Sensitivity optimisation of a main marine diesel engine electronic speed governor

Abstract

Electronic speed governors have become widespread on marine diesel engines. In comparison with hydromechanical ones, they have an additional setting parameter – input signal sensitivity. This parameter allows changing the response of governors to high-frequency disturbances. In camshaft diesel engines, such disturbances are generated when the cams run over fuels pump push rods, while in ME (MAN Energy Solutions) or RT-flex (Wärtsilä) engines they result from the use of inductive sensors with a serrated tape on the diesel shaft for speed measurement. If the engine is used as a main engine on vessels, the governor’s sensitivity additionally allows governors to vary the response to propeller shaft resistance moment fluctuations in sea waves conditions. In practice the value of sensitivity of electronic speed governors of main marine engines is selected intuitively. As a result, the adjustment of governors doesn’t provide satisfactory stability of speed modes at the change of sea conditions. The study aims to develop a methodology for adjusting the sensitivity of main engines electronic speed governors with considering the stochasticity of the load on the diesel engine in sea waves state. The study was carried out using the systems of automatic speed control model, which is based on the assumption of relatively small deviations of diesel engine shaft rotation speed and load parameters at sea waves conditions. Considering the character and magnitude of change of load on diesel engine at sea waves conditions depend on many variables of external conditions (waves levels, course of a vessel in relation to wind-wave conditions, wind gusts, vessel’s loading condition, given speed of a vessel), any set value of sensitivity of electronic speed governors appears to be optimum only for a particular case of vessel movement in sea waves state. The scientific novelty is defined by the fact that recommendations on the choice of governor sensitivity are determined with considering stochasticity of propeller shaft resistance moment fluctuations at sea waves conditions, that increased accuracy, and validity of recommendations. The practical significance of the research consist in the increase of stability of speed modes of the main engine with electronic speed governor at various sea waves conditions.

Електронні регулятори частоти обертання набули широкого поширення на суднових дизелях і, порівняно з гідромеханічними, мають додатковий параметр налаштування чутливості до вхідного сигналу. Цей параметр дозволяє змінювати реакцію регуляторів на високочастотні збурення. У дизелях з розподільним валом такі збурення генеруються при набіганні кулачків на штовхачі паливних насосів, а в двигунах типу ME (MAN Energy Solutions) або RT-flex (Wärtsilä) вони виникають внаслідок використання індуктивних датчиків із зубчастою стрічкою на валу дизеля для вимірювання частоти обертання. Якщо двигун використовується як головний на суднах, то чутливість регулятора додатково дозволяє змінювати реакцію регуляторів на коливання моменту опору гребного валу при хвилюванні. Однак на практиці величина чутливості електронних регуляторів частоти обертання головних суднових дизелів вибирається інтуїтивно. Це призводить до того, що налаштування регуляторів не забезпечує задовільну стабільність швидкісних режимів при зміні морської обстановки. Метою дослідження є розробка методології налаштування чутливості електронних регуляторів частоти обертання головних двигунів з урахуванням стохастичності навантаження на дизельний двигун під час хитавиці на морі. Дослідження проведено з використанням моделі систем автоматичного регулювання швидкості, яка базується на припущенні відносно малих відхилень швидкості обертання валу дизеля та параметрів навантаження в умовах морських хвиль. Врахування характеру та величини зміни навантаження на дизельний двигун в умовах морських хвиль залежить від багатьох змінних зовнішніх умов (бальність моря, курсу судна щодо умов вітрових хвиль, поривів вітру, стану завантаження судна, заданої швидкості руху судна), будь-яке задане значення чутливості електронних регуляторів частоти обертання виявляється оптимальним лише для конкретного випадку руху судна під час хитавиці на морі. Наукова новизна визначається тим, що рекомендації щодо вибору чутливості регуляторів визначені з урахуванням стохастичності коливань моменту опору гребного валу при хвилюванні, що підвищило точність та обґрунтованість рекомендацій. Практична значущість дослідження полягає у підвищенні стабільності швидкісних режимів головного двигуна з електронними регуляторами частоти обертання за різного хвилювання.