Способ контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле в эксплуатации
METHOD FOR CONTROL OF PROCESS OF HEAVY FUEL COMBUSTION IN SHIP DIESEL IN OPERATION

Изобретение относится к системе судового энергетического оборудования, в частности к способам анализа отработавших газов, и может быть использовано для обеспечения оптимальных эксплуатационных, технико-экономических и экологических показателей.
В условиях эксплуатации в отработавших газах судового дизеля, работающего на тяжелом топливе, образуются твердые (абразивные) частицы, которые изнашивают элементы цилиндро-поршневой группы и проточной части радиально-осевой (РОС) турбины турбокомпрессора (ТК), что приводит к простою в работе судовых дизелей и снижению их экономичности и надежности. В связи с этим, стоит задача создать оптимальные условия работы, при которых абразивный износ элементов от твердых частиц, находящихся в отработавших газах дизеля, будет минимальным.
Известны технические решения, относящиеся как к способом контроля работы дизеля при эксплуатации судна, так и к способам газового анализа многофазных газовых потоков.
Известны патенты РФ №2542771 и №2548234, включающие способы контроля работы судовой энергетической установки (СЭУ), относящиеся к процессам сгорания топлива.
В патенте РФ №2542771, G01M 15/09, опубл. 27.02.2015 «Способ контроля расхода воздуха судовой дизельной установки при эксплуатации судна» решение направлено на диагностику технического состояния дизеля в условиях эксплуатации судна. В предлагаемом способе определяют скорости воздушного потока в сечениях патрубка путем пошагового введения комбинированного зонда (КЗ) и измерения разности полного и статического давлений воздушного потока (ВП). Пошагово измеряют разность полного и статического давлений воздушного потока в точках, соответствующих положениям отверстий в КЗ. Вычисляют скорость ВП в конкретных точках поперечного сечения патрубка, затем их усредняют и математически обрабатывают для определения расхода воздуха. Технический результат заключается в возможном контроле технического состояния дизеля за счет контроля расхода воздуха в эксплуатации.
По патенту РФ №2548234, G01M 15/14, опубл. 20.04.2015 «Способ контроля технического состояния и обслуживания газотурбинного двигателя при его эксплуатации», это решение направлено на контроль технического состояния и обслуживания газотурбинного двигателя с форсажной камерой сгорания. Способ включает измерение давления топлива в коллекторе форсажной камеры сгорания двигателя, сравнение полученного значения давления топлива в коллекторе форсажной камеры сгорания двигателя с максимально допустимым. Технический результат изобретения - контроль технического состояния дизеля путем контроля давления топлива. Оба этих решения не учитывают наличия и параметры твердых частиц в отработавших газах дизеля, которые образуются при использовании тяжелых сортов топлива.
Известны патенты РФ №2155949 и №2173841, относящиеся к отбору пробы газа потока многофазной среды.
В патенте РФ №2155949, G01N 1/10, G01F 1/74, опубл. 10.09.2000 «Способ и устройство отбора представительной пробы потока многофазной среды». Изобретение обеспечивают длительную и надежную работу без остановки отбор пробы из основного потока многофазной среды из нефтяной скважины.
Технический результат, по этому изобретению, состоит в получении достоверной пробы для непрерывного измерения качественного состава потока многофазной среды.
За прототип принят патент РФ №2173841, G01N 1/22, опубл. 20.09.2001 «Способ отбора пробы газа и устройство для его осуществления (варианты)». Изобретение касается газового анализа и может найти применение в системах контроля в теплотехнической, энергетической, металлургической и химической отраслях. В способе отбора пробы газа осуществляют перемещение газа из контролируемой среды в газопроводящую линию под действием разрежения с последующим выводом газа в контролируемую среду. Разрежение создают направленной через эжектор струей воздуха, образованной под действием разности давлений в окружающей среде и в потоке контролируемой среды. Вывод газа осуществляют путем его введения в направленную струю воздуха. Устройство для отбора проб газа содержит газоотборный элемент, газопроводящую линию и эжектор, включающий связанный с газовым объемом диффузор, конфузор и размещенный между ними цилиндрический канал. Выход газопроводящей линии введен в цилиндрический канал. Конфузор соединен с окружающей средой. Соотношение размеров конфузора и диффузора выбраны из условия создания в цилиндрическом канале разрежения, достаточного для обеспечения перемещения газа через газоотводящую линию. Технический результат, получаемый при реализации описываемого изобретения, заключается в снижении энергоемкости процесса отбора пробы газа, повышении надежности и увеличении срока службы осуществляющих его устройств за счет исключения традиционного побудителя расхода с электроприводом и системы подачи сжатого воздуха, а также в повышении достоверности газового анализа. В прототипе решена задача отбора пробы, но отсутствует контроль технического состояния дизеля в эксплуатации.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение абразивного износа элементов судового дизеля и, как следствие, повышение экономичности и надежности судовой дизельной установки.
Для достижения указанной цели предложен способ контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле под нагрузкой в эксплуатации, включающий перемещение потока отработавших газов в коллекторе под действием давления, отвод части этого потока в отверстие пробоотборного зонда, отличающийся тем, что отведенную часть потока отработавших газов направляют через фильтрующий элемент зонда, в котором происходит оседание крупных фракций твердых частиц, после чего перекрывают отверстие зонда, вынимают контейнер пробоотборного зонда с осевшими твердыми частицами, производят измерения размеров твердых частиц, и, если размер твердых частиц превышает в диаметре 1 мм, то увеличивают нагрузку на судовой дизель на 10-15%, а при диаметре частиц меньше 1 мм, нагрузку на дизель не изменяют, при этом отбор части потока отработавших газов производят в течение 1 минуты и повторяют замер после изменения нагрузки на дизель, если нагрузка на дизель была изменена.
Кроме того, согласно этому способу контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле под нагрузкой в эксплуатации пробоотборный зонд устанавливают в существующее технологическое отверстие в корпусе коллектора отработавших газов дизеля.
Технический результат заключается в возможности определения оптимального режима нагрузки дизеля и контроля процесса горения топлива на основе полученных параметров, а именно размеров твердых частиц отработавших газов дизеля.
Технический результат достигается совокупностью всех признаков как в ограничительной, так и в отличительной частях формулы изобретения.
Предлагаемый способ обеспечивает контроль процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле в эксплуатации. Согласно предлагаемому способу поток отработавших газов дизеля перемещается в коллекторе отработавших газов дизеля под действием давления. Пробоотборный зонд, установленный перпендикулярно направлению потока движению отработавших газов дизеля, обеспечивает необходимый отбор пробы части потока отработавших газов дизеля; перемещение отработавших газов в пробоотборный зонд и прохождение их через фильтрующий элемент, в виде тканевой вставки пробоотборного зонда, обеспечивает получение твердых (абразивных) частиц размеров более 1 мм в диаметре, которые обладают абразивными свойствами, твердость таких размеров твердых (абразивных) частиц составляют около 470 НВ по Бринеллю; проведение отбора части потока отработавших газов в течение 1 мин и измерения размеров твердых частиц обеспечивает получение наиболее полных результатов контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле в эксплуатации. Если размер твердых частиц превышает в диаметре 1 мм, то увеличивают нагрузку на судовой дизель на 10-15%. При увеличении нагрузки на дизель увеличивают подачу топлива и воздуха, при этом происходит более полное сгорание топлива. Увеличивают нагрузку на дизель до тех пор, пока диаметр твердых частиц будет меньше 1 мм, что зависит от качества используемого топлива и состояния топливной аппаратуры дизеля.
Сущность изобретения заключается в том, что контроль технического состояния обеспечивается с помощью анализа пробы отработавших газов в коллекторе отработавших газов судового дизеля, работающего в условиях эксплуатации, а именно, при работе на тяжелом топливе. Получают параметры твердых частиц в отработавших газах дизеля на различных режимах эксплуатации и принимают решения по оценке технического состояния дизеля.
Изобретение поясняется чертежами, где на
фиг. 1 представлена принципиальная схема отбора пробы с помощью пробоотборного зонда в коллекторе отработавших газов дизеля,
фиг. 2 демонстрирует реализацию способа контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле в эксплуатации.
На фиг. 1 изображено: 1 - коллектор отработавших газов судового дизеля; 2 - пробоотборный зонд; 3 - отверстие пробоотборного зонда; 4 - контейнер пробоотборного зонда.
На фиг. 2 демонстрируется реализация способа контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле в эксплуатации.
Пример реализации способа контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле под нагрузкой в эксплуатации
Судовой дизель фирмы Yanmar 6EY18AL, работающий на тяжелом топливе ISO-F-RMG 380, работает на установившемся режиме эксплуатации при нагрузке 25% от номинальной. Нагрузка на дизель создается с помощью генератора. В систему воздухоснабжения дизеля входит коллектор отработавших газов дизеля 1, в который устанавливается пробоотборный зонд 2, с отверстием пробоотборного зонда 3, вместо стандартного механического термометра для замера температуры отработавших газов. Клапан служит для подачи исследуемой среды в течение 1 минуты в контейнер пробоотборного зонда 4 для сбора твердых частиц отработавших газов дизеля. Контейнер пробоотборного зонда 4 включает фильтрующий элемент, который не пропускает твердые частицы более 0,5 мм. После выгрузки твердых частиц отработавших газов дизеля из контейнера определяется их размер, твердость. В отобранной твердой фракции могут содержаться частицы размером от 0,25 мм, но решение об изменении нагрузки принимают по наличию твердых частиц, превышающих в диаметре 1 мм. Если размер твердых частиц превышает в диаметре 1 мм, то увеличивают нагрузку на судовой дизель на 10-15%, и снова проводят замер до тех пор, пока диаметр частиц не будет меньше 1 мм. Отбор твердых частиц отработавших газов дает возможность произвести контроль процесса горения топлива в двигателе на различных режимах эксплуатации и оценить техническое состояние дизеля в целом.
Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что оно может быть использовано при эксплуатации судна. Использование предлагаемого изобретения позволяет контролировать техническое состояние в зависимости от абразивного износа дизеля в эксплуатации на тяжелом топливе, в результате повышаются технико-экономические и экологические показатели судовой дизельной установки.