Параллельная работа главных судовых двигателей

 

С появлением ВРШ стало возможным применение среднеоборотных нереверсивных дизелей. Наиболее удобно компоновать энергетические установки из двух дизелей, работающих на один или на два гребных вала через редукторные передачи. При работе на один гребной вал (рис. 2.3) дизели работают параллельно, в связи, с чем возникает ряд особенностей в управлении ГД. В зависимости от типа применяемых редукторных передач различается синхронная и асинхронная параллельная работа. При использовании механической передачи осуществляется синхронная параллельная работа и отношение частот вращения валов обоих ГД сохраняется неизменным,  = const, причем, как правило , где  частота вращения гребного вала;  — коэффициент передачи муфты сцепления.

Если для связи ГД и вала используется муфта скольжения, то осуществляется асинхронная параллельная работа. В этом случае справедливо соотношение , где   — скольжение муфты, зависящее от нагрузки. Наиболее распространены гидравлические муфты скольжения. Одной из основных задач СУ ГД судов с ВРШ является поддержание на всех режимах работы равной загрузки и возможность автоматического ее перераспределения. Неравномерная загрузка ГД определяется различием их статических характеристик. Для равномерного и пропорционального распределения нагрузки (момента вращения М_е) между синхронно работающими ГД необходимо и достаточно, чтобы статические характеристики обладали одинаковым статизмом  во всем диапазоне изменения нагрузки, т.е. совмещались. Аналогичным будет условие статизма и для асинхронно работающих ГД, но только с учетом скольжения каждой муфты.

 

 

 

 

Рисунок 2.3 - Схема дизель-редукторного агрегата,

работающего на общую нагрузку

 

 

 

Рисунок 2.4 - Статические характеристики синхронной

параллельной работы двух ГД

1 - характеристика  ГД1; 2 - характеристика  ГД2; 3 - смешенная характеристика  ГД2

 

Рассогласование нагрузок ГД в процессе изменения суммарной нагрузки на валу при несовмещенных характеристиках зависит от следующих факторов:

— наличия статической погрешности системы задания режима i - гоГД (рисунок 2.4, а), т.е. различия значений частоты вращения на холостом ходу

 

— различия статизма (наклона) ; характеристик  при одинаковом задании режима  (рис. 2.6, б, характеристики 1 и 2); в этом случае  — относительное значение нагрузки. При асинхронной параллельной работе учитывается скольжение муфт s_i;

— различия степеней непрямолинейности  реальных статических характеристик ГД;

— наличия степени нечувствительности систем управления 4 регуляторов) ε.

В этом случае считается, что допустимое значение нелинейности может находится в пределах  = 0,1 ÷ 0,15.

Большое значение на распределение нагрузки между ГД имеет погрешность задания режима, как это следует из рис. 2.4, а, где характеристики 1 и 2 имеют погрешность . Так как при параллельной работе выходные координаты, например , одинаковы, нагрузка на ГД будет  и , причем .При совпадении характеристик в точке А нагрузка на двигателях одинакова во всем диапазоне изменения v.

На рис. 2.4, 6 характеристики 1 и 2 имеют одинаковые задания , но разный статизм (). Не трудно видеть, что при  и нагрузка на ГД соответственно . Чем больше статизм, тем меньшую долю нагрузки возьмет на себя ГД. В случае линейных характеристик

,

откуда

.

 

Суммарная нагрузка на все параллельно работающие ОУ

 

и доля каждого

                                                 (2.25)

Нагрузки при том же значении  могут быть выравнены следующими способами (рис. 2.4, б):

1) смещением одной из характеристик, например характеристики 2 в положение 3 за счет увеличения подачи топлива, т.е. увеличения момента ГД при неизменной частоте вращения; при этом изменяется начальное значение  до ;

2) изменением статизма , например характеристики 2 до ее совпадения с характеристикой 1 или до ее пересечения в точке А.

В обоих случаях нагрузка на двигателях будет одинаковая и равная .

При последующем изменении нагрузки на валу и соответствующем изменении частоты вращения, например до  или , нагрузки вновь будут неравны; в атом случае необходимо опять воздействовать на РЧВ одного из ГД. При двух ГД один считается ведомым, другой ведущим. Воздействие осуществляется на РЧВ ведомого ГД.

На рисунке 2.5 характеристика 3 является суммарной характеристик 1 и 2. При номинальной нагрузке v _Н загрузка ГД будет  и  при . Характеристика 4 определяет скольжение муфт при асинхронной параллельной работе ГД, причем принято, что s ₁ = s ₂ = s. Тогда эквивалентные статические характеристики с учетом скольжения имеют вид 5 и 6, которые строятся по 1, 2 и 4 как разность . Характеристика 7 является суммарной 5 и 6, и при той же нагрузке на валу v _П загрузка ГД будет v ₅ и v ₆ при меньшей частоте вращения .

Если рассмотреть загрузку ГД при той же частоте вращения вала , что и без муфт, то она будет равна v ’₅ и v ’₆. Следовательно, чем больше статизм, тем более равномерно распределяется загрузка параллельно работающих ГД как при одинаковой нагрузке (v ₁, v ₂ и v ₅, v ₆),так и при одинаковой частоте вращения (v ₁, v ₂ и v ’₅, v ’₆).

 

 

Рисунок 2.5 - Статические характеристики асинхронной параллельной работы двух ГД

1,2 — ,  — характеристики ГД1 и ГД2; 3 —  —суммарная характеристика без скольжения; 4 — s (v) — характеристика муфты сцепления; 5,6 — ,  — характеристики ГД1 и ГД2 с учетом скольжения; 7 —  — суммарная характеристика со скольжением

 

В современной практике используют системы регулирования, выравнивающие нагрузки параллельно работающих ГД автоматически с высокой точностью. Принцип работы таких систем поясняет рисунке 2.3, где показан регулятор нагрузки РН, который сравнивает положение реек ТНВД двух ГД, причем ГД1 принят в качестве ведущего (лидера), ГД2 — в качестве ведомого. Как следует из (1.15), при ω = const, М_е = k ₁ h_T и вращающий момент (нагрузка) дизеля пропорционален положению топливной рейки. В случае отличия нагрузки ведомого ГД2 от ведущего ГД1 воздействует на ВРЧВ ГД2 выравнивая нагрузки.

Статические характеристики позволяют судить о распределении общем нагрузки между ГД и об устойчивости распределения ее только в установившихся режимах. Однако при работе на динамических режимах возможны значительные колебания нагрузок между параллельными ГД, сопровождающиеся динамическими отклонениями частоты вращения. При недостаточной устойчивости системы может возникнуть колебательный режим работы ГД.

Как следует из (2.25), астатическое регулирование параллельно работающих двигателей в чистом виде невозможно, поскольку при этом распределение нагрузки (возмущающих воздействий) между ними становится неопределенным (зависит от погрешностей регуляторов).

Если регулирование системы из нескольких параллельно работающих двигателей должно быть астатическим, то применяют различные способы астатической коррекции при статическом регулировании.