устройство для определения запаса по помпажу судового четырехтактного дизеля с турбонаддувом при измерениях на борту судна

Формула изобретения

Устройство для определения запаса по помпажу судового четырехтактного дизеля с турбонаддувом при измерениях на борту судна, включающее в себя датчик давления наддува, давления на входе в компрессор, датчик температуры на входе в компрессор, датчик расхода топлива, расчетный блок и датчик кислорода в отработавших газах дизеля, служащий для определения коэффициента избытка воздуха, причем информация от датчиков поступает в расчетный блок, в который предварительно должна быть загружена характеристика контролируемого компрессора.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области водного транспорта, в частности к диагностике судовых дизелей.

Известна электронная система контроля работы турбокомпрессора, позволяющая своевременно определять предстоящий переход компрессора в режим помпажа (заявка Германии № 10237416, МПК⁷ F02B 37/12. DaimlerChrysler AG, Fischle Michael, Springer Ulrich, Streu Daniel. № 10237416.3; Заявл. 16.08.2002; Опубл. 26.02.2004).

В качестве аналога также может быть назван способ определения помпажа компрессора в системе турбонаддува, предусматривающий анализ волновых явлений, отражающего наступление режима помпажа, обработку первичного сигнала с использованием фильтра для выделения волновых явлений, специфических для помпажа, сопоставление амплитуды обработанного сигнала с заданным граничным уровнем для суждения о наличии помпажа [1].

Основным недостатком этого способа является высокая стоимость приборов, используемых для анализа волновых явлений в компрессоре, что позволяет определить помпаж, когда он уже наступил. Кроме того, данный способ не позволяет определить запас по помпажу.

Предлагаемое устройство для определения запаса по помпажу судового четырехтактного дизеля с турбонаддувом при измерениях на борту судна включает в себя помимо штатных измерительных приборов (датчик давления наддува, датчик давления на входе в компрессор, датчик температуры на входе в компрессор, датчик расхода топлива) датчик кислорода в отработавших газах дизеля, служащий для определения коэффициента избытка воздуха.

Информация от датчиков поступает в расчетный блок, в который предварительно должна быть загружена характеристика контролируемого компрессора (фиг.1). Запас по помпажу выражается в процентах и находится по формуле

где k_пр - приведенная степень повышения давления;

k_помп - степень повышения давления на линии помпажа при неизменной частоте вращения турбокомпрессора;

G_пр - приведенный расход воздуха через компрессор;

G_помп - расход воздуха через компрессор на линии помпажа при неизменной частоте вращения турбокомпрессора.

Приведенная степень повышения давления:

где P_kc - давление наддувочного воздуха после компрессора;

Р_d - давление воздуха на входе в компрессор;

T_d - температура воздуха на входе в компрессор;

T _{d н} - температура воздуха на входе в компрессор при нормальных условиях (T_{d н}=293 К);

Приведенный расход воздуха через компрессор:

где G_air - расход воздуха через компрессор;

Р_{d н} - давление воздуха на входе в компрессор при нормальных условиях (Р_{d н} =101325 Па).

Расход воздуха через компрессор:

где ₁ - коэффициент избытка воздуха;

L₀ - теоретическая масса воздуха, необходимая для сгорания 1 кг топлива (L₀=14,3 кг/кг);

В - часовой расход топлива.

Коэффициент избытка воздуха:

где r₀₂ - концентрация кислорода в отработавших газах дизеля;

r_N2 - концентрация азота в отработавших газах дизеля (r_N2 =0,79).

Определив приведенные расход воздуха и степень повышения давления в компрессоре, расчетный блок определяет точку, в которой в данный момент работает компрессор, достраивает эквидистантную кривую оборотов компрессора до линии помпажа и определяет запас по помпажу на данном режиме работы компрессора (фиг.2).

При значении запаса по помпажу меньше критического расчетный блок подает сигнал к исполнительным механизмам, предпринимающим действия к предотвращению помпажа. К таким действиям могут относиться уменьшение подачи топлива, изменение положения лопаток регулируемого соплового аппарата турбины и т.д.

В предлагаемом устройстве в отличие от предложенных ранее, в которых коэффициент избытка воздуха определяется по датчику расхода воздуха (перепад давления на мерной шайбе и т.п.), для диагностики дизеля с турбонаддувом используется - зонд, измеряющий концентрацию кислорода в отработавших газах дизеля.