … при сбросе с дизель-генератора нагрузки, на первом этапе измеренным статическим сигналом понижения мощности воздействуют одновременно на уменьшение подачи топлива посредством одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости двигателя и на подключение к клеммам генератора компенсатора активной мощности, посредством его быстродействующего полупроводникового регулятора, по сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения, связанного с указанным одноимпульсным механогидравлическим регулятором угловой скорости. А также воздействуют и на сброс с выдержкой 0,5 сек. наддувочного воздуха из воздушного коллектора турбокомпрессора на его всасывающую полость посредством воздействия дополнительным сигналом с выхода блока динамической коррекции частоты напряжения на открытие управляемого клапана, установленного на перепускном воздухопроводе, соединяющем нагнетательную полость турбокомпрессора с его всасывающей полостью, понижая, тем самым, коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания дизеля. А суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности, в случае если нагрузка дизель-генератора в этот момент сброса составляет менее 30-40% номинальной, воздействуя им на субблоки управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления, переводят по сигналу последнего субблока обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата, работающую в двигательном режиме, в генераторный режим при номинальном токе, посредством ее статического полупроводникового преобразователя, подсистем управления его сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, и форсированно понижают при этом частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. А если нагрузка дизель-генератора в момент сброса равна и более 30-40% номинальной, суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности увеличивают электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, работающей в генераторном режиме, до номинальной мощности, воздействуя по этому суммарному сигналу выходным сигналом субблока управления генераторным режимом блока логического управления на подсистему управления управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, форсированно увеличивают при этом посредством данного преобразователя-возбудителя ток возбуждения и электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины до номинального значения, тем самым форсированно понижают частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. Далее после сброса нагрузки с дизель-генратора сигналом уменьшения подачи топлива, синхронно с ним пропорционально снижают нагрузку компенсатора активной мощности посредством его быстродействующего полупроводникового регулятора по дополнительному сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения генератора, одновременно с этим измеряют снижающиеся частоту вращения турбокомпрессора наддува и давление наддувочного воздуха в воздушном коллекторе, и по мере снижения давления наддувочного воздуха измеренный сигнал этого давления сравнивают посредством блока динамической коррекции частоты напряжения генератора с его программно заданным в этом же блоке значением, равным оптимальному для данной понизившейся статической нагрузки дизель-генератора. При этом, когда сигнал, пропорциональный давлению наддувочного воздуха, станет равным программно заданному, управляемый клапан на перепускном воздухопроводе закрывают посредством данного блока динамической коррекции частоты напряжения генератора. А когда равным программно заданному в нем станет и значение поступившего в него сигнала частоты вращения, пропорциональное угловой скорости турбокомпрессора наддува, выключают и компенсатор активной мощности посредством воздействия данного блока динамической коррекции частоты напряжения генератора на его быстродействующий полупроводниковый регулятор … - добиваются также в совокупности действий и технических средств при сбросе нагрузки наряду с уменьшением подачи топлива в цилиндры дизеля снижения давления наддувочного воздуха при одновременном кратковременном замещении отключенного приемника балластной нагрузкой компенсатора активной мощности, что обеспечивает в момент выключения приемника постоянство момента сопротивления на валу ДГ и последующее плавнозамедленное его снижение. За таким плавным понижением момента сопротивления на валу ДГ его система регулирования подачи топлива успевает отслеживать и не допускать заброс частоты вращения ДГ и всплеск частоты тока в сети потребителя.2) ... when resetting the load from the diesel generator, in the first stage, with a measured static signal, the power decreases simultaneously affect the fuel supply by means of a single-pulse mechanohydraulic engine angular speed controller and connect the active power compensator to the generator terminals by means of its high-speed semiconductor controller, according to the signal block dynamic correction of the frequency of the voltage associated with the specified single-pulse mechanohydraulic angular regulator speed. And also affect the discharge with a shutter speed of 0.5 seconds. charging air from the turbocharger air manifold onto its suction cavity by applying an additional signal from the output of the dynamic voltage frequency correction unit to open the controlled valve installed on the bypass duct connecting the discharge cavity of the turbocharger with its suction cavity, thereby reducing the excess air coefficient in the chambers diesel combustion. And the total signal of static and dynamic power reduction, if the load of the diesel generator at this moment of discharge is less than 30-40% of the nominal, acting on the subunits to control the motor and generator modes of the logical control unit, translates a reversible synchronous electric machine according to the signal of the last subunit a turbocharging unit operating in the motor mode to the generator mode at rated current, by means of its static semiconductor converter, subsystems control of its network and machine semiconductor converters and a controlled semiconductor converter-exciter, and forcibly reduce the rotational speed and performance of the turbocharger boost, as well as the pressure of the charge air in its air manifold. And if the load of the diesel generator at the time of discharge is equal to and more than 30-40% of the nominal, the total signal of the static and dynamic power reduction increases the electromagnetic braking torque of the reversible synchronous electric machine of the turbocharging unit operating in the generator mode to the rated power, acting on this total signal the output signal of the control unit of the generator mode of the logical control unit to the control subsystem controlled by a semiconductor converter-excite elem, thus increasing by force by means of the converter-exciter field current and an electromagnetic braking torque synchronous reversible electric machine to the nominal value, thereby forcedly reduced speed and turbocharger boost performance, as well as the charge air pressure in its air manifold. Then, after the load has been relieved from the diesel generator, the fuel supply reduction signal synchronously with it proportionally reduces the load of the active power compensator by means of its high-speed semiconductor controller using an additional signal from the generator for dynamic correction of the generator voltage frequency, and at the same time, the decreasing turbocharger rotation speed and charge air pressure are measured in the air manifold, and as the charge air pressure decreases, the measured signal of this pressure Nia compared by the generator voltage frequency dynamic correction block with its software specified in the same block a value equal to the optimum for the given lowered genset static load. At the same time, when the signal proportional to the charge air pressure becomes equal to the programmed one, the controlled valve on the bypass duct is closed by means of this unit for dynamic correction of the generator voltage frequency. And when the speed signal received in it becomes proportional to the value specified in it, proportional to the angular speed of the turbocharger turbocharger, the active power compensator is also turned off by the action of this unit of dynamic correction of the generator voltage frequency to its high-speed semiconductor controller ... - they also achieve a combination of actions and technical means during load shedding along with a decrease in the fuel supply to the diesel cylinders to reduce the charge air pressure p and simultaneous substitution of short disconnected receiver ballast load active power compensator that provides a point off the receiver constancy resistive torque DW and subsequent plavnozamedlennoe its decrease. For such a smooth decrease in the moment of resistance on the DG shaft, its fuel supply control system manages to track and prevent the casting of the DG rotation frequency and the surge of the current frequency in the consumer network.
Следовательно, благодаря тому, что: 1) при набросе нагрузки на ДГ дополнительно и кратковременно подают на рабочее колесо турбокомпрессора наддува сжатый воздух из его источника и тем добиваются более быстрого и большего по амплитуде приращения вращающего момента на коленвале дизеля, и 2) при сбросе нагрузки с ДГ кратковременно подключают компенсатор активной мощности при одновременном воздействии в этих обоих случаях по определенному закону на режим и электромагнитный момент ОСЭМ турбонаддувочного агрегата, добиваются в совокупности более быстрой реакции (приемистости) ДГ на изменения нагрузки, имеющей результатом лучшее качество электроэнергии в сети потребителей по частоте напряжения генератора.Therefore, due to the fact that: 1) when the load is added to the diesel engine, additional and short-term compressed air is supplied to the turbocharger impeller of the turbocharger from its source, and thereby achieve a faster and larger amplitude increment of the torque on the diesel crankshaft, and 2) when the load is relieved with DG, the active power compensator is briefly connected while simultaneously acting in both of these cases on the mode and electromagnetic moment of the ESEM of the turbocharging unit, in the aggregate, they achieve olee fast response (pick-up) DW to load changes, the result having the best quality of the network electricity consumers by the generator voltage frequency.
II. В последние годы на одно из первых мест в перечне эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания выдвинулись экологические показатели - содержание в продуктах сгорания неокислившегося углерода - сажи и вредных веществ. Показателем объемного содержания сажи в отработавших газах является дымность, а степень вредности этих газов оценивают, в основном, по объемному содержанию угарного газа СО, оксидов азота NOx, оксидов серы SOx и остатков тяжелых углеводородов CxHx. Способ-прототип направлен, прежде всего, на улучшение экономических и экологических показателей в статических режимах работы ДГ. Заявляемый способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора имеет своей целью улучшить его экологические характеристики в динамических режимах. Так, благодаря тому, что: 1) … в динамических режимах работы дизель-генератора при набросе и сбросе мощности давление наддувочного воздуха при всех его предшествующих нагрузках регулируют поэтапно.. При набросе нагрузки на дизель-генератор при суммарном воздействии сигналов приращений статической и динамической нагрузок на первом этапе воздействуют дополнительно сигналом приращения статической нагрузки на повышение давления наддувочного воздуха за счет подачи по сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения генератора во всасывающий патрубок турбокомпрессора наддува сжатого воздуха из его источника по вспомогательному воздухопроводу посредством управляемого клапана, установленного на этом воздухопроводе непосредственно перед входом в турбокомпрессор, а также воздействуют и на обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата посредством статического полупроводникового преобразователя, системы его управления, выполненной в виде подсистем управления обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями, и субблоков управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления обратимой синхронной электрической машиной. При этом в периоды работы дизель-генератора со статической нагрузкой более 30-40% номинальной, при упомянутом набросе нагрузки, когда обратимая синхронная электрическая машина турбонаддувочного агрегата работает в генераторном режиме, уменьшают, за счет воздействия суммарным сигналом приращений статической и динамической нагрузок дизель-генератора посредством статического полупроводникового преобразователя, его подсистем управления обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и соответственно субблоков управления двигательным и генераторным режимами, электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины вплоть до ее перевода в двигательный режим с последующим его доведением до номинального посредством управляемого полупроводникового преобразователя-возбудителя с его подсистемой управления. Причем измеряют на первом этапе данного наброса нагрузки давление наддувочного воздуха в воздушном коллекторе турбокомпрессора наддува и частоту вращения самого турбокомпрессора наддува. Значение сигнала, пропорциональное этому давлению, сравнивают посредством блока динамической коррекции частоты напряжения генератора с программно заданным в этом же блоке значением, равным оптимальному для возросшей статической нагрузки дизель-генератора, и, если значение измеренного сигнала превышает оптимальное, отключают посредством сигнала данного блока управляемый клапан от источника сжатого воздуха …; и благодаря тому, чтоII. In recent years, environmental indicators - the content of non-oxidized carbon - soot and harmful substances in the products of combustion, have moved to one of the first places in the list of operational characteristics of internal combustion engines. An indicator of the volume content of soot in the exhaust gas is smoke, and the degree of harmfulness of these gases is estimated mainly by the volume content of carbon monoxide CO, nitrogen oxides NO x , sulfur oxides SO x and residues of heavy hydrocarbons C x H x . The prototype method is primarily aimed at improving economic and environmental indicators in the static operating modes of diesel engines. The inventive method for automatically controlling the pressure of the charge air of a diesel generator has as its goal to improve its environmental performance in dynamic modes. So, due to the fact that: 1) ... in the dynamic modes of operation of the diesel generator during power surge and discharge, the pressure of the charge air with all its previous loads is regulated in stages .. When the load is increased on the diesel generator with the total effect of the incremental signals of static and dynamic loads at the first stage, they additionally act as a signal of the increment of the static load to increase the pressure of the charge air due to the supply of a signal of a block of dynamic correction of the generator voltage frequency the suction pipe of a turbocharger for pressurizing compressed air from its source through an auxiliary air pipe by means of a controlled valve installed on this air pipe directly before the turbocharger inlet, and also act on a reversible synchronous electric machine of a turbo-charging unit by means of a static semiconductor converter, its control system, made in the form of subsystems control reversible network and machine semiconductor converters, and subunits for controlling the motor and generator modes of the logical control unit of a reversible synchronous electric machine. Moreover, during periods of operation of the diesel generator with a static load of more than 30-40% of the nominal load, with the aforementioned load surge, when the reversible synchronous electric machine of the turbocharger unit operates in the generator mode, it is reduced due to the influence of the increment of the static and dynamic loads of the diesel generator by the total signal by means of a static semiconductor converter, its subsystems for controlling reversible network and machine semiconductor converters and, accordingly, subunits s control motor and generator modes, the electromagnetic braking torque synchronous reversible electric machine until its transfer to the trolley mode, followed by bringing to its rated by a controllable semiconductor inverter exciter with its control subsystem. Moreover, at the first stage of this load surge, the pressure of the charge air in the air manifold of the turbocharger turbocharger and the rotational speed of the turbocharger itself are measured. The signal value proportional to this pressure is compared by means of the dynamically correcting the frequency generator voltage with the software value specified in the same block equal to the optimal value for the increased static load of the diesel generator, and if the measured signal exceeds the optimal value, the controlled valve is turned off by the signal from this block from a source of compressed air ...; and due to the fact that
2) … при сбросе с дизель-генератора нагрузки, на первом этапе измеренным статическим сигналом понижения мощности воздействуют одновременно на уменьшение подачи топлива посредством одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости двигателя и на подключение к клеммам генератора компенсатора активной мощности, посредством его быстродействующего полупроводникового регулятора, по сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения, связанного с указанным одноимпульсным механогидравлическим регулятором угловой скорости. А также воздействуют и на сброс с выдержкой 0,5 сек. наддувочного воздуха из воздушного коллектора турбокомпрессора на его всасывающую полость посредством воздействия дополнительным сигналом с выхода блока динамической коррекции частоты напряжения на открытие управляемого клапана, установленного на перепускном воздухопроводе, соединяющем нагнетательную полость турбокомпрессора с его всасывающей полостью, понижая, тем самым, коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания дизеля. А суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности, в случае если нагрузка дизель-генератора в этот момент сброса составляет менее 30-40% номинальной, воздействуя им на субблоки управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления, переводят по сигналу последнего субблока обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата, работающую в двигательном режиме, в генераторный режим при номинальном токе, посредством ее статического полупроводникового преобразователя, подсистем управления его сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, и форсированно понижают при этом частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. А если нагрузка дизель-генератора в момент сброса равна и более 30-40% номинальной, суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности увеличивают электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, работающей в генераторном режиме, до номинальной мощности, воздействуя по этому суммарному сигналу выходным сигналом субблока управления генераторным режимом блока логического управления на подсистему управления управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, форсированно увеличивают при этом посредством данного преобразователя-возбудителя ток возбуждения и электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины до номинального значения, тем самым форсированно понижают частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. Далее после сброса нагрузки с дизель-генратора сигналом уменьшения подачи топлива, синхронно с ним пропорционально снижают нагрузку компенсатора активной мощности посредством его быстродействующего полупроводникового регулятора по дополнительному сигналу блока динамической коррекции частоты напряжения генератора, одновременно с этим измеряют снижающиеся частоту вращения турбокомпрессора наддува и давление наддувочного воздуха в воздушном коллекторе, и по мере снижения давления наддувочного воздуха измеренный сигнал этого давления сравнивают посредством блока динамической коррекции частоты напряжения генератора с его программно заданным в этом же блоке значением, равным оптимальному для данной понизившейся статической нагрузки дизель-генератора. При этом, когда сигнал, пропорциональный давлению наддувочного воздуха, станет равным программно заданному, управляемый клапан на перепускном воздухопроводе закрывают посредством данного блока динамической коррекции частоты напряжения генератора. А когда равным программно заданному в нем станет и значение поступившего в него сигнала частоты вращения, пропорциональное угловой скорости турбокомпрессора наддува, выключают и компенсатор активной мощности посредством воздействия данного блока динамической коррекции частоты напряжения генератора на его быстродействующий полупроводниковый регулятор … - также добиваются в совокупности при внезапных набросах и сбросах нагрузки на дизель-генераторе практически синхронного и адекватного регулирования подачи топлива в цилиндры дизеля и давления наддувочного воздуха, приводящего к образованию топливно-воздушной смеси с оптимальным коэффициентом избытка воздуха, обеспечивающим практически полное, бездымное сгорание впрыскиваемого топлива с образованием углекислого газа СО2 и воды Н2О (обычные компоненты атмосферного воздуха), но без примесей сажи, угарного газа и при минимальном содержании оксидов серы (если примеси серы присутствуют в исходном топливе) и оксидов азота. Это объясняется тем, что при оптимальным коэффициентом избытка воздуха «α» количества содержащегося в нем кислорода хватает на полное окисление паров углеводородов (как более активных составляющих паровоздушной смеси) и недостаточно для образование оксидов азота и серы (как менее активных составляющих той же смеси).2) ... when resetting the load from the diesel generator, in the first stage, with a measured static signal, the power decreases simultaneously affect the fuel supply by means of a single-pulse mechanohydraulic engine angular speed controller and connect the active power compensator to the generator terminals by means of its high-speed semiconductor controller, according to the signal block dynamic correction of the frequency of the voltage associated with the specified single-pulse mechanohydraulic angular regulator speed. And also affect the discharge with a shutter speed of 0.5 seconds. charging air from the turbocharger air manifold onto its suction cavity by applying an additional signal from the output of the dynamic voltage frequency correction unit to open a controlled valve installed on the bypass duct connecting the discharge cavity of the turbocharger with its suction cavity, thereby reducing the excess air coefficient in the chambers diesel combustion. And the total signal of static and dynamic power reduction, if the load of the diesel generator at this moment of discharge is less than 30-40% of the nominal, acting on the subunits to control the motor and generator modes of the logical control unit, translates a reversible synchronous electric machine according to the signal of the last subunit a turbocharging unit operating in the motor mode to the generator mode at rated current, by means of its static semiconductor converter, subsystems control of its network and machine semiconductor converters and a controlled semiconductor converter-exciter, and forcibly reduce the rotational speed and performance of the turbocharger boost, as well as the pressure of the charge air in its air manifold. And if the load of the diesel generator at the time of discharge is equal to and more than 30-40% of the nominal, the total signal of the static and dynamic power reduction increases the electromagnetic braking torque of the reversible synchronous electric machine of the turbocharging unit operating in the generator mode to the rated power, acting on this total signal the output signal of the control unit of the generator mode of the logical control unit to the control subsystem controlled by a semiconductor converter-excite elem, thus increasing by force by means of the converter-exciter field current and an electromagnetic braking torque synchronous reversible electric machine to the nominal value, thereby forcedly reduced speed and turbocharger boost performance, as well as the charge air pressure in its air manifold. Then, after the load has been relieved from the diesel generator, the fuel supply reduction signal synchronously with it proportionally reduces the load of the active power compensator by means of its high-speed semiconductor controller using an additional signal from the generator for dynamic correction of the generator voltage frequency, and at the same time, the decreasing turbocharger rotation speed and charge air pressure are measured in the air manifold, and as the charge air pressure decreases, the measured signal of this pressure Nia compared by the generator voltage frequency dynamic correction block with its software specified in the same block a value equal to the optimum for the given lowered genset static load. At the same time, when the signal proportional to the charge air pressure becomes equal to the programmed one, the controlled valve on the bypass duct is closed by means of this unit for dynamic correction of the generator voltage frequency. And when the speed signal received in it becomes proportional to the value specified in it, proportional to the angular speed of the turbocharger of the boost, the active power compensator is turned off by the action of this unit of the dynamic correction of the generator voltage frequency to its high-speed semiconductor regulator ... - they also get together with sudden drafts and load sheds on a diesel generator of an almost synchronous and adequate regulation of fuel supply to diesel cylinders For the pressure and charge air, leading to the formation of a fuel-air mixture with an optimal coefficient of excess air, providing almost complete, smokeless combustion of the injected fuel with the formation of carbon dioxide CO 2 and water Н 2 О (ordinary components of atmospheric air), but without soot impurities, carbon monoxide and with a minimum content of sulfur oxides (if sulfur impurities are present in the original fuel) and nitrogen oxides. This is due to the fact that with an optimal coefficient of excess air "α" the amount of oxygen contained in it is sufficient for the complete oxidation of hydrocarbon vapors (as the more active components of the air-vapor mixture) and is insufficient for the formation of nitrogen and sulfur oxides (as less active components of the same mixture).
Существенно, что, без применения мер и средств регулирования первого эшелона и без активного воздействия на частоту вращения ТКН, в момент сброса нагрузки и после снижения подачи топлива посредством трехимпульсного электронного ПИД-регулятора в цилиндры дизеля некоторое время, определяемое постоянной времени ТНА, продолжает нагнетаться воздух повышенного давления. Горение топлива в этот промежуток времени происходит при избыточном коэффициенте «α». Избыточный кислород, содержащийся в воздухе, вступает при высокой температуре во взаимодействие с азотом воздуха и серой, присутствующей в топливе. Реакция окисления этих компонентов происходит с выделением дополнительного количества теплоты и повышением температуры продуктов сгорания, еще в большей степени активизирующей процесс окисления азота. Содержание вредных оксидов азота и серы в отработавших газах в этот период повышается. Повышенная температура, устанавливающаяся в камерах сгорания, способствует со временем неоправданному прогоранию днища поршней и коррозии стенок цилиндров дизеля. При этом возрастающая тепловая напряженность камер сгорания неизбежно требует усиления расхода охлаждающей жидкости и затрат энергии на охлаждение дизеля.It is significant that, without applying measures and means of regulating the first echelon and without actively affecting the speed of the fuel pump, at the time of load shedding and after reducing the fuel supply by means of a three-pulse electronic PID controller, the air continues to be pumped into the diesel cylinders for some time, high blood pressure. Combustion of fuel in this period of time occurs with an excess coefficient of "α". Excess oxygen contained in the air reacts at high temperature with air nitrogen and sulfur present in the fuel. The oxidation reaction of these components occurs with the release of additional heat and an increase in the temperature of the combustion products, further activating the process of nitrogen oxidation. The content of harmful nitrogen and sulfur oxides in the exhaust gases increases during this period. The increased temperature established in the combustion chambers contributes to the unjustified burning of the piston bottom and corrosion of the cylinder walls of the diesel engine over time. In this case, the increasing thermal intensity of the combustion chambers inevitably requires an increase in the consumption of coolant and energy consumption for cooling the diesel engine.
Следовательно, благодаря тому, что: 1) при набросе нагрузки на ДГ дополнительно подают на рабочее колесо турбокомпрессора наддува сжатый воздух из пускового баллона, и 2) при сбросе нагрузки с ДГ перепускают наддувочный воздух из коллектора на входную полость турбокомпрессора, а также воздействуют на изменение режима ОСЭМ, добиваются горения топлива в цилиндрах дизеля при оптимальных значениях коэффициента избытка воздуха, минимизирующего образование сажи и токсичных газов.Therefore, due to the fact that: 1) when the load is added to the DG, additional air is supplied to the turbocharger turbocharger impeller from the starting cylinder, and 2) when the load is loaded from the DG, the charge air is transferred from the manifold to the inlet cavity of the turbocharger, and also affect the change OSEM mode, they achieve fuel combustion in diesel cylinders at optimal values of the coefficient of excess air, minimizing the formation of soot and toxic gases.
III. Благодаря использованию тех же мер, что аргументировано изложены в доказательном пункте II, в динамических режимах работы ДГ процесс окисления (сгорания) углеводородных паров органического топлива в цилиндрах дизеля протекает при сохранении оптимальных значений коэффициента избытка воздуха «α,» что гарантированно обеспечивает высвобождение практически всей запасенной в этом топливе химической энергии и преобразование ее в механическую энергию на коленвалу дизеля.III. Due to the use of the same measures as reasonably stated in the proof clause II, in dynamic DG operation modes, the process of oxidation (combustion) of hydrocarbon vapors of organic fuel in diesel cylinders proceeds while maintaining the optimal values of the coefficient of excess air “α,” which guarantees the release of almost all the stored in this fuel chemical energy and its conversion into mechanical energy on the crankshaft of a diesel engine.
Следовательно, благодаря тому, что: 1) при набросе нагрузки на ДГ дополнительно подают на всасывающий патрубок турбокомпрессора наддува сжатый воздух из его источника и 2) при сбросе нагрузки с ДГ перепускают наддувочный воздух из воздушного коллектора на входную полость турбокомпрессора наддува, а также воздействуют на изменение режима ОСЭМ, добиваются поддержания в камерах сгорания дизеля в динамических режимах оптимальных значений коэффициента избытка воздуха, получения за счет этого полного, без остатка сгорания топлива, высвобождения и преобразования в механическую энергию всей потенциально запасенной в органическом топливе химической энергии, что повышает экономичность ДГ в целом.Therefore, due to the fact that: 1) when the load on the exhaust gas is increased, compressed air from its source is additionally supplied to the suction pipe of the turbocharger turbocharger and 2) when the load is removed from the diesel engine, charge air is transferred from the air manifold to the inlet cavity of the turbocharger, and also a change in the OSEM mode, they seek to maintain in the diesel combustion chambers in dynamic modes the optimal values of the coefficient of excess air, thereby obtaining, without the rest of the combustion of fuel, the release of generation and conversion into mechanical energy of all chemical energy potentially stored in fossil fuels, which increases the efficiency of diesel fuel as a whole.
IV. В известном способе-прототипе изменения электромагнитного момента ОСЭМ (движущего в период работы ДГ с нагрузкой менее 30-40% и тормозного в период работы ДГ с нагрузкой, равной и более 30-40%), наблюдаемые в динамических режимах при сбросе нагрузки с ДГ, происходят относительно медленно, а точнее с постоянной времени переходного процесса свободного выбега ТНА в процессе снижения его частоты вращения. Кинетическая энергия вращающихся частей ТНА расходуется при этом на нагрев подшипников и воздуха от трения, т.е. бесполезно.IV. In the known prototype method, changes in the electromagnetic moment of the OSEM (moving during operation of the engine with a load of less than 30-40% and braking during the operation of the engine with a load equal to and more than 30-40%), observed in dynamic modes when the load is discharged from the engine, occur relatively slowly, or rather, with the time constant of the transient free run-out process, the TNA in the process of reducing its rotation frequency. The kinetic energy of the rotating parts of the THA is spent on heating bearings and air from friction, i.e. useless.
В заявляемом способе регулирования давления наддувочного воздуха … при сбросе с дизель-генератора нагрузки, на первом этапе измеренным статическим сигналом понижения мощности воздействуют одновременно на уменьшение подачи топлива посредством одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости двигателя …. А суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности, в случае если нагрузка дизель-генератора в этот момент сброса составляет менее 30-40% номинальной, воздействуя им на субблоки управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления, переводят по сигналу последнего субблока обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата, работающую в двигательном режиме, в генераторный режим при номинальном токе, посредством ее статического полупроводникового преобразователя, подсистем управления его сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, и форсированно понижают при этом частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе …. Вследствие электрического (рекуперативного) торможения ТНА, за счет перевода ОСЭМ в генераторный режим или его усиления, запасенная кинетическая энергия вращающихся частей преобразуется в электрическую и направляется посредством СПП в электрическую сеть потребителей, т.е используется полезно. При этом, благодаря принудительному активному торможению, переход ТНА от одного установившегося режима к другому происходит быстрее, не нарушая оптимального баланса топливно-воздушной смеси в камерах сгорания дизеля.In the inventive method for regulating the pressure of charge air ... when dumping the load from the diesel generator, in the first stage, with the measured static signal, the power drops act simultaneously to reduce the fuel supply by means of a single-pulse mechanohydraulic engine angular speed controller ... And the total signal of static and dynamic power reduction, if the load of the diesel generator at this moment of discharge is less than 30-40% of the nominal, acting on the subunits to control the motor and generator modes of the logical control unit, translates a reversible synchronous electric machine according to the signal of the last subunit a turbocharging unit operating in the motor mode to the generator mode at rated current, by means of its static semiconductor converter, subsystems control of its network and machine semiconductor converters and a controlled semiconductor converter-exciter, and forcibly reduce the rotational speed and performance of the turbocharger boost, as well as the pressure of the charge air in its air manifold .... Due to the electrical (regenerative) braking of the TNA, due to the translation of the ESEM into the generator mode or its amplification, the stored kinetic energy of the rotating parts is converted into electrical energy and sent through the SPP to the consumers' electrical network, i.e. it is used useful. At the same time, due to forced active braking, the TNA transition from one steady state to another occurs faster, without violating the optimal balance of the fuel-air mixture in the diesel combustion chambers.
Следовательно, благодаря тому, что при сбросе нагрузки с ДГ переводят ОСЭМ в тормозной режим или усиливают его, добиваются дополнительного повышения экономичности ДГ в переходных режимах за счет утилизации кинетической энергии вращающихся масс ТНА в электрическую энергию с направлением ее в электрическую сеть потребителей, что наблюдается в периодически повторяющиеся промежутки времени, когда частота вращения ТНА переходит с более энергетического на менее энергетический уровни.Therefore, due to the fact that when the load is removed from the DW, the OSEM is put into the braking mode or amplified, they achieve an additional increase in the economics of the DW in transient conditions due to the utilization of the kinetic energy of the rotating masses of the THA into electric energy with its direction into the electric network of consumers, which is observed in periodically recurring time intervals when the rotational speed of the TNA changes from more energetic to less energetic levels.
V. Помпажом, как известно, принято называть нестабильную работу компрессорной техники, вследствие чего возникают скачки в давлении и колебания в объемах подачи рабочей среды - газовой или воздушной смеси. Помпаж компрессора наддува ДГ относится к крайне негативным факторам, способным повлечь нарушения текущего режима в процессе эксплуатации ДГ, а также вызвать снижение установленного ресурса и разрушение самого компрессора. Предпосылками для возникновения помпажа является появление значительной разницы давлений на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Конструктивный запас по помпажу - относительная величина, характеризующая степень удаления рабочей области режимов компрессора (рабочей характеристики компрессора) от границы устойчивых режимов. Запас устойчивости компрессора необходим для обеспечения гарантии как его устойчивого функционирования в процессе работы ДГ во всем возможном эксплуатационном диапазоне установившихся и переходных режимов, так и необходимого ресурса. Чем больше величина запаса устойчивости компрессора, тем меньше вероятность возникновения его неустойчивой работы при разных изменяющихся условиях эксплуатации ДГ, особенно для современных и наряженных их моделей. При согласовании характеристик дизеля и турбокомпрессора наддува, как известно, предусматривают запас по помпажу не менее 15%. Существует два способа регулирования расхода (подачи) воздуха в турбокомпрессоре наддува при сбросе нагрузки: 1) уменьшением сечения воздушного тракта посредством заслонки, установленной на всасывающей или нагнетательной сторонах, и сопровождающемся повышением сопротивления магистрали; 2) изменением частоты вращения рабочего колеса компрессора при неизменном сопротивления магистрали.V. Surge, as is known, is called the unstable operation of compressor equipment, as a result of which there are pressure surges and fluctuations in the volumes of the working medium supply - gas or air mixture. Surge compressor DG boost is one of the extremely negative factors that can lead to violations of the current mode during operation of the DG, as well as cause a decrease in the installed resource and the destruction of the compressor itself. The prerequisites for the occurrence of surging is the appearance of a significant difference in pressure on the suction and discharge pipelines. Surge margin is a relative value characterizing the degree of removal of the working area of compressor modes (compressor operating characteristic) from the boundary of stable modes. Compressor stability margin is necessary to ensure a guarantee of both its stable functioning during the operation of the diesel engine in the entire possible operational range of steady-state and transient modes, and the required resource. The larger the compressor’s margin of safety, the less likely it will become unstable under different changing operating conditions of a diesel engine, especially for modern and dressed up models. When coordinating the characteristics of a diesel engine and a turbocharger, it is known that they provide a margin of surplus of at least 15%. There are two ways to regulate the flow (supply) of air in a turbocharger of a supercharger during load shedding: 1) by reducing the cross section of the air path through a damper mounted on the suction or discharge sides, and accompanied by an increase in the resistance of the line; 2) a change in the frequency of rotation of the impeller of the compressor with a constant resistance line.
В заявляемом способе регулирования давления наддувочного воздуха ДГ в динамических режимах из совокупности признаков … при сбросе с дизель-генератора нагрузки, на первом этапе измеренным статическим сигналом понижения мощности воздействуют одновременно на уменьшение подачи топлива посредством одноимпульсного механогидравлического регулятора угловой скорости двигателя. …. А суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности, в случае, если нагрузка дизель-генератора в этот момент сброса составляет менее 30-40% номинальной, воздействуя им на субблоки управления двигательным и генераторным режимами блока логического управления, переводят по сигналу последнего субблока обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата, работающую в двигательном режиме, в генераторный режим при номинальном токе, посредством ее статического полупроводникового преобразователя, подсистем управления его сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями и управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, и форсированно понижают при этом частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе. А если нагрузка дизель-генератора в момент сброса равна и более 30-40% номинальной, суммарным сигналом статического и динамического понижения мощности увеличивают электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата, работающей в генераторном режиме, до номинальной мощности, воздействуя по этому суммарному сигналу выходным сигналом субблока управления генераторным режимом блока логического управления на подсистему управления управляемым полупроводниковым преобразователем-возбудителем, форсированно увеличивают при этом посредством данного преобразователя-возбудителя ток возбуждения и электромагнитный тормозной момент обратимой синхронной электрической машины до номинального значения, тем самым форсированно понижают частоту вращения и производительность турбокомпрессора наддува, а также и давление наддувочного воздуха в его воздушном коллекторе … следует, что снижение расхода и давления наддувочного воздуха осуществляют уменьшением частоты вращения турбокомпрессора, чему соответствует, как известно, больший запас по помпажу, чем в случае с регулированием воздушной заслонкой (известный способ-аналог 3). Помимо этого, данный способ еще и более экономичен, так как не вызывает увеличения сопротивления тракта и обусловленных этим потерь на нагрев и повышенный износ заслонки.In the inventive method of regulating the pressure of the charge air of a diesel engine in dynamic modes from a set of signs ... when dumping a load from a diesel generator, at the first stage, with a measured static signal, the power drops simultaneously affect the fuel supply by means of a single-pulse mechanohydraulic engine angular speed controller. ... And the total signal of static and dynamic power reduction, if the load of the diesel generator at this moment of dumping is less than 30-40% of the nominal, acting on the subunits to control the motor and generator modes of the logical control unit, translates a reversible synchronous electric signal from the last subunit a turbocharged engine machine operating in the motor mode into the generator mode at rated current, by means of its static semiconductor converter, subsystems its network board and electric machinery and the controlled semiconductor converters semiconductor converter-exciter and forcefully reduced while the rotational speed and the turbocharger boost performance, as well as the charge air pressure in its air manifold. And if the load of the diesel generator at the time of discharge is equal to and more than 30-40% of the nominal, the total signal of the static and dynamic power reduction increases the electromagnetic braking torque of the reversible synchronous electric machine of the turbocharging unit operating in the generator mode to the rated power, acting on this total signal the output signal of the control unit of the generator mode of the logical control unit to the control subsystem controlled by a semiconductor converter-excite by means of oil, in this case, by means of this converter-exciter, they increase the excitation current and the electromagnetic braking torque of the reversible synchronous electric machine to the nominal value, thereby forcingly lower the speed and productivity of the boost turbocharger, as well as the charge air pressure in its air collector ... it follows that a decrease in the charge rate and pressure of the charge air is carried out by reducing the speed of the turbocharger, which corresponds, as is known, to shy surge margin than in the case of choke adjustment (analog-known method 3). In addition, this method is even more economical, since it does not cause an increase in the path resistance and the resulting losses in heating and increased wear of the damper.
Следовательно, благодаря тому, что при сбросе нагрузки с ДГ регулирование давления наддувочного воздуха производят снижением частоты вращения турбокомпрессора, работа последнего протекает более устойчиво (при большем запасе по помпажу), экономичнее и «мягче» для оборудования турбокомпрессора, чем в известном способе-аналоге 3.Therefore, due to the fact that when the load is discharged from the diesel engine, the charge air pressure is controlled by lowering the speed of the turbocharger, the work of the latter proceeds more stably (with a larger margin of surplus), more economical and “softer” for the equipment of the turbocharger than in the known
VI. В известном способе-прототипе, как замечено, ОСЭМ турбонаддувочного агрегата в двигательном режиме используют в режиме синхронного двигателя с частотным управлением. Коммутация полупроводниковых вентилей электромашинного преобразователя, входящего в СПП и работающего в режиме автономного инвертора, при таком использовании машины производится принудительно, или, по другому, искусственно. Для обеспечения частотного пуска ОСЭМ в период ее работы двигателем и регулирования в данном режиме частоты вращения, в структуре системы управления СПП должен присутствовать такой достаточно сложный функциональный блок, как задатчик частоты, по-другому драйвер. Это, естественно, усложняет, удорожает и несколько снижает надежность работы известной системы управления СПП. Помимо этого, поскольку плавность регулирования задающей частоты указанного задатчика ограничена, переход с одного скоростного уровня ОСЭМ турбонаддувочного агрегата на другой сопровождается переходными процессами, характеризующимися всплесками свободных составляющих токов и напряжений в электрических цепях машины и ее СПП, а также и толчками электромагнитного момента на валу ОСЭМ и турбонаддувочного агрегата в целом. А циркуляция по силовым цепям свободных токов в периоды переходных режимов усложняет и удорожает структуру и самого силового блока электромашинного преобразователя.VI. In the known prototype method, as noted, the ESEM of a turbocharging unit in the motor mode is used in the synchronous engine mode with frequency control. Switching the semiconductor valves of an electric machine converter, which is part of the SPP and operating in the mode of an autonomous inverter, is forced by this use of the machine, or, otherwise, artificially. In order to ensure the frequency start-up of the OSEM during its operation by the engine and to regulate the rotational speed in this mode, the structure of the control system for the NGN should contain such a rather complex functional unit as a frequency adjuster, or a different driver. This, of course, complicates, increases the cost and somewhat reduces the reliability of the known NGN control system. In addition, since the smoothness of the control of the reference frequency of the specified setpoint controller is limited, the transition from one speed level of the ESEM of a turbocharger to another is accompanied by transients characterized by bursts of free components of currents and voltages in the electrical circuits of the machine and its SPP, as well as by shocks of electromagnetic moment on the shaft of the OSEM and turbocharging unit as a whole. And the circulation along the power circuits of free currents during periods of transitional conditions complicates and increases the cost of the structure of the power unit of the electric machine converter itself.
Включением в сущность заявляемого изобретения совокупности признаков … обратимую синхронную электрическую машину турбонаддувочного агрегата в период ее работы двигателем используют в режиме вентильной машины при номинальном токе возбуждения, а в период ее работы генератором потоком электрической мощности управляют комбинированно таким образом, что в установившихся режимах потоком этой мощности управляют путем регулирования напряжения и тока возбуждения, а в переходных режимах этим же потоком управляют путем воздействия на статический полупроводниковый преобразователь обратимой вентильной синхронной электрической машины, включенный в ее якорную цепь … - устраняют указанные недостатки. Действительно, при использовании ОСЭМ турбонаддувочного агрегата в режиме вентильного двигателя электромашинный преобразователь его СПП, как известно, работает в режиме зависимого инвертора, а коммутация его полупроводниковых вентилей производится естественным образом за счет ЭДС, наводимой в якорной обмотке машины. Изменения частоты и амплитуды этой ЭДС в процессе регулирования угловой скорости посредством изменяемого напряжения на входе электромашинного преобразователя-инвертора также протекают без переходных электромагнитных процессов и без толчков вращающего момента со стороны ОСЭМ (Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высш. шк., 1990. - 416 с.).By incorporating the totality of features into the essence of the claimed invention ... a reversible synchronous electric machine of a turbo-charging unit during its operation, the engine is used in the valve machine mode at the rated excitation current, and during its operation the generator controls the flow of electric power in such a way that in steady-state modes the flow of this power they are controlled by regulating the voltage and excitation current, and in transient conditions the same stream is controlled by acting on a static The semiconductor converter of a reversible valve synchronous electric machine included in its anchor circuit ... - eliminate the indicated disadvantages. Indeed, when using an OSEM of a turbocharging unit in the valve engine mode, its SPP electric machine converter, as is known, operates in the dependent inverter mode, and its semiconductor valves are switched naturally due to the EMF induced in the armature winding of the machine. Changes in the frequency and amplitude of this EMF in the process of controlling the angular velocity by means of a variable voltage at the input of an electric machine inverter-inverter also occur without transient electromagnetic processes and without jolts of torque from the side of the OSEM (Booth D. A. Contactless electrical machines. - M .: Higher. school, 1990 .-- 416 p.).
Следовательно, за счет изменения способа управления СПП и перевода ОСЭМ турбонаддувочного агрегата из режима синхронного двигателя с частотным управлением в режим вентильного двигателя достигают более благоприятных условий взаимодействия ОСЭМ, с одной стороны, с управляющей системой, а с другой стороны - со звеньями турбокомпрессорного агрегата, гарантируя большую долговечность последнего, включая и редуктор (при его наличии).Consequently, by changing the control method for the SPP and transferring the ESEM of the turbocharger from the synchronous engine mode with frequency control to the valve motor mode, more favorable conditions for the interaction of the ESEM, on the one hand, with the control system, and on the other hand with the links of the turbocharger unit, are achieved, guaranteeing greater durability of the latter, including the gearbox (if any).
VII. Вентильный двигатель, как известно, имеет тот недостаток, что в момент включения и в периоды работы на скоростях, менее 5% номинальной, естественная коммутация полупроводниковых вентилей электромашинного преобразователя - зависимого инвертора, осуществляемая ЭДС якорной обмотки, невозможна, вследствие ее малости. Обычно, до указанной начальной скорости вентильный двигатель разгоняют либо посторонним разгонным асинхронным двигателем, либо посредством пусковой короткозамкнутой обмотки, встроенной в полюсные наконечники ротора самого двигателя. Но то и другое известные решения усложняют конструкцию машины и ухудшают ее рабочие эксплуатационные характеристики (Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высш. шк., 1990. - 416 с.).VII. A rotary motor, as is known, has the disadvantage that at the moment of switching on and during periods of operation at speeds less than 5% of the nominal, natural switching of semiconductor valves of an electric machine converter - dependent inverter, carried out by the EMF of the armature winding, is impossible, due to its smallness. Usually, to a specified initial speed, the valve motor is accelerated either by an external accelerating asynchronous motor, or by means of a short-circuited starting winding integrated in the pole tips of the rotor of the motor itself. But both known solutions complicate the design of the machine and worsen its operational performance (But D.A. Contactless electric machines. - M.: Vyssh. Shk., 1990. - 416 p.).
Во избежание этого включением в сущность заявляемого изобретения совокупности признаков … в процессе запуска дизель-генератора разгон обратимой синхронной электрической машины турбонаддувочного агрегата в режиме вентильного двигателя до начальной частоты вращения, составляющей 5% ее номинального значения и гарантирующей устойчивую естественную коммутацию полупроводниковых вентилей электромашинного преобразователя в период работы зависимым инвертором, выполняют путем подачи сжатого воздуха из пускового баллона дизеля во входной патрубок газовой турбины турбонаддувочного агрегата через управляемый клапан, установленный на участке вспомогательного воздухопровода между этим баллоном и входным патрубком данной газовой турбины, и прекращают подачу сжатого воздуха путем воздействия сигналом обратной связи по частоте вращения турбонаддувочного агрегата на тот же управляемый клапан … - разгон ОСЭМ в режиме вентильного двигателя до начальной угловой скорости выполняют посредством газовой турбины турбонаддувочного агрегата и сжатого воздуха без усложнения конструкции электрической машины, и с ускорением, большим, чем при известных традиционных способах пуска.To avoid this, by including in the essence of the claimed invention a combination of features ... during the start of a diesel generator, acceleration of a reversible synchronous electric machine of a turbocharger in the valve engine mode to an initial speed of 5% of its nominal value and guaranteeing stable natural switching of the semiconductor valves of the machine converter during work dependent inverter, performed by supplying compressed air from the starting cylinder of the diesel engine to the input the turbine unit’s gas turbine pipe through a controlled valve installed in the auxiliary air duct section between this cylinder and the gas turbine inlet pipe and the compressed air supply is stopped by applying a feedback signal on the turbocharging unit rotation frequency to the same controlled valve ... - OSEM acceleration in the mode the valve motor to the initial angular velocity is performed by means of a gas turbine of a turbo-charging unit and compressed air without complicating the ruktsii electric machine, and the acceleration is greater than in the known conventional processes start.
Следовательно, за счет импульсного воздействия сжатым воздухом на газовую турбину турбонаддувочного агрегата в период запуска его ОСЭМ удается избежать усложнения конструкции этой электрической машины и ухудшения ее эксплуатационных характеристик в рабочих режимах.Therefore, due to the pulsed action of compressed air on the gas turbine of the turbocharger during the launch of its OSEM, it is possible to avoid complicating the design of this electric machine and deteriorating its operational characteristics in operating conditions.
Таким образом достигается поставленная техническая задача.Thus, the technical task is achieved.
Заявляемый способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха ДГ в динамических режимах иллюстрируется следующими графическими материалами. Фиг. 1 демонстрирует функциональную схему системы автоматического регулирования подачи топлива и давления наддувочного воздуха дизель-генератора в динамических режимах; фиг. 2 - функциональные схемы блока логического управления ОСЭМ и ее статического полупроводникового преобразователя; фиг. 3 - временные диаграммы переходного процесса турбонаддувочного агрегата при набросе крупной нагрузки на дизель-генератор, нагруженный менее 30-40% номинальной мощности; фиг. 4 - граф-схему алгоритма управления турбокомпрессором наддува со смешанным приводом при внезапном набросе нагрузки на дизель-генератор, работающий в режиме с предшествующей нагрузкой менее 30-40% номинальной; фиг. 5 - временные диаграммы переходных процессов турбонаддувочного агрегата при сбросе крупной нагрузки с дизель-генратора, нагруженного менее 30-40 % номинальной; фиг. 6 - то же при набросе нагрузки на дизель-генератор, работающий в режиме с предшествующей нагрузкой 30-40% номинальной и более; фиг. 7 - то же при сбросе крупной нагрузки с ДГ, нагруженного на 30-40% номинальной нагрузки и более; фиг. 8 - рабочие характеристики турбокомпрессора наддува приводного двигателя генератора при разных способах регулирования его производительности; фиг. 9 - временные диаграммы переходного процесса турбонаддувочного агрегата в режиме нормальной остановки дизель-генератора; фиг. 10 - таблицу наименований позиций, показанных на фигурах.The inventive method for automatically controlling the pressure of the charge air of a DG in dynamic modes is illustrated by the following graphic materials. FIG. 1 shows a functional diagram of a system for automatically controlling the fuel supply and charge air pressure of a diesel generator in dynamic modes; FIG. 2 - functional diagrams of the logical control unit of the OSEM and its static semiconductor converter; FIG. 3 - time diagrams of the transient process of a turbocharging unit when a large load is thrown onto a diesel generator loaded with less than 30-40% of the rated power; FIG. 4 is a graph diagram of a control algorithm for a turbocharger of a supercharger with a mixed drive with a sudden load surge on a diesel generator operating in a mode with a previous load of less than 30-40% of the nominal; FIG. 5 - time diagrams of transients of a turbocharging unit when a large load is dumped from a diesel generator loaded with less than 30-40% of the nominal; FIG. 6 - the same with a load surge on a diesel generator operating in a mode with a previous load of 30-40% of nominal or more; FIG. 7 - the same when dumping a large load from the DG loaded by 30-40% of the nominal load or more; FIG. 8 - operating characteristics of a turbocharger of a pressurization of a drive motor of a generator with different methods of regulating its performance; FIG. 9 is a timing diagram of a transition process of a turbocharging unit in a normal stop mode of a diesel generator; FIG. 10 is a table of item names shown in the figures.
Способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха ДГ в динамических режимах осуществляют посредством следующей системы.The method of automatically controlling the pressure of the charge air of the DG in dynamic modes is carried out by means of the following system.
Реализующая заявляемый способ система автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора, состоящего из синхронного генератора 1 (фиг. 1), приводимого во вращение первичным двигателем (дизелем) 2 и подключенного к шинам 3 главного распределительного щита (ГРЩ) посредством автоматического генераторного выключателя 4 (QF1), содержит одноимпульсный механогидравлический регулятор 5 угловой скорости (МРС) с встроенными в него серводвигателем 6, топливной рейкой 7, потенциометром 8 и электромагнитом остановки (стоп-устройством) 9; турбокомпрессор 10 наддувочного воздуха и утилизационную газовую турбину 11, приводимую во вращение энергией отработавших газов первичного двигателя (дизеля) 2. С валом тубокомпрессора 10 сочленен кинематически посредством зубчатой передачи 12 вал обратимой электрической машины 13, в частности, синхронной (ОСЭМ) с электромагнитным возбуждением, с возможностью соединения ее электрически с шинами 3 ГРЩ посредством автоматического выключателя 14 (QF2) и статического полупроводникового преобразователя (СПП) 15, содержащего звено постоянного тока. Последний состоит из двух одинаковых обратимых преобразователей (фиг. 1, фиг. 2): электромашинного 16 (UZ1) и сетевого 17 (UZ2), каждый из которых снабжен независимой подсистемой управления 18 (ПСУ1) и 19 (ПСУ2) соответственно, образующих в совокупности систему управления СПП 15. Обратимая синхронная электрическая машина 13 имеет обмотку возбуждения 20, питаемую управляемым полупроводниковым преобразователем (выпрямителем-возбудителем) 21, снабженным независимой подсистемой управления 22 (ПСУ3).Implementing the inventive method, a system for automatically controlling the pressure of the charge air of a diesel generator, consisting of a synchronous generator 1 (Fig. 1), driven into rotation by a primary engine (diesel) 2 and connected to the
Командные сигналы и напряжения управления для подсистем управления 18, 19 и 22 формируются блоком логического управления 23 обратимой синхронной электрической машиной 13, в состав которого входят следующие функциональные узлы: сумматор 24 (С) входных управляющих сигналов, субблоки: пуска 25 (СБП), задающего режима 26 (СБЗР), управления двигательным режимом 27 {СБУД), управления генераторным режимом 28 (СБУГ) и торможения 29 (СБТ) обратимой синхронной электрической машины 13. Синхронизирующие напряжения, необходимые для слаженной работы подсистем управления 18, 19 и 22, подаются на их синхронизирующие входы «1» (фиг 1, фиг. 2) посредством синхронизирующих трансформаторов соответственно 30, 31 и 32. Узлы, отмеченные позиционными номерами 10-32 образуют второй, инерционный эшелон регулирования давления наддувочного воздуха в динамических режимах работы дизель-генератора 1-2.Command signals and control voltages for
А его первую, быстродействующую линию регулирования образуют (фиг 1): а) при набросе нагрузки - подсистема сжатого воздуха (не показана) дизеля 2, состоящая из баллона 33 сжатого воздуха, соединенного воздухопроводом 34 с корпусом турбокомпрессора 10, который содержит управляемый клапан 35, включаемый-выключаемый сигналами, формируемыми на выходе «1» блока 36 динамической коррекции частоты (БДКЧ) напряжения генератора 1; б) при сбросе нагрузки - перепускной воздухопровод 37, соединяющий нагнетательную полость (не показана) турбокомпрессора 10 с воздухопроводом 34 сжатого воздуха и содержащий управляемый клапан 38, соединенный электрически с выходом «2» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1; в) при сбросе нагрузки - также и компенсатор активной мощности (КАМ) 39-43, включающий в себя балластный электрический приемник 39, подключенный через полупроводникоый регулятор 40 напряжения к клеммам дизель-генератора посредством вспомогательного контактора 41, и плавких предохранителей 42, а также подсистему управления 43 (ПСУ4) полупроводниковым регулятором 40 напряжения, соединенную своим входом «1» с выходом «3» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1.And its first, high-speed control line is formed (Fig. 1): a) during a load surge - a compressed air subsystem (not shown) of a
Двухэшелонная по времени система регулирования давления наддувочного воздуха, как и механогидравлический регулятор 5 подачи топлива - МРС, функционируют по сигналам, формируемым информационным блоком (не показан), состоящим из: 1) трехимпульсного электронного пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора 44, соединенного своим выходом dP/dt параллельно с первым входом (фиг 1, фиг. 2) сумматора 24 (С) и через диод (не показан) с входом «2» подсистемы 43 (ПСУ4), а выходом ΔР - параллельно с входом серводвигателя 6 одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 и вторым входом сумматора 24 (С); 2) потенциометра 8 того же МРС 5, соединенного с входом «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения; 3) датчика 45 обратной связи по давлению наддувочного воздуха, соединенного своим выходом с входом «1» субблоков 26 задания режимов ОСЭМ 13, входами «1» субблоков управления двигательным 27 и генераторным 28 режимами ОСЭМ 13 и входом «2» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1; 4) датчика 46 обратной связи по частоте вращения турбокомпрессора 10 наддува, соединенного с входом «3» того же блока 36 динамической коррекции частоты напряжения, частотными входами «2» субблоков 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами ОСЭМ 13 и входами «1» и «2» соответственно субблоков 25 пуска и 26 задания режимов ОСЭМ 13; 5) датчика 47 тока обратимой синхронной электрической машины 13, соединенного своим выходом с входом «5» субблока 26 задания режимов.The two-level time-based charge air pressure control system, as well as the mechano-hydraulic fuel supply regulator 5 - MPC, operate according to signals generated by an information block (not shown), consisting of: 1) a three-pulse electronic proportional-integral-differential (PID) controller 44 connected its output dP / dt in parallel with the first input (Fig. 1, Fig. 2) of the adder 24 (C) and through a diode (not shown) with the input “2” of subsystem 43 (PSU4), and the output ΔР - in parallel with the input of the single-pulse servomotor 6 mechano hydraulic regulator 5 and the second input of the adder 24 (C); 2) a potentiometer 8 of the same MPC 5 connected to the input "1" of block 36 of the dynamic correction of the frequency of the voltage; 3) feedback sensor 45 for charge air pressure, connected by its output to the input “1” of the subunits 26 for setting the OSEM 13 modes, the inputs “1” of the subunits for controlling the motor 27 and the generator 28 modes of the OSEM 13 and the input “2” of the dynamic frequency correction unit 36 generator voltage 1; 4) feedback sensor 46 for the frequency of rotation of the turbocharger 10 of the boost connected to the input "3" of the same block 36 of the dynamic correction of the voltage frequency, the frequency inputs "2" of the subunits 27 and 28 of the control, respectively, of the motor and generator modes of the OSEM 13 and the inputs "1" and "2", respectively, subunits 25 of the launch and 26 setting the OSEM 13 modes; 5) a current sensor 47 of a reversible synchronous electric machine 13 connected by its output to the input “5” of the subunit 26 of the mode setting.
Дистанционное автоматизированное управление (ДАУ) дизель-гененратором 1-2 выполняют посредством одноименной подсистемы 48 ДАУ, соединенной своими входами «1» с датчиками (не показаны), расположенными на дизеле 2, а выходами «1, 2, 3, 4» - соответственно с его исполнительными органами (не показаны), расположенными на дизеле 2, электромагнитом 9 остановки (стоп-устройством) дизеля 2 и входами «1» и «2» соответственно субблоков 29 торможения и 25 пуска ОСЭМ 13. Выходы «1, 2, 3, 4 а 5» блока торможения 29 соединены соответственно с тормозными входами «2» подсистем 18, 19 и 22 управления соответственно преобразователями 16, 17 и 27, входом автоматического выключателя 14 и катушкой (не показана) контактора динамического торможения, замыкающий контакт 49 которого установлен в цепи резистора 50 динамического торможения, входящий в состав статического полупроводникового преобразователя 15. Выходы «1» и «2» субблока 25 пуска ОСЭМ 13 соединены соответственно с пусковыми входами «3» субблоков 27 и 28 управления двигательным и генераторным режимами ОСЭМ 13, причем его выход «1» - параллельно также и с другим входом автоматического выключателя 14, установленного в цепи питания ОСЭМ 13, выход «3» - с входом «5» подсистемы 22 управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 27, выход «4» соединен с входом «4» субблока 26 задания режима, а выход «3» - с входом «4» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1. При этом выход сумматора 24 подключен параллельно управляющим входам «4» субблоков 27 и 28 управления двигательным и генераторным режимами ОСЭМ 13.Remote automated control (DAU) of the diesel generator 1-2 is performed by the
Разгон вентильной ОСЭМ 13, синхронизированный с запуском дизель-генератора 1-2, до начальной пусковой частоты вращения, равной 5% номинальной, производят за счет газовой турбины 11 турбонаддувочного агрегата 10-13 посредством подачи на ее входной патрубок (не показан) сжатого воздуха из пускового баллона 33 через управляемый клапан 51, установленный на участке 52 воздухопровода между пусковым баллоном 33 и входным патрубком газовой турбины 11 и управляемый сигналами, формируемыми на выходе «4» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1.Acceleration of
Автоматический выключатель 4 (QF1) снабжен размыкающим блок-контактом 53, соединяющим источник единичных сигналов с входом «2» - «Холостой ход ДГ» - подсистемы 48 дистанционного автоматизированного управления дизель-генератором 1-2.Circuit breaker 4 (QF1) is equipped with an
Способ автоматического регулирования давления наддувочного воздуха дизель-генератора 1-2 (фиг. 1) в динамических режимах при набросе и сбросе нагрузки осуществляют следующим образом.A method for automatically controlling the charge air pressure of a diesel generator 1-2 (Fig. 1) in dynamic modes during load surge and discharge is as follows.
Вводная информация. Оснащение турбонаддувочного агрегата 10-11 дополнительным приводом от обратимой электрической машины 13, например, синхронной, с электромагнитным возбуждением и зубчатой передачей 12, вызывает, как замечено в критической характеристике известного способа-прототипа, увеличение его маховой массы и запасаемой этим агрегатом кинетической энергии в периоды его разгона и переходах от одного скоростного уровня к другому. По этой причине в динамических режимах работы ДГ 1-2, связанных с внезапным набросом или сбросом нагрузки, переход ТНА 10-13 к новому установившемуся режиму происходит с еще большим запаздыванием (по отношению к переходному процессу изменения подачи топлива в камеры сгорания дизеля), чем в случае, когда ДГ оборудован ТНА 10-11 со свободным наддувом. В то же время, присутствие ОСЭМ 13 на валу ТНА 10-13 позволяет, используя его как дополнительное и активное средство регулирования частоты вращения ТНА и воздействуя безинерционными управляющими средствами на режимы работы и электромагнитный момент ОСЭМ 13, компенсировать негативное действие суммарных инерционных сил всего ТНА 10-13 в целом и повысить его быстродействие до долей секунды, т.е. сделать на порядок выше. В результате такое быстродействие ТНА дает вполне удовлетворительные результаты работы ДГ по экономическим и экологическим показателям - полноте сгорания топлива, дымности и токсичным выбросам в атмосферу. Однако для радикального улучшения качества электроэнергии, вырабатываемой генератором в динамических режимах - амплитуды колебаний (размаха) частоты напряжения генератора 1 и времени ее восстановления, - этого недостаточно. По этой причине в заявляемом способе регулирования давления наддувочного воздуха ДГ в динамических режимах осуществляют поэтапное, эшелонированное по времени воздействие на процесс регулирования в целом.Introductory information. Equipping the turbocharging unit 10-11 with an additional drive from a reversible
На первом этапе одновременно с посылкой команд на изменение подачи топлива и частоты вращения ТНА 10-13 вводят в действие дополнительные, более быстродействующие средства изменения давления наддувочного воздуха. На втором этапе, используя сигналы обратных связей, средства регулирования первого эшелона выводят из работы, продолжая воздействовать на инерционный блок регулирования до окончания переходного режима. В комплексе этими процессами управляют в следующей последовательности.At the first stage, simultaneously with sending commands to change the fuel supply and the rotation speed of the TNA 10-13, additional, faster means of changing the pressure of the charge air are introduced. At the second stage, using feedback signals, the means of regulation of the first echelon are taken out of operation, continuing to act on the inertial control unit until the end of the transition mode. Together, these processes are controlled in the following sequence.
1 Регулирование давления наддувочного воздуха дизель-генератора в период работы в частичных режимах со статической нагрузкой менее 30-40% номинальной1 Regulation of the charge air pressure of the diesel generator during operation in partial modes with a static load of less than 30-40% of the nominal
Ввод в действие и работа ДГ со статической нагрузкой. Когда на вход «3» подсистемы 48 (фиг. 1) дистанционного автоматизированного управления дизель-генератором 1-2 подают команду на его запуск, с выхода «4» этой подсистемы на вход «2» субблока 25 (СБП) пуска (фиг. 2) блока 23 логического управления ОСЭМ 13 направляют одновременно такую же команду на запуск последней, настроенную на использование в режиме вентильной машины. Как известно, коммутация полупроводниковых вентилей (не показаны) электромашинного преобразователя 16 в период работы такой машины 13 вентильным двигателем, т.е. когда этот преобразователь функционирует как зависимый инвертор, осуществляется естественным образом за счет электродвижущей силы (ЭДС), наводимой в якорной (статорной) обмотке этой машины.Commissioning and operation of diesel engine with static load. When the input “3” of subsystem 48 (Fig. 1) of the remote automated control of the diesel generator 1-2 is given a command to start it, from the output “4” of this subsystem to the input “2” of the starting subunit 25 (SBP) (Fig. 2 ) block 23
При этом в период пуска вентильного двигателя, когда он совершает первые обороты, ЭДС, наводимая в якорной обмотке еще мала, и естественная коммутация полупроводниковых вентилей протекает неустойчиво. По этой причине разгон вентильного двигателя до начальной устойчивой частоты вращения, при которой естественная коммутация указанных вентилей протекает надежно, и равной 5% номинальной, выполняют, в известных устройствах посторонним асинхронным двигателем небольшой мощности или за счет пусковой обмотки, встроенной в полюсные наконечники ротора вентильного двигателя. Но это требует усложнения конструкции турбонаддувочного агрегата, и, что особенно существенно для данного случая применения, увеличивает маховую массу и инерционность ТНА. Следовательно, эти известные способы начального разгона ОСЭМ при его использовании в составе ТНА являются нежелательными, и вместо них предлагается альтернативный вариант первичного разгона до начальной частоты вращения ТНА, суть которого состоит в следующем.Moreover, during the start-up of the valve motor, when it makes its first revolutions, the EMF induced in the armature winding is still small, and the natural switching of the semiconductor valves is unstable. For this reason, the acceleration of the valve motor to an initial stable speed at which the natural switching of these valves proceeds reliably and equal to 5% of the nominal value is performed, in known devices, by an external asynchronous motor of low power or due to a starting winding built into the pole tips of the rotor of the valve motor . But this requires a complication of the design of the turbocharging unit, and, which is especially important for this application, increases the flywheel mass and inertia of the TNA. Therefore, these known methods of initial acceleration of the ESEM when used as part of the TNA are undesirable, and instead an alternative variant of the primary acceleration to the initial rotation speed of the TNA is proposed, the essence of which is as follows.
Выходными сигналами с выходов «1» и «4» субблока 25 пуска (фиг. 1 и фиг. 2) соответственно замыкают автоматический выключатель 14, подавая питание на все цепи ОСЭМ 13, и через субблок 26 (СБЗР) задания режима устанавливают для вентильной ОСЭМ 13 режим работы - двигательный, о чем его сигналами на входах «5» «оповещают» субблоки 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13, а сигналом с выхода «3» субблока 25 пуска - и подсистему 22 управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 21 на ее входе «3». За счет последних двух блоков 22 и 21 в обмотке возбуждения 20 вентильной ОСЭМ 13 устанавливают номинальный ток возбуждения. С появлением питающего напряжения на сетевом полупроводниковом преобразователе 17 (UZ2), он включается в режим выпрямителя. Выпрямленное напряжение последнего подводят к входным клеммам (не показаны) электромашинного преобразователя 16 (UZ1). Одновременно с этим с выхода «5» субблока 25 пуска пусковой сигнал поступает на вход «4» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1. По этому сигналу на выходе «4» блока 36 формируют команду открытия управляемого клапана 51, расположенного на участке 52 воздухопровода, и тем самым подают сжатый воздух из пускового баллона 33 на входной патрубок (не показан) газовой турбины 11 турбонаддувочного агрегата 10-13. Производят начальный разгон ТНА и вентильной ОСЭМ 13 сжатым воздухом до начальной устойчивой частоты вращения nм нач. При вращении ротора ОСЭМ с размещенной на нем обмоткой возбуждения 20 в воздушном зазоре машины (не показано) создают вращающееся магнитное поле, которым, пересекая витки якорной обмотки, уложенной на статоре, наводят в ней переменную по форме ЭДС (синусоиду) нарастающей частоты. Значение этой ЭДС при частоте вращения n=nм нач, достигает уровня, гарантирующего устойчивое протекание естественной коммутации полупроводниковых вентилей электромашинного преобразователя-зависимого инвертора 16 (UZ2). Это означает, что ОСЭМ 13 тоже включилась в режим разгона ТНА и может продолжать его самостоятельно. Значение n=nм нач измеряют датчиком 46 частоты вращения ТНА и по цепи обратной связи направляют на вход «1» субблока 25 пуска. Получив этот сигнал, субблоком 25 пуска с его выхода «1» посылают на вход «3» субблока 27 управления двигательным режимом ОСЭМ сигнал продолжения ее разгона, а с выхода «5» субблока 25 пуска на вход «4» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения посылают команду перекрытия сжатого воздуха. Посредством сигнала с выхода «4» этого блока управляемый клапан 51 закрывают.The output signals from the outputs "1" and "4" of the start-up subunit 25 (Fig. 1 and Fig. 2), respectively, close the
На выходах «1» и «2» субблока 27 управления двигательным режимом ОСЭМ 13 формируют напряжения управления на входах «3» соответственно подсистем 19 и 18 управления полупроводниковыми преобразователями: сетевым 17 (UZ2) (в выпрямительном режиме) и электромашинным 16 (UZ2) (в инверторном режиме), и выполняют подпрограмму дальнейшего разгона вентильной ОСЭМ 13 в двигательном режиме с ускорением, задаваемым программой субблока 25 (СБП) пуска. Выходным сигналом с выхода «1» последнего воздействуют через вход «3» и выход «1» субблока 27 на управляющий вход «3» подсистемы 19 управления, с выхода которой поступают управляющие импульсы на полупроводниковые вентили (не показаны) сетевого полупроводникового преобразователя 17 (UZ2). Вследствие этого увеличивают в цепи постоянного тока СПП 15 выпрямленное напряжение с указанным выше ускорением и завершают разгон вентильной ОСЭМ 13 и турбокомпрессора 10 до установленной в блоке 25 пуска пусковой частоты вращения, которой соответствует оптимальный пусковой коэффициент избытка воздуха αопт пуск в камерах сгорания дизеля.At the outputs “1” and “2” of the
К этому моменту дизель 2 также разгоняют известной пневматической подсистемой пуска (не показана) до минимальной для устойчивого воспламенения топливно-воздушной смеси угловой скорости, и впрыскивают посредством форсунок (не показаны) в цилиндры дизеля первые порции топлива. Благодаря правильно подобранному соотношению пропорций в топливно-воздушной смеси, происходит ее надежное, без пропусков воспламенение, и дизель уверенно, с первой попытки разгоняют на топливе до угловой скорости холостого хода. Ввод ДГ в работу завершают ручным либо автоматическим замыканием его автоматического генераторного выключателя 4 (QF1), блок-контактом которого (не показан) подают питание на катушку (не показана) вспомогательного контактора 41 и, замыкая его контакт в цепи балластного электрического приемника 39, подготавливают последний к включению.At this point,
Далее, в статических рабочих режимах дизель-генератора 1-2 подачу топлива в его цилиндры регулируют трехимпульсным электронным ПИД-регулятором 44 во взаимодействии с серводвигателем 6 одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 угловой скорости, а также регулируют и давление наддувочного воздуха посредством турбокомпрессора 10 наддува со смешанным приводом от утилизационной газовой турбины 11 и обратимой вентильной синхронной электрической машины 13, содержащей зубчатую передачу 12, предназначенную для согласования частот вращения турбокомпрессора 10-11 наддува и вентильной ОСЭМ 13. (В частном случае, при использовании вентильной ОСЭМ в высокочастотном исполнении от этой зубчатой передачи можно отказаться).Further, in the static operating modes of the diesel generator 1-2, the fuel supply to its cylinders is controlled by a three-pulse
Как известно, в диапазоне статических нагрузок ДГ, снабженного турбокомпрессором со свободным наддувом, менее 30-40% номинальной, давление и расход отработавших газов дизеля недостаточны для того, чтобы он (турбокомпрессор) самостоятельно поддерживал в камерах сгорания оптимальные значения коэффициента избытка воздуха. Поэтому недостающий вращающий момент для поддержания необходимых угловых скоростей турбокомпрессора 10 наддува создают за счет работы вентильной ОСЭМ 13 в двигательном режиме, как это и выполнено в известном способе-прототипе. По мере увеличения статической нагрузки на ДГ растут давление, температура и расход отработавших газов дизеля, а следовательно, и вращающий момент, развиваемый утилизационной газовой турбиной 11 турбокомпрессора 10 наддува, частота вращения которого тоже возрастает. Чтобы в этих условиях не допустить перерегулирования давления наддувочного воздуха, электромагнитный двигательный момент вентильной ОСЭМ 13 в заявленном решении уменьшают посредством субблока 27 управления двигательным режимом по поступающим в него сигналам обратно пропорционально увеличению нагрузки на ДГ.As is known, in the range of static loads of a diesel engine equipped with a free-pressurized turbocharger, less than 30-40% of the nominal, the diesel pressure and exhaust gas flow are insufficient to ensure that it (the turbocompressor) independently maintains optimal values of the excess air coefficient in the combustion chambers. Therefore, the lack of torque to maintain the necessary angular speeds of the
При загрузке дизель-генератора 1-2 мощностью, примерно равной 30-40% номинальной, вентильная ОСЭМ 13 переходит в режим холостого хода, а при более высокой загрузке дизель-генератора 1-2 ее переводят посредством субблока 26 задания режима в генераторный режим, в котором она развивает тем большую мощность, чем больше нагрузка ДГ. Эту мощность направляют посредством обратимого статического полупроводникового преобразователя 15 по линии питания ОСЭМ 13 через автоматический выключатель 14 в электрическую сеть потребителя, и в номинальном режиме ДГ она составляет 4-5% номинальной мощности дизеля (Калинина М.И. Разработка новых схемных решений для привода судовых электрогенераторов. // Судостроение. - №2. - 1989. - С 16-17).When loading a diesel generator 1-2 with a capacity of approximately 30-40% of the nominal, the
1.1 Наброс нагрузки1.1 load surge
При набросе на ДГ 1-2 (фиг. 1 и фиг. 3, а) в момент времени t0 дополнительной нагрузки замеряют посредством трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 динамическое dP/dt и статическое ΔР приращения мощности. Сигналом, пропорциональным статическому приращению «+ΔР» мощности воздействуют на серводвигатель 6 механогидравлического регулятора 5 угловой скорости, изменяют положение топливной рейки 7 и потенциометра 8, увеличивая этим подачу топлива в цилиндры дизеля. Сигнал, снимаемый с потенциометра 8, направляют на вход «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1 (первый, быстродействующий эшелон повышения давления наддувочного воздуха). Одновременно с этим сигнал «+ΔР» направляют в блок 23 логического управления ОСЭМ на второй вход его сумматора 24 (С). Последним в нем суммируют этот сигнал с другим сигналом, пропорциональным динамическому приращению «+dP/dt» мощности и посылаемым с упреждением трехимпульсным электронным ПИД-регулятором 44 на его первый вход. Выходным результирующим сигналом сумматора 24 (С), пропорциональным сумме «dP/dt+ΔР», воздействуют на вход «4» субблока 27 управления двигательным режимом вентильной ОСЭМ 13 (второй, инерционный эшелон повышения давления наддувочного воздуха).When projecting on DG 1-2 (Fig. 1 and Fig. 3, a ) at time t 0, the additional load is measured by a three-pulse
Сигналом, снимаемым с выхода «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения открывают управляемый клапан 35 и подают сжатый воздух из баллона 33, например, пускового, по воздухопроводу 34 на рабочее колесо турбокомпрессора 10 наддува. Вследствие этого в момент времени t1 скачком увеличивают давление (фиг. 3, б) в нагнетательном патрубке (не показан) турбокомпрессора 10 наддува адекватно и практически синхронно увеличению подачи топлива, вызванному перемещением топливной рейки 7 в новое положение. Благодаря этому, получают полное, бездымное сгорание увеличенной порции топливно-воздушной смеси при минимальном содержании в продуктах сгорания токсичных составляющих. Отработавшие бездымные газы, не содержащие сажи, при возросших давлении Рог и температуре направляют в утилизационную газовую турбину 11, вызывая увеличение вращающего момента Мт на ее валу, совпадающего по знаку в этом режиме с электромагнитным двигательным моментом Ммд вентильной ОСЭМ 13, и частоты вращения nк турбокомпрессора 10 наддува.The signal taken from the output "1" of the
Одновременно с этим, для придания большего ускорения вращающимся частям ТНА и уменьшения запаздывания турбокомпрессора 10 наддува в повышении давления и расхода наддувочного воздуха, субблоком 27 управления двигательным режимом ОСЭМ 13 в соответствии с упомянутым результирующим поступившим в него сигналом соответственно увеличивают и управляющее напряжение Uy, подаваемое с его выхода «1» на вход «3» подсистемы 19 управления, которым изменяют угол управления полупроводниковыми вентилями (не показаны) сетевого преобразователя 17 (UZ2), увеличивая скачком напряжение Ud в цепи постоянного тока СПП 15 и соответственно ток в якорной обмотке вентильной ОСЭМ 13 до номинального значения Iд=Iдн. Это приводит к возрастанию ее электромагнитного двигательного момента Мм1 и мощности Рм1 (фиг. 3, б) до номинальных значений Ммн и Рмн, совпадающих по знаку, как замечено выше, с вращающим моментом и мощностью газовой турбины Мт и Рт, чем вызывают ускоренный подъем частоты вращения nк турбокомпрессора 10 на новый скоростной уровень и ускоренное наращивание давления рв наддувочного воздуха.At the same time, in order to give greater acceleration to the rotating parts of the TNA and to reduce the delay of the
Измеряют это давление рв воздуха датчиками 45 давления и частоту вращения nк турбокомпрессора 10 датчиком 46 (фиг. 1 и фиг. 2), и направляют соответствующие измеренные сигналы в блоки 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1 (входы «2» и «3») и 23 логического управления (вход «u» и «s») ОСЭМ 13. Блоком 36 динамической коррекции частоты напряжения сравнивают действительное значение сигнала рв на входе «2» с оптимальным рв опт, заданным программно в этом же блоке для нового нагрузочного режима ДГ. Как только их значения становятся в момент времени t2 равными (фиг. 3, б, кривая рв), сигналом «ноль», снимаемым с выхода «1» блока 36, управляемый клапан 35 закрывают, и подачу сжатого воздуха на рабочее колесо турбокомпрессора 10 наддува прекращают. Это приводит к скачкообразному понижению давления наддувочного воздуха ниже оптимального значения рв опт с последующим его повышением, благодаря продолжению возрастания частоты вращения ТНА 10-13.This pressure p in the air is measured by
Субблоком 27 управления двигательным режимом ОСЭМ 13 (фиг. 2), приступая ко второму этапу, также сравнивают действительное значение давления рв наддувочного воздуха (на входе «1»), а также и действительное значение частоты вращения nк (на входе «2») турбокомпрессора 10 наддува с их оптимальными программно заданными соответственно в этом же субблоке значением рв опт и nк опт, соответствующими новому нагрузочному режиму ДГ. Когда эти измеренные и программно заданные значения давления рв и частоты вращения nк становятся равными (момент времени t4), сигналом на выходе «1» данного субблока 27, воздействуя на вход «3» подсистемы управления 19 сетевым полупрводниковым преобразователем 17 (UZ2), возвращают ОСЭМ 13 в предшествующий двигательный режим, которому соответствует мощность Рм1 (фиг. 3, б, кривая Рм). А в случае превышения измеренных значений сигналов рв и nк над их оптимальными программно заданными рв опт и nк опт в субблоке 27 значениями, продолжают воздействовать сигналом их разности с его выхода «1» на изменение напряжения управления Uy на входе «3» подсистемы 19 управления сетевым преобразователем 17 (UZ2). Этим снижают на промежутке «t4-t5» напряжение Ud в цепи постоянного тока СПП 15, соответственно электромагнитный двигательный момент Ммд и мощность Рм вентильной ОСЭМ 13 до тех пор, пока связанное с этим моментом измеренное значение сигнала рв наддувочного воздуха не снизится и не уравняется в данном субблоке с его оптимальным значением рв опт., после чего это снижение электромагнитного двигательного момента Ммд подсистемой 19 управления прекращают по сигналу данного субблока 27.When starting the second stage, the
Причем, учитывая возросший вращающий момент Мт на валу утилизационной газовой турбины 11, электромагнитный двигательный момент Ммд и мощность Рм2 вентильной ОСЭМ 13 в новом статическом режиме ДГ устанавливают меньше, чем в предшествующем режиме до наброса нагрузки. На этом переходный процесс, вызванный набросом нагрузки на ДГ, работающий в частичных режимах, завершают.Moreover, taking into account the increased torque M t on the shaft of the
Алгоритм функционирования регуляторов подачи топлива и давления наддувочного воздуха ДГ в указанных случаях представлен на фиг. 4, где обозначенные символы представляют следующее их значение: ОСЭМ - обратимая синхронная электрическая машина, используемая в режиме вентильной; ΔР - сигнал статического приращения (наброса) нагрузки дизель-генератора; dP/dt - сигнал динамического приращения (первой производной) нагрузки; Ud, Udн - соответственно текущее и номинальное выпрямленные напряжения в цепи постоянного тока СПП 15; nк - сигнал, пропорциональный частоте вращения компрессора турбонаддувочного агрегата; рв - сигнал, пропорциональный давлению наддувочного воздуха; Мт - вращающий момент, развиваемый газовой турбиной турбонаддувочного агрегата; Ммд - электромагнитный двигательный момент, развиваемый вентильной ОСЭМ в двигательном режиме; рв опт - сигнал, пропорциональный оптимальному давлению наддувочного воздуха; рог - давление отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.The algorithm for the functioning of the fuel supply and DG charge air pressure regulators in these cases is presented in FIG. 4, where the indicated symbols represent their following meaning: OSEM - a reversible synchronous electric machine used in valve mode; ΔР is the signal of the static increment (surge) of the load of the diesel generator; dP / dt - signal of the dynamic increment (first derivative) of the load; U d , U dн - respectively, the current and nominal rectified voltage in the
1.2 Сброс нагрузки1.2 Load shedding
При сбросе в момент t0 (фиг. 5, а) с дизель-генератора 1-2 (фиг. 1) нагрузки измеряют посредством трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 динамическое «-dP/dt» и статическое «-ΔР» снижения мощности. Сигналом производной «-dP/dt» снижения мощности воздействуют через диод (не показан) на вход «2» подсистемы 43 (ПСУ4) управления компенсатором активной мощности (КАМ) и включают с помощью безинерционного полупроводникового регулятора 40 на номинальное напряжение генератора 1 балластный электрический приемник 39, например, подогреватель котельной воды, ранее подготовленный к упомянутому включению вспомогательным контактором 41 и плавким предохранителем 42. Этой операцией замещения внезапно отключенной нагрузки балластным электрическим приемником 39 быстродействующего компенсатора активной мощности Ркам сохраняют в фазе t0 момент сопротивление на валу первичного двигателя 2 генератора 1 неизменным и предотвращают, за счет этого, всплеск частоты вращения ДГ и частоты Δƒ напряжения генератора 1 (фиг. 5, в; кривая 2 с включением КАМ и кривая 1 без включения КАМ), которые были бы неизбежны вследствие инерционности звеньев одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 угловой скорости, и уменьшают время их восстановления (tв2 по сравнению с tв1).When dumping at time t 0 (Fig. 5, a ) from the diesel generator 1-2 (Fig. 1), the loads are measured using a three-pulse
Другим сигналом трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44, пропорциональным статическому снижению «-ΔР» мощности воздействуют на серводвигатель 6 центробежного регулятора 5 угловой скорости, изменяют, начиная с момента t1, положение топливной рейки 7 и потенциометра 8, уменьшая этим подачу gт топлива в камеры сгорания дизеля. Сигнал, снимаемый с потенциометра 8, направляют на вход «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1, в результате чего по мере уменьшения подачи топлива gт (фиг. 5, а), вызываемого перемещением топливной рейки 7 и потенциометра 8, сигналом этого потенциометра воздействуют в период Tg через выход «3» блока 36 динамической коррекции частоты на вход «1» подсистемы 43 управления полупроводниковым регулятором 40, и, изменяя угол управления полупроводниковыми вентилями последнего (не показаны), уменьшают, адекватно снижению подачи топлива, напряжение и мощность Ркам, потребляемую приемником 39, до нуля.Another signal of the three-pulse
Дополнительным сигналом, снимаемым с выхода «2» того же блока 36 динамической коррекции частоты напряжения с выдержкой времени 0,5 с, в фазе t2 открывают управляемый клапан 38 на перепускном воздухопроводе 37 и сбрасывают наддувочный воздух из воздушного коллектора (не показан) во всасывающую полость турбокомпрессора 10 наддува, понижая, тем самым, давление рв (фиг 5, б) и коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания дизеля согласованно со снижением подачи топлива.An additional signal taken from the output "2" of the
Отмеченные операции, выполняемые блоком 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1, составляют первый, быстродействующий эшелон снижения давления наддувочного воздуха. В результате выполнения этих мероприятий снижают без запаздывания параметры отработавших газов дизеля, направляемых в утилизационную турбину 11 ТНА 10-13, как и развиваемый ею вращающий момент Мт.Marked operations performed by
Одновременно с этим сигнал «-ΔР» трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 посылают в блок 23 (фиг. 1 и фиг. 2) логического управления вентильной ОСЭМ 13, работающей в двигательном режиме, направляя его на второй вход сумматора 24 (С). Последний суммирует этот сигнал с другим сигналом, пропорциональным динамическому снижению «-dP/dt» мощности и посылаемым с упреждением на первый вход сумматора 24 (С) с другого выхода того же регулятора 44. Выходным результирующим сигналом сумматора 24 (С), равным сумме «(-dP/dt)+(-ΔР)», воздействуют на входы «4» субблоков 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13. Эта и последующие операции с вентильной ОСЭМ 13 составляют второй, инерционный эшелон снижения давления наддувочного воздуха.At the same time, the “-ΔP” signal of the three-pulse
С появлением единичных сигналов на входах «4» субблоков 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами ОСЭМ 13 (второй этап), входящих в блок 23 логического управления этой машиной, первым из них формируют в момент t0 (фиг. 5, б; кривая Рм) на его выходах «1» и «2» команды на перевод ОСЭМ 13 посредством подсистем управления 19, 18 и 22 соответственно обратимыми сетевым и электромашинным полупроводниковыми преобразователями 17, 16 СПП 15 и выпрямителем-возбудителем 21 из двигательного режима в генераторный (тормозной) при номинальном токе, с тем чтобы совместно с уменьшением вращающего момента на валу утилизационной газовой турбины 11 ускорить за счет торможения ОСЭМ 13 переход турбокомпрессора 10 наддува на более низкий скоростной уровень (кривая nк), при котором давление наддувочного воздуха будет иметь оптимальное Рв опт2 при nк опт2 значение по отношению к новому статическому нагрузочному режиму ДГ. По этим командам электромашинный преобразователь 16 (UZ1) переводят в выпрямительный режим, а сетевой преобразователь 17 (UZ2) - в инверторный режим. Это достигается за счет изменения этими подсистемами углов управления полупроводниковыми вентилями (не показаны) указанных преобразователей 17, 16 СПП 15 и выпрямителя-возбудителя 21.With the advent of single signals at the inputs “4” of the
В подсистемах 18 (ПСУ1), 19 (ПСУ2) и 22 (ПСУ3) управления соответственно электромашинным 16 (UZ1), сетевым 17 (UZ2) и выпрямительно-возбудительным 21 (UZ3) преобразователями используют известный вертикальный принцип регулирования угла отпирания полупроводниковых вентилей этих преобразователей. Данный принцип заключается в том, что на входе формирователей (не показаны) импульсов управления указанными вентилями, входящих структурно в указанные подсистемы 18 (ПСУ1), 19 (ПСУ2) и 22 (ПСУ3) управления, производят сложение опорного (по другому синхронизирующего) напряжения с напряжением управления. Опорное напряжение в каждой подсистеме управления 18 (ПСУ1), 19 (ПСУ2) и 22 (ПСУ3) формируют соответственно из напряжений синхронизирующих трансформаторов 30, 31 и 32, выходы которых подключены к синхронизирующим входам «1» указанных подсистем управления. Тогда как напряжения управления, формируемые на выходах «1» и «2» субблоков 27 и 28 управления двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13, посылают соответственно на управляющие входы «3» и «4» подсистем 18 (ПСУ1) и 19 (ПСУ2) и с выхода «3» субблока 28 - на вход «4» подсистемы 22 (ПСУ3) управления.In the subsystems 18 (ПСУ1), 19 (ПСУ2) and 22 (ПСУ3) of control, respectively, of machine 16 (UZ1), network 17 (UZ2) and rectifier-excitatory 21 (UZ3) converters, the well-known vertical principle of controlling the opening angle of the semiconductor valves of these converters is used. This principle consists in the fact that at the input of the formers (not shown) of the control impulses of the indicated gates, structurally included in the indicated subsystems 18 (ПСУ1), 19 (ПСУ2) and 22 (ПСУ3) of the control, the reference voltage (otherwise synchronizing) is added to voltage control. The reference voltage in each control subsystem 18 (ПСУ1), 19 (ПСУ2) and 22 (ПСУ3) is formed respectively from the voltages of the synchronizing
При этом кинетическую энергию вращающихся частей турбонаддувочного агрегата 10-13 в период t0-t4 (фиг. 5, б; кривые nк и Рм) перехода с более высокой угловой скорости на пониженную преобразуют в электрическую энергию генераторного (рекуперативного) торможения вентильной ОСЭМ 13 и передают ее посредством статического полупроводникового преобразователя 15 в сеть (не показана) приемников.In this case, the kinetic energy of the rotating parts of the turbocharging unit 10-13 in the period t 0 -t 4 (Fig. 5b; curves n to and P m ) of the transition from a higher angular velocity to a lower one is converted into electrical energy of generator (regenerative) braking of the valve OSEM 13 and transmit it through a
Измеряют давление наддувочного воздуха (кривая рв на фиг. 5, б) в воздушном коллекторе (не показан) датчиком 45 давления (фиг. 1) и его сигнал посылают на вход «2» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения, а также и на вход «1» (фиг. 2) субблока 26 задания режимов ОСЭМ 13 и на входы «1» субблоков 27 к 28 управления двигательным и генераторным режимами той же машины. Сравнивают в блоке 36 (фиг. 1) динамической коррекции частоты напряжения измеренное значение давления наддувочного воздуха с программно заданным в этом же блоке значением рв опт2 (фиг. 5, б) для нового установившегося нагрузочного режима ДГ. Если первое, измеренное снизившееся значение окажется менее второго, оптимального, сигналом, снимаемым с выхода «2» этого блока 36 (фиг. 1), закрывают (в момент t3 на фиг. 5) управляемый клапан 38 на перепускном воздухопроводе 37. Это вызывает скачкообразное повышение давления рв наддувочного воздуха и его последующее понижение, благодаря уменьшению частоты вращения турбокомпрессора 10 под действием тормозного момента, развиваемого ОСЭМ 13.The charge air pressure is measured (curve p in in Fig. 5, b) in the air manifold (not shown) by the pressure sensor 45 (Fig. 1) and its signal is sent to the input “2” of the
Измеряют частоту вращения турбокомпрессора 10 наддува датчиком 46 частоты вращения и соответственно давление наддувочного воздуха тем же датчиком 45 давления и их сигналы посылают соответственно на входы «2» и «1» субблока 26 (фиг. 2) задания режимов ОСЭМ 13, а также и на входы «2» и «1» субблоков 27 к 28 управления двигательным и генераторным режимами ОСЭМ 13. Сравнивают в субблоке 26 задания режимов вентильной ОСЭМ 13 сигналы измеренных частоты вращения nк турбокомпрессора 10 и давления рв наддувочного воздуха с их программно заданными в этом же блоке оптимальными значениями nк опт2 и рв опт2 (фиг. 5, б) для нового установившегося нагрузочного режима ДГ. Если первые, измеренные их значения окажутся менее заданных, сигналами, посылаемыми из субблока 26 задания режимов на входы «5» субблоков 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13, возвращают последнюю (в момент t4) в прежний двигательный режим, переводя посредством подсистемы управления 19 (ПСУ2) сетевой преобразователь 17 (UZ2) в выпрямительный режим, а посредством подсистемы управления 18 (ПСУ1) - электромашинный преобразователь 16 (UZ1) в режим зависимого инвертора.Measure the speed of the
После этого сравнивают в субблоке 27 управления двигательным режимом ОСЭМ 13 измеренное на входе «1» и оптимальное программно заданное в нем значение давления наддувочного воздуха и сигналом их разности, формируемым на выходе «1» субблока 27, воздействуют посредством подсистемы 19 (ПСУ2) управления на угол отпирания полупроводниковых вентилей (не показаны) сетевого преобразователя 17 (UZ2), увеличивают в промежутке t4-t5 напряжение Ud в цепи постоянного тока статического полупроводникового преобразователя 15 и электромагнитный двигательный момент Ммд, развиваемый вентильной ОСЭМ 13, до тех пор, пока измеренное значение увеличивающегося давления наддувочного воздуха, сравниваемое в субблоке 27 управления двигательным режимом вентильной ОСЭМ 13 с программно заданным в этом же блоке оптимальным значением рв опт2 для нового установившегося нагрузочного режима ДГ, не станут равными.After that, in the
При этом в целях сохранения оптимального баланса для суммарного вращающего момента на валу ТНА 10-13 к концу переходного процесса электромагнитный двигательный момент Ммд 2 устанавливают выше, чем момент Ммд 1 в предшествующем режиме (до сброса нагрузки с ДГ), так как вращающий момент Мт, развиваемый утилизационной газовой турбиной, после сброса нагрузки уменьшили. Соответственно увеличивают к концу переходного процесса и значение потребляемой ОСЭМ 13 мощности: Рм2>Рм1 (фиг 5, б; кривая Рм).At the same time, in order to maintain the optimal balance for the total torque on the TNA shaft 10-13 by the end of the transition process, the electromagnetic motor moment M md 2 is set higher than the moment M md 1 in the previous mode (before the load is relieved from the engine), since the torque M t developed by the utilization gas turbine was reduced after load shedding. Accordingly, by the end of the transition process, the value of power consumed by the
Переходный процесс завершают в момент t5, когда частота вращения nк2 турбокомпрессора 10 наддува и давление наддувочного воздуха рв опт2 достигнут новых установившихся значений (фиг. 5, б; кривые nк и рв).The transition process is completed at time t 5 , when the rotational speed n k2 of the turbocharger 10 of the boost and the pressure of the charge air p in opt2 reach new steady-state values (Fig. 5, b; curves n k and p c ).
2. Регулирование давления наддувочного воздуха дизель-генератора в период работы со статической нагрузкой, равной и более 30-40% номинальной2. Regulation of the charge air pressure of the diesel generator during operation with a static load equal to and more than 30-40% of the nominal
Работа дизель-генератора со статической нагрузкой. Работу ДГ 1-2 (фиг. 1) со статической нагрузкой, равной и более 30-40% номинальной, характеризует та особенность, что вентильная ОСЭМ 13 турбогенераторного агрегата 10-13 функционирует, согласно описанию известного способа-прототипа, в генераторном режиме, утилизируя избыточную энергию теплоты отработавших газов в электрическую с передачей ее в сеть приемников. Выполняют это с той целью, что, когда статическая нагрузка ДГ становится равной примерно 30-40% номинальной, утилизационная газовая турбина 11 турбокомпрессора 10 наддува способна самостоятельно обеспечить потребность дизеля в наддувочном воздухе. Поэтому вентильную ОСЭМ 13 переводят в этом частном случае на холостой ход. А при нагрузке ДГ более 30-40% номинальной, производительность утилизационной газовой турбины 11 становится избыточной, и тогда вентильную ОСЭМ 13 переключают в генераторный режим, чтобы избыток этой производительности преобразовать в электрическую энергию. И выполняют эти действия в следующей последовательности.The operation of a diesel generator with a static load. The operation of DG 1-2 (Fig. 1) with a static load equal to and more than 30-40% of the nominal is characterized by the feature that the
Чтобы сохранить оптимальное соотношение горючей смеси «топливо-воздух» и в этом диапазоне статических нагрузок дизель-генератора, измеряют ток холостого хода вентильной ОСЭМ 13 посредством датчика 47 тока, сигнал которого направляют на вход «3» субблока 26 (СБЗР) задания режима вентильной ОСЭМ 13 (фиг. 1 и фиг. 2). Сигналами с выходов «1» и «2» последнего воздействуют на входы «5» субблоков 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13. А с выходов «1» и «2» этих субблоков, в свою очередь, воздействуют на входы «3» и «4» соответственно подсистем 19 (ПСУ2) и 18 (ПСУ1) управления соответственно сетевым и электромашинным преобразователями 17 (UZ2) и 16 (UZ1), входящими в состав СПП 15. При токе вентильной ОСЭМ, равном нулю, указанными сигналами СПП 15 обращают в другой режим, т.е. электромашинный преобразователь 16 (UZ1) переключают в выпрямительный режим, а сетевой преобразователь 17 (UZ2) - в режим зависимого инвертора. Вследствие этого вентильную ОСЭМ 13 переводят из двигательного в генераторный режим. При этом сигналом с выхода «3» субблока 28 управления генераторным режимом, приходящим на вход «4» подсистемы 22 управления выпрямителем-возбудителем 21 вентильной ОСЭМ 13 понижают ток возбуждения последней до значения, равного 50% номинального. С этого момента, благодаря перемене знака электромагнитного момента на валу вентильной ОСЭМ 13 с вращающего на тормозной, вал турбокомпрессора 10 наддува притормаживают и устанавливают требуемую от него производительность при данном режиме нагрузки ДГ. При этом электроэнергию, производимую вентильной ОСЭМ 13 в генераторном режиме за счет утилизации избытка энергии теплоты отработавших газов дизеля 2, направляют в электрическую сеть через СПП 15 по ее штатной цепи питания, согласуя частоты тока вентильной ОСЭМ 13 и основного генератора 1 посредством СПП 15. Благодаря утилизации части энергии теплоты отработавших газов в электрическую повышают КПД дизель-генератора.In order to maintain the optimal ratio of the fuel-air mixture to the static loads of the diesel generator, the open circuit voltage of the
2.1 Наброс нагрузки2.1 load surge
При набросе в момент t0 (фиг. 6, а) на ДГ 1-2 (фиг. 1) дополнительной нагрузки измеряют посредством трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 динамическое «+dP/dt» и статическое «+ΔР» приращения мощности. Сигналом, пропорциональным статическому приращению «+ΔР» нагрузки, воздействуют на серводвигатель 6 механогидравлического регулятора 5 угловой скорости, и с некоторой задержкой tз т, вызванной инерционностью серводвигателя 6, изменяют на промежутке t1-t4 положение топливной рейки 7 и потенциометра 8, увеличивая этим подачу топлива gт в камеры сгорания дизеля. Сигнал, снимаемый с потенциометра 8, посылают на вход «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1. Сигналом, снимаемым с выхода «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжений, в момент времени t1 (фиг. 6, б; кривая рв) открывают управляемый клапан 35 и подают сжатый воздух из баллона 33 по воздухопроводу 34 на рабочее колесо турбокомпрессора 10 - первый, быстродействующий эшелон повышения давления наддувочного воздуха. Вследствие этого скачком увеличивают давление в нагнетательном патрубке турбокомпрессора 10 наддува адекватно и практически синхронно увеличению подачи топлива, вызванному перемещением топливной рейки 7 в новое положение. Получают полное, бездымное сгорание увеличенной порции топливно-воздушной смеси при минимальном содержании в продуктах сгорания токсичных составляющих. Отработавшие бездымные газы дизеля, не содержащие сажи, при возросшем давлении и температуре направляют в утилизационную газовую турбину 11, вызывая увеличение вращающего момента Мт на ее валу и частоты вращения турбокомпрессора 10 (кривая nк на фиг. 6, б).When an additional load is added at the moment t 0 (Fig. 6, a ) on the DG 1-2 (Fig. 1), the dynamic “+ dP / dt” and the static “+ ΔР” power increments are measured by a three-pulse
Одновременно с этим сигнал «+ΔР» с выхода трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 направляют в блок 23 логического управления вентильной ОСЭМ 13, подавая его на второй вход сумматора 24 (С). Последним суммируют этот сигнал с другим сигналом, пропорциональным динамическому приращению «+dP/dt» нагрузки и посылаемым с упреждением тем же трехимпульсным электронным ПИД-регулятором на первый вход сумматора 24 (С). Выходным результирующим сигналом сумматора 24 (С), пропорциональным сумме «dP/dt+ΔР», воздействуют на входы «4» (фиг. 2) субблоков 28 и 27 управления соответственно генераторным и двигательным режимами вентильной ОСЭМ 13 - второй, инерционный эшелон повышения давления наддувочного воздуха.At the same time, the signal “+ ΔР” from the output of the three-pulse
Для создания большего ускорения вращающимся частям ТНА и снижения запаздывания турбокомпрессора 10 наддува в увеличении давления и расхода воздуха, субблоками 28 и 27 управления генераторным и двигательным режимом вентильной ОСЭМ 13 ее переводят в момент t0 из генераторного режима в двигательный номинальный режим (диаграмма Рм на фиг. 6, б) командами, формируемыми этими субблоками на их выходах «1» и «2» и посылаемыми на входы соответственно «3» и «4» подсистем 18 (ПСУ1) и 19 (ПСУ2), а также и сигналом на выходе «3» субблока 28, посылаемым на вход «4» подсистемы управления 22 (ПСУ3), и управляющими полупроводниковыми преобразователями соответственно 16 (UZ1), 17 (UZ2) и 21 (UZ3). Для этого сетевой преобразователь 17 (UZ2) переводят под управлением подсистемы 19 (ПСУ2) в режим выпрямления, а электромашинный преобразователь 16 (UZ1) под управлением подсистемы 18 (ПСУ1) - в режим зависимого инвертора. Этим создают со стороны вентильной ОСЭМ 13 дополнительный электромагнитный двигательный момент Ммд, совпадающий по знаку с вращающим моментом Мт утилизационной газовой турбины 11. При этом выпрямителем-возбудителем 21 (UZ3), управляемым подсистемой 22 (ПСУ3) управления, по указанному сигналу с выхода «3» субблока 28 управления генераторным режимом вентильной ОСЭМ 13, устанавливают в ее обмотке возбуждения 20 номинальный ток возбуждения. Этим вызывают быстрый подъем в интервале t0-t4 частоты вращения турбокомпрессора 10 наддува на новый скоростной уровень nк опт2 (фиг. 6, б) и соответственно ускоренное нарастание давления наддувочного воздуха рв, значения которых измеряют датчиками 46 частоты вращения и 45 давления (фиг. 1).To create greater acceleration of the rotating parts of the TNA and to reduce the delay of the
Сигнал датчика 45 давления наддувочного воздуха направляют на входы «2» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения, «1» субблока 26 (фиг. 2) задания режима вентильной ОСЭМ 13 и входы «1» субблоков 28 и 27 управления генераторным и двигательным режимами вентильной ОСЭМ 13, а сигналы датчика 46 частоты вращения - на вход «2» субблока 26 задания режима и входы «2» субблоков 28 и 27 управления генераторным и двигательным режимами вентильной ОСЭМ 13. Блоком 36 динамической коррекции частоты напряжения сравнивают действительное возрастающее значение рв с оптимальным рв опт2, заданным программно в этом же блоке 36 для нового нагрузочного уровня ДГ. Как только их значения становятся равными (момент t2 на фиг. 6, б), сигналом, снимаемым с выхода «1» блока 36 (фиг. 1), управляемый клапан 35 закрывают, и подачу сжатого воздуха на рабочее колесо турбокомпрессора 10 наддува прекращают.The signal of the charge
Одновременно субблоком 26 задания режима вентильной ОСЭМ 13 сравнивают действительные значения нарастающей частоты вращения nк ТНА и соответственно давления наддувочного воздуха рв с программно заданными для нового нагрузочного режима ДГ 1-2 значениями nк опт2 и рв опт2, и, в случае превышения действительными значениями сигналов над заданными (момент времени t4 на фиг. 6, б), воздействуют этим субблоком 26 на входы «5» субблоков 28 и 27 управления генераторным и двигательным режимами вентильной ОСЭМ 13 и повторно обращают вентильную ОСЭМ 13 в момент t4 в предшествующий генераторный режим. Эту операцию выполняют путем воздействия субблоками 27 и 28 (фиг. 1 и фиг. 2) управления двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13 через их выходы «1» и «2» на входы «3» соответственно подсистемы управления 19 (ПСУ2) и подсистемы управления 18 (ПСУ1) и через выход «3» субблока 28 на вход «4» подсистемы 22 (ПСУ3) соответственно сетевым 17 (UZ2), электромашинным 16 (UZ1), и выпрямительно-возбудительным 21 (UZ3) полупроводниковыми преобразователями.At the same time, the sub-block 26 of the setting of the
После этого, продолжая воздействовать подсистемой 22 (ПСУ3) управления на угол управления вентилями выпрямителя-возбудителя 21(UZ3), увеличивают напряжение и ток в обмотке возбуждения 20 вентильной ОСЭМ 13, а следовательно, ее электромагнитный тормозной момент и мощность Рм (фиг. 6, б), до тех пор, пока действительное значение возрастающего давления наддувочного воздуха, сравниваемое в субблоке 28 управления генераторным режимом вентильной ОСЭМ 13 с программно заданным в этом же блоке оптимальным значением рв опт2 для нового установившегося нагрузочного режима ДГ, не станут равными (момент времени t5), после чего повышение данного тормозного момента подсистемой 22 прекращают по сигналу субблока 28.After that, continuing to act on the control subsystem 22 (PSU3) on the angle of control of the valves of the rectifier-exciter 21 (UZ3), increase the voltage and current in the field winding 20 of the
При этом к концу переходного процесса электромагнитный тормозной момент Ммг2 устанавливают выше, чем момент Ммг1 в предшествующем режиме (до наброса нагрузки на ДГ), так как параметры отработавших газов дизеля после наброса нагрузки становятся выше, и вращающий момент Мт, развиваемый утилизационной газовой турбиной, тоже увеличился. Соответственно увеличивают к концу переходного процесса и значение генерируемой ОСЭМ 13 в сеть потребителя мощности: Рм2>Рм1 (фиг. 6, б; кривая Рм).At the same time, at the end of the transition process, the electromagnetic braking torque M mg2 is set higher than the moment M mg1 in the previous mode (before the load is loaded onto the diesel engine), since the diesel exhaust gas parameters become higher after the load is loaded, and the torque M t developed by the utilization gas turbine also increased. Accordingly, by the end of the transition process, the value of the generated
Причем в момент t4 возвращения вентильной ОСЭМ 13 в генераторный режим в кривой ƒ=ϕ(t) зависимости частоты напряжения генератора 1 от времени (фиг. 6, в) появляется незначительный по амплитуде и времени всплеск +Δƒ.Moreover, at time t 4, the valve OSEM 13 returns to the generator mode in the curve ƒ = ϕ (t) as a function of the voltage frequency of the
Из сравнения кривых 1 и 2 (фиг. 6, в) изменения частоты напряжения дизель-генератора 1-2, снабженного соответственно ТНА со свободным наддувом (кривая 1), и заявляемой системой подачи воздуха (кривая 2), следует, что, благодаря комплексу быстродействующих мер, которые предложены в заявленном способе при набросе нагрузки: а) наддув сжатым воздухом с последующим полным сгоранием топлива и получением большего приращения вращающего момента дизеля, а также и б) перевод вентильной ОСЭМ 13 из генераторного в двигательный режим с целью ускоренного перевода турбокомпрессора 10 наддува на более высокий скоростной режим, - обеспечиваются меньшие провал «-Δƒ2» частоты напряжения и время ее восстановления tв2 по сравнению с их значениями «-Δƒ1» и tв1, полученными в традиционных способе и средствах наддува.From a comparison of
На этом переходный процесс, вызванный набросом нагрузки на ДГ, работающий в статических режимах с нагрузкой более 30-40% номинальной, завершают.On this, the transient process caused by the surge in the load on the DG operating in static modes with a load of more than 30-40% of the nominal is completed.
2.2 Сброс нагрузки2.2 Load shedding
При сбросе в момент t0 (фиг. 7, а) с дизель-генератора 1-2 (фиг. 1) мощности ΔР измеряют посредством трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 динамическое dP/dt и статическое ΔР снижения нагрузки. Сигналом производной «-dP/dt» снижения мощности воздействуют через диод (не показан) на вход «1» подсистемы 43 (ПСУ4) управления компенсатором активной мощности и включают с помощью безинерционного полупроводникового регулятора 40 на номинальное напряжение генератора 1 балластный электрический приемник 39, ранее подготовленный к включению вспомогательным контактором 41 и плавким предохранителем 42. Этой операцией замещения отключенной нагрузки мощностью Ркам балластного электрического приемника 39 быстродействующего КАМ сохраняют в момент t0 нагрузку на валу первичного двигателя 2 генератора 1 неизменной, предотвращают, за счет этого, всплеск частоты вращения ДГ и частоты Δƒ напряжения генератора 1 (фиг. 7, в: кривая 1 с включением КАМ и кривая 2 без включения КАМ), которые были бы неизбежны вследствие инерционности одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 угловой скорости, и уменьшают время их восстановления (tв1 по сравнению с tв2).When dumping at time t 0 (Fig. 7, a ) from a diesel generator 1-2 (Fig. 1), the power ΔР is measured by a three-pulse
Другим сигналом, пропорциональным статическому снижению «-ΔР» (фиг. 1) мощности, воздействуют на серводвигатель 6 центробежного регулятора 5 угловой скорости, изменяют с задержкой tз т (начиная с момента t1) положение топливной рейки 7 и потенциометра 8, уменьшая этим подачу gт (фиг. 7, а) топлива в камеры сгорания дизеля. Сигнал, снимаемый с потенциометра 8 (фиг. 1), направляют на вход «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1, в результате чего по мере уменьшения подачи топлива gт, вызываемого перемещением топливной рейки 7 и потенциометра 8, сигналом этого потенциометра воздействуют через блок 36 динамической коррекции частоты с его выхода «3» на вход «2» подсистемы 43 управления полупроводниковым регулятором 40, и, изменяя угол управления полупроводниковыми вентилями последнего, уменьшают, адекватно снижению подачи топлива, напряжение на клеммах (не показаны) приемника 39 и его мощность Ркам, выключая КАМ полностью в момент времени t4.Another signal proportional to the static decrease "-ΔP" (Fig. 1) power is applied to the
Дополнительным сигналом, снимаемым с выхода «2» того же блока 36 динамической коррекции частоты напряжения с выдержкой времени 0,5 с, в фазе t2 открывают управляемый клапан 38 на перепускном воздухопроводе 37 и сбрасывают наддувочный воздух из воздушного коллектора (не показан) во всасывающую полость турбокомпрессора 10 наддува, понижая, тем самым, давление рв (фиг. 7, б) и коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания дизеля согласованно со снижением подачи топлива.An additional signal taken from the output "2" of the
Отмеченные операции, выполняемые блоком 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1, составляют первый, быстродействующий эшелон снижения давления наддувочного воздуха. В результате выполнения этих мероприятий снижают также и параметры отработавших газов дизеля, направляемых в утилизационную турбину 11 ТНА 10-13, как и развиваемый ею вращающий момент Мт.Marked operations performed by
Одновременно с этим сигнал «-ΔР» (фиг. 1) трехимпульсного электронного ПИД-регулятора 44 направляют в блок 23 логического управления вентильной ОСЭМ 13, работающей в генераторном режиме, на второй вход сумматора 24 (С) (фиг. 2). Последний суммирует этот сигнал с другим сигналом, пропорциональным динамическому снижению «- dP/dt» мощности и посылаемым с упреждением на первый вход сумматора 24 (С) с другого выхода того же регулятора 44. Выходным результирующим сигналом сумматора 24 (С), равным сумме «(-dP/dt)+(-ΔР)», воздействуют на входы «4» субблоков 27 к 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами вентильной ОСЭМ 13 с целью форсированного снижения частоты вращения последней и производительности турбокомпрессора 10 наддува. Эта и последующие операции с вентильной ОСЭМ 13 составляют, как замечено, второй, инерционный эшелон снижения давления наддувочного воздуха при данном режиме и данном изменении нагрузки ДГ.At the same time, the “-ΔP” signal (Fig. 1) of the three-pulse
В момент t0 (фиг. 7, б; кривая Рм) субблоком 28 формируют на его выходе «3» сигнал скачкообразного увеличения мощности (и электромагнитного тормозного момента) ОСЭМ 13 до номинальной Рм н с тем, чтобы совместно с уменьшением вращающего момента, развиваемого утилизационной газовой турбиной 11, ускорить переход турбокомпрессора 10 наддува на более низкий скоростной уровень nк опт2 (кривая nк), при котором давление наддувочного воздуха будет иметь оптимальное значение рв опт2 по отношению к новому статическому нагрузочному режиму ДГ. Этим сигналом воздействуют на вход «4» подсистемы 22 (ПСУ3) управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 21 (UZ3) и увеличивают ток возбуждения ОСЭМ 13 до номинального значения.At time t 0 (Fig. 7b; curve R m ), a sub-block 28 forms at its output “3” a signal of an abrupt increase in power (and electromagnetic braking torque) of the
Скачкообразное увеличение в промежутке времени t0-t4 генерируемой ОСЭМ 13 мощности и ее тормозного момента сопровождается преобразованием высвобождающейся кинетической энергии вращающимися массами турбонаддувочного агрегата 10-13 в электрическую энергию вследствие перехода последнего с более энергетического скоростного уровня nк1 на менее энергетический уровень nк опт2 (фиг. 7, б, кривая nк).A jump-like increase in the time interval t 0 -t 4 of the power generated by the
Измеряют понижающееся давление наддувочного воздуха датчиком 45 давления (фиг. 1), направляя его сигнал на вход «2» блока 36 динамической коррекции частоты генератора и вход «1» субблока 28 управления генераторным режимом (фиг. 2). Сравнивают в данном блоке 36 текущее значение этого сигнала с программно заданным в этом же блоке 36 значением рв опт2 для нового установившегося нагрузочного режима ДГ, и, если первое, измеренное значение, окажется менее второго, заданного, то сигналом, снимаемым с выхода «2» этого блока, закрывают (в момент t3 на фиг. 7, б) управляемый клапан 38 на перепускном воздухопроводе 37. Этим несколько увеличивают давление наддува в камерах сгорания дизеля (фиг. 7, б, кривая рв).The decreasing pressure of the charge air is measured by the pressure sensor 45 (FIG. 1), directing its signal to the input “2” of the
Измеряют понижающуюся частоту вращения турбокомпрессора 10 наддува (фиг. 1, фиг. 2) датчиком 46 частоты вращения, направляя его сигнал в субблок 28 управления генераторным режимом вентильной ОСЭМ 13 на его вход «2». Сравнивают в данном субблоке 28 действительные значения частоты вращения турбокомпрессора 10 наддува и давления наддувочного воздуха с их программно заданными в этом же блоке 28 оптимальными значениями nк опт2 и рв опт2 для нового установившегося нагрузочного режима ДГ, и, если первые, измеренные значения, окажутся менее вторых, заданных (момент времени t4), сигналом, посылаемым с выхода «3» субблока 28 управления генераторным режимом на вход «4» подсистемы 22 (ПСУ3) управления, возвращают вентильную ОСЭМ 13 (выполняя второй этап) в предшествующий генераторный режим, характеризующийся генерируемой мощностью Рм1. После этого, продолжая воздействовать этим субблоком на подсистему 22 (ПСУ3) управления полупроводниковым выпрямителем-возбудителем 21 (UZ3), уменьшают напряжение и ток в обмотке 20 возбуждения ОСЭМ 13 до тех пор, пока упомянутое измеренное значение давления наддувочного воздуха, направляемое в субблок 28 управления генераторным режимом вентильной ОСЭМ 13 на его вход «1» и сравниваемое в данном субблоке 28 с программно заданным в нем же оптимальным значением рв опт2 для нового установившегося нагрузочного режима ДГ, не станет ему равным (момент t5 на фиг. 7, б). С этого момента времени (t5) данное воздействие и переходный процесс завершают, и наступает установившийся режим работы ТНА.The decreasing rotational speed of the
При этом электромагнитный тормозной момент Ммг2 и мощность Рм2, развиваемые вентильной ОСЭМ 13 по окончании переходного процесса, устанавливают ниже, чем их значения Ммг1 и Рм1 в предшествующем режиме (до сброса нагрузки с ДГ), так как вращающий момент Мт, развиваемый утилизационной газовой турбиной 11, уменьшился вследствие понижения подачи топлива в камеры сгорания, а следовательно, снизились и параметры отработавших газов дизеля.At the same time, the electromagnetic braking torque M mg2 and the power P m2 developed by the
Кривая 1 изменения частоты напряжения генератора 1 (фиг. 7, в) в рассмотренном динамическом режиме сброса нагрузки повторяет ранее рассмотренную аналогичную кривую на фиг. 5, в.
Существенным в заявляемом решении является то, что в переходных режимах сброса нагрузки с ДГ, изложенных в разделах 1.2 и 2.2 описания реализации способа, снижение расхода и давления наддувочного воздуха осуществляют смешанным способом: а) на первом этапе - установкой перепускного воздухопровода 37 с управляемым клапаном 38 и перепуском наддувочного воздуха с нагнетательной полости турбокомпрессора 10 на всасывающую, в результате чего характеристику II сопротивления его воздушного тракта (сети) смещают, как показано на фиг. 8, вправо от исходной (пунктирной) I, а рабочую точку турбокомпрессора перемещают из точки А в точку F; б) на втором этапе - уменьшением частоты вращения того же турбокомпрессора 10 и переводом его с характеристики 1 на характеристику 3, в результате чего рабочую точку перемещают из положения F в положение С. Из фиг. 8 видно, что процесс перемещения рабочей точки по траектории A-F-С протекает при значительном повышении турбокомпрессором 10 запаса по помпажу, по сравнению со случаем регулирования того же параметра воздушной заслонкой (в известном способе-аналоге 3), когда рабочая точка перемещается из положения А в положение В.What is significant in the claimed solution is that in the transient modes of load shedding with the diesel engine set forth in sections 1.2 and 2.2 of the description of the method, the flow rate and pressure of the charge air are reduced by a mixed method: and bypassing the charge air from the injection cavity of the
Дополнительные символы, использованные на фиг. 8, означают: I - исходная характеристика воздушного тракта турбокомпрессора; II - линия регулирования заявляемым управляемым клапаном 38 на перепускном воздухопроводе 37; III - линия регулирования известной воздушной заслонкой; IV - линия границы помпажа; 1, 2, 3 - характеристики турбокомпрессора при разных частотах вращения; А, В, С, D, Е, F, G - рабочие точки турбокомпрессора при разных режимах работы.Additional symbols used in FIG. 8, mean: I - initial characteristic of the air path of the turbocompressor; II - regulation line of the inventive controlled
3. Управление давлением наддува по программе остановки дизель-генератора3. Control of boost pressure according to the program of stopping the diesel generator
Нормальную (штатную) остановку ДГ 1-2 (фиг. 1) производят по команде «Стоп ДГ», подаваемой на вход «4» подсистемы 48 ДАУ данным дизель-генератором в момент времени t0 (фиг. 9, а). Программой нормальной остановки ДГ предусматривают, как известно, перевод нагрузки с выводимого из работы ДГ 1-2 на остающийся в работе генераторный агрегат (не показан). Для этого по команде подсистемы 48 ДАУ (фиг. 1), посылаемой (не показано) в трехимпульсный электронный ПИД-регулятор 44 подачи топлива и давления наддувочного воздуха выводимого ДГ 1-2, на его выходе «АР» формируют непрерывный сигнал «-ΔР» (фиг. 1 и фиг. 9, а) понижения подачи топлива и давления наддувочного воздуха, монотонно убывающий синхронно со снижением нагрузки синхронного генератора. Этот сигнал посылают, во-первых, на серводвигатель 6 одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 угловой скорости дизеля 2, посредством которого перемещают топливную рейку 7 и потенциометр 8 и уменьшают подачу топлива gт на дизель-генераторе 1-2 (фиг. 9, б), а вместе с ним и нагрузку Рдг дизель-генератора 1-2 (фиг. 9, в) при неизменной его частоте вращения nдг (фиг. 9, г). Причем выходной сигнал «-dP/dt» блокируют трехимпульсным электронным ПИД-регулятором 44 по тому же сигналу остановки ДГ. Во-вторых, этим же сигналом «-ΔР» через сумматор 24 воздействуют на блок 23 логического управления вентильной ОСЭМ 13, переводя последнюю в момент времени t0 (фиг. 9, д) в номинальный режим «Рм.н.» генераторного торможения, как описано в разделах 1.2 и 2.2.Normal (regular) stop of DG 1-2 (Fig. 1) is performed according to the “Stop DG” command supplied to the input “4” of
Сигналом, который посылают с потенциометра 8 (фиг. 1) на вход «1» блока 36 динамической коррекции частоты напряжения генератора 1, а затем направляют на управляемый клапан 38, открывают с выдержкой времени 0,5 сек. в момент времени t2 (фиг. 9, ж) данный клапан и сбрасывают давление рв наддувочного воздуха в воздушном коллекторе дизеля за счет перепуска этого воздуха из нагнетательной полости турбокомпрессора 10 наддува в его всасывающую полость.The signal that is sent from the potentiometer 8 (Fig. 1) to the input "1" of the
Одновременно с этим, под воздействием тормозного электромагнитного момента Ммг, развиваемого вентильной ОСЭМ 13 в генераторном режиме, и непрерывно уменьшающегося вращающего момента Мт, развиваемого утилизационной газовой турбиной 11, благодаря понижающимся параметрам выхлопных газов дизеля, автоматически уменьшают в промежутке «t2-t3» частоту вращения nк турбкомпрессора 10 наддува (фиг. 9, е) и соответственно давление воздуха в перепускном контуре (фиг. 9, ж). Измеряют датчиком 45 давления значение понижающегося давления наддувочного воздуха в воздушном коллекторе дизеля 2 и сравнивают в блоке 36 динамической коррекции частоты напряжения описанным путем его значение с программно заданным в этом же блоке значением, установленным для режима холостого хода. И когда в момент t3 (фиг. 9, ж) эти сигналы становятся равными, тем же блоком 36, сигналом на его выходе «2» управляемый клапан 38 закрывают.At the same time, under the influence of the braking electromagnetic moment M mg developed by the
По мере снижения частоты вращения ТНА 10-13 тормозной электромагнитный момент Ммг и мощность Рмт, развиваемые вентильной ОСЭМ 13, как и ток в цепи постоянного тока СПП 15, уменьшаются. Когда этот ток, измеряемый датчиком тока 47, становится в момент времени t4 равным нулю (фиг. 9, д), то и сигнал на выходе этого датчика тока тоже исчезает. Этим нулевым сигналом, приходящим на вход «3» субблока 26 (фиг. 2) задания режимов вентильной ОСЭМ 13, формируют данным субблоком 26 команду обращения вентильной ОСЭМ 13 из генераторного в двигательный режим, которую посылают на входы «5» субблоков 27 и 28 управления соответственно двигательным и генераторным режимами. Этим сигналом данные субблоки 27 и 28 и при посредстве подсистем 19 и 18 управления соответственно сетевым 17 и электромашинным 16 преобразователями СПП 15 переводят тем же путем вентильную ОСЭМ 13 из генераторного режима теперь уже в двигательный режим. Это необходимо для того, чтобы поддерживать на некоторое время понижающуюся частоту вращения турбокомпрессора 10 наддува на уровне, достаточном для подачи в камеры сгорания оптимального расхода воздуха для режимов нагрузки ДГ менее 30-40% номинальной, поскольку утилизационная газовая турбина 11 этого сделать самостоятельно в указанном диапазоне нагрузок уже не в состоянии из-за чрезмерно низких параметров выхлопных газов, обусловленных непрерывно снижающейся подачей топлива.As the speed of rotation of the TNA 10-13 decreases, the braking electromagnetic moment M mg and the power P mt developed by the
Измеряют датчиком 45 понижающееся давление рв наддувочного воздуха, направляют его сигнал на вход «1» субблока 27 управления двигательным режимом ОСЭМ 13 и сравнивают этот сигнал в данном субблоке 27 с его программно заданным оптимальным значением для режима холостого хода дизель-генератора 1-2. Сигналом разности Δрв (фиг. 9, ж) этих значений, формируемым на выходе «1» субблока 27, воздействуют на подсистему 19 управления сетевым преобразователем 17, переведенным в выпрямительный режим. Этим увеличивают напряжение в цепи постоянного тока СПП 15, электромагнитный двигательный момент Ммд на валу вентильной ОСЭМ 13, который, компенсируя снижающийся вращающий момент Мт утилизационной газовой турбины 11, поддерживает в промежутке времени t4-t5 частоту вращения nк турбокомпрессора 10 на уровне частот вращения, соответствующих режимам долевых нагрузок выводимого из работы дизель-генератора 1-2.Using a
Когда в момент времени t5 (фиг. 9, а) снижающийся сигнал «-ΔР» на выходе трехимпульсного электронного ПИД-регулятор 44 выводимого из работы синхронного генератора 1 будет равен нулю, а на валу дизеля 2 нагрузка станет равной Рдг хх (фиг. 9, в), сигналом с выхода (показан пунктиром) этого ПИД-регулятора 44 (фиг. 1), посылаемым на вход (не показан) автоматического выключателя 4 (QF1), выключают последний. Блок-контактом 53 данного выключателя 4 (QF1) посылают по стрелке «А» на вход «2» подсистемы 48 ДАУ выводимым ДГ 1-2 команду «Холостой ход ДГ», чем запускают процедуру его нормальной остановки. По этой процедуре сигналом с выхода «1» подсистемы 48 ДАУ дизель-генератором 1-2 воздействуют на серводвигатель 6 его одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 угловой скорости и понижают частоту вращения ДГ 1-2 до значения nдг хх, соответствующего его режиму холостого хода (фиг. 9, г).When at time t 5 (Fig. 9, a ) the decreasing signal “-ΔP” at the output of the three-pulse
Когда в тот же момент времени t5 станут равными действительное и заданное для режима холостого хода значения рв. хх. давления наддувочного воздуха (фиг. 9, ж), также сравниваемые в субблоке 27 управления двигательным режимом ОСЭМ 13, прекращают воздействовать на подсистему 19 управления сетевым преобразователем 17 со стороны данного субблока 27, и наступает установившийся режим холостого хода ТНА 10-13 (фиг. 9, д для ОСЭМ и фиг. 9, е для турбокомпрессора 10).When at the same moment in time t 5 become equal to the actual and set for idle values p p . xx pressurized air pressure (Fig. 9, g), also compared in the
После непродолжительной, программно заданной работы ДГ 1-2 (фиг. 1) на холостом ходу в течение промежутка времени τдг хх при пониженной его частоте вращения nдг хх. (фиг. 9, б, в, г) на выходах «2» и «3» подсистемы 48 ДАУ выводимым ДГ 1-2 формируют одновременно в момент времени t6 сигналы остановок соответственно дизеля 2 и турбонаддувочного агрегата 10-13. Так, ее сигнал с выхода «2» направляют на стоп-устройство 9 одноимпульсного механогидравлического регулятора 5 угловой скорости дизеля 2, которым прекращают подачу топлива (фиг. 9, б) и останавливают этот дизель 2 (фиг. 9, в, г). А сигнал с выхода «3» той же подсистемы 48 ДАУ посылают на вход «1» (фиг. 1, фиг. 2) субблока 29 (СБТ) торможения блока 23 логического управления вентильной ОСЭМ 13. Выходными сигналами с выходов «1», «2» и «3» субблока 29 (СБТ) торможения воздействуют непосредственно на входы «2» подсистем 18, 19 и 22 управления соответственно электромашинным 16, сетевым 17 и выпрямительно-возбудительным 21 преобразователями и переводят тем же путем вентильную ОСЭМ 13 в режим генераторного (рекуперативного) торможения при номинальных токах в ее обмотках (фиг. 9, д) для быстрой ее остановки. Существенно то, что в дизель-генераторах, оборудованных известными турбокомпрессорами со свободным наддувом, после остановки дизеля и его вспомогательных навешенных насосов турбонаддувочный агрегат, хранящий значительный запас кинетической энергии, еще некоторое время продолжает вращаться в режиме свободного выбега при фактическом отсутствии давления в системе смазки. Это обстоятельство способствует снижению ресурса подшипников ТНА. В заявляемом же способе вместе с остановкой ДГ 1-2 быстро гасят в промежутке τм г (фиг. 9, д и фиг. 9, е) генераторного торможения вентильной ОСЭМ 13 и саму частоту вращения ТНА 10-13, которую измеряют датчиком 46 частоты вращения и посылают ее сигнал на вход «2» субблока 29 (СБТ) торможения.After a short, software-defined operation of DG 1-2 (Fig. 1) at idle for a period of time τ dg xx with a reduced rotation speed n dg xx . (Fig. 9, b, c, d) at the outputs "2" and "3" of the
По мере данного снижения в этом промежутке частоты вращения nк ТНА 10-13, а также и вентильной ОСЭМ 13 (фиг. 9, е), быстро снижается развиваемая мощность Рмг последней (фиг. 9, д) и ее тормозной электромагнитный момент Мм г, который вскоре становится мал. Поэтому при снижении сигнала частоты вращения nк. ТНА 10-13 до программно заданного в этом же субблоке 29 (СБТ) торможения значения nк дин (фиг. 9, е), соответствующего началу динамического торможения вентильной ОСЭМ 13, сигналом с выхода «5» этого субблока 29 (СБТ) торможения (фиг. 2) замыкают в момент времени t7 (фиг. 9, е) контакт 49 вспомогательного контактора (не показан) и включают в цепь постоянного тока СПП 15 динамический резистор 50. Одновременно с этим, посредством субблока торможения 29, прекращают генерацию управляющих импульсов (не показано) на полупроводниковых вентилях сетевого преобразователя 17 (UZ2) СПП 15. Этим увеличивают ток в цепи постоянного тока СПП 15 и соответственно тормозной момент Мм дин. вентильной ОСЭМ 13, так что в следующем промежутке времени τм д (фиг. 9, д, е) ее остановку продолжают уже в режиме динамического торможения. Когда сигнал частоты вращения nк турбонаддувочного агрегата 10-13, на том же входе «2» (фиг. 2) субблока 29 (СБТ) торможения, станет равным нулю, то нулевым же сигналом на выходе «5» этого субблока 29 (СБТ) размыкают контакт 49 вспомогательного контактора, а единичным сигналом на его выходе «4» того же субблока 29 (СБТ) - автоматический выключатель 14 (QF2), снимая питание со всех цепей вентильной ОСЭМ 13.As this decrease in this interval of the rotation speed n to the TNA 10-13, as well as the valve OSEM 13 (Fig. 9, f), the developed power P mg of the latter (Fig. 9, d) and its braking electromagnetic moment M rapidly decrease m g , which soon becomes small. Therefore, when reducing the speed signal n to . TNA 10-13 to the programmed value in the same sub-block 29 (SBT) of braking the value n to dyne (Fig. 9, f), corresponding to the beginning of dynamic braking of the
Причем пока вентильную ОСЭМ 13 затормаживают в режиме генераторного (рекуперативного) торможения в промежутке «t0-t4» и «t6-t7», кинетическую энергию вращающихся частей ТНА 10-13 также преобразуют в электрическую энергию и направляют в электросеть приемников, используя ее полезно. А в режиме динамического торможения остатки этой кинетической энергии преобразуют в теплоту в динамическом резисторе 50. Если функции этого резистора возлагают на подогреватель той же котельной воды, то и эту часть энергии используют полезно.Moreover, while the
На этом программу вывода ДГ 1-2 из работы завершают.On this, the program for removing DG 1-2 from work is completed.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117174A RU2637793C2 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | Method of automatic pressure adjustment of boosted air of diesel-generator under dynamic conditions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117174A RU2637793C2 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | Method of automatic pressure adjustment of boosted air of diesel-generator under dynamic conditions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015117174A RU2015117174A (en) | 2016-11-27 |
RU2637793C2 true RU2637793C2 (en) | 2017-12-07 |
Family
ID=57758928
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117174A RU2637793C2 (en) | 2015-05-05 | 2015-05-05 | Method of automatic pressure adjustment of boosted air of diesel-generator under dynamic conditions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637793C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714022C2 (en) * | 2018-04-03 | 2020-02-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Method of adaptive automatic control of pressure of supercharging air of diesel generator |
RU2730694C1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-08-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Method for determining the vibration protection efficiency of vibration isolating couplings of marine diesel generators |
RU2735280C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) | Autonomous variable-frequency power plant |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018209705A1 (en) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | Robert Bosch Gmbh | Method for operating an electrical machine, electrical machine, drive device and compressor and / or turbine |
CN113091857B (en) * | 2021-04-30 | 2024-04-26 | 中水东北勘测设计研究有限责任公司 | Emergent response equipment of reply flood burst |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1255031A2 (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system and method for vehicle having an internal combustion engine with turbocharger and a transmission |
RU2222863C2 (en) * | 1997-09-11 | 2004-01-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Power supply system for motor-driven loads |
RU2338913C1 (en) * | 2006-02-06 | 2008-11-20 | Евгений Жоресович Васильев | Method of setting and adjusting compressor internal combustion engine supercharging pressure and system to this effect |
US20110172894A1 (en) * | 2007-08-10 | 2011-07-14 | Tjerk Michiel De Graaff | Method of operation of an electric turbocompounding system |
RU2488708C2 (en) * | 2011-09-09 | 2013-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Synchronous diesel generator automatic control |
EP2634404A1 (en) * | 2010-10-28 | 2013-09-04 | Isuzu Motors, Ltd. | Turbocharge system |
-
2015
- 2015-05-05 RU RU2015117174A patent/RU2637793C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222863C2 (en) * | 1997-09-11 | 2004-01-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Power supply system for motor-driven loads |
EP1255031A2 (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system and method for vehicle having an internal combustion engine with turbocharger and a transmission |
RU2338913C1 (en) * | 2006-02-06 | 2008-11-20 | Евгений Жоресович Васильев | Method of setting and adjusting compressor internal combustion engine supercharging pressure and system to this effect |
US20110172894A1 (en) * | 2007-08-10 | 2011-07-14 | Tjerk Michiel De Graaff | Method of operation of an electric turbocompounding system |
EP2634404A1 (en) * | 2010-10-28 | 2013-09-04 | Isuzu Motors, Ltd. | Turbocharge system |
RU2488708C2 (en) * | 2011-09-09 | 2013-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Synchronous diesel generator automatic control |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714022C2 (en) * | 2018-04-03 | 2020-02-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Method of adaptive automatic control of pressure of supercharging air of diesel generator |
RU2730694C1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-08-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Method for determining the vibration protection efficiency of vibration isolating couplings of marine diesel generators |
RU2735280C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) | Autonomous variable-frequency power plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015117174A (en) | 2016-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2637793C2 (en) | Method of automatic pressure adjustment of boosted air of diesel-generator under dynamic conditions | |
US6637205B1 (en) | Electric assist and variable geometry turbocharger | |
RU2488708C2 (en) | Synchronous diesel generator automatic control | |
JP4668761B2 (en) | Electric turbo compound control system | |
US6552439B2 (en) | Method and apparatus for controlling engine overspeed due to lube oil ingestion | |
US20090217898A1 (en) | Quick engine startup system and method | |
FI79385C (en) | STYRANORDNING FOER EN DIESELMOTOR MED EN AVGASTURBOKOMPRESSOR. | |
CN105569855B (en) | Method for running internal combustion engine | |
KR20180042353A (en) | System, method and computer program for operating a land-based or marine-based multi-spool gas turbine | |
JP4069463B2 (en) | Turbocharged internal combustion engine, control method and control system for exhaust relief valve as component | |
KR960003676B1 (en) | Engine and method for turbo boosted operation of a mechanically assisted turbocharger in a two cycle engine | |
JP2005520086A (en) | Turbine operation method | |
RU2112887C1 (en) | Gas-turbine plant and method of speeding up of gas turbine plant | |
JPS61116032A (en) | Method and device for operating internal combustion engine for automobile supercharged by exhaust-gas turbine supercharger | |
WO2014140529A1 (en) | Turbine of a turbocompound engine with variable load and a controller thereof | |
Algrain | Controlling an electric turbo compound system for exhaust gas energy recovery in a diesel engine | |
JP6508709B2 (en) | Air-fuel ratio control device for gas engine and ship equipped with gas engine with air-fuel ratio control device | |
RU2714022C2 (en) | Method of adaptive automatic control of pressure of supercharging air of diesel generator | |
JPS63124810A (en) | Load control device for steam/exhaust gas turbine | |
JP2019094908A (en) | Air-fuel ratio control device of gas engine, and ship equipped with gas engine with air-fuel ratio control device | |
US10344680B2 (en) | Method for regulating a gas turbine power supply | |
RU2386839C2 (en) | Method to control engine rpm | |
JP2012137017A (en) | Power plant | |
US10968818B2 (en) | Boost pressure control | |
SU1141211A1 (en) | Method of controlling power plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20170818 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180506 |