ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПЛИВА ДЛЯ СМЕСИ ТОПЛИВА И ВОДЫ Российский патент 2020 года по МПК G01F1/74 G01F1/84 F02M25/25 B63G8/12 

Область техники

Описанные ниже варианты реализации относятся к вычислению потребления топлива и, в частности, к вычислению потребления топлива для смеси топлива и воды.

Уровень техники

В судостроительной промышленности для судовых двигателей используется тяжелое нефтетопливо. Количество воды в топливной магистрали, поставляющей топливо на двигатель, может быть малым относительно количества тяжелого нефтетоплива. Эта вода малой концентрации испаряется после испарения большей концентрации тяжелого нефтетоплива. Поскольку вода дешевле тяжелого нефтетоплива, выжигание воды улучшает эффективность двигателя. Однако, многие стандарты основаны на потреблении топлива без воды.

Например, значение Удельного Потребления Нефтетоплива (SFOC) - это топливная эффективность судового двигателя. Значение SFOC двигателя может быть вычислено по стандарту ISO (ISO 3046-1) и может быть сравнено с его Заводским Приемочным Тестированием SFOC для определения ресурса эксплуатации двигателя. Это сравнение по стандарту ISO также может быть использовано для доказательства эффективности профилактических программ поддержания/обслуживания, предоставляемых производителем двигателя, поскольку типичный срок эксплуатации двигателя составляет более чем 10 лет. Ниже приводятся несколько примеров измерительных данных, которые могут быть использованы для коррекции значения SFOC двигателя по стандарту ISO:

Окружающая температура

Окружающая влажность

Тепловое содержание топлива

Когда вода смешивается с топливом, тепловое содержание сжигаемой смеси отличается от теплового содержания чистого топлива. Если это влияние на тепловое содержание не учитывается, потребитель может интерпретировать ложные данные SFOC и, поэтому, не правильно оценить повышение/снижение эффективности технического обслуживания двигателя. Соответственно, имеется потребность в вычислении потребления топлива для смеси топлива и воды.

Сущность изобретения

Предоставляется система регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды, содержащая смеситель. В соответствии с вариантом реализации, система регулирования подачи топлива содержит источник топлива, гидравлически связанный со смесителем, источник топлива, конфигурируемый для измерения потока топлива в смеситель, источник воды, гидравлически связанный со смесителем, источник воды, конфигурируемый для измерения потока воды в смеситель, и расходомер смеси, гидравлически связанный со смесителем, расходомер смеси, конфигурируемый для приема и измерения свойств смеси топливо/вода от смесителя.

Предоставляется способ вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды. В соответствии с вариантом реализации, способ содержит течение смеси топливо/вода, измерение расхода топлива и воды в смеси топливо/вода, и вычисление потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды.

Объекты

В соответствии с объектом, система (300) регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды содержит смеситель (330), источник (310) топлива, гидравлически связанный со смесителем (330), источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения потока топлива на смеситель (330), источник (315) воды, гидравлически связанный со смесителем (330), источник (315) воды, конфигурируемый для измерения потока воды на смеситель (330), и расходомер (5) смеси, гидравлически связанный со смесителем (330), расходомер (5) смеси, конфигурируемый для приема и измерения свойств смеси топлива/вода от смесителя (330).

Предпочтительно, система (300) регулирования подачи топлива дополнительно содержит контроллер (360), соединенный с возможностью связи с источником (310) топлива, источник (315) воды, и расходомер (5) смеси, упомянутый контроллер (360), конфигурируемый для вычисления потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и измеренного расхода воды.

Предпочтительно, контроллер (360), конфигурируемый для вычисления потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и измеренного расхода воды содержит контроллер (360), конфигурируемый для вычисления потребления топлива на основании уравнения:

,

где:

SFOC - удельное потребление нефтетоплива (г/кВт ч);

Q_TEST - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время тестирования (МДж/кг);

Q_CONT - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время получения исходных параметров двигателя (МДж/кг), которое может обозначаться как заводское приемочное тестирование;

α - коэффициент регулировки мощности;

K - коэффициент номинальной мощности;

Be - потребление нефтетоплива на испытательном стенде (г/кВт ч); и

EDP - накачки насосов с приводом от двигателя (г/кВт ч).

Предпочтительно, низшее тепловое содержание топлива во время тестирования (Q_TEST) обновляется с использованием следующего уравнения:

Q_NEW=(Q_FUEL*m_FUEL)+( Q_WATER*m_WATER);

где:

Q_NEW - тепловое содержание смеси топливо/вода;

Q_FUEL - значение теплового содержания нефтетоплива;

Q_WATER - значение теплового содержания воды;

m_FUEL - коэффициент массового расхода топлива; и

m_WATER - коэффициент массового расхода воды.

Предпочтительно, контроллер (360), конфигурируемый для вычисления потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды, содержит контроллер (360), конфигурируемый для вычисления коэффициента (m_FUEL) массового расхода топлива и коэффициента (m_WATER) массового расхода воды на основании измеренного расхода топлива, измеренного расхода воды, и измеренного расхода смеси топливо/вода, предоставленного расходомером (5) смеси.

Предпочтительно, источник (315) воды содержит расходомер (5w) источника воды и источник (310) топлива содержит расходомер (5f) источника топлива.

Предпочтительно, источник (315) воды, конфигурируемый для измерения расхода воды, содержит источник (315) воды, конфигурируемый для измерения массового расхода воды (m_{FLOW WATER}), и источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения расхода топлива, содержит источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения массового расхода топлива (m_{FLOW FUEL}).

Предпочтительно, расходомер (5) смеси, конфигурируемый для приема и измерения свойств смеси топливо/вода от смесителя (330), содержит расходомер (5) смеси, конфигурируемый для измерения массового расхода смеси топливо/вода (m_{FLOW TOTAL}).

Предпочтительно, измеренный расход топлива и измеренный расход воды - это объемные расходы, и причем источник (310) топлива дополнительно сконфигурирован для измерения плотности потока топлива, источник (315) воды дополнительно сконфигурирован для измерения плотности потока воды, и свойства смеси топливо/вода содержат, по меньшей мере, одно из объемного расхода и плотности смеси топливо/вода.

В соответствии с объектом, способ вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды содержит течение смеси топливо/вода, измерение расхода топлива и воды в смеси топливо/вода, и вычисление потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды.

Предпочтительно, вычисление потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды содержит вычисление потребления топлива на основании уравнения:

,

где:

SFOC - удельное потребление нефтетоплива (г/кВт ч);

Q_TEST - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время тестирования (МДж/кг);

Q_CONT - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время получения исходных параметров двигателя (МДж/кг), который может обозначаться как заводское приемочное тестирование;

α - коэффициент регулировки мощности;

K - коэффициент номинальной мощности;

Be - потребление нефтетоплива на испытательном стенде (г/кВт ч); и

EDP - накачки насосов с приводом от двигателя (г/кВт ч).

Предпочтительно, низшее тепловое содержание топлива во время тестирования (Q_TEST) обновляется с использованием следующего уравнения:

Q_NEW=(Q_FUEL*m_FUEL)+(Q_WATER*m_WATER);

где:

Q_NEW - тепловое содержание смеси топливо/вода;

Q_FUEL - значение теплового содержания нефтетоплива;

Q_WATER - значение теплового содержания воды;

m_FUEL - коэффициент массового расхода топлива; и

m_WATER - коэффициент массового расхода воды.

Предпочтительно, вычисление потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды содержит вычисление коэффициента (m_FUEL) массового расхода топлива и коэффициента (m_WATER) массового расхода воды на основании измеренного расхода топлива и воды, и измеренного расхода смеси топливо/вода.

Предпочтительно, измерение расхода топлива и воды содержит измерение массового расхода воды (m_{FLOW WATER}) и измерение массового расхода топлива (m_{FLOW FUEL}).

Предпочтительно, измерение расхода топлива и воды содержит измерение массового расхода смеси топливо/вода (m_{FLOW TOTAL}).

Предпочтительно, измеренный расход топлива и измеренный расход воды - это объемные расходы, и причем способ дополнительно содержит измерение плотности, по меньшей мере, одного из потока топлива и потока воды.

Краткое описание чертежей

То же самое цифровое обозначение представляет тот же самый элемент на всех чертежах. Следует понимать, что чертежи не обязательно приведены в масштабе.

Фиг.1 изображает систему 100 регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды.

Фиг.2 - другая система 200 регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды.

Фиг.3 - другая система 300 регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды.

Фиг.4 - способ 400 для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды.

Подробное Описание

Чертежи на Фиг.1-4 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант реализации вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды. С целью пояснения принципов изобретения, некоторые обычные объекты были упрощены или исключены. Специалистам в данной области техники будут очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний настоящего описания. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что описанные ниже признаки могут быть различным образом скомбинированы, образуя множественные вариации вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды. Таким образом, описанные ниже варианты реализации не ограничивается описанными ниже конкретными примерами.

Система регулирования подачи топлива

На Фиг.1 показана система 100 регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды. Как показано на Фиг.1, система 100 регулирования подачи топлива состоит из расходомера 5 смеси, гидравлически связанного с двигателем 20. Также показан рециркулятор 150, который содержит топливную линию, переносящую не потребленное топливо, предоставляемое двигателем 20. Рециркулятор 150 повторно подает не потребленное топливо назад на двигатель 20 для его потребления. Расходомер 5 смеси гидравлически связан с двигателем 20 через рециркулятор 150.

Как показано на Фиг.1, расходомер 5 смеси может быть вибрационным расходомером, например, расходомером Кориолиса, хотя в альтернативных вариантах реализации может быть использован любой подходящий расходомер. Расходомер 5 смеси может быть сконфигурирован для измерения и/или определения свойств и характеристик топлива, текущего через расходомер 5 смеси. Например, расходомер 5 смеси может измерять расход смеси топливо/вода, текущей через расходомер 5 смеси.

Хотя расходомер 5 смеси показан как отдельный интегральный блок, расходомер 5 смеси может состоять из отдельных компонентов, распределенных всюду по системе 100 регулирования подачи топлива. Например, электронный измеритель в расходомере 5 смеси может быть частью отдельного контроллера, который соединен с возможностью связи, например, с двигателем 20. Дополнительно, или альтернативно, расходомер 5 смеси может состоять из отдельных компонентов, которые выполняют определенные функции, например, первый компонент, который измеряет плотность топлива, второй компонент, который измеряет расход, и т.д. Расходомер 5 смеси также может быть расположен в других местоположениях в системе 100 регулирования подачи топлива. Например, расходомер 5 смеси может быть расположен ближе к двигателю 20, может быть быть частью рециркулятора 150, и т.д.

Как показано на Фиг.1, расходомер 5 смеси принимает смесь топливо/вода и предоставляет смесь топливо/вода на рециркулятор 150. Смесь топливо/вода, предоставленная расходомером 5 смеси, смешивается с не потребляемой смесью топливо/вода, предоставленной двигателем 20. Как можно видеть, расходомер 5 смеси предоставляет смесь топливо/вода на рециркулятор 150 со скоростью, которая совпадает со скоростью потребления топлива двигателем 20. Как также можно видеть, на Фиг.1 показана последовательная конфигурация. То есть, только один расходомер 5 смеси используется для предоставления смеси топливо/вода на двигатель 20. Кроме того, скорость потребления топлива двигателем 20 определяется расходомером 5 смеси. Могут быть использованы другие конфигурации, как будет видно из нижеследующего рассмотрения.

На Фиг.2 показана другая система 200 регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды. Как показано на Фиг.2, система 200 регулирования подачи топлива состоит из входных расходомеров 5i, гидравлически связанных с двигателем 20. Возвратные расходомеры 5r также гидравлически связаны с двигателем 20. Также, показан рециркулятор 250, который содержит топливную линию, повторно подающий не потребленную смесь топливо/вода, предоставляемую двигателем 20. Рециркулятор 250 повторно подает смесь топливо/вода назад на двигатель 20 для ее потребления. Впускные расходомеры 5i гидравлически связаны с двигателем 20, и возвратные расходомеры 5r гидравлически связаны с впускными расходомерами 5i через рециркулятор 250. Впускные и возвратные расходомеры 5i, 5r могут быть такими же, что и расходомер 5 смеси, описанный в связи с Фиг.1. Также показан расходомер 5w источника воды и расходомер 5f источника топлива, которые гидравлически связаны со смесителем 230. Смеситель 230 гидравлически связан с впускными и возвратными расходомерами 5i, 5r.

Расходомер 5w источника воды и расходомер 5f источника топлива соответственно подают воду и топливо на смеситель 230. Расходомер 5w источника воды и расходомер 5f источника топлива измеряют расход воды и топлива, подаваемые на смеситель 230. Измеренный расход может быть любым подходящим расходом, например, объемным или массовым расходом. Смеситель 230 смешивает топливо и воду в смесь топливо/вода и подает смесь топливо/вода на впускные расходомеры 5i.

Впускные расходомеры 5i принимают смесь топливо/вода от смесителя 230 и подают смесь топливо/вода на двигатель 20. Смесь топливо/вода, предоставляемая впускными расходомерами 5i, смешивается с не потребляемой смесью топливо/вода, предоставляемой двигателями 20. Как можно видеть, впускные расходомеры 5i подают вновь смешанную смесь топливо/вода на двигатели 20 со скоростью, которая может быть подобной скорости потребления двигателями 20. Скорость потребления топлива двигателями 20 также может быть подобной разности в расходах, измеренных впускными расходомерами 5i и возвратными расходомерами 5r. Как также можно видеть, на Фиг.2 показана параллельная конфигурация впускных расходомеров 5i, двигателей 20, и возвратных расходомеров 5r.

На Фиг.3 показана другая система 300 регулирования подачи топлива для вычисления потребления топлива для смеси топлива и воды. Как показано на Фиг.3, система 300 регулирования подачи топлива состоит из топливного источника 310, гидравлически связанного с клапаном 320. Клапан 320 гидравлически связан с первым смесителем 330, который сконфигурирован для приема топлива, подаваемого через клапан 320. Первый смеситель 330 гидравлически связан с источником 315 воды и сконфигурирован для приема воды, предоставляемой источником 315 воды. Первый смеситель 330 гидравлически связан с расходомером 5 смеси, показанным на Фиг.3, и сконфигурирован для подачи смеси топливо/вода на расходомер 5 смеси. Расходомер 5 смеси сконфигурирован для приема и измерения свойств подаваемой смеси топливо/вода. Расходомер 5 смеси гидравлически связан со вторым смесителем 340. Второй смеситель 340 также гидравлически связан с двигателем 20 и рециркулятором 350. Второй смеситель 340 и рециркулятор 350 гидравлически связаны с двигателем 20. Второй смеситель 340 сконфигурирован для приема и смешивания подаваемой смеси топливо/вода, предоставляемой расходомером 5 смеси и повторно подаваемой смеси топливо/вода от рециркулятора 350, во вновь смешиваемую смесь топливо/вода. Второй смеситель 340 подает вновь смешанную смесь топливо/вода на двигатель 20. Расходомер 5 смеси, двигатель 20, источник 310 топлива, источник 315 воды, клапан 320, и рециркулятор 350 соединены с возможностью связи с контроллером 360.

Источник 310, 315 топлива и воды может содержать или включать в себя расходомер 5w источника воды и расходомер 5f источника топлива. Например, источник 310, 315 топлива и воды может включать в себя резервуар, который гидравлически связан со впуском на расходомере 5w источника воды и расходомере 5f источника топлива. Соответственно, расходомер 5w источника воды и расходомер 5f источника топлива соединены с возможностью связи с контроллером 360. Расходомер 5w источника воды и расходомер 5f источника топлива также предоставляют топливо и воду на первый смеситель 330. Расходомер 5 смеси может быть упрощенным вариантом впускного и возвратного расходомеров 5i, 5r. Расходомер 5 смеси может измерять потребление смеси топливо/вода двигателем 20.

Первый и второй смесители 330, 340 могут быть резервуарами, сконфигурированными для удержания и смешивания смеси топливо/вода в однородную смесь. Первый и второй смеситель 330, 340 могут использовать различные механизмы для гомогенизации топлива. Например, первый и второй смеситель 330, 340 может использовать, например, присутствующие вибрации, мешалки, или подобное для гомогенизации топлива. Однако, любая подходящая конфигурация может быть использована в альтернативных вариантах реализации. Будучи гомогенизированной, смесь топливо/вода однородно состоит из принятого топлива и воды. Как можно заметить, при этой однородности, концентрации топлива и воды могут изменяться с течением времени.

Рециркулятор 350 может быть сконфигурирован для формирования смеси топливо/вода, повторно подаваемую двигателем 20 для потребления двигателем 20. Рециркулятор 350 может состоять из контроллера давления, контроллера температуры, или подобного, хотя может быть использована любая подходящая конфигурация. Формирование смеси топливо/вода, повторно подаваемой двигателем 20, может включать в себя контроллер 360, управляющий давлением, температурой, и т.д., так, что повторно подаваемая смесь топливо/вода оказывается подходящей для использования двигателем 20. Однако, в альтернативных вариантах реализации, повторная подача смеси топливо/вода может включать в себя использование компонент, которыми не управляет контроллер 360.

Контроллер 360 может быть электронной платой, которая включает в себя процессор, соединенный с возможностью связи с устройством памяти и портами ввода/вывода, хотя в альтернативных вариантах реализации может быть использован любой подходящий контроллер. Контроллер 360 может включать в себя программное обеспечение, которое выполняет способы, такие как описанные здесь способы, для управления потоком смеси топливо/вода через систему 300 регулирования подачи топлива, показанную на Фиг.3. Программное обеспечение может сохраняться в устройстве памяти и выполняться процессором в контроллере 360. Хотя контроллер 360 описан как представляющий собой единственную электронную плату, в альтернативных вариантах реализации, другие контроллеры могут состоять из двух или нескольких электронных плат, например, из вспомогательных плат, модулей, или подобного.

Хотя и не показано на Фиг.3, система 300 регулирования подачи топлива может состоять из дополнительных компонентов, таких как датчики температуры или давления, клапанов управления потоком, регуляторов давления, или подобного. Альтернативно, другие варианты реализации могут не использовать все компоненты, показанные на Фиг.3. Например, другие варианты реализации могут не использовать первый и второй смесители 330, 340, рециркулятор 350, и т.д. Дополнительно или альтернативно, компоненты, показанные на Фиг.3, могут иметь другие конфигурации. Например, первый и второй смесители 330, 340 могут включать в себя датчики и/или актуаторы, которые управляются контроллером 360 для смешивания смеси топливо/вода, принятой первым и вторым смесителями 330, 340.

Как показано, контроллер 360 может быть сконфигурирован для связи с расходомером 5 смеси, двигателем 20, источником 310 топлива, источником 315 воды, клапаном 320, и рециркулятором 350, используя порты ввода/вывода. Порты ввода/вывода могут быть сконфигурированы для связи с использованием любого соответствующего средства связи, например, последовательного, параллельного, пакетного, и т.д. Контроллер 360 может принимать, например, измерения расхода от источника 310 топлива, источника 315 воды, расходомера 5 смеси, данные потребления топлива от двигателя 20, информацию о положении клапана от клапана 320, и данные рециркуляции смеси топливо/вода от рециркулятора 350 через порты ввода/вывода. Контроллер 360 может также посылать команды, такие как команды открытия/закрытия клапана на клапан 320 и команды формирования топлива на рециркулятор 350.

Процессор в контроллере 360 может использовать принятые данные расхода для вычисления расхода смеси топливо/вода, текущей через расходомер 5 смеси. Процессор в контроллере 360 также может быть сконфигурирован для определения скорости потребления смеси топливо/вода, используя расход смеси топливо/вода, предоставленный расходомером 5 смеси. Процессор в контроллере 360 также может посылать команды для открытия и закрытия клапана 320 по портам ввода/вывода. Контроллер 360 также может включать таймер, используемый процессором для определения времени, когда команды посылаются на клапан 320. Как будет пояснено более подробно ниже, контроллер 360 может вычислять потребление топлива для смеси топливо/вода.

Тепловое содержание для топлива (без содержания воды) используется в рамках вычисления ISO-SFOC, что видно ниже из уравнения (1) для Q_TEST:

, (1)

где:

SFOC - удельное потребление нефтетоплива (г/кВт ч);

Q_TEST - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время тестирования (МДж/кг);

Q_CONT - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время получения исходных параметров двигателя (МДж/кг), которое может обозначаться как заводское приемочное тестирование;

α - коэффициент регулировки мощности;

K - коэффициент номинальной мощности;

Be - потребление нефтетоплива на испытательном стенде (г/кВт ч); и

EDP - накачки насосов с приводом от двигателя (г/кВт ч).

Хотя используется термин "SFOC", альтернативные термины, такие как, например, BISO, также могут использоваться - которые также относятся к потреблению нефтетоплива в соответствии с ISO 3046-1.

Когда смесь топливо/вода подается на расходомер 5 смеси, вычисляется обновленное значение теплового содержания смеси топливо/вода, как видно ниже из уравнения (2):

Q_NEW=(Q_FUEL*m_FUEL)+(Q_WATER*m_WATER); (2)

где:

Q_NEW - тепловое содержание смеси топливо/вода;

Q_FUEL - значение теплового содержания нефтетоплива;

Q_WATER - значение теплового содержания воды;

m_FUEL - коэффициент массового расхода топлива; и

m_WATER - коэффициент массового расхода воды.

Коэффициенты концентрации массового расхода, m_FUEL и m_WATER, вычисляются в нижеприведенных уравнении (3) и уравнении (4), соответственно:

, и (3)

, (4)

где:

m_{FLOW FUEL} - массовый расход топлива;

m_{FLOW WATER} - массовый расход воды; и

m_{FLOW TOTAL} - массовый расход смеси топливо/вода.

Массовый расход топлива, воды, и смеси топливо/вода измеряется расходомерами 5w, 5f источника воды и топлива и расходомером 5 смеси, описанным в связи с Фиг.3. Расходомеры 5w, 5f источника воды и топлива и расходомер 5 смеси могут предоставить измеренные массовые расходы на контроллер 360, который может вычислить коэффициенты концентрации массового расхода, используя уравнения (3) и (4), тепловое содержание смеси топливо/вода Q_NEW, используя уравнение (2), и SFOC для смеси топливо/вода. При вычислении SFOC для смеси топливо/вода, тепловое содержание смеси топливо/вода Q_NEW используется вместо Q_TEST, как показано в нижеследующем уравнении (5):

, (5)

где:

SFOC_CORR - удельное потребление нефтетоплива (г/кВт ч), скорректированное для смеси топливо/вода.

Соответственно, скорректированное удельное потребление нефтетоплива, SFOC_CORR включает в себя тепловое содержание воды даже при том, что базовое или заводское приемочное тестирование SFOC использовало только тепловое содержание нефтетоплива Q_CONT.

Могут быть использованы другие способы для коррекции SFOC. Например, альтернативный способ для коррекции SFOC для смеси заключается в коррекции значения "потребляемой топливной массы" и сохранении нескорректированного значения "теплового содержания топлива". Значение "потребляемой топливной массы" корректируется при использовании только топлива, добавленного к топливной смеси, вместо использования измерения сожженного всего флюида. Альтернативно, измерения расхода расходомерами 5w, 5f источника воды и топлива и расходомером 5 смеси могут быть измерениями объемного расхода. Соответственно, вычисление потребления топлива может быть основанным на объеме, а не на массе. Ниже показан способ, которым вычисляется потребление топлива смеси топливо/вода.

Способ

На Фиг.4 показан способ 400 для вычисления потребления топлива смеси топлива и воды. Способ 400 начинается с течения смеси топливо/вода на этапе 410. Смесь топливо/вода может быть смесью нефтетоплива, предоставленного источником 310 топлива, и воды, предоставленной источником 315 воды, хотя может быть использована любая подходящая смесь топливо/вода. Смесь топливо/вода может быть смешана в первом смесителе 330 и предоставлена на расходомер 5 смеси. Концентрации топлива и воды могут варьироваться во времени, например, управлением расхода топлива или воды.

На этапе 420, способ 400 измеряет расход топлива и воды в смеси топливо/вода. Вследствие варьирования концентраций топлива и воды, может варьироваться и измеряемый массовый расход топлива и/или воды. Расход воды и топлива может быть измерен расходомерами 5w, 5f источника воды и топлива. Расходомеры 5w, 5f источника воды и топлива могут предоставить измеренный расход топлива и воды на контроллер 360. Аналогично, расход смеси топливо/вода может быть измерен расходомером 5 смеси и предоставлен на контроллер 360.

На этапе 430, способ 400 вычисляет потребление топлива на основании измеренного расхода топлива и воды. Вычисленное потребление топлива может быть скорректировано удельным потреблением нефтетоплива SFOC_CORR, вычисленным с использованием уравнения (5), хотя может быть использовано любое подходящее вычисление потребления топлива. В отношении уравнений (2)-(5), низшее тепловое содержание смеси топливо/вода Q_NEW может быть вычислено на основании массовых расходов топлива и воды m_{FLOW FUEL}, m_{FLOW WATER}. Скорректированное удельное потребление нефтетоплива SFOC_CORR может быть вычислено на основании низшего теплового содержания смеси топливо/вода.

Потребление топлива может вычисляться непрерывно. Например, контроллер 360 может непрерывно принимать измерения массового расхода m_{FLOW FUEL}, m_{FLOW WATER} от расходомеров 5w, 5f источника воды и топлива и полный массовый расход m_{FLOW TOTAL} от расходомера 5 смеси для непрерывного и итерационного вычисления скорректированного удельного потребления нефтетоплива SFOC_CORR. Дополнительно или альтернативно, может быть учтена временная задержка между измерениями массового расхода m_{FLOW FUEL}, m_{FLOW WATER}, m_{FLOW TOTAL} и потреблением соответствующей смеси топливо/вода. Например, скорректированное удельное потребление нефтетоплива, SFOC_CORR может быть вычислено с данными измерения, которые смещены на задержку для гарантии того, что коэффициент K номинальной мощности и накачками EDP питания двигателя, так же как и любые другие корректирующие коэффициенты, которые варьируются во времени, соответствует смеси топливо/вода, фактически потребляемой двигателем 20. Задержка может быть фиксированным значением или может быть скоррелирована с массовым расходом m_{FLOW TOTAL} смеси топливо/вода.

Как объяснено выше, система 300 регулирования подачи топлива и способ 400 вычисляют потребление топлива для смеси топлива и воды. Потребление топлива может быть вычислено на основании массового расхода топлива и массового расхода воды, которые могут быть измерены расходомерами 5w, 5f источника воды и топлива. Контроллер 360 может вычислить потребление топлива, используя тепловое содержание и топлива и воды в смеси топливо/вода. Тепловое содержание смеси топливо/вода может быть основанным на массовых концентрациях топлива и воды в смеси топливо/вода. Например, скорректированное удельное потребление нефтетоплива SFOC_CORR может быть вычислено со скорректированным тепловым содержанием смеси топливо/вода Q_NEW, тем самым, корректируя тепловое содержание воды в смеси топливо/вода.

В результате, удельное потребление SFOC нефтетоплива двигателя 20 может быть вычислено по стандарту ISO (например, ISO 3046-1) и сравнено с его Заводским Приемочным Тестированием SFOC для определения ресурса эксплуатации двигателя, даже при том, что двигатель 20 потребляет смесь топливо/вода. Это сравнение со стандартом ISO также может быть использовано для доказательства эффективности профилактических программ поддержки/обслуживания, продаваемых изготовителем двигателя 20. Эффективность профилактических программ поддержки/обслуживания может быть более точно оценена со скорректированным удельным потреблением нефтетоплива SFOC_CORR, чем если бы использовалось вычисление не скорректированного удельного потребления нефтетоплива SFOC.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассматриваемых авторами как находящиеся в пределах объема притязаний настоящего описания. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или устранены, образуя дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов настоящего описания. Также специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, образуя дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и принципов настоящего описания.

Таким образом, хотя некоторые варианты реализации описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках настоящего описания, как будет видно специалистам в данной области техники. Представленные здесь принципы могут быть применены к другим вычислениям потребления топлива для смеси топлива и воды и не только к вариантам реализации, описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем притязаний описанных выше вариантов реализации должен быть определен из нижеследующей формулы.

Предоставляется система (300) регулирования подачи топлива для вычисления эффективности потребления топлива для смеси топлива и воды. Система (300) регулирования подачи топлива включает в себя смеситель (330), источник (310) топлива, гидравлически связанный со смесителем (330), источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения расхода топлива на смеситель (330), источник (315) воды, гидравлически связанный со смесителем (330), источник (315) воды, конфигурируемый для измерения расхода воды на смеситель (330), и расходомер (5) смеси, гидравлически связанный со смесителем (330). Расходомер (5) смеси сконфигурирован для приема и измерения свойств смеси топливо/вода от смесителя (330). Контроллер (360), соединенный с возможностью связи с источником (310) топлива, конфигурован для вычисления эффективности потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и измеренного расхода воды и измеренного расхода смеси топливо/вода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система (300) регулирования подачи топлива для вычисления эффективности потребления топлива для смеси топлива и воды, система (300) регулирования подачи топлива, содержащая:

смеситель (330);

источник (310) топлива, гидравлически связанный со смесителем (330), источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения потока топлива на смеситель (330);

источник (315) воды, гидравлически связанный со смесителем (330), источник (315) воды, конфигурируемый для измерения потока воды на смеситель (330); и

расходомер (5) смеси, гидравлически связанный со смесителем (330), расходомер (5) смеси, конфигурируемый для приема и измерения свойства смеси топливо/вода от смесителя (330), причем свойства содержат измеренный расход смеси топливо/вода, и

контроллер (360), соединенный с возможностью связи с источником (310) топлива, источник (315) воды и расходомер (5) смеси, упомянутый контроллер (360), конфигурируемый для вычисления эффективности потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и измеренного расхода воды и измеренного расхода смеси топливо/вода.

2. Система (300) регулирования подачи топлива по п.1, причем контроллер (360), конфигурируемый для вычисления эффективности потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и измеренного расхода воды, содержит контроллер (360), конфигурируемый для вычисления эффективности потребления топлива на основании уравнения:

,

где:

SFOC - удельное потребление нефтетоплива (г/кВт ч);

Q_TEST - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время тестирования (МДж/кг);

Q_CONT - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время получения исходных параметров двигателя (МДж/кг), которое может обозначаться как заводское приемочное тестирование;

α - коэффициент регулировки мощности;

K - коэффициент номинальной мощности;

Be - потребление нефтетоплива на испытательном стенде (г/кВт ч); и

EDP - накачки насосов с приводом от двигателя (г/кВт ч).

3. Система (300) регулирования подачи топлива по п.2, причем низшее тепловое содержание (Q_TEST) топлива во время тестирования обновляется с использованием следующего уравнения:

Q_NEW=(Q_FUEL*m_FUEL)+( Q_WATER*m_WATER);

где:

Q_NEW - тепловое содержание смеси топливо/вода;

Q_FUEL - значение теплового содержания нефтетоплива;

Q_WATER - значение теплового содержания воды;

m_FUEL - коэффициент массового расхода топлива; и

m_WATER - коэффициент массового расхода воды.

4. Система (300) регулирования подачи топлива по п.1, причем контроллер (360), конфигурируемый для вычисления эффективности потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды, содержит контроллер (360), конфигурируемый для вычисления коэффициента массового расхода топлива (m_FUEL) и коэффициента массового расхода воды (m_WATER) на основании измеренного расхода топлива, измеренного расхода воды и измеренного расхода смеси топливо/вода, предоставленного расходомером (5) смеси.

5. Система (300) регулирования подачи топлива по п.1, причем источник (315) воды содержит расходомер (5w) источника воды и источник (310) топлива содержит расходомер (5f) источника топлива.

6. Система (300) регулирования подачи топлива по п.1, причем источник (315) воды, конфигурируемый для измерения расхода воды, содержит источник (315) воды, конфигурируемый для измерения массового расхода воды (m_{FLOW WATER}), и источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения расхода топлива, содержит источник (310) топлива, конфигурируемый для измерения массового расхода топлива (m_{FLOW FUEL}).

7. Система (300) регулирования подачи топлива по п.1, причем расходомер (5) смеси, конфигурируемый для приема и измерения свойства смеси топливо/вода от смесителя (330), содержит расходомер (5) смеси, конфигурируемый для измерения массового расхода смеси топливо/вода (m_{FLOW TOTAL}).

8. Система (300) регулирования подачи топлива по п.1, причем измеренный расход топлива и измеренный расход воды - это объемные расходы, и причем источник (310) топлива дополнительно сконфигурирован для измерения плотности потока топлива, источник (315) воды дополнительно сконфигурирован для измерения плотности потока воды, и свойства смеси топливо/вода содержат по меньшей мере одно из объемного расхода и плотности смеси топливо/вода.

9. Способ вычисления эффективности потребления топлива для смеси топлива и воды, способ, содержащий:

течение смеси топливо/вода;

измерение расхода топлива и расхода воды в смеси топливо/вода; и

вычисление эффективности потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды.

10. Способ по п.9, причем вычисление потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды содержит вычисление потребления топлива на основании уравнения:

,

где:

SFOC - удельное потребление нефтетоплива (г/кВт ч);

Q_TEST - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время тестирования (МДж/кг);

Q_CONT - значение низшей теплотворности нефтетоплива во время получения исходных параметров двигателя (МДж/кг), которое может обозначаться как заводское приемочное тестирование;

α - коэффициент регулировки мощности;

K - коэффициент номинальной мощности;

Be - потребление нефтетоплива на испытательном стенде (г/кВт ч); и

EDP - накачки насосов с приводом от двигателя (г/кВт ч).

11. Способ по п.10, причем низшее тепловое содержание топлива во время тестирования (QTEST) обновляется с использованием следующего уравнения:

Q_NEW=(Q_FUEL*m_FUEL)+( Q_WATER*m_WATER);

где:

Q_NEW - тепловое содержание смеси топливо/вода;

Q_FUEL - значение теплового содержания нефтетоплива;

Q_WATER - значение теплового содержания воды;

m_FUEL - коэффициент массового расхода топлива; и

m_WATER - коэффициент массового расхода воды.

12. Способ по п.9, причем вычисление эффективности потребления топлива на основании измеренного расхода топлива и воды содержит вычисление коэффициента массового расхода топлива (m_FUEL) и коэффициента массового расхода воды (m_WATER) на основании измеренного расхода топлива и воды и измеренного расхода смеси топливо/вода.

13. Способ по п.9, причем измерение расхода топлива и воды содержит измерение массового расхода воды (m_{FLOW WATER}) и измерение массового расхода топлива (m_{FLOW FUEL}).

14. Способ по п.9, причем измерение расхода топлива и воды содержит измерение массового расхода смеси топливо/вода (m_{FLOW TOTAL}).

15. Способ по п.9, причем измеренный расход топлива и измеренный расход воды - это объемные расходы, и причем способ дополнительно содержит измерение плотности по меньшей мере одного из расхода топлива и расхода воды.