Оптимизация режимов параллельно работающих судовых дизельных установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Севастьянов, Ростислав Афанасьевич

• Севастьянов, Ростислав Афанасьевич
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Севастьянов, Ростислав Афанасьевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОГО

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ

УСТАНОВКАМИ.

1.1.Некоторые особенности математического аппарата и постановка задачи оптимизации

1.2.Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими дизельными установками по методу В.И.Крутова.

1.3.Оптимальное распределение нагрузки по условию равенства относительных приростов расхода топлива.

1.4.Учет ограничений вида неравенств

1.5.Выбор состава работающих агрегатов

1.6.Оптимальное распределение нагрузки между энергетическими установками на основе метода динамического программирования

1.7.Оптимизация распределения нагрузки по методу ветвей и границ.

1.8.Выводы по главе.

Глава 2. СИНТЕЗ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ ОПЕРАТИВНОГО

РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СЭУ.

2.1.Анализ нагрузочных характеристик дизельных установок

2.2.Разработка обобщенного критерия оптимизации режимов СЭУ.

2.3.Табличный способ расчета оптимальных режимов СЭУ

2.4.Графический способ оптимизации режимов СЭУ

2.5.Разработка методики оперативного расчета оптимальных режимов при линейных нагрузочных характеристиках СЭУ

2.6.Учет требования равномерной выработки моторесурсов агрегатами

2.7.Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими СЭУ при условии заданной выработки моторесурсов

2.8.Учет ограничения на равномерную выработку моторесурсов агрегатами СЭУ и равномерное распределение нагрузки между ними

2.9.Выводы по главе

Глава 3. ОРГАНИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СЭУ.

3.1.Составление достоверных графиков нагрузки

3.2.Особенности работы судна как транспортной единицы.

3.3.Оперативный расчет оптимальной скорости судна.III

3.4.Разработка рекомендаций по оптимизации режимов главных и вспомогательных судовых дизельных установок

3.5.Расчет оптимальных режимов СЭУ на ЭВМ

3.6.Технико-экономическая эффективность оптимизации режимов СЭУ.

3.7.Выводы по главе

Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫМИ РЕЖИМАМИ СЭУ.

4.1. Особенности работы агрегатов СЭУ как объектов управления.

4.2. Разработка требований к САУ оптимальными режимами СЭУ.

4.3. Выбор методики расчета САУ.

4.4. Разработка устройства косвенного замера нагрузки СДВС.

4.5. Некоторые вопросы конструирования регуляторов СДВС.

4.6. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация режимов параллельно работающих судовых дизельных установок»

Характерной чертой современного этапа развития техники управления предприятиями народного хозяйства является переход от решения частных задач автоматизации отдельных агрегатов или технологических процессов к решению общих задач наиболее эффективного управления цехами, предприятиями и целыми отраслями пр омышле нно с ти.

Для повышения эффективности эксплуатации флота в СССР и за рубежом широким фронтом ведутся работы по внедрению автоматизированной системы управления флотом, оптимизации ее подсистем. Суть оптимального управления заложена в критерии оптимальности, который должен выбираться наиболее обобщенным образом. На уровне судовых энергетических установок (СЭУ) критериями оптимальности могут быть минимальный расход топлива, максимальный коэффициент полезного действия (КПД) установки или группы агрегатов, минимальное время реверсирования для главного двигателя и другие частные критерии, вытекающие из экономических или технических целей более высоких уровней системы управления.

Повышение эффективности работы энергетических установок достигается двумя путями:

- совершенствованием вновь выпускаемого оборудования в направлении снижения удельных расходов топлива, повышением надежности с целью снижения амортизационных отчислений ;

- рациональной эксплуатацией существующих установок, заключающейся в выборе наивыгоднейшего состава работающего оборудования, наиболее благоприятном распределении нагрузки между работающими агрегатами, проведении ремонтов и чисток в оптимальные сроки, работе отдельных агрегатов в оптимальном режиме.

Будем рассматривать вопросы, относящиеся только к оптимизации режима работы групп агрегатов, с целью получения максимального дохода от эксплуатации СЭУ за счет получения максимального КПД группы работающих агрегатов при обеспечении заданного спроса на нагрузку. Выбор наивыгоднейшего состава работающих агрегатов, оптимальное распределение нагрузки между ними представляют собой группу самостоятельных задач, объединяющихся понятием "оптимизация режима энергетических систем" [12, 21, 64].

Параллельная работа энергетических установок широко распространена на судах морского и рыбопромыслового флотов. При работе СЭУ в параллель:

- повышается надежность судовых электростанций и судовой силовой установки ;

- улучшается качество выработки электроэнергии ;

- более рационально используется установленная мощность и, следовательно, повышается экономичность СЭУ ;

- уменьшается занимаемая СЭУ площадь за счет использования среднеоборотных главных двигателей.

В связи с широким распространением параллельной работы СЭУ вопросы повышения их экономичности, снижения расходов топлива приобретают все большее значения. В Постановлении ЦК КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" указывается на необходимость экономии топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве в количестве 160-170 млн. тонн условного топлива, в том числе 70-80 млн. тонн за счет уменьшения норм расхода. Решить эту задачу можно только за счет оптимизации режимов работы всех энергетических объектов.

Особенность судовых электростанций заключается в том, что потребляемая мощность всегда меньше суммарной мощности агрегатов электростанции. Поэтому один или больше агрегатов постоянно находятся в резерве. В большинстве случаев в качестве приводных агрегатов применяются однотипные дизельные установки. Нагрузка между агрегатами., как правило, распределяется равномерно. В то же время проведенные нами испытания 48 однотипных дизель-генераторов 64Н 25/34 судов типа БМРТ проекта 394 показали, что нагрузочные характеристики дизелей отличаются на 2 - 7 % с вероятностью сС = 0,99 и меняются в процессе эксплуатации, Тот же характер отличия нагрузочных характеристик был обнаружен у дизелей марки 8ВАН22 и других [82-84] . Это показывает, что даже при равномерном распределении нагрузок между агрегатами имеется возможность получить минимальный расход топлива за счет выбора состава работающих агрегатов и при работе строго определенных агрегатов на соответствующих нагрузках. Если же оптимизировать и распределение нагрузки между агрегатами, то экономическая эффективность работы СЭУ значительно повысится. Для главных двигателей, работающих в параллель, возможно также оптимальное распределение нагрузок при условии, когда отдаваемая ими мощность при оптимальной скорости движения судна меньше номинальной. Отсюда возникает дополнительная задача разработки методики оперативного определения оптимальной скорости движения судна.

Вопросы выбора оптимального состава работающих агрегатов, распределения между ними нагрузки оптимальным способом нашли широкое применение в энергетике для оптимизации режимов работы агрегатов электростанций, групп электростанций, энергосистем. Это связано с получением значительного экономического эффекта вследствие больших мощностей агрегатов станций и широкого использования систем автоматики и вычислительной техники для управления станциями и энергосистемами.

Методики, применяемые для оптимизации энергосистем весьма сложны, большинство из них базируется на условии равенства относительных приростов расхода топлива (ШРТ), что является только необходимым условием существования экстремума. Для учета ограничений применяется метод штрафных функций, что допускает возможность расчета только с использованием ЭВМ. Методы динамического программирования,ветвей и границ также достаточно сложны и требуют применения ЦВМ. Наиболее известным методом для оптимизации параллельно работающих дизельных установок является метод В.И.Крутова. Метод легко применим для двигателей с идентичными нагрузочными характеристиками и довольно сложен для агрегатов с различными характеристиками. Кроме этого при разработке критерия оптимальности не наложены ограничения на мощности агрегатов. Метод не дает математического обоснования выбора состава работающих агрегатов.

Сложность разработки критерия оптимального распределения нагрузки между агрегатами и выбора оптимального состава работающих агрегатов заключается в нахождении экстремума функции с нелинейными зависимостями, ограничениями вида равенств и неравенств и дискретной частью задачи по выбору оптимального состава работающих агрегатов, что исключает возможность использования классического аппарата нахождения экстремума.

Следовательно, основными задачами настоящего исследования являются:

1. Анализ существующих методов оптимального управления энергетическими установками с целью исследования возможности их использования на морском транспорте.

2. Синтез критерия оптимальной работы СЭУ с учетом всех реальных ограничений и разработка инженерной методики оптимального управления СЭУ.

3. Разработка практических рекомендаций по внедрению оптимальных режимов СЭУ на судах.

4. Определение требований к системам управления СЭУ на основе условий оптимальности и разработка рекомендаций по конструированию регуляторов.

5. Оценка экономической эффективности от работы СЭУ на оптимальных режимах.

При проведении исследований использовались методы экспериментальных исследований и статистической обработки результатов, классические методы теории оптимального управления, линейное и нелинейное программирование, градиентные методы и принцип максимума Л.С.Понтрягина, разделы высшей алгебры, математическое моделирование на ЭВМ, элементы теории инвариантности линейных и нелинейных систем управления.

Анализ методов оптимального распределения нагрузки, применяемых в энергетике, подтвердил необходимость разработки инженерной методики расчета оптимальных режимов СЭУ, дающей возможность экипажу судна в условиях плавания достаточно точно и без больших затрат времени составлять гистограмму оптимальной работы СЭУ. При разработке критерия оптимизации СЭУ необходимо учесть все реальные ограничения, характерные условиям их эксплуатации, а также необходимость равномерной либо заданной выработки моторесурсов агрегатами, что не учитывалось ранее разработанными методиками.

Разработка обобщенного критерия оптимальной работы СЭУ проведена из условия обеспечения заданного спроса на нагрузку при минимальном расходе топлива на группу агрегатов, обеспечивающих эту нагрузку, методом наискорейшего спуска. При этом для учета ограничений были введены новые переменные. Полученные условия оптимальности позволяют как частные случаи получить условия равенства относительных приростов расхода топлива (0Г1РТ),условия В.И.Крутова (равенство величин), а также показывают пути разработки частных критериев оптимальности. Критерий оптимальности пригоден для любого вида нагрузочных характеристик и может быть использован для любых энергетических установок. На основании условий оптимальности выработана методика расчета оптимального распределения нагрузки между СЭУ.

На основе первого условия оптимальности предложен табличный способ распределения нагрузок и выбора состава работающих агрегатов, пригодный для оперативного расчета оптимальных режимов СЭУ при небольшом количестве агрегатов в установке.

Экспериментальное исследование 74 дизельных установок на 17 судах различного типа показало возможность линеаризации нагрузочных характеристик агрегатов с погрешностью, лежащей в пределах 0-0,7 % для вероятности оС = 0,99, что вполне приемлемо для инженерных расчетов.

Использование условия линейности нагрузочных характеристик позволило получить критерии оптимальной работы СЭУ для следующих случаев:

- без учета условий выработки моторесурсов ;

- с учетом равномерной (заданной) выработки моторесурсов ;

- с учетом равномерной выработки моторесурсов и равномерном распределении нагрузки между агрегатами.

На основании полученных критериев получены достаточно простые инженерные методики оперативного расчета оптимальных режимов СЭУ, пригодные для использования в условиях рейса. Для расчетов необходимо иметь нагрузочные характеристики агрегатов и достоверный график нагрузки СЭУ в условиях рейса. Для пассажирских, линейных судов составление графика нагрузки СЭУ за рейс не представляет затруднений. Для промысловых судов, а также транспортных судов с различными районами плавания предложена методика построения графика работы СЭУ по заданной достоверности. Методика экспериментально проверена на примере работы рыбопромысловых судов типа БМРТ Эстонского рыбопромыслового объединения "Эстрыбпром" 84 ^ • Погрешность графика нагрузки СЗУ не превышает 2 % при вероятности Об = 0,95 (П. 2.3).

Анализ работы судна, как транспортной единицы ^30,81,82] , дал возможность оценить эффективность его эксплуатации, показал необходимость плавания на оптимальных скоростях,

В работе показано, что в случае оптимальной скорости, требующей затрат меньшей мощности силовой установки чем номинальная, возможно оптимальное распределение нагрузки и между главными энергетическими установками. Предложенная фор^ла опти -мальной скорости судна позволяет с достаточной точностью оперативно определить ее на конкретно заданном переходе и проверить необходимую мощность силовой установки с целью решения вопроса о возможности оптимизации распределения нагрузки между агрегатами.

С целью построения достоверных графиков нагрузки, расчета оптимальных скоростей плавания , получения гистограмм оптимальной загрузки СЭУ вычислительными центрами пароходств, разработаны алгоритмы, программы расчета их на ЭВМ.

Анализ работы СЭУ как объектов управления совместно с условиями оптимальности позволил разработать ряд дополнительных требований к системам управления главными и вспомогательными дизельными установками. При этом было показано, что использование критерия оптимальности с наложением требования на условия равномерного распределения нагрузки позволяет применять методику оптимизации СЭУ при существующих системах управления энергетическими установками. Экономическая эффективность составляет при этом 2-3 % экономии топлива. При использовании критерия оптимальности без выше указанных ограничений эффек -тивность составляет 3-5 %, однако при этом необходима модернизация системы управления СЭУ. Разработанные методики прошли экспериментальную проверку на судах МШ и МРХ и подтвердили расчетную экономическую эффективность, а также возможность их использования для оперативных расчетов в условиях рейса силами экипажа судна. Анализ существующих регуляторов скорости вращения дизельных установок и требований оптимальности показал перспективность использования двухимпульсных и многоимпульсных регуляторов, необходимость дальнейшей их разработки и исследования. При этом особое внимание следует уделить вопросам замера на -грузки главных силовых установок с целью получения импульса по нагрузке агрегата для ввода его в регулятор. Анализ методик расчета высокоточных регуляторов дал предпочтение использованию теории инвариантности нелинейных систем управления.

На основании обобщенной структурной схемы системы управления дизельной установкой получены условия инвариантности cor -ласно требований [öOj , позволяющие разрабатывать разные частные случаи систем высокоточного регулирования скорости вращения агрегатов при условии непрерывно меняющихся внешних возмущений и собственных параметров систем, что соответствует действительным условиям работы СЗУ.

В работе показана целесообразность использования метода охвата объекта, подверженного воздействию возмущающих сил, "вилкой", для получения сигнала пропорционального нагрузке, даны рекомендации по использованию этого способа замера возмущений для объектов, у которых замер возмущения представляет определенную трудность.

Предложен двух- и трехимпульсный механический чувствительный элемент с суммированием сигналов по скорости вращения и нагрузке, скорости вращения, ускорению и нагрузке. Регулятор с таким чувствительным элементом может быть использован для оптимального управления СЭУ. Перспективной является также разработка критерия оптимального распределения не только активной, но и реактивной нагрузки.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Нагрузочные характеристики однотипных дизельных агрегатов отличаются друг от друга на 2-5 % и меняются в условиях эксплуатации ; в связи с отличием нагрузочных характеристик, наличием резервной мощности агрегатов - возможна эксплуатация СЭУ с максимальным КПД за счет оптимального выбора состава работающих агрегатов и оптимального распределения нагрузки между ними.

2. Экспериментальные исследования и статистическая обработка результатов экспериментов подтверждают возможность замены нагрузочных характеристик судовых дизельных установок линейными характеристиками с целью оптимизации СЭУ.

3. Полученный в работе обобщенный критерий оптимального распределения нагрузки учитывает все реальные ограничения,пригоден для любого вида нагрузочных характеристик, дает возможность получения критериев оптимальности В.И.Крутова и критерия оптимизации по "ОИРТ", как частных случаев, показывает пути разработки частных критериев оптимальности.

4. Критерий оптимального управления СЭУ для случая линейных нагрузочных характеристик дает возможность получить достаточно простые методики для оперативного расчета оптимальных режимов СЭУ при условиях : а) без учета выработки моторесурсов ; б) с учетом равномерной либо заданной выработки моторесурсов ; в) с учетом равномерной выработки моторесурсов и равномерном распределении нагрузки между агрегатами.

5. Статистический анализ работы судовых электростанций в условиях рейса дает возможность с погрешностью не более '¿% при вероятности = 0,95 составить гистограмму работы агрегатов станции даже для судов промыслового флота с вероятностным характером работы СЭУ.

6. Для главных судовых энергетических установок оптимальным является режим при оптимальной скорости плавания, в случае если оптимальная скорость обеспечивается мощностью меньшей, чем номинальная мощность агрегатов - возможно оптимальное распределение нагрузки и между главными СЭУ по полученным критериям оптимальности.

7. Полученная в работе математическая зависимость для определения оптимальной скорости судна достаточно точна и пригодна для оперативных расчетов в условиях плавания.

8. Анализ СЭУ как объекта управления совместно с требованиями критерия оптимальности выдвигает к системам управления судовыми дизельными установками дополнительные требования: повышение точности поддержания скорости вращения и распределения нагрузки, создание устройств программного включения агрегатов по требованию оптимальности в зависимости от суммарной нагрузки и распределения ее между агрегатами по закону оптимальности.

9. Наиболее приемлемыми регуляторами для оптимального распределения нагрузки являются двухимпульсные регуляторы с сигналом по нагрузке, рассчитанные согласно теории инвариантности для нелинейных систем управления.

10. Методики оперативного расчета оптимальных режимов работы СЭУ позволяют реализовать критерии оптимальности в два этапа: а) без изменения существующих схем управления агрегатами (методика с введенным ограничением на равномерное распределение нагрузки) ; б) с вводом двухимпульсных регуляторов регулирования скорости вращения и устройства программного распределения нагрузки по критерию оптимальности (методика без учета условия равномерного распределения нагрузки).

Экономическая эффективность в первом случае составляет 2-3 %9 во втором - 3-5 % от общего расхода топлива на агрегаты.

II. Исследование вопросов косвенного замера нагрузки для главных двигателей путем охвата объекта управления в "вилку" показывает возможность получения достаточно точного сигнала, пропорционального нагрузке, необходимого для ввода в регулятор.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Севастьянов, Ростислав Афанасьевич

Выводы по главе

1. Судовая энергетическая установка как объект управления характеризуется: свободными колебаниями, обусловленными действием САР и периодическими вынужденными силами ; автоколебаниями, обуславливаемыми неустойчивостью тех или иных контуров регулирования, наличием в них нелинейностей ; вынужденными колебаниями, вызываемыми действием вынужденных сил и близостью частоты этих сил к резонансной частоте системы ; комбинационными колебаниями, происходящими вследствие интерференции колебаний в системе.

2. Точность поддержания нагрузки оказывает существенное влияние на эффективность оптимизации режимов СЭУ. Изменение точности поддержания нагрузки на I % вызывает изменение расхода топлива:

- для одиночных агрегатов на 0,8-1,2 %,

- для двух и более агрегатов на 0,04-0,08 %.

Поэтому необходимо поддерживать нагрузку с точностью не ниже 3,5 %,

3. Степень неравномерности регулятора & значительно влияет на изменение нагрузки агрегата. При изменении частоты на I % при (Г меньше двух невозможно распределение нагрузки, в то же время увеличение 8* на I % после & = 6 % ведет к изменению нагрузки, примерно, на I а после ¿Г = 10 %, на 0,4 % с последующим снижением неточности поддержания нагрузки. Таким образом величина степени неравномерности должна быть в пределах от 3 до 12 %.

4. Несогласованность регуляторных характеристик влияет на точность распределения нагрузки тем больше, чем меньше степень неравномерности регулятора. При точности поддержания частоты 0,5 % изменение 6" с 2 до I % ведет к рассогласованию нагрузок на 10 %, а при изменении $ с 6 до 5 % - на 0,7 %. Таким образом при параллельной работе дизельных установок необходимо работать при максимально возможных .

5. Точность поддержания частоты существенно влияет на точность поддержания нагрузки. Увеличение точности поддержания частоты в два раза в столько же раз повышает точность поддержания нагрузки. Таким образом частоту необходимо поддерживать с точностью не ниже 0,2 - 0,3 %.

6. Противоречие между необходимостью увеличения степени неравномерности для более точного поддержания нагрузки и необходимостью ее уменьшения для повышения точности поддержания частоты устраняются применением двухимпульсных регуляторов скорости с сигналом по нагрузке.

7. Использование теории инвариантности для расчета нелинейных САУ СЭУ дает возможность уточнять, структурную схему регулятора и получить численные значения коэффициентов звеньев системы управления, обеспечивающей независимость параметра регулирования от внешнего возмущения.

8. Получение сигнала по нагрузке для главных двигателей с целью ввода его в регулятор возможно за счет охвата объекта управления в "вилку". Анализ устройства получения нагрузки на ЭВМ показывает на трудности реализации дифференцирующего звена. При замене его аналоговым реальным звеном запаздывание сигнала, пропорционального нагрузке, составляет 7,5 с. Ввод дополнительного сигнала по производной уменьшает запаздывание до 0,3 с, что при-емлимо для реальных звеньев системы регулирования.

9. Предложено конструктивное решение трехимпульсного гидравлического регулятора угловой скорости вращения с сигналами по нагрузке, угловой скорости вращения и ускорению. Исследование регулятора на ЭВМ показало полное устранение воздействия по нагрузке, высокие показатели качества регулирования, пригодность регулятора для систем оптимизации режимов СЭУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вопросы повышения экономичности работы судовых энергетических установок, работающих в параллель, с каждым годом приобретают все большее значение. Пополнение флота судами с параллельной работой главных двигателей, большая мощность электростанций судов промыслового флота и, в особенности, добывающего, соизмеримая с мощностью главных двигателей, требует исследования режимов работы СЭУ, работающих в параллель.

Анализ мероприятий Всесоюзного рыбопромыслового объединения Минрыбхоза СССР по экономии топлива показывает, что пять из девяти пунктов, на которые приходится 72 % общей экономии топлива, связаны с выбором оптимальных режимов работы дизельных установок.

В то же время оптимизация режимов работы СЭУ не нашла еще применения на флоте. Это связано со сложностью применяемых в энергетике методик, необходимостью использования для расчетов вычислительной техники, рядом специфических особенностей судовых энергетических установок.

Проведенное в работе многоаспектное исследование и анализ режимов работы СЭУ, включающее в себя экспериментальное определение нагрузочных характеристик двигателей, исследование режимов работы судовых электростанций со статистической обработкой результатов исследований, анализ существующих методов оптимизации режимов энергетических установок позволили разработать инженерную методику оперативного расчета оптимальных режимов СЭУ определить требования к системам управления СЭУ на основании критерия оптимальности.

Выполненные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

I. В связи с отличием нагрузочных характеристик даже однотипных дизельных установок на рабочих режимах на 5-7 %9 наличием резервных агрегатов, возможна эксплуатация ВДГ на оптимальных режимах (при максимальном КПД установки).

Для главных дизельных установок, работающих в параллель, возможно оптимальное распределение нагрузки при условии, если Уопт меньше V план.

2. Используемые в энергетике методы оптимизации энергетических установок не учитывают все реальные ограничения, присущие СЭУ, базируются, в основном, на графических методах расчета,что снижает их точность. Трудность заключается также в выборе состава работающих агрегатов, проверке достаточных условий оптимальности. Большинство методов требует использования ЭВМ, что не позволяет использовать их для оперативного расчета оптимальных режимов СЭУ в условиях рейса.

3. Разработанный в работе на основании максимума КПД дизельной установки обобщенный критерий оптимизации режимов СЭУ позволяет получить, как частные случаи, условия В.И.Крутова, условия равенства ОПРТ при учете всех реальных ограничений, налагаемых на СЭУ. Критерий показывает пути разработки других частных критериев оптимальности.

4. Полученный по первому условию обобщенного критерия оптимизации режимов СЭУ табличный способ распределения нагрузки прост, пригоден для любого вида нагрузочных характеристик, рекомендуется при количестве агрегатов не больше шести.

5. На основании экспериментального исследования режимов работы судовых дизельных установок различного типа подтверждена возможность замены нагрузочных характеристик агрегатов линейными зависимостями вида С с =КьЛ/1+ д 'ь и предложены критерии оптимальности и инженерные методики оперативного расчета оптимальных режимов СЭУ с учетом всех реальных ограничений для случаев:

- работа агрегатов СЭУ без учета равномерной выработки моторесурсов ;

- работа агрегатов СЭУ с учетом равномерной (заданной) выработки моторесурсов ;

- работа агрегатов СЭУ с учетом равномерной выработки моторесурсов и равномерном распределении нагрузки между агрегатами.

Особенностью критерия оптимальности является то, что он требует только получения очередности подключения агрегатов на наибольшую нагрузку, определяемую по коэффициенту КI . Так как отличие величины К и отдельных агрегатов больше, чем точность их определения, то результат получается верным даже при погрешности в расчете или изменении величины К; в процессе эксплуатации. Это значительно облегчает получение условий оптимальности, так как позволяет производить корректировку Кс не чаще чем раз в год. В то же время другие методы требуют постоянной корректировки ОПРТ и 91 .

6. Разработанные на основании полученных критериев оптимальности рекомендации по назначению оптимальных режимов главных и вспомогательных дизельных установок определяют пути и этапы внедрения оптимальных режимов СЭУ.

7. Полученная в работе упрощенная расчетная зависимость для определения оптимальной скорости судна позволяет оперативно, в условиях рейса определить Уопт для конкретно заданного перехода с учетом как экономических, так и технических факторов работы судна и СЭУ, учесть изменение погодных условий.

8. С целью организации эксплуатации СЭУ на оптимальных режимах пароходетвами, объединениями, предложены алгоритмы и программы расчета оптимальных режимов и оптимальных скоростей плавания с оценкой их экономической эффективности на ЭВМ.

9. Сформулированные на основании предложенных критериев оптимальности дополнительные требования к системам управления СЭУ, разработанные рекомендации по выбору методик расчета САР, конструированию отдельных элементов регуляторов, могут быть исполь-,зованы при проектировании систем автоматического управления оптимальными режимами СЭУ.

10. Проведенные по всем рассмотренным методикам оптимизации режимов СЭУ расчеты для конкретных установок и судов проверены на практике в условиях рейса. Экономическая эффективность от работы СЭУ на оптимальных режимах составляет 2-3 % от общего расхода топлива на агрегаты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Севастьянов, Ростислав Афанасьевич, 1983 год

1. Агейкин Д.И., Костина E.H., Кузнецова H.H. Датчики контроля и регулирования: Справочное пособие. М.: Машиностроение,1965. 928 с.

2. Аврунин А.Г. и др. Регуляторы скорости дизель-генераторов. М.: Машиностроение, 1973. 200 с.

3. Автоматизация судовых энергетических установок. Справочное пособие. Под ред. Р.А.Нелепина. Л.: Судостроение, 1975. 536 с.

4. Антонович С.А. Динамические характеристики объектов регулирования (судовых дизельных установок). Л.: Судостроение,1966. 236 с.

5. Баранов А.П. Автоматическое управление судовыми элект-ро-энергетическими установками. М.: Транспорт, 1981. 255 с.

6. Болотин Б.И., Вайнер В.Л. Инженерные методы расчетов устойчивости судовых автоматизированных электростанций. Л.: Судостроение, 1974. 332 с.

7. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1969. 408 с.

8. Брук М.А., Рихтер A.A. Режимы работы судовых дизелей. Л.: Судпромгиз, 1963. 484 с.

9. Бурышкин Л.11. Техническая эксплуатация судовых двигателей внутреннего сгорания. М.: Транспорт, 1969. 240 с.

10. МАШ, 1974, 15-74-2, с. 7-II.

11. Веников В.А. и др. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем. М.: Энергоиздат, 1981. 464 с.

12. Вершинин В.Д. Косвенное измерение воздействий и условия эквивалентности комбинированных систем и систем замкнутого цикла. Теория инвариантности в системах автоматического управления: Труды Второго Всесоюзного совещания. М.: Наука, 1964,с. 265-269.

13. Гарбер Е.Д. и др. Автоматическое управление судовыми дизельными установками с ВРШ. JI.: Судостроение, 1967. 168 с.

14. Гребенкин В.Н., Варбанец П.Д., Козьминых A.B., Севастьянов P.A. Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими дизель-генераторами. Реферативно-информацион-ный сборник. М.: НШШёОРМТЯЖМАШ, 1974, 15-74-2, с. 4-7.

15. Головской В.И. Выбор оптимальных режимов работы главных двигателей в зависимости от условий плавания. Судовые силовые установки: Научно-технический сборник УУЗ Л.: Транспорт, 1967, с. 24-30,

16. Головской В.И. Расчет оптимальных режимов работы главных двигателей судов. Судовые машины и механизмы: Научно-технический сборник. Одесса: 0ИИМ&, 1967, с. 18-27.

17. Горнштейн В.И. Условия оптимального режима энерго -систем при учете режимных ограничений с помощью штрафных функций. Электричество. 1965, № 8, с. 39-43.

18. Горнштейн В.М. Методика расчета наивыгоднейшего распределения нагрузки между агрегатами ТЭЦ. Электрические станции. 1962, № 8, с. 2-7.

19. Горнштейн В.М. К вопросу о выборе наивыгоднейшего состава работающих агрегатов в системе. Труды ВНИИЭ, 1961, вып. 13, с. 104-124.

20. Горнштейн В.М. и др. Методы оптимизации режимов энергосистем. Под ред. В.М.Горнштейна. М.: Энергия, 1981, 336 с.

21. Гликин Б.А. Обоснование оптимального режима работы электро-энергетической установки. Судостроение. 1973, № 5, с. 46-48.

22. Гликин Б.А., Яворский А.Г. Автоматизация судовых элект-ро-энергетических установок. М.: Транспорт, 1966. 200 с.

23. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации. М.: Энергия, 1980. 270 с.

24. Дроздов А.Д. и др. Автоматизация энергетических систем. М.: Энергия, 1977. 441 с.

25. Зайцев Г.0., Костюк В.И., Чинаев II.И. Основы автоматического управления. Киев.: Техн1ка, 1975. 496 с.

26. Ивахненко А.Г. Кибернетические системы с комбинированным управлением. Киев.: Техн1ка, 1966. 512 с.

27. Исерлис 10.Э., Мирошников В.В. Системное проектирование двигателей внутреннего сгорания. JI.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 198I, 255 с.

28. Канторович Я.Б. Экономика морского судна. М.: Транспорт, 1964, 176 с.

29. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений, М.: Наука, 1970. 104 с.

30. Кац A.M. Автоматическое регулирование скорости двигателей внутреннего сгорания. М.-Л.: Машгиз, 1956. 304 с.

31. Ковалевский Е.С., Мельник Г.В. Распределение активныхнагрузок при параллельной работе дизель-генераторов с использованием двухимпульсных регуляторов скорости. Тр. ЦНИДИ, Л. 1967.

32. Ковин A.B. Вопросы оптимизации регулирования числа оборотов. Техническая эксплуатация морского флота. Труды ЦНИИШ, 1972, вып. 161, с. 96-103.

33. Козьминых A.B., Севастьянов P.A. Оптимальное управление судовыми энергетическими установками. М.: Изд. ЦР11А МОРФЛОТ, 1978. 40 с.

34. Козьминых A.B., Маляр Г.А., Севастьянов P.A. Экспериментальное определение динамики регулятора непрямого действия типа "Вудвард". Автоматика: Труды СЗПИ, Л., 1974, № 28, с. 80-82.

35. Козьминых A.B., Севастьянов P.A. Методика квазиоптимального распределения нагрузки мезду параллельно работающими дизель-генераторами с учетом равномерной выработки моторесурсов. Информ. листок № 005-75. Серия 15.04. ММФ ЦБНТИ, 1975. с.1.

36. Киселев Г.С., Руденский М.Я., Энштейн P.M. Системы группового регулирования мощности гидроэлектростанций. М.: Энергия, 1974. 137 с.

37. Кондрашихин О.Т., Гайдук A.II. К вопросу определения оптимальной скорости линейных судов. Материалы научно-технической конференции 0ИИМ&. Одесса. 1969, с. 37-39.

38. Константинов В.II. Системы и устройства автоматизации судовых электро-энергетических установок. Л.: Судостроение, 1972. 352 с.

39. Коханский А.И. Исследование всережимного гидравлического регулятора числа оборотов с дополнительным воздействием по производной для судовых ¡дизелей.: Дис. . канд.техн.наук. Одесса: ОВИМУ, 1966. с. 196.

40. Кринецкий И.И. Регулирование двигателей внутреннего сгорания, М.- Киев.: Машгиз, I960. 192 с.

41. Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1979. 616 с.

42. Крутов В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект. М.: Машиностроение, 1978. 472 с.

43. Куропаткин 11,В., Соболев Ю.С., Быков М.Н. Синтез инвариантных схем дизель-электрических установок. шизико-математические науки. Труды СЗГ1И, JI. 1971, № 14, с. 46-50.

44. Кутьин Л.И. Автоматизация судовых дизельных и газотурбинных установок. Л.: Судостроение, 1973. 382 с.

45. Кухтенко А.И. Проблема инвариантности в автоматике. Киев: ГОСТЕХИЗДАТ. УССР, 1963. 376 с.

46. Лаханин В.В. и др. Моделирование процессов в судовых поршневых двигателях и машинах. Л.: Судостроение, 1967. 272 с.

47. Левидов В.А., Тихонов О.Н., Цивирко Г.П. Измерение скоростей. (Измерительное дифференцирование). М.: Изд. стандартов, 1972. 260 с.

48. Левин М.И. Автоматизация судовых дизельных установок. Л.: Судостроение, 1969. 468 с,

49. Ледовский А.Д. Косвенный замер момента нагрузки для создания инвариантной системы автоматического регулирования. -- Теория инвариантности в системах автоматического управления: Труды Второго Всесоюзного совещания. М.: Наука, 1964,с. 484-490.

50. Летов A.M. Аналитическое конструирование регуляторов.- Автоматика и телемеханика. I960, № 4, с. 436-446 ; № 5, с.561-570 ; № 6, с.661-669.

51. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал).М.: Машиностроение, 1977. 464 с.

52. Маркович И.М., Лазебник А.И. Использование метода ветвей и границ в некоторых энергетических оптимизационных задачах. Электричество. 1970, №7, с. 65-70.

53. Мееров М.В. Синтез структур систем автоматического регулирования высокой точности. М.: Наука, 1967. 424 с.

54. Мелешкин Г.А. Переходные режимы судовых электро-энер-гетических систем. Л.: Судостроение, 1971. 344 с.

55. Менский Б.М. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании и управлении. М.: Машиностроение, 1972. 248 с.

56. Михайлов В.А., Норневский Б.И. Автоматизация судовых электрических станций. Л.: Судостроение, 1966. 320 с.

57. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975. 528 с.

58. Небеснов В.И. Оптимальные режимы работы судовых комплексов. М.: Транспорт, 1974. 200 с.

59. Небеснов В.И., Бурименко Ю.И. О совместной работе двигателей, винтов и корпуса судна на оптимальном морском пути. -Известия высш.учебн.завед.: Машиностроение, 1968, № 4, с.152-158.

60. Небеснов В.И., Ивчик В.И. Об оптимальном управлении режимами работы судового дизеля при волнении. Судостроение, 1969, № 3, с. 39-42.

61. Оптимизация режимов энергетических систем. /Под ред. В.М.Синькова. Киев.: Вища школа, 1976. 308 с.

62. Осташенков B.S. Теплотехнические испытания судовыхэнергетических установок. М.: Транспорт, 1975. 280 с.

63. Павлов В.В. Инвариантность и автономность нелинейных систем управления. Киев.: Наукова думка, 197I. 272 с.

64. Панов В.И. Связь теории инвариантности и методов гармонического баланса. Теория инвариантности автоматических систем. М.: Наука. 1970.199 с.

65. Петров Ю.П. Оптимизация управляемых систем, испытывающих воздействие ветра и морского волнения. Л.: Судостроение, 1973. 216 с.

66. Петров Ю.П. Методы оптимизации непрерывных процессов и их применение в судостроении. Л.: Судостроение, 1968. 182 с.

67. Петров Ю.П. Оптимальное управление движением транспортных средств. М.-Л.: Энергия, 1969. 96 с.

68. Петров Ю.П. Оптимальные регуляторы судовых силовых установок. Л.: Судостроение, 1966. 121 с.

69. Петровский Н.В. Режимы работы судовых двигателей с воспламенением от сжатия. М.-Л.: Морской транспорт, 1953. 152 с.

70. Пипченко А.Н. Исследование и разработка систем регулирования и управления судовыми дизель-генераторными установками.: Дис. . канд.техн.наук. Одесса.: ОВИМУ, 1975. 176 с.

71. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1969. 408 с.

72. Попов Е.П., Пальтов Н.П. Приближенные методы исследования нелинейных автоматических систем. М.: у^изматгиз, I960. 792 с.

73. Розоноэр Л.И. Вариационный подход к проблеме инвариантности. Автоматика и телемеханика. 1963, т.24, № 6,с. 744-752 ; № 7, с.861-870.

74. Руководство по проектированию элементов систем автоматики./Под ред.Б.Н.Петрова. М.: Высшая школа, 1969. 320 с.

75. Савин Н.И., Щукин Г.С. Технико-экономические вопросы оптимального использования мощности судовых силовых установок.-Научные труды ВЕШУ, 1969, вып. 6. 8-9 с.

76. Севастьянов P.A. Исследование условий инвариантности для электро-гидравлического регулятора оборотов дизеля. Тезисы Всесоюзной конференции по обмену опытом внедрения средств автоматизации и механизации на флоте. Измаил. 1967, с. 19.

77. Севастьянов P.A. 1нвар1антний регулятор оберт1в (час-тоти) на баз1 нового г1дравл1чного регулятора оберт1в. В кн. I.I.Кринецький, O.B.qokIh. Розрахунок 1нвар1антних нел1н1йних автоматичних систем. Ки1в: Техн1ка, 1970, с. 169-178.

78. Инв. № Б816838 <№ Гос.per.71030338). ОВИМУ, Одесса, 1972, с. 6-17 ; 134-154 ; 185-186.

79. Гос.per. 76061820) ОВИМУ, Одесса, 1976, с. 28-62.

80. Современные методы проектирования систем автоматического управления. Анализ и синтез. / Под ред. Б.Н.Петрова. М.: Машиностроение, 1967. 704 с.

81. Союзов A.A. Эксплуатационно-экономические расчеты организации речных перевозок. М.: Воениздат, 1953. 211 с.

82. Таганов С.И. Инженерные расчеты переходных процессов в судовых электростанциях. JI.: Судостроение, 1970. 136 с.

83. Техническая кибернетика. Устройства и элементы систем автоматического регулирования. / Под ред. В.В.Солодовникова. В 3-х томах. Кн.2. Усилительные устройства, корректирующие элементы и устройства. М.: Машиностроение, 1975. 688 с.

84. Тимченко В.Ф. Колебания нагрузки и обменной мощности энергосистем: Анализ и синтез для решения задач управления режимами объединенных энергосистем. /Под ред. В.А.Веникова. М.: Энергия, 1975. 209 с.

85. Толшин В.И. Устройчивость параллельной работы дизель-генераторов. Л.: Машиностроение, 1970. 200 с.

86. Толшин В.И., Ковалевский Е.С. Переходные процессы в дизель-генераторах. Л.: Машиностроение, 1977. 168 с.

87. Уланов Г.М. Динамическая точность и компенсация возмущений в системах автоматического управления: Накопление и компенсация возмущений. М.: Машиностроение, 1971. 260 с.

88. Урин В.Д. Об уточнении момента выгодности включения резервного оборудования. Электрические станции. 1968, № 12,с. 39-42.

89. Урин В.Д. Оптимальное внутристанционное распределение нагрузки ГЭС. Электрические станции, 1966, № I, с. 40-42.

90. Шельдбаум A.A. Основы теории оптимальных автоматических систем. М.: Физматгиз, 1963. 552 с.

91. Фельдбаум A.A. 0 применении вычислительных устройств в автоматических системах. Автоматика и телемеханика, 1956, т.17, № II, с. 1046-1056.

92. Фокин A.B., Кринецкий И.И. Некоторые общие вопросы теории инвариантности. Автоматическое управление и вычислительная техника. М.: Машгиз. 1964, № 6 с. 175-182.

93. Фомин Ю.Я. Эксплуатационные характеристики судовых малооборотных дизелей. М.: Транспорт, 1968. 304 с.

94. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975. 536 с.

95. Цыркин М.А. Автоматизированное управление судовыми дизельными установками. Л.: Судостроение, 1977, 264 с.

96. Чеблаков 10.11. Автоматизированное управление судовыми дизелями. М.: Транспорт, 1980. 136 с.

97. Шварцман А.П., Громовой Э.П. Математические методы управления и планирования на морском транспорте. М.: Транспорт, 1970. 384 с.

98. Knaak ßeiechnung dez W'dzrrieu&ei>'taqungin heipqekuh&ten Schiffs -DieseC-moioien, MTz , «/<374,55, is4.

99. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

100. П.1.1. Определение нагрузочных характеристик

101. Для построения нагрузочных характеристик проводились замеры расхода топлива на пяти режимах работы двигателя: холостом ходу, 25 %, 50 %, 75 % от номинальной нагрузки и на номинальном режиме.

102. Испытания проводились нами совместно с Эстонским рыбопромысловым объединением "Эстрыбпром", Черноморским морским пароходством, рыбопромысловым объединением "Антарктика" по методике, принятой в отделах теплотехники пароходств и объединений.

103. Нагрузочные характеристики дизельных установок, полученные согласно результатов испытаний, приведены на рис. П.1.1-П.1.17.

104. П.1.2. Линеаризация нагрузочных характеристик судовых дизельных установок

105. Линеаризация нагрузочных характеристик проведена согласно формул (2.2), (2.3), результаты расчетов представлены в таблице П.1.1.■ . . - . ' . • 1 - - ' \ - • •, ; " - , ; i - " . - ' ' ■'■ •1. О 50 100 450 А1е,кВт

106. Рис. П. 1.4. Нагрузочные характеристика;^двигателей 64 25/34 ВДГ Б#Г-229 'Тане Деберехт"ч