МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ РОБОТИ ДВОПАЛИВНОГО СУДНОВОГО ГАЗОДИЗЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТУ

Анотація

У статті розглядається актуальне завдання моделювання процесу роботи суднових двопаливних газодизельних генераторних установок (ГДГУ), зокрема двигунів Wärtsilä 50DF, що широко застосовуються на газовозах СПГ. Швидкий розвиток перевезень зрідженого газу призвів до заміни паротурбінних установок економічнішими системами електроруху на базі двопаливних двигунів, здатних працювати як на дизельному паливі, так і на випарному газі (BOG) із вантажних танків. Автори наголошують на необхідності надійної стабілізації тиску у вантажних танках, безпечної утилізації надлишкових парів та мінімізації витрат палива шляхом максимального заміщення дизеля природним газом. Запропоновано математичну динамічну модель ГДГУ, яка враховує вплив турбокомпресора (представлений як аперіодична ланка з позитивним зворотним зв’язком), нелінійні властивості об’єкта та реальні параметри системи подачі газоповітряної суміші. Модель подана у вигляді структурної схеми та реалізована в Simulink, що дало змогу адекватно відтворити перехідні процеси за раптового накидання/скидання навантаження. Особливу увагу приділено правильному вибору налаштувань ПІД-регулятора, оскільки коефіцієнт підсилення об’єкта суттєво змінюється залежно від рівня навантаження. Показано, що налаштування регулятора на мінімальному навантаженні забезпечує найбільший запас стійкості за переходу до номінального та максимального режимів. Розглянуто особливості системи електронного регулювання частоти обертання та перемикання паливних режимів: миттєвий (до 1 с) перехід із газового на дизельний режим за будь-якого навантаження, триваліший (до 2 хв) керований перехід із дизельного на газовий з обов’язковою перевіркою герметичності та контролем згоряння, автоматичне блокування газового режиму за несправностей або старту в режимі blackout. Відзначено переваги ізохронного розподілу навантаження в багатогенераторних суднових енергосистемах та можливість примусового переходу на резервний дизельний режим. Розроблена модель та рекомендації щодо оптимізації параметрів регуляторів забезпечують високу стабільність напруги та частоти в судновій електроенергетичній системі за різких коливань навантаження, підвищують безпеку перевезення зрідженого газу та сприяють зниженню експлуатаційних витрат за рахунок ефективного використання випарного газу як основного палива.