Введение к работе
Актуальность темы. В процессе эксплуатации суда подвергаются влиянию широкого спектра дестабилизирующих факторов, которые оказывают существенное влияние на главные и вспомогательные элементы судовой энергетической установки. К таким факторам можно отнести износ гребного винта, глубину фарватера, осадку судна, ветроволновую обстановку, сопротивление трала, ледовую обстановку, крутильные колебания гребного вала, износ элементов энергетической установки и т.д.
Указанные факторы оказывают значительное влияние на показатели работы двигателя, которые также зависят от характера топливоподачи, применяемого сорта топлива и интенсивности охлаждения. Для энергетических систем рыбопромысловых судов, исследуемых в настоящей работе, на техническое состояние двигателей оказывает влияние частая смена их режимов работы. На судах малого тоннажа волнение морской среды может приводить к существенным колебаниям частоты вращения коленчатого вала главного двигателя. Развитие систем управления позволяет осуществлять активную модернизацию в СЭУ.
Вследствие изменения внешних условий, разрегулировки отдельных его агрегатов и узлов, износа, параметры работы двигателя отличаются от паспортных значений. Это приводит к дополнительному увеличению амплитуды и продолжительности колебаний частоты вращения коленчатого вала. В результате возрастает вероятность выпадения основных генераторов электроэнергетической системы судна из синхронизма, становится невозможным обеспечение параллельной работы валогенератора с основными генераторами. Решение проблемы стабилизации частоты вращения коленчатого вала, напряжений генераторных установок в условиях наличия описанных выше дестабилизирующих факторов позволит повысить эффективность электроэнергетической установки судна.
Целью настоящего исследования является совершенствование систем управления дизель-генераторными агрегатами и валогенератором, работающих на единый потребитель в условиях существенных дестабилизирующих воздействий.
Для достижения поставленной цели необходимо обеспечить решение следующих научных задач:
1. Провести анализ существующих систем управления,
обеспечивающих распределение нагрузки между основными дизель-
генераторными установками и валогенератором, параллельно работающими
на единый потребитель.
2. Выполнить интегральную оценку влияния дестабилизирующих
факторов на динамические характеристики главного и вспомогательных
дизелей.
3. Разработать математическую модель системы «главный двигатель–
валогенератор–винт регулируемого шага», включая систему управления,
связать единым описанием параллельно работающие судовые синхронные генераторы и их приводные двигатели с валогенератором в условиях воздействия дестабилизирующих факторов.
4. Разработать методы и средства компенсации влияния дестабилизирующих факторов на динамические характеристики переходных процессов по частоте агрегатов судовой энергетической установки.
Объектом исследования является судовая энергетическая установка судна с валогенератором и винтом регулируемого шага.
Предметом исследования являются переходные процессы в агрегатах судовой энергетической установки под воздействием дестабилизирующих факторов.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовался математический аппарат современной теории автоматического управления, система уравнений Парка-Горева, дифференциальные уравнения динамики судовой энергетической установки, методы теории адаптивных систем управления и нечеткой логики.
Научную новизну исследований представляют следующие результаты:
1. Описание многомашинной энергетической системы как объекта
управления дизель-генераторными агрегатами с идентичными в
динамическом отношении эталонными моделями, где идентичность
последних обеспечивается посредством применения адаптивной системы
управления.
2. Усовершенствованные математические модели синхронных машин,
позволившие связать единым описанием параллельно работающие
синхронные генераторы и их приводные двигатели, функционирующие в
составе многомашинного электромеханического комплекса автономной
судовой электроэнергетической системы.
3. Усовершенствованная система адаптивного управления главным
двигателем в системе с валогенератором, которая позволяет обеспечить
длительную параллельную работу последнего с дизель-генераторами судовой
электростанции в реальных погодных условиях работы судна, и с учётом
крутильных колебаний валопровода.
Практическая значимость.
1. Получены идентичные динамические и статические характеристики
систем автоматического управления частотой коленчатого вала и
напряжений агрегатов судовой энергетической установки при действии на
них дестабилизирующих факторов.
2. Разработан автоматический регулятор частоты вращения
коленчатого вала главного двигателя, расширяющий возможность работы
валогенератора параллельно с основными генераторами судовой
электроэнергетической установки судна с винтом регулирующего шага.
3. Предложены методы и средства, обеспечивающие возможность
устойчивой параллельной работы валогенератора с судовой сетью, что
обеспечивает в условиях эксплуатации до 8-10% экономии топлива.
4. Результаты диссертационной работы внедрены в: АО «Проект» (т/х
«Победа»), ООО «КПРК Белая Русь», ООО «Керченская
рыбопромышленная компания».
Апробация результатов исследований. Основные теоретические положения и результаты диссертации докладывались на:
1. Международной научно-практической конференции «Эволюция
современной науки» (г. Казань, 20 октября 2015г.).
2. XIV Международной научно-технической конференции
«Современные методы и средства океанологических исследований» (г.
Москва, 5 мая 2015г.).
3. Межвузовской научно-технической конференции
«Совершенствование проектирования и эксплуатации морских судов и
сооружений» (г. Севастополь, 18-20 марта 2015г.).
4. Ежегодной научно-практической конференции профессорско-
преподавательского состава государственного университета морского и
речного флота имени адмирала С.О. Макарова (Санкт-Петербург, 11-15
апреля 2016 г.).
-
V Всероссийской межотраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики» (Санкт-Петербург, 18-19 февраля 2016 г.).
-
International Conference on Information Technologies in Business and Industry 2016, 21–26 September 2016, Tomsk, Russian Federation.
7. The 22-nd International Conference on Vibroengineering held in
Moscow, Russia, 4-7 October, 2016.
8. 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and
Electronic Engineering, 1-3 February 2017, Moscow and St. Petersburg, Russian
Federation.
Личный вклад соискателя состоит в обосновании цели работы и способов достижения путем постановки задач исследования, руководстве и непосредственном участии выполнения теоретических, аналитических и экспериментальных исследований, а также обобщении результатов исследований и разработке рекомендаций по их использованию и внедрению результатов исследований.
Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом и результатами аналитических исследований, обоснованным использованием методов математической статистики; значительным объемом экспериментальных исследований; удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчетов с экспериментальными данными, теоретическими гипотезами и данными других авторов; положительным эффектом внедрения результатов исследований.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе основные результаты, полученные в диссертационной работе, изложены в 6 публикациях в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК РФ и 1 публикация в издании индексируемом Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы, приложений. Материал изложен на 230 страницах текста, содержит 80 рисунков, 3 таблицы, 8 приложений. Список использованной литературы включает в себя 133 источника, в том числе - 15 на иностранных языках.