СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕРАСХОДА ТОПЛИВА В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТАХ
METHOD FOR DETERMINING OVER-CONSUMPTION OF FUEL IN MARINE DIESEL-GENERATOR SETS

Изобретение относится к области технической диагностики и эксплуатации судовых дизель-генераторных агрегатов (ДГА). Цель изобретения - снижение расхода топлива судовых ДГА путем контроля технического состояния ДГА и соответствия применяемого топлива штатному дизельному топливу, использованному при стендовых испытаниях ДГА, с минимальными затратами в процессе эксплуатации без вывода ДГА из действия по значению перерасхода топлива или разности удельных расходов топлива в конкретных режимах работы. При наличии недопустимого перерасхода топлива определяются причины его возникновения и принимаются соответствующие меры (техническое обслуживание, ремонт, использование штатного дизельного топлива) по устранению причин.
Существующие методы [1, 2] позволяют оценивать перерасход топлива судового ДГА путем расчета коэффициентов эффективности топливоиспользования сравнением всех режимов нагрузки ДГА по топливоиспользованию с одним оптимальным (с учетом рекомендаций завода-изготовителя) режимом электрической нагрузки ДГА. При таком сравнении независимо от технического состояния ДГА и качества используемого топлива всегда будет определяться перерасход топлива в режимах при значениях мощности и cosϕ электрической нагрузки, отличающихся от их оптимальных значений.
Предлагаемый способ предполагает определение перерасхода топлива в конкретном режиме работы ДГА при заданных значениях мощности Р и коэффициента мощности cosϕ электрической нагрузки в виде разности расхода топлива, измеренного по показаниям штатного расходомера, и расхода топлива, рассчитанного по паспортным данным ДГА. Решение этой задачи усложняется тем, что в паспортных данных обычно приводятся результаты заводских испытаний при активной электрической нагрузке (cosϕ=l), а судовая электрическая нагрузка активно-индуктивная, и cosϕ может быть существенно меньше единицы. В связи с этим для определения перерасхода топлива необходимо получить аналитические зависимости расхода и удельного расхода топлива ДГА от мощности и cosϕ электрической нагрузки, которые позволят рассчитать расход топлива, соответствующий паспортным данным ДГА (исправный ДГА со штатным дизельным топливом) при фактических значениях мощности и cosϕ.
Д
Г
Г
ДН
ГН
Д
Д
Г
Г
ПГ
Д
Г
3
3
Перерасход топлива при его наличии может быть определен на основе паспортных данных ДГА. Например, для судового ДГА с синхронным бесщеточным генератором HF С6506-14Е фирмы Hyundai и дизелем MAHB8W6L23/30H с частотой вращения 720 об/мин в паспортных данных приведены результаты испытаний при разной активной электрической нагрузке (cosϕ=l) с указанием выходной мощности дизеля Р, кВт, выходной мощности генератора Р, кВт, КПД генератора η, %, расхода топлива Q, кг/ч и номинальных значениях мощности дизеля Р=801 кВт и электрической мощности генератора Р=763 кВт. По этим данным определяются удельный расход топлива по отношению к мощности дизеля q=10 Q/ Р, г/кВт⋅ч и по отношению к мощности генератора q=10 Q/ Р, г/кВт⋅ч, а также потери мощности в генераторе Р=(Р - Р), кВт; полученный результаты приведены в табл. 1., а на фиг. 1 построены соответствующие графические зависимости. Табл. 1
Д
Анализ паспортных данных табл. 1 фиг. 1 показывает, что расход топлива ДГА изменяется пропорционально выходной мощности дизеля Р, и поэтому может быть представлен линейной зависимостью от мощности дизеля в виде
ПОСТ
Д
где Q, кг/ч - постоянная составляющая расхода, соответствующая расходу топлива на холостом ходу при Р=0;
Kд, кг/(кВт⋅ч) - постоянный коэффициент.
В судовом синхронном генераторе при изменении нагрузки и неизменных напряжении и частоте электрического тока потери мощности согласно табл. 1 могут быть представлены квадратичной функцией в виде
П
где Р, кВт - постоянная составляющая потерь мощности, соответствующая потерям в генераторе на холостом ходу:
I, А - ток нагрузки;
Г
2
K, кВт/А - постоянный коэффициент.
ПОСТ
П
Г
Значения Q, Р, I и K вычисляются по результатам испытаний ДГА при разной нагрузке.
Г
При известной активной мощности Р и коэффициенте мощности cosϕ ток нагрузки синхронного генератора определяется по формуле
где U, В - напряжение генератора.
Г
Расход топлива, соответствующий паспортным данным ДГА и фактическим значениям cosϕ и Р, определяют с учетом (1)-(3) по формуле
ПОСТ
П
Г
Расход топлива (4) будет соответствовать паспортным данным ДГА, приведенным к фактическому значению cosϕ, если в (4) постоянные Q, Р и K определены по паспортным данным, то есть при исправном ДГА и штатном дизельном топливе.
Э
Г
Наличие перерасхода топлива в анализируемом режиме работы ДГА за счет снижения уровня технического состояния или пониженного качества используемого топлива определяют путем сравнения расхода топлива, рассчитанного по формуле (4), с измеренным его значением Q(Р, cosϕ)
Г
Э
П
По измеренному значению расхода топлива и паспортному его значению, приведенному к фактическим величинам Р и cosϕ, рассчитываются соответствующие значения q и q удельного расхода топлива по отношению к мощности генератора
г/(кВт⋅ч) и абсолютные значению расхода топлива в единицах массы или объема за определенное время работы ДГА в рассматриваемом режиме, а также экономические потери при наличии перерасхода топлива.
В качестве примера определения перерасхода топлива может быть рассмотрен судовой ДГА, результаты испытаний которого приведены в тебл. 1. По данным табл. 1 с использованием метода наименьших квадратов формула (4) представляется в виде
Г
Э
Э
Пусть нужно определить перерасход топлива рассматриваемого судового ДГА при его работе со следующими осредненными значениями измеренных в судовых условиях показателей: Р=461,54 кВт; U=450 В; cosϕ=0,83; Q=105,9 кг/ч; q=229,6 г/(кВт⋅ч)
Результат расчета по формуле (6) будет
и соответственно перерасход топлива составит
что в процентом соотношении будет
и за сутки работы ДГА в таком режиме перерасход топлива по отношению к мощности генератора составит
ΔQ(24 ч)=ΔQ⋅24=7,36⋅24=176,6 кг.
Значения удельного расхода топлива по отношению к мощности генератора будут
Основными причинами наличия перерасхода топлива являются снижение уровня технического состояния ДГА и использование дизельного топлива пониженного качества, поэтому по результатам контроля перерасхода топлива можно оценивать уровень технического состояния ДГА и качество используемого топлива.
Г
Э
Контроль перерасхода топлива может осуществляться непрерывно в автоматическом режиме, если информацию о значениях мощности Р и cosϕ электрической нагрузки, а также расхода топлива Q вводить непосредственном в компьютерную диагностическую модель - уравнения (4), (5), с соответствующих датчиков и измерительных приборов. При полуавтоматическом режиме необходимая информация вводится оператором вручную.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петухов В.А. Совершенствование оценки эффективности топливоиспользования в судовых дизельных установках/ В.А. Петухов// Двигателестроение. 1988. - №6. - с. 40-42.
2. Можаев О.С., Попов Е.С. Топливная эффективность судовой электростанции //Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2014. - №.3. - с. 69-75.