УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО НЕПРЕРЫВНОГО СМЕШИВАНИЯ ТОПЛИВА НА БОРТУ СУДНА (МСМ)

ВВЕДЕНИЕ Смеситель МСМ, показанный на рис.1, представляет собой полностью смонтированную установку для автоматического смешивания дизельного топлива (DO) и тяжелого топлива (HFO). Рис. 1. Смеситель МСМ

Процесс смешивания регулируется таким образом, что требуемая вязкость и температура смешанного топлива достигается независимо от качества исходного тяжелого топлива HFO и от реальной нагрузки на вспомогательный двигатель. Максимальная надежность работы обеспечивается благодаря дублированию всех важнейших узлов установки. Более того, процесс смешивания непрерывно кон­тролируется в ходе работы. При возникновении любой неисправности, могущей отрицательно повлиять на смешивание, происходит немедленное переключение устройства на режим дизельного топлива (DO).

Производительность смесителя МСМ в 2,5-3 раза превышает максимальный расход топлива во вспомогательных двигателях. Избыточное топливо возвращается в смеситель и повторно смешивается с основным потоком. Все узлы установки смонтированы в одном корпусе, представляющем собой компактный блок. Важнейшие органы, контроля и индикации размещены в шкафу управления. Этот шкаф может быть установлен непосредственно на корпусе смесителя, как показано на рис. 1, или отдельно на переборке. Соединительные трубы для топлива, пара, конденсата и отстоев могут размещаться как с левой, так и с правой стороны установки по желанию заказчика. Электропитание подключается к шкафу управления.

КОНСТРУКЦИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СМЕСИТЕЛЯ МСМ Схема работы смесителя изображена на рис. 2. Основными узлами установки являются: блок насосов (5) «состоящий из насоса тяжелого топлива (SA) с постоянным потоком и насоса дизельного топлива (5В) с регулируемой скоростью, статический смеситель (2), расходомер (14), бустерный агрегат (6) с двумя насосами, теплообменник (4) для нагрева смешанного топлива с помощью пара, вискозиметр (1) и автоматический фильтр (3) для отделения отстоев. Дизельное топливо (DO) и тяжелое топливо (HFO) поступают из расходных цистерн установки МСМ в блок насосов (5) Скорость насоса тяжелого топлива постоянна, в то время как скорость насоса дизельного топлива регулируется в соответствии с условиями смешивания. Топливо обоих видов подается через обратные клапаны в точку смешивания и, далее, проходит через статический сме­ситель (2).

В смесителе топливо поступает на пластинчатый вкладыш, благодаря кото­рому поток топлива последовательно разделяется на более тонкие струи. Во время этого прохождения происходит эффективное смешивание, приводящее к образованию гомогенного смешанного топлива. После смесителя топливо пода­ется в точку разделения, где оно делится на два потока: избыточный поток, ко­торый через клапан регулирования давления (35) поступает обратно на всасы­вающую сторону насоса тяжелого топлива HFO, и основной поток, который проходит дальнейшие стадии процесса.

Рис. 2. Схема работы смесителя МСМ

ОБОЗНАЧЕНИЯ К СХЕМЕ РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЯ МСМ 1 Вискозиметр 2 Смеситель 3 Автоматический фильтр 4 Пластинчатый теплообменник 5А Насос тяжелого топлива (HFO) 5В Насос дизельного топлива (DO) 6А Бустерныи насос А 6В Бустерный насос В 7 Паровой клапан и привод 8 Конденсационный резервуар 9 Предохранительный клапан 10 Деаэрационный резервуар 11 Соленоидный клапан 12 Регулирующий клапан 13 Четырехходовой клапан 14 Расходометр 15 Трехходовой клапан 16А Запорный клапан 16В Запорный клапан 17 Запорный клапан 35 Запорный клапан 41 Фильтр

ОБОЗНАЧЕНИЯ К СХЕМЕ РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЯ МСМ Аварийная сигнализация А1 Давление тяжелого топлива (HFO) А2 Давление после бустера A3 Давление дизельного топлива (DO) А4 Вязкость А5 Высокая температура А6 Давление после фильтра Датчики: FТ=Датчик расхода VТ=Датчик вязкости ТТ=Датчик температуры

ЦИРКУЛЯЦИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ПОТОКА В ЗАМКНУТОМ ЦИКЛЕ Смешанное топливо, которое не потребляется непосредственно после смешивания, возвращается на всасывающую сторону насоса тяжелого топлива HFO. Величина потока, повторно циркулирующего через насос тяжелого топлива, определяется количеством избыточного топлива, возвращаемого от вспомогательных двигателей в смеситель по трубе "Подача смешанного топлива" (ВО IN). Чем больше топлива возвращается в смеситель, тем больше поток, повторно циркулирующий через насос тяжелого топлива. Насос забирает из цистерны тяжелого топлива только то количество топлива, которое соответствует его действительному потреблению, и на всасывающей стороне насоса это топливо смешивается с уже готовым смешанным топливом в количестве, определяемом производительностью насоса. Благодаря такому смешиванию готового и тяжелого топлива, еще бoлее улучшается его гомогенность.

ПОВЫШЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И НАГРЕВ Основной поток топлива, соответствующий действительному потреблению установки, поступает от точки разделения через перепускной клапан (13), фильтр грубой очистки (41) и расходомер (14) в бустерныи агрегат (6). Этот агрегат состоит из двух насосов, один из которых является действующим, а второй - резервным. Бустерныи насос подает топливо в теплообменник (4), где оно разогревается паром, поступающим через паровой клапан (7). После нагрева топливо подается на вискозиметр (1). Через клапан (15) топливо может подаваться в обход теплообменника и вискозиметра.

ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛАЕМОЙ ВЯЗКОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ Вискозиметр производит непрерывное измерение вязкости топлива; сигналы от вискозиметра поступают в управляющий блок в шкафу управления, который регулирует подачу пара через паровой клапан (7). Если вязкость отклоняется от установленного значения, то подача пара в теплообменник изменяется таким образом, что восстанавливается необходимая вязкость топлива. Если доля тяжелого топлива в смешанном топливе слишком велика, то для достижения нужной вязкости температура топлива должна быть повышена. И наоборот, при слишком большой доле дизельного топлива в смеси желаемая вязкость может быть достигнута при более низкой температуре. Поэтому для измерения температуры топлива в вискозиметре находится датчик температуры. Его сигналы поступают в управляющий блок в шкафу управления, где происходит их сравнение с установленным значением; Сигналы, вырабатываемые управляющим блоком, регулируют скорость работы насоса дизельного топлива.

Если температура топлива превышает установленное значение, то это означает, что доля тяжелого топлива в смешанном топливе слишком велика. Управляющий блок повышает при этом скорость работы насоса дизельного топлива, что приводит к увеличению доли дизельного топлива в смеси. Если, с другой стороны, желаемая вязкость достигается при более низкой температуре, то это означает, что доля тяжелого топлива в смеси слишком мала. Скорость работы насоса дизельного топлива при этом уменьшается, что увеличивает долю тяжелого топлива. Для предотвращения избыточного давления, которое может возникнуть при, напр., нагревании при закрытой выпускной трубе, предусмотрен предохранительный клапан (9), установленный после теплообменника.

ФИЛЬТРАЦИЯ ТОПЛИВА Смешанное топливо подается от вискозиметра через запорный клапан (17) в фильтр (3) где происходит отделение отстоев. При нормальной работе топливо проходит через автоматический фильтр, а обходный фильтр находится в резер­ве. Очистка отверстий вкладыша автоматического фильтра производится автоматически без перерывов в работе системы путем продува противопотоком фильтруемой среды; эта операция управляется вспомогательным переключателем (дифференциальным переключателем давления). С помощью рычага переключающего клапана поток жидкого топлива подается либо в автоматический, либо в обходный фильтр без прерывания работы системы. После фильтрации топливо поступает в выпускную трубу смесителя МСМ через ряд управляющих устройств

ВОЗВРАТ ТОПЛИВА ОТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Смеситель МСМ производит смешанное топливо в избыточном количестве, в 2,5-3 раза превышающем максимальное потребление дизельных двигателей. Избыточное топливо возвращается в резервуар (10) смесителя для деаэрации. Резервуар представляет собой цилиндрический сосуд с двойным поплавковым переключателем. При накоплении газов в верхней части резервуара происходит снижение уровня топлива. Когда уровень топлива достигает нижнего поплавкового переключателя, открывается клапан (11). Газы устремляются через клапан в цистерну тяжелого топлива (HFO) до тех пор, пока уровень топлива не достигнет верхнего по­плавка, который закрывает клапан (11), и т. д. После деаэрации топливо поступает через запорный клапан (16А) на всасывающую сторону бустерного насоса (6), где оно смешивается с топливом от смесителя.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ОТКЛОНЕНИЯХ ОТ НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ При возникновении любых неисправностей в работе смесительной секции бустерный насос (6) начинает качать топливо из цистерны дизельного топлива (DO) через запорный клапан (16В). При этом смеситель МСМ подает чистое дизельное топливо до тех пор, пока неисправность не будет устранена. Если возникает неисправность в расходомере (14), теплообменнике (4) или вискозиметре (1), можно направить поток в обход с помощью клапанов (13) или (15) и тем самым обеспечить возможность ремонта. Все важнейшие параметры процесса - такие, как давление в насосах, перепад давления в фильтре, температура и вязкость - непрерывно контролируются. При выходе параметров за пределы установленных диапазонов срабатывает аварийная сигнализация. Одновременно происходит автоматическое переключение смесителя МСМ в режим дизельного топлива (DO).

КЛАПАН ДЛЯ ПРОВЕРКИ РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЯ К выпускной трубе для смешанного топлива подключена труба с клапаном (12), которая соединена с выходной трубой цистерны тяжелого топлива (HFO). При нормальной работе клапан (12) закрыт; этот канал используется только для имитации потребления во время испытаний, напр., при установке смесителя.

Рис.3. Управляющие контуры смесителя МСМ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ В смесителе МСМ имеются два управляющих контура. Один из них регулирует вязкость смешанного топлива таким образом, чтобы достигалось заданное значение вязкости. Второй, более сложный, контур регулирует скорость работы насоса дизельного топлива, обеспечивая правильный состав смеси с учетом действительной нагрузки дизельных двигателей. На рис. 3 показана упрощенная схема работы различных устройств, входящих в систему управления. Входные сигналы вырабатываются следующими датчиками: УСН - Блок усиления и смещения нуля Б с/в - Блок сложения/вычитания ИСНДТ - Индикатор скорости насоса дизельного топлива Все оборудование системы управления размещено в шкафу управления.

КОНТУР РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЯЗКОСТИ Контур регулирования вязкости, показанный на рис. 4, состоит из следующих компонентов: - Переключателя "АВТУРУЧН" ("AUTO/MAN") (180) для автоматического/ручного управления паровым клапаном (18); - Привода (7) парового клапана; - Вискозиметра (1) капиллярного типа, - Преобразователя (VT) сигнала перепада давления от вискозиметра; - Пропорционального регулятора (192); Преобразователя (193) для усиления сигналов от регулятора (192) до напряжения положительного/ отрицательного отклонения со средним значением 220 В, подаваемого на привод парового клапана (7).

Рис.4. Контур регулирования вязкости

В состав вискозиметра входит насос, который прокачивает часть топливного потока через капиллярную трубку диаметром приб. 1 мм. Перепад давления вдоль трубки является показателем вязкости, который воздействует на датчик (VT). В датчике перепад давления преобразуется в соответствующий электрический сигнал, поступающий на пропорциональный регулятор (192) в шкафу управления. В пропорциональном регуляторе входной сигнал сравнивается с величиной, установленной с помощью потенциометра (199). Любое отклонение действи­тельного значения сигнала от установленной величины приводит к изменению выходного сигнала регулятора, что влечет за собой изменение положения парового клапана. Сигнал коррекции (4-20мА) поступает на преобразователь (193), который вырабатывает напряжение положительного/ отрицательного отклонения со средним значением 220 В. Этот сигнал подается на привод парового клапана (7), изменяющий положение клапана в зависимости от величины сигнала. Бла­годаря изменению подачи пара в теплообменник и, вследствие этого, изменению температуры топлива, вязкость топлива поддерживается на заданном уровне.

В пропорциональном регуляторе имеется аварийная сигнализация, срабатывающая при достижении установленного нижнего или верхнего предела вязкости. Выход вязкости за эти пределы указывается с помощью индикатора на панели сигнализации. Одновременно происходит автоматическое переключение смесителя на режим дизельного топлива (DO). Измерительный прибор (153) на панели шкафа управления показывает текущее значение вязкости. При нажатии кнопки (158), установленной под прибором, показывается установленное значение вязкости.

КОНТУР РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ НАСОСА ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА Регулирование скорости работы насоса дизельного топлива (DO) основано на том принципе, что для обеспечения определенной вязкости необходимо всегда поддерживать постоянное отношение температуры смешанного топлива к количеству дизельного топлива в смеси. Точные количества каждого вида топлива определяются вязкостью дизельного и тяжелого топлива; однако, чем больше дизельного топлива (DO) в смеси, тем ниже должна быть температура для достижения заданной вязкости. Для дизельных двигателей характерно, что при уменьшении нагрузки на двигатель увеличивается доля дизельного топлива. И, наоборот, двигатель, работающий при высокой нагрузке, допускает большее количество тяжелого топлива. Соотношение между нагрузкой двигателя и содержанием дизельного топлива (DO) упрощенно показано на рис.5.

На рисунке показан следующий пример: При 100%-ной нагрузке доля дизельного топлива равна 20%, что соответствует установленной температуре ПО С, необходимой для достижения заданной вязкости. График показывает правильное соотношение топлива в смеси. При нагрузке двигателя от 100% до прибл. 40% требуется 20% дизельного топлива (DO). При нагрузке от 40% до 20%о соотношение меняется в соответст­вии с кривой и затем, при нагрузке между 20% и 0%, устанавливается режим работы на дизельном топливе. Рис.5. Соотношение между нагрузкой двигателя и потреблением топлива

Обычно один смеситель обслуживает несколько дизельных двигателей; при этом количество дизельного топ­лива и температура смеси должны определяться двигателем, имеющим наименьшую нагрузку. Поэтому каждый двигатель снабжен датчиком нагрузки, который вырабатывает сигнал, пропорциональный текущей нагрузке. Более того, при остановке одного из двигателей должен поступать сигнал в управляющий контур для того, чтобы этот двигатель (с нулевой нагрузкой) не влиял на состав смешанного топлива. Сигнал нагрузки любого двигателя может быть отключен с помощью набора переключателей в шкафу управления.

СИСТЕМА ЗАДАННЫХ ТОЧЕК Заданная точка в управляющем контуре представляет собой значение температуры, которое может быть установлено вручную или определено текущей нагрузкой вспомогательных двигателей. На рис. 6 показана блочная схема, характеризующая влияние сигнала на установленное значение температуры. Система может воспринимать до 5 входных сигналов нагрузки, которые через выводы ( ) поступают в электронный блок (190), состоящий из нескольких модулей. Модуль выбора сигнала (190:3) выбирает дизельный двигатель с наименьшей нагрузкой и посылает сигнал в модуль усиления и смещения нуля (190:4). Сигнал 4мА может при этом означать, напр., 0%-ную нагрузку, а 20мА - 100%-ную нагрузку. Если от какого-либо двигателя поступает сигнал 4мА, то он определяет установленное значение температуры (режим дизельного топлива DO). Для того, чтобы избежать влияния неработающих двигателей на выбор установленного значения, предусмотрен специальный выключатель.

Рис.6. Определение установочного значения температуры

В модуле усиления и смещения нуля определяется нулевая точка и диапазон, т.е. подъем кривой на рис. 5. При увеличении сигналов нагрузки в пределах рабочего диапазона модуль вырабатывает растущие установочные значения температуры. Обычно модуль настроен таким образом, что при нагрузке 40% и более он вырабатывает выходной сигнал, соответствующий необходимому установленному значению температуры в режиме смешанного топлива (ВО), а при нагрузке 20% и менее он вырабатывает выходной сигнал, соответствующий установленному значению в режиме дизельного топлива (DO). Выходные-сигналы модуля усиления и смещения нуля (190:4) подаются на другой модуль выбора сигнала (190:5). На тот же модуль поступает сигнал от потенциометра установленного значения (197), см. рис. 6. Потенциометр установлен на значение, соответствующее высокой рабочей температуре в режиме смешанного топлива (ВО). Если выбранный сигнал нагрузки ниже установленного значения температуры, то сигнал нагрузки определяет установленное значение температуры. Если, напротив, величина сигнала нагрузки выше, то потенциометр (197) определяет установленное значение температуры.

Кроме того, имеется потенциометр (198), определяющий установленное значение для низкой температуры, т.е. в режиме дизельного топлива (DO). С помощью переключателя "РЕЖИМ РАБОТЫ" (172) может быть выбрано одно из двух уста­новленных значений от модуля выбора сигнала (190:5) или потенциометра(198). Более того, если насос тяжелого топлива (HFO) выключен, то всегда выбирается низкое установленное значение температуры. От переключателя "РЕЖИМ РАБОТЫ" (172) сигнал установленного значения температуры поступает в регулятор температуры (191) через блок сглаживания (190:6). При переходе от установленного значения низкой температуры к высокой и наоборот, этот блок преобразует скачкообразный перепад в непрерывный, т.е. замедляет быстрые изменения сигнала для предотвращения быстрых изменений температуры топлива.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В системе регулирования температуры используется датчик Pt l00, см. рис. 7. Изменение сопротивления при различных температурах фиксируется модулем (190:7), вырабатывающим соответствующий сигнал тока. Сигнал от этого модуля (4-20мА, что соответствует изменению температуры С) поступает в регулятор температуры (191), где он сравнивается с установленным значением. Разность между текущим и установленным значением представляет собой сигнал коррекции, который подается в модуль сложения/ вычитания (190:8). Этот модуль принимает также сигнал от расходомера. Эти два сигнала складываются и поступают в преобразователь частоты (128), регулирующий скорость работы насоса дизельного топлива (DO).

Рис.7. Регулирование скорости насоса дизельного топлива с помощью обратной связи по расходу

УПРАВЛЕНИЕ РАСХОДОМ ТОПЛИВА Расходомер (14) вырабатывает серию импульсов, поступающую в частотно-аналоговый преобразователь (190:9), см. рис.7 Текущий сигнал преобразователя (190:9) подается в измерительный прибор (150), который показывает действительный расход. Этот сигнал поступает далее на потенциометр (197А), регулировка которого определяет (через модуль сложения/ вычитания 190:8) влияние расхода на скорость работы насоса дизельного топлива (DO). При уменьшении расхода топлива в дизельных двигателях увеличивается возврат смешанного топлива в систему через резервуар деаэратора (10). Это означает, что большее количество топлива, смешанного в смесителе (2), возвращается через клапан (35) на всасывающую сторону насоса тяжелого топлива HFO. Вследствие этого уменьшается поступление тяжелого топлива из расходной цистерны.

С другой стороны, поступление дизельного топлива (DO) из расходной цистерны через насос остается неизменным. При этом доля дизельного топлива в смеси увеличивается пропорционально уменьшению расхода топлива. Этот рост количества дизельного топлива обнаруживается вискозиметром, в результате чего снижается температура для поддержания заданной вязкости. В свою очередь, контур управления температурой фиксирует отклонение температуры в регуляторе (191) от установленного значения. При этом уменьшается скорость работы насоса до тех пор, пока не достигается правильное соотношение между дизельным топливом (DO) и тяжелым топливом (HFO) при изменившемся расходе. Благодаря тому, что изменение расхода немедленно фиксируется расходомером (14), происходит вырабатывание сигнала, который в автоматическом режиме используется для управления скоростью работы насоса дизельного топлива (DO) через блок сложения/ вычитания (190:8) и преобразователь частоты (128). При внезапном падении нагрузки происходит следующее (работа при постоянных условиях, т.е. вязкость и температура соответствуют установленным значениям):

1 Расходомер немедленно обнаруживает падение расхода топлива и изменяет свой выходной сигнал, который подается на преобразователь (190:9). 2 Часть этого сигнала (определяемая регулятором установленного значения 197А) поступает при этом на блок сложения/ вычитания и складывается там с сигналом от регулятора температуры (191)- Выходной сигнал блока сложения/вычитания (190:0) через преобразователь частоты (128) изменяет скорость насоса дизельного топлива (DO) до величины, в основном соответствующей новому расходу. 3 Остаточное отклонение в составе топлива обнаруживается датчиками вязкости и температуры, которые через регуляторы восстанавливают правильные значения вязкости и температуры.

РУЧНОЕ И ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ В шкафу управления имеется переключатель "РЕЖИМ УПРАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ" (173) для выбора ручного, автоматического или пропорционального регулирования, В положении "Ручное" происходит ручное регулирование скорости дизельного топлива (DO) с помощью потенциометра (200), установленного внутри панели. Значение скорости указывается измерительным прибором (151). Это положение переключателя используется только при проверке работы смесителя и техническом обслуживании. В положении пропорционального регулирования сигнал расходомера непосредственно воздействует на скорость насоса дизельного топлива (управляющий контур разомкнут). В этом положении осуществляется строго пропорциональное регулирование расхода, которое может использоваться при неисправности в контуре автоматического регулирования.