CC BY
12А.М. Андреев, Н.Г. Романенко, Ш.А. Турпищев
Разработка микроконтроллерной системы управления электроприводом механизма ...
программы составляет 398 ячеек памяти программы, период опроса датчиков тока составляет 3мс, время выполнения одного такта программы - 25мкс. На составленную программу подана заявка на регистрацию программы для ЭВМ.
В среде MPLAB IDE была произведена отладка работы микроконтроллера c использованием отладчика Proteus VSM MPLAB Viewer [3] для следующих основных режимов работы: «при разгоне ЭП движения крана «Вперед»; «при разгоне ЭП движения крана «Назад»; «при динамическом торможении ЭП движения крана».
Разработка и внедрение предложенной системы позволит повысить надежность работы портального крана и уменьшит материальные потери, связанные с непроизводственными простоями на ремонт старой системы управления.
Список литературы:
[1] Магда Ю.С. Микроконтроллеры PIC: архитектура и программирование. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 240 с.: ил.
[2] MPASM. Руководство пользователя.
[3] MPLAB IDE. Интегрированная среда разработки для микроконтроллеров PlCmicro компании Microchip Technology Inc. 2001 г.
DEVELOPMENT OF MICROCONTROLLER SYSTEM MOTOR CONTROL MECHANISM OF MOVEMENT OF GANTRY CRANE.
A.M. Andreev, N. G. Romanenko, S.A. Turpischev
Presents the development of motor control microcontroller system gantry crane traveling mechanism - made a choice microcontroller circuit is made up of external connections, software development in Assembler MPASM and simulation and debugging of the microcontroller in the environment MPLAB IDE c Debugger Proteus VSM MPLAB Viewer.
УДК 621.431.74.068.4
О.Е. Андрусенко, канд. техн. наук,
доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
С.Е. Андрусенко, канд. техн. наук,
ст. преподаватель, ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а
ВОПРОСЫ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ NOx В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
В данной статье приводится обзор методов снижения токсичности отработавших
газов судовых дизелей ведущих дизелестроительных заводов.
Ключевые слова: оксид азота, каталитическая обработка, нормы выбросов.
Фирма MAN Diesel провела опытную эксплуатацию своих среднеоборотных двигателей с селективным каталитическим восстановлением (SCR - Selective Catalytic Reduction) отработавших газов и технологией подачи влажного воздуха в цилиндры двигателя (HAM - Humid Air Motor). Внедрение этих мероприятий позволило получить значительное снижение выбросов окислов азота (NOx) до пределов уровня Tier III требований Международной морской организации (IMO - International Maritime
Organization), вступающих в силу после 2016 года для прибрежных районов плавания морских судов
Фирма использует свое непревзойденное понимание проблемы улучшения эколо-го-экономических показателей работы судовых среднеоборотных двигателей.
С двигателем 32/44CR, представленном впервые на выставке 2009 года, фирма MAN Diesel & Turbo продолжила свои целевые исследования в части уменьшения выбросов NOx с отработавшими газами и доведения их до жестких пределов уровня Tier III IMO.
Центральное место стенда фирмы MAN Diesel & Turbo на торгово-промышленной выставке в Гамбурге занимал двигатель 20V32/44CR с системой питания Common Rail и селективным каталитическим восстановлением отработавших газов (SCR), представлявший собой десяти метровый агрегат шести метровой высоты - самый крупный экспонат, когда-либо представляемый фирмой MAN Diesel & Turbo на любых других выставках (рис. 1). Фирма использовала этот двигатель для демонстрации того, что MAN Diesel & Turbo готова поставлять двигатели, удовлетворяющие уровню Tier III требований IMO по выбросам токсичных компонентов, вступающих в силу с 2016 года в прибрежных районах плавания морских судов.
20-ти цилиндровый двигатель в версии 32/44CR был специально изготовлен для выставки в Гамбурге. Оборудованный системой аккумуляторного впрыска Common Rail, механизмом изменения фаз газораспределения (VVT - variable valve control) и изменяемой геометрией турбокомпрессора (VTA - variable turbocharger geometry), двигатель 20V32/44CR является одним из самых экономичных двигателей своего класса. Даже без каталитического конвектора системы SCR двигатель удовлетворяет нормам Tier II требований IMO по выбросам NOx с отработавшими газами, вступившими в силу с 2011 года, и осуществляет 20% их снижение.
Вступление в действие норм Tier III в 2016 году приводит к необходимости введения дальнейших технических средств и решений, которые будут способствовать уменьшению выбросов NOx на 80%, что и стало основной причиной, по которой фирма MAN Diesel & Turbo выставила новый двигатель на выставке в Гамбурге.
Рис. 1. Двигатель 20V32/44CR с системой SCR фирмы MAN Diesel & Turbo на торгово-промышленной выставке в Гамбурге в 2010 году
О.Е. Андрусенко, С.Е. Андрусенко
Вопросы снижения эмиссии NOx в выхлопных газах судовых среднеоборотных дизелей ...
При использовании метода SCR выхлопные газы обрабатываются аммиаком или мочевиной и подаются в каталитический преобразователь при температуре 300 - 400 С с целью снижения содержания в них NOx до 98%.
SCR технология хорошо отработана и основана на применении дозированного впрыска раствора мочевины в поток отработавших газов на входе в каталитическую установку, восстанавливающую NOx до азота и воды (рис. 2).
Тем не менее, в то время, как метод SCR имеет важное значение для достижения норм Tier III, следует иметь в виду следующее. Представленный на выставке двигатель уже полностью удовлетворял требованиям норм Tier II за счет своей ультрасовременной конструкции. Таким образом, двигатель 32/44CR явился результатом использования новейших технологий фирмы MAN Diesel & Turbo уменьшения токсичности при проектировании промышленных и судовых среднеоборотных дизелей.
Рис. 2. Схема селективного каталитического восстановления отработавших газов [3].
Ультрасовременная конструкция двигателя, по мнению фирмы MAN Diesel & Turbo, включает:
- высокую степень сжатия, что дает быстрое снижение температуры после воспламенения топлива с соответствующим снижением эмиссии NOx и увеличением удельного расхода топлива;
- приближением фаз газораспределения к фазам цикла Миллера с ранним закрытием впускного клапана, обеспечивающим снижение пиков температур и соответствующим уменьшением эмиссии NOx;
- использование высокоэффективных турбокомпрессоров с высокой степенью наддува для оптимизации компромисса между уменьшением NOx и одновременным увеличением удельного расхода топлива;
- изменением фаз газораспределения в части уменьшения угла перекрытия клапанов;
- применением системы топливоподачи, обеспечивающей гибкую настройку угла начала подачи топлива, продолжительность подачи топлива и давление впрыска. При этом система Common Rail может быть оптимизирована на низкий расход топлива посредством использования систем с электронным управлением, оставляя при этом SCR-процессу функцию снижения эмиссии NOx.
В то же время, по мнению фирмы Wartsila, снижение NOx посредством использования метода SCR может происходить только внутри определенного температурного диапазона [3]. Если температура слишком высока, аммиак преимущественно будет сгорать, а не реагировать с NO / NO2. При очень низкой температуре скорость реакции будет слишком медленной и конденсация сульфатов аммония выведет из строя каталитический элемент
Такими недостатками, но с меньшей производительностью по снижению выбросов NOx с отработавшими газами, не обладает технология подачи влажного воздуха в цилиндры двигателя HAM (HAM - Humid Air Motor).
Технология подачи влажного воздуха состоит в насыщении наддувочного воздуха парами морской воды, поступающей в турбокомпрессор. В результате температурные пики сгорания снижаются, вследствие чего происходит и снижение эмиссии NOx (рис. 3).
На рисунке цифрами обозначено: 1 - сокращение NOx с влажным воздухом; 2 -увеличение температуры в цилиндре без влажного воздуха; 3 - пик образования NOx; 4 - увеличение температуры в цилиндре с влажным воздухом; 5 - уровень образования NOx при уменьшенной температуре; 6 - кривая образования NOx без влажного воздуха; 7 - кривая образования NOx с влажным воздухом; 8 - угол поворота коленчатого вала.
К основным эксплуатационным преимуществам применения технологии НАМ относятся:
- значительное сокращение эмиссии NOx в выхлопных газах на полной и частичных нагрузках;
- снижение расходов масла и топлива не зависимо от сорта применяемого топлива;
- уменьшение тепловой нагрузки на двигатель в связи с уменьшением максимальных давлений сгорания топлива;
- низкие требования к техническому обслуживанию системы подачи влажного воздуха;
- экологическая безопасность метода вследствие того, что в системе двигателя используется неочищенная морская вода [2].
Иcпытания двигателя 16V28/32A фирмы MAN Diesel & Turbo с технологией подачи влажного воздуха в цилиндры двигателя были проведены на норвежском судне Kvanrny (рис. 4).
Cutting NOx witn humid air
HO, Qwiwatiikq puuk
T «лихи tilmo ¡nciaaso imldo lito cytndw without НАМ
Рис. 3. Образование NOx, как функция температуры сгорания
О.Е. Андрусенко, С.Е. Андрусенко
Вопросы снижения эмиссии N0X в выхлопных газах судовых среднеоборотных дизелей ...
Рис. 4. Одно из крупнейших и самых современных судов Норвегии
84-метровый «Kvann0y» с технологией подачи сжатого воздуха в цилиндры двигателя
Указанная система была смонтирована на судне под руководством сервисного центра MAN PrimeServ (Фридрисхавен, Дания) с участием норвежского классификационного общества морского судоходства DNV (Det Norske Veritas), которым и осуществлялся окончательный анализ выбросов NOx во время ходовых испытаний главного двигателя.
Испытания показали, что выбросы NOx составили 3,6 г/кВтч, измеренные в соответствии с рекомендациями МАРПОЛ по циклу Е2 испытаний. Это соответствует уменьшению количества выбросов на 61,3% по сравнению с двигателем, не оснащенном системой НАМ (рис. 5) [2].
Рис. 5. Уровень выбросов с применением технологии влажного воздуха
На рисунке цифрами обозначены: 1 - испытательный цикл Е2 в соответствии с приложением VI МАРПОЛ; 2 - весовой выброс NOx в соответствии с требованиями ISO, г/кВт-ч; 3 - уровень выбросов I; 4 - уровень выбросов II; 5 - уровень выбросов III; 6 - количество выбросов двигателем L/V28/32 без технологии подачи влажного
воздуха; 7 - количество выбросов на двигателе судна Kvanrnay с технологией подачи влажного воздуха; 8 - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.
Полученное значение эмиссии NOx в выхлопных газах на 1,2 г/кВтч выше предела, ограниченного рамками уровня Tier III, однако даже такой уровень позволяет сократить эмиссию NOx в выхлопных газах на 50 тонн в год. Экономически это эквивалентно ежегодной экономии в 800 тысяч норвежских крон (100 тыс. евро) из-за снижения налоговой ответственности за NOx, введенное правительством Норвегии для судов, эксплуатирующихся во внутренних водах. Таким образом, срок окупаемости модернизации двигателя под систему НАМ составит около 3 лет.
Следует так же отметить, что испытываемый двигатель 16V28/32A фирмы MAN Diesel & Turbo, не оборудованный технологией HAM, имел выбросы NOx на уровне норм Tier II вследствие конструктивных особенностей, введенных в конструкцию базового двигателя.
Таким образом, исследования фирмы MAN Diesel & Turbo, проведенные с целью снижения выбросов NOx в отработавших газов судовых двигателей показали:
- базовыми мероприятиями для снижения токсичности выхлопных газов является совершенствование конструкции двигателя, способное обеспечить снижение выбросов NOx в отработавших газах до 20%;
- применение специальных средств для снижения токсичности выхлопных газов, в частности технологий каталитической очистки газов и подачи влажного воздуха, способствует наиболее полной очистки газов от NOx, однако требует оборудование двигателя специальными системами. При этом непременным условием является внесение в базовую конструкцию двигателя конструктивных улучшений, направленных на функционирования систем двигателя и организацию рабочего процесса.
Список литературы
[1] 32/44CR Cracks Tier III with Selective Catalytic Reduction. Diesel facts. A Technical Customer Magazine of MAN Diesel & Turbo. 2010. №.4. p.3.
[2] First Humid Air Motor Makes Waves in Fishing Industry. Diesel facts. A Technical Customer Magazine of MAN Diesel & Turbo. 2010, №4. p.8.
[3] Обозов A.A. По страницам зарубежных журналов. Двигателестроение. 2007, №4, с. 51-55.
QUESTIONS TO REDUCE NOX EMISSIONS IN THE EXHAUST GASES MEDIUM-SPEED MARINE DIESEL ENGINES
O.E. Andrusenko, S.E. Andrusenko
This article provides an overview of methods to reduce emissions of marine diesel engines of leading Diesel Building Factory
