Автоматизация Симонов Исходные данные. Курсовой проект По дисциплине "Автоматизация судовых систем и механизмов"

• Название: Курсовой проект По дисциплине "Автоматизация судовых систем и механизмов"
• Дата: 27.09.2022
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: Автоматизация Симонов Исходные данные.docx
• Тип: Курсовой проект; #701323

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Волжский государственный университет водного транспорта

(ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)

(Управление ВО)




Курсовой проект
По дисциплине

"Автоматизация судовых систем и механизмов"

Однорежимный регулятор частоты вращения вала дизеля, привести схему регулятора Р-11М

Выполнил:

студент 5 курса заочного обучения

специальность 260506 «Эксплуатация СЭУ»

СМ- 15 - 1867 Симонов А. В.

Проверил: Матвеев Ю.И.
Нижний Новгород

2021 г.

Оглавление

Введение 3

1.Основные технические характеристики судна 5

2.Система ДАУ судовых дизель-генераторов 11

3.Элемент автоматики. Однорежимный регулятор частоты вращения вала дизеля, привести схему регулятора Р-11М. 15

4. Расчеты 18

5.Схема автоматизации 20

Заключение. 27

Список литературы 29

Введение

Автоматизация судов — это процесс, при котором функции управления судном и его оборудованием, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и техническим устройствам. Автоматизация судовождения обеспечивает безопасность рейсов судов. При автоматизации судовых энергетических установок повышается надежность и экономичность работы оборудования, увеличивается производительность и улучшаются условия труда плавсостава, сокращается его численность.

Различают частичную и комплексную автоматизацию. В 40-50-х гг. началась автоматизация отдельных механизмов на судах.

Работы в области комплексной автоматизации отечественных судов были начаты в 60-х годах. На судах типа «Новгород» было реализовано шесть различных программ автоматизации, что дало возможность накопить значительный опыт эксплуатации автоматизированных судов. Полученные результаты отражены в Правилах Регистра.

Надзору на судне подлежат системы автоматизации главных двигателей, котельной установки, судовой электростанции, системы компрессоров сжатого воздуха, осушительной системы, вспомогательных механизмов и др.

Межремонтный ресурс автоматизированного оборудования должен быть не менее 25 тыс. ч, ежегодная наработка оборудования без подрегулировок и наладок должна составлять не менее 5 тыс. ч.

Элементы и устройства автоматизации должны безотказно работать при длительном крене судна до 22,5° и длительном дифференте до 10°, а также при бортовой качке до 45° с периодами 5-17 сек.

Все оборудование автоматизации конструируют, или выбирают по принципу «выход из строя в безопасную сторону».

На современных автоматизированных судах общее число средств так называемой «периферийной автоматики» достигает 500-700 ед. Практика эксплуатации показывает, что именно эта аппаратура наименее надежна. Многочисленные датчики и сигнализаторы имеют ресурсные характеристики в 2-2,5 раза ниже, чем гарантированный ресурс самих комплексных систем автоматизации. Характеристики надежности комплексных систем автоматизации, поставляемых на флот, гарантируются разработчиками без учета входящих в системы датчиков. При гарантированном техническом ресурсе автоматизированного комплекса, равном 25тыс.ч, и суммарной наработке на отказ не менее 5 тыс.ч до 75% входящих в него датчиков имеют технический ресурс 5-10 тыс.ч и фактическую наработку не более 2-3 тыс.

Первостепенными задачами на современном этапе развития автоматизации являются: повышение надежности элементной базы; организация технического обслуживания систем автоматизации в судовых условиях и в порту; подготовка кадров, способных технически грамотно эксплуатировать системы автоматизации и выполнять необходимые профилактические мероприятия.

1. Основные технические характеристики судна

Проект №507Б
Тип судна: Сухогрузный двухвинтовой теплоход с трюмом, имеющим люковое брызгонепроницаемое закрытие, баком, МО и надстройкой в корме.

Предназначен для перевозки генеральных, сыпучих, навалочных грузов, контейнеров и промышленного оборудования.

Класс Речного Регистра – «О»
Размеры корпуса расчетные, м
Класс Речного Регистра – «М пр(лед)»

Размеры корпуса расчетные, м

Длинна – 97,3

Ширина – 12,7

Высота борта – 3,4

Осадка кормой – 2,44

Мощность и число главных дизелей, кВт – 2 х 576

Частота вращения, – 500 мин-1

Скорость хода, км/ч – 19,5

Диаметр гребного винта, м – 1,2

Коэффициент полноты водоизмещения – 0,74

Главные двигатели:

Тип – 8NVD36 A-1U

Количество – 2

Мощность – 576 кВт

Частота вращения – 500 мин-1

ДАУ – гидравлическое

Движители:

Тип – гребной винт

Количество – 2

Диаметр – 1,2 м

Шаг – 1,45 м

Число лопастей – 3

Частота вращения – 335 мин-1

Электростанция:

Род тока и напряжение – переменный трехфазный 380 - переменный трехфазный, 220 В.

Аварийное освещение – постоянный 24 В

Дизель-генератор

Количество – 2

Дизель – К-462М

Мощность – 50 кВт

Частота вращения – 1500 мин-1

Генератор ДГА50М-9

Мощность –80 кВт

Напряжение - 220 В

Дизель-генератор аварийный

Количество – 1

Дизель – 6Ч 12/14

Мощность – 58,8 кВт

Частота вращения – 1500 мин-1

Генератор МСК – 83 – 4

Мощность –50 кВт

Напряжение - 220 В

Системы, обслуживающие главную установку

Система сжатого воздуха:

Компрессор – 20К1 – Э9

Количество - 2

Подача – 30 м3/ч

Давление – 3 МПа

Пусковой баллон

Количество – 4

Вместимость – 0,25 м3

Давление – 3 Мпа

Топливная система

Цистерна основного запаса топлива– 72,00 м3

Цистерна расходного топливная -1.05

Цистерна запасного топлива котло-агрегата – 6,0 м3

Цистерна расходного топлива аварийного дизель-генератора – 0,3 м3

Топливоперекачивающий насос – Ш5-25-3,6/4,2

Количество - 2

Подача – 1,4 м3/ч

Напор – 0,4 Мпа

Топливоперекачивающий насос – Ш2-25-1,4/16

Количество - 2

Подача – 3,6 м3/ч

Напор – 0,16 Мпа

Топливоперекачивающий насос (ручной) – НР-1,25

Количество - 1

Подача за двойной ход – 0,15 л

Напор – 0,3 Мпа

Сепаратор топлива – СЦ – 1,5/П

Подача – 1,5 м3/ч

Масляная система

Цистерна основного запаса масла

Вместимость – 1,85 м3

Цистерна отработавшего масла

Вместимость – 0,40 м3

Маслоперекачивающий насос – Ш5-25-3,6/4-2

Подача – 3,6 м3/ч

Напор Мпа – 0,4

Частота вращения – 940 об/мин

Насос (ручной) маслоперекачивающий – НР-0,25/30

Подача за двойной ход, л – 0,25

Напор МПа – 0,3 м

Насос масло-прокачки главных двигателей – Ш5-25-3,5/4

Количество – 2

Подача – 3,3 м3

Напор, Мпа – 0,4

Система охлаждения главных и вспомогательных двигателей

Цистерны

Количество – 2

Вместимость – 0,3 м3

Расширительная цистерна

Вместимость – 0,05 м3

Общесудовые системы

Балластно-осушительная

Балластные цистерны

N 11 Л.Б – 390 м3

N 12 Пр.Б – 390 м3

N 21 Л.Б – 410 м3

N 22 Пр.Б – 410 м3

N 31 Л.Б – 480 м3

N 52 Пр.Б – 480 м3

Кормовой – 37,5 м3

Балластный насос – НЦС -1

Количество – 2

Подача – 270 м3/ч

Напор МПа – 30

Осушительный насос – НЦС -3

Количество – 3

Подача м3/ч – 4-30

Напор, МПа – 0,19-0,07

Противопожарная система

Система водотушения

Пожарный насос – ЗКМ-6

Количество - 2

Подача - 20-60 м3/ч

Напор, МПа – 0,6

Система пенотушения

Генератор высокократной пены – ПГС-60

Количество - 6

Цистерна хранения пены

Вместимость – 2,0 м3

Системы водоснабжения

Система забортной воды

Насос забортной воды – 1ВС-0,9М

Подача м3/ч –1-4,5 м3/ч

Напор, Мпа – 0,36

Насос забортной воды – 1ВС-0,9М

Подача м3/ч – 3,8

Напор, Мпа – 0,25

Насос забортной воды резервный – НР-0,25/30

Количество – 2

Пневмоцистерна забортной воды

Количество – 2

Вместимость – 0,5

Система питьевой воды

Насос питьевой воды – 1,5ВС-1,3М

Подача, м3/ч – 4,3

Напор, Мпа – 0,24

Насос питьевой воды резервный – НР-0,25/30

Количество – 2

Подогреватель питьевой воды

Количество – 2

Подача л/ч – 190

Пневмоцистерна питьевой воды

Количество – 2

Вместимость – 0,3

Цистерна запаса питьевой воды

Количество – 2

Вместимость м3 – 42 (общая)

Фекальная цистерна

Вместимость м3 – 23,5 (общая)

Количество – 2

Фекальный насос – СД 50/10

Количество – 2

Подача м3/ч – 50

Напор, МПа – 0,1

Система отопления

Система водяного отопления

Котел водогрейный – КОАБ-200

Количество - 2

Теплопроизводительность, кВт – 232,6

Поверхность нагрева, м2 – 2,67

Насос циркуляционный – К 8/18

Подача, м3/ч – 7

Напор, Мпа – 0,20

Утилизационный котел – КАУ-6

Теплопроизводительность, кВт – 85,7

Поверхность нагрева, м2 – 5,0

Система вентиляции

Вентилятор МО – 63 ЦС-11

Количество – 2

Подача, м3/ч – 5770

Вентилятор камбуза – ЭВО-2,0/25

Подача, м3/ч – 1300

Рулевое устройство

Руль – балансирный

Количество – 2

Площадь, м2 – 5 х 4,32

Крутящий момент на баллере, кНм – 55

Время перекладки руля с борта на борт, с, - 29

Якорное устройство

Якорное и швартовное устройство

Якорь

Количество и масса носовых якорей – 2х1750

Масса кормового якоря – 1250 кг

Калибр и длина цепей носовых якорей – 43х150 43х150, мм x м

То же кормового якоря – 37x75

Брашпиль – БЭ 16-4

Тяговое усилие на швартовном барабане – 5 тс

Электродвигатель – МАП-611-4/8/16

Мощность – 36/17/10 кВт

Частота вращения – 1345/368 об/мин

Шпиль якорно-швартовный – ШЭР 1,5/3/2-1

Тяговое усилие на швартовном барабане – 3тс

Электродвигатель – МАП-511-4/16

Мощность – 20/5 кВт

Спасательное и шлюпочное устройства

Плот спасательный – ПСН-10М

Количество – 2

Вместимость, чел. - 10

Рабочая шлюпка – СШПВ7

Шлюпбалка - поворотная

Шлюпочная лебедка – ЛРС 500

Тяговое усилие, кН – 5

Топливо и масло

Основное топливо – дизельное

Запас, т. – 45,4

Масло

Запас, т. –

2. Система ДАУ судовых дизель-генераторов

Судовые дизель-генераторы условно можно разделить на две группы: обеспечивающие непрерывное электропитание потребителей в нормальных эксплуатационных режимах; обеспечивающие электроснабжение наиболее ответственных потребителей электроэнергии в аварийных режимах.
В зависимости от объема автоматизации для дизель-генераторов установлены три степени автоматизации. Наибольший интерес представляют системы ДАУ основными и аварийными дизель-генераторами, охватывающие главную часть объемов автоматизации.

На судах отечественной постройки эксплуатируются различные системы ДАУ судовыми дизель-генераторами (ДАУ 7Д12, ДАУ 6Д50А, ДАУ СДГ-Т и др.).

Широко применяют на судах современной постройки систему ДАУ СДГ-Т, предназначенную для дистанционного автоматизированного управления судовыми дизель-генераторами переменного и постоянного тока мощностью 100—1000 кВт. Эта система, выполненная на унифицированных электрических элементах, обеспечивает выполнение следующих операций:

• 
  автоматическое поддержание дизеля в состоянии горячего резерва; 
  
• 
  автоматические пуск и остановку дизель-генератора; 
  
• 
  дистанционные пуск и остановку дизель-генератора;
  
• 
  автоматическую защиту дизель-генератора путем его остановки при возникновении аварийных состояний;
  
• 
  сигнализацию о состоянии дизель-генератора; 
  
• 
  встроенный функциональный контроль исправности.
  

Система состоит из четырех блоков (рис. 1, а): блока управления БУ, основного пульта управления ОПУ, выносного пульта управления ВПУ и блока питания БП.





Рис. 1. Система СДГ-Т


На ОПУ установлены элементы управления системой и табло световой сигнализации; ВПУ частично дублирует ОПУ; БУ содержит логические функциональные блоки, выходные устройства, коммутационные элементы для приема сигналов ОПУ, ВПУ, датчиков выдачи сигналов на исполнительные устройства, сигналов на электростанцию и ЦПУ.

Датчики, устанавливаемые на дизеле М и его системах, обеспечивают контроль за давлением и температурой масла, давлением и температурой охлаждающей воды, частотой вращения дизеля.

Функциональная схема системы представлена на рис. 1, б. Логическая схема БУ состоит из следующих функциональных блоков: двух блоков стабилизированного питания БСП, блока пуска БП1, блока остановки БО, блока неотключаемых элементов БСП, блока аварийных защит БАЗ, блока контроля времени БКВ, двух блоков усилителей БУ. Функциональные блоки выполнены на транзисторных логических элементах с выходом на устройства автоматики через контактные реле.

К исполнительным устройствам и механизмам системы относятся: насосы масляной системы, системы охлаждения и подогрева; электродвигатель регулятора скорости; электромагнитные клапаны топливной системы, системы аварийной остановки, воздушного пуска, предварительного подогрева.

Система обеспечивает несколько вариантов ее использования для управления различными типами судовых дизель-генераторов.
Работа ДАУ для дизель-генераторного агрегата

Рассмотрим в упрощенном виде работу системы для дизель-генераторного агрегата типа ДГР 300/500-2. По сигналу на пуск (с пульта управления или от внешнего импульса) включается электромагнит пускового клапана прокрутки (ЭМПКП). Серводвигатель включается на систему ДАУ и устанавливает топливную рейку в положение минимально устойчивой частоты вращения. В этом положении топливная рейка через конечный выключатель отключает серводвигатель. По сигналу датчика прокрутки отключается электромагнит и включается насос прокачивания масла.

При включении насоса включается механизм контроля времени прокачивания. По сигналу датчика давления масла отключается механизм контроля времени прокачивания масла, включается электромагнит пускового воздуха и механизм контроля времени пуска воздуха. По сигналу датчика первой уставки скорости отключается насос прокачивания масла, электромагнит, механизм контроля времени пуска воздуха и включается насос забортной воды охлаждения дизеля.

Если через определенное время давление масла не достигнет нужной уставки или дизель не выйдет на минимально установленную частоту вращения, то выдается сигнал о несостоявшемся пуске. При этом система возвращается в исходное состояние и выдает сигнал на повторный запуск.

В случае удавшегося запуска двигатель прогревается на минимально устойчивой частоте вращения. При достижении температуры воды и масла уставок срабатывания соответствующих датчиков включается серводвигатель в сторону увеличения частоты вращения дизеля.

При выходе на номинальную частоту вращения срабатывает конечный выключатель КВВ и датчик второй уставки скорости ДСВ2. Конечный выключатель КВВ отключает серводвигатель, система выдает сигнал на включение нагрузки или синхронизатора. С включением нагрузки система отключается и загорается табло «Нагрузка включена».

По сигналу на остановку (с пульта управления, или по внешнему импульсу) блок остановки отключает нагрузку и включает серводвигатель на уменьшение частоты вращения дизеля до уставки КВН. При снижении частоты вращения ниже уставки датчик ДСВ1 отключает насос НЗВ, дизель останавливается, и схема подготавливается к очередному пуску.

4. 
   
   

3. Элемент автоматики. Однорежимный регулятор частоты вращения вала дизеля, привести схему регулятора Р-11М.

Однорежимные регуляторы частоты вращения прямого действия типа Р-11М, обладающие работоспособностью 0,57Н*м, устанавливают на ДГ малой

мощности отечественной постройки. Регулятор выполнен в виде отдельного

узла, закрепленного на блочном ТНВД.

От распределительного вала ТНВД через шестерню 13 вращениепередается грузам 14. Центробежная сила, действующая на грузы, через шток

15 передается на рычаг 6 и уравновешивается силами действия пружин 3, 5 и 7.

Основной является пружина 3, работающая на сжатие, изменением предварительного натяжения которой регулятор настраивается на заданную частоту вращения. Пружина 5 является дополнительной, а сила ее действия на рычаг 6 зависит от положения рычага и нижней опоры 4. Дополнительная пружина 7 одним концом прикреплена к поршню катаракта 8, обеспечивая с ним упругую связь, и работает только в переходных процессах. При работе регулятора распорной пружиной 12 обеспечивается постоянный контакт между выходным рычагом 6 и тягой 10 топливного насоса (зазор α1=0), что соответствует всережимной схеме включения регулятора.



Рис2. Схема регулятора Р-11М.
На установившемся режиме работы двигателя частота вращения вала

неизменна, указанные силы уравновешиваются на рычаге 6, удерживая его и

тягу ТНВД в неподвижности, что соответствует определенной подаче топлива

и мощности, развиваемой двигателем.

Например, при сбросе нагрузки возрастает частота вращения вала

двигателя и центробежная сила, действующая на грузы 14 измерителя. Под

действием разности центробежной силы и сил действия пружин 3, 5 и 7

разворачивается рычаг 6, перемещая тягу 10 в сторону уменьшения подачи топлива. Мощность двигателя снижается и сравнивается с мощностью потребителя. Вначале тяга 10 перемещается быстро, пропорционально изменению указанных сил, а затем постепенно замедляется (по мере приближения частоты вращения к начальному значению и прекращения действия дополнительной пружины 7 вследствие движения поршня катаракта).

При меньшей мощности двигателя и соответствующем положении тяги ТНВД на установившемся режиме рычаг 6 занимает новое положение. Но вследствие увеличения натяжения пружин 3 и 5 он может удерживаться здесь только при большем значении центробежной силы, а, следовательно, и частоты вращения. Таким образом, рассмотренный регулятор является статическим, поддерживая заданную частоту вращения со статической неравномерностью. Степень неравномерности АСР с этим регулятором можно устанавливать в пределах 2-6% изменением приведенной жесткости пружин при изменении действия дополнительной пружины 5. С уменьшением действия пружины 5 (смещение опоры 4 ближе к оси рычага 6) неравномерность уменьшается. Снижение статической неравномерности АСР приводит к уменьшению ее динамической устойчивости.

Для повышения динамической устойчивости АСР прикрывают иглу 9 катаракта (увеличивают время Тк катаракта). Полное закрытие иглы катаракта или заклинивание его поршня в цилиндре приводит к значительному росту статической неравномерности АСР вследствие непрерывной работы пружины 7 при различных нагрузках. Раскачивание АСР в динамике может возникнуть вследствие заедания тяги ТНВД. Признаком заедания является движение тяги рывками, а также непрерывное появление и исчезновение зазора a t между опорной гайкой тяги 10 и рычагом 6,

Для настройки регулятора на заданную частоту вращения изменяют

предварительное натяжение пружины 3 вращением маховика 1, по резьбовому

штоку которого перемещается опорная гайка 2.

Для остановки двигателя разворачивают рычаг 11, который, выбравзазор α2 через упор воздействует непосредственно на тягу ТНВД. Наличиеопорной пружины 12 позволяет отводить тягу в нулевое положение, не оказывая влияние на элементы регулятора.

4. Расчеты

На κ (орган управления двигателем) можно воздействовать с помощью автоматического регулятора, измеряющего различные параметры, характеризующие неустановившиеся режимы его работы

Прежде всего, можно измерить изменение самого регулируемого параметра, т. е. φ, и в зависимости от его значения воздействовать на κ. Такой принцип регулирования получил наименование принципа Ползунова—Уатта. Уравнения этих регуляторов, связывающих φ и κ, в самом простейшем случае можно представить в виде

δ_z η=φ

где δ_z - коэффициент пропорциональности; η = ∆z/z₀- безразмерное перемещение муфты 3 регулятора

Принцип Ползунова—Уатта. Уравнение такого регулятора в упрощенном представлении можно записать в виде:

δ_z η=φ;

Координаты η и κ в данной системе являются внутренними и могут быть исключены. Это приводит к дифференциальному уравнению:



Общий интеграл этого уравнения при единичном ступенчатом возмущении, когда θ_∂ = 1,0 и α_∂ = -1,0 (при сбросе нагрузки), имеет вид:



Сопоставление полученного общего интеграла САР с общим интегралом двигателя показывает, что

(1 + κ_дδ_z)/T_дδ_z > κ_д/Т_д.

Следовательно, принцип Ползунова- Уатта обеспечивает повышение устойчивости и качества работы системы. При установке на двигателе автоматического регулятора, действующего на основе принципа Ползунова- Уатта, переходный процесс может быть сходящимся, т.е.:

при t→ + ∞ величина

φ → δ_z/(1 + κ_дδ_z)

а система автоматического регулирования - устойчивой (даже при κ_д < 0), когда сам двигатель неустойчив, если при этом 1 + κ_дδ_z > 0.

4. Схема автоматизации

Структурная схема системы прямого автоматического регулирования система прямого автоматического регулирования состоит из объекта регулирования и регулятора прямого действия. Регулятор частоты вращения включает три основных элемента: чувствительный элемент, элемент сравнения и задающий элемент.

Как видно из рисунка, регулятор получает входной сигнал Хвх (частота вращения коленчатого вала двигателя) и в зависимости от него вырабатывает выходной сигнал Увых (перемещение регулирующего органа -рейки топливных насосов).

Чувствительный элемент регулятора непрерывно замеряет параметр объекта регулирования - частоту вращения коленчатого вала и преобразует величину замеряемого параметра в выходной сигнал чувствительного элемента X ч. э. В регуляторах частоты вращения прямого действия выходной сигнал является механическим, он получается в виде перемещения. Зависимость между входным и выходным сигналами чувствительного элемента, как правило, пропорциональна.

Задающий элемент регулятора подает постоянный сигнал Хз.э на элемент сравнения. Величина этого сигнала соответствует величине выходного сигнала чувствительного элемента Хч. э, при которой регулируемый параметр (частота вращения) является заданным. Этот сигнал задающего элемента служит как бы эталоном, который позволяет учесть величину и знак отклонения регулируемого параметра от заданных значений. Обычно задающий элемент имеет устройство для изменения задания, позволяющее изменять величину сигнала задающего элемента X3.э в ту или иную сторону.

Элемент сравнения сравнивает поданные на него встречные сигналы чувствительного элемента Хч. 3 и задающего элемента Хзэ и вырабатывает общий сигнал Увых, который передается на регулирующий орган. При равенстве подаваемых на элемент сравнения сигналов общий сигнал рассогласования равен нулю, т. е. на регулирующий орган команды не подается, и последний не перемещается.

Регулирующий орган получает от элемента сравнения сигнал рассогласования и в зависимости от его значения и знака изменяет количество энергии или вещества, подводимого к объекту регулирования (количество подводимого топлива к ДВС).

Как видно из рассмотренной схемы системы прямого автоматического регулирования, для перемещения регулирующего органа (рейки топливных насосов) энергия отбирается от самого объекта регулирования в виде энергии входного сигнала Хвх, которую чувствительный элемент преобразует в какое-то усилие ЛГЧ. э Таким образом, мощность сигнала Увых зависит от мощности сигнала чувствительного элемента (Увых<Хч.э)- Поэтому для получения Увых значительной величины необходимы большие габариты чувствительного элемента и регулятора прямого действия в целом. В связи с этим регуляторы прямого действия применяют для регулирования частоты вращения ДВС небольшой или средней мощности.

Рассмотрим принцип действия автоматической системы прямого регулирования применительно к ДВС, снабженному регулятором частоты вращения прямого действия. При изменении нагрузки на двигатель изменяется и параметр, характеризующий эту нагрузку, т. е. частота вращения. В результате изменяется величина выходного сигнала чувствительного элемента Х ч.э элемент сравнения вырабатывает сигнал рассогласования Увых, который воздействует на регулирующий орган, и количество подаваемого в цилиндры двигателя топлива начинает изменяться. При увеличении нагрузки на двигатель его частота вращения уменьшается, и рейка топливных насосов перемещается в сторону увеличения подачи топлива; при уменьшении нагрузки на двигатель регулятор перемещает рейку топливных насосов в сторону уменьшения подачи. При изменении подачи топлива частота вращения коленчатого вала двигателя начнет изменяться в сторону приближения к заданному значению. Автоматическая система вновь придет в равновесие, когда частота вращения станет равна заданному значению, сигнал рассогласования на элементе сравнения будет равен нулю и регулирующий орган зафиксируется в каком-то положении.

Статические характеристики системы автоматического регулирования

В этот момент нагрузка на двигатель будет соответствовать количеству подаваемого топлива, а частота вращения станет постоянной.

Автоматическую систему можно вывести из равновесного состояния и путем изменения задания задающему элементу регулятора, т. е. путем изменения сигнала задающего элемента X з. э. В этом случае создается сигнал рассогласования на элементе сравнения, и последний подает сигнал Увых на рейку топливных насосов, вызывая ее перестановку и изменение подачи топлива. В результате частота вращения коленчатого вала двигателя изменяется и начинает приближаться к такому значению, при котором сигнал чувствительного элемента вновь уравняется с новым, заданным значением сигнала задающего элемента. Автоматическая система вновь придет в равновесное состояние, когда новый параметр объекта — частота вращения коленчатого вала двигателя — будет соответствовать новому значению сигнала задающего элемента.

Как всякая материальная система, система прямого автоматического регулирования может находиться в двух состояниях: статическом, т. е. равновесном, когда все ее звенья находятся в относительном покое и величина регулируемого параметра не изменяется, и динамическом, когда все звенья системы находятся в движении и величина регулируемого параметра изменяется. Примером статического состояния является такое состояние системы, при котором количество подаваемого в цилиндры двигателя топлива соответствует внешней нагрузке; рейка топливных насосов в это время не перемещается, и частота вращения не изменяется. При переходе системы в динамическое состояние внешняя нагрузка на двигатель не соответствует количеству подаваемого в цилиндры топлива, при этом частота вращения коленчатого вала двигателя изменяется, и рейка топливных насосов перемещается, изменяя подачу топлива.

Рассматривая равновесное состояние автоматической системы, можно определить величину входного сигнала, соответствующую каждому значению выходного сигнала, т. е. частоту вращения, соответствующую каждому положению рейки топливных насосов. Очевидно, что при каждой установившейся нагрузке будет поддерживаться определенная частота вращения. Построенный по этим значениям график называется статической характеристикой системы автоматического регулирования.



Виды переходных процессов при автоматическом регулировании частоты вращения дизелей

Эта характеристика может быть двух видов — астатическая (а) и статическая (, б). В первом случае любому значению нагрузки на двигатель (мощности Ne) в установившемся режиме соответствует одно и то же значение частоты вращения; во втором случае разным значениям нагрузки на двигатель в установившемся режиме соответствуют разные значения частоты вращения.

Разность значений частоты вращения при установившемся режиме, замеренная при нулевой (холостой ход) и полной (100%-ной) нагрузках, называется статической ошибкой или зоной неравномерности автоматической системы. Для качественной оценки этой величины вводят понятие степень неравномерности, которая определяется отношением величины зоны неравномерности к величине заданного параметра n₃ Степень неравномерности δ обычно определяется в процентах



В астатических системах эта величина равна нулю, а в статических имеет значение, отличное от нуля. При регулировании частоты вращения дизелей она может достигать 15-20%.

Динамическое состояние системы аналитически выражается дифференциальным уравнением, а графически — в виде графика, где по оси абсцисс откладывается время Т, с, а по оси ординат - значения параметра. При регулировании частоты вращения ДВС могут встретиться апериодический затухающий переходный процесс (а) и колебательный затухающий переходный процесс (б).



Качественные показатели переходного процесса

По графику переходного процесса можно судить о качестве и показателях переходного процесса автоматической системы регулирования, руководствуясь следующими положениями:

1) при установившемся (равновесном) режиме отклонение частоты вращения от заданного значения не должно превышать определенного предела ±Е, который называется зоной нечувствительности. Зона нечувствительности, отнесенная к величине заданного параметра (частота вращения) и выраженная в процентах, называется степенью нечувствительности ϵ:

ϵ

Для судовых двигателей внутреннего сгорания ϵ=0,5 3%

2) время переходного процесса Тпер, т. е. период времени, по истечении которого отклонение частоты вращения от заданного значения не будет превышать ± Е, должно лежать в пределах, приемлемых для ДВС, и не должно превышать нескольких секунд;

3) максимальное отклонение частоты вращения при переходном процессе не должно превышать заданного по техническим условиям значения. При регулировании частоты вращения судовых ДВС должно соблюдаться условие заданного значения частот вращения.

Настройка регулятора на заданную частоту вращения. Настройка осуществляется изменением сигнала, подаваемого задающим элементом на элемент сравнения. Если изменить (например, увеличить) натяжение задающей пружины при помощи механизма изменения задания, то рейка топливных насосов переместится в сторону увеличения подачи топлива. Это вызовет увеличение частоты вращения ДВС. Наступит новое положение равновесия, при котором новому (большему) натяжению пружины будет соответствовать большая частота вращения, вызванная большей цикловой подачей топлива в цилиндры об/мин двигателя. При уменьшении натяжения пружины рейка топливных насосов переместится в сторону уменьшения подачи топлива. Произойдет уменьшение частоты вращения двигателя, и грузы регулятора начнут сходиться.

Настройка регуляторов прямого действия при параллельной работе двигателей внутреннего сгорания. При параллельной работе ДВС на общую нагрузку необходимо, чтобы частота вращения всех двигателей была одинакова при любом значении общей нагрузки. В противном случае при изменении общей нагрузки изменится частота вращения каждого из параллельно включенных двигателей: двигатели, работающие с большей частотой вращения, окажутся перегруженными, а с менышей-недогруженными, и для согласования частот вращения придется с изменением общей нагрузки менять настройку на заданную частоту вращения каждого двигателя. Чтобы избежать этого, необходимо, чтобы статические ошибки (степень неравномерности) всех параллельно работающих двигателей были одинаковы, т. е. чтобы при всех значениях общей нагрузки регуляторы параллельно работающих двигателей поддерживали одинаковую частоту вращения. Другими словами, статические характеристики всех параллельно работающих двигателей должны совпадать. Однако обеспечить такое совмещение характеристик практически невозможно, так как по технологическим причинам жесткости задающих пружин однотипных регуляторов несколько различаются и статические характеристики их будут иметь разный наклон, т. е. их статическая ошибка будет различной. Кроме того, каждый регулятор частоты вращения имеет свою зону нечувствительности ±Е, в пределах которой частота вращения может произвольно отклоняться от заданного значения.

Настройку регуляторов на параллельную работу выполняют следующим образом:

- каждый из регуляторов параллельно работающих двигателей настраивают на заданную частоту вращения в режиме холостого хода так, чтобы частота вращения всех двигателей была одинакова;

- поочередно нагружают каждый двигатель на полную нагрузку и замеряют его частоту вращения;

- увеличивают статическую ошибку двигателя, частота вращения которого выше (или уменьшают статическую ошибку двигателя, частота вращения которого ниже).

После изменения статической ошибки необходимо вновь проверить и, если необходимо, вновь настроить регулятор на заданную частоту вращения при режиме холостого хода. Если регулятор одного из параллельно работающих двигателей не имеет механизма изменения статической ошибки, этого можно достичь путем изменения передачи от выходного звена регулятора к рейке топливных насосов.

Заключение.

Широкая автоматизация процессов управления судовой энергетической установкой - важнейшее средство не только поддержания высоких технико-экономических показателей ее эксплуатации, но и существенного сокращения числа обслуживающего персонала, создания благоприятных условий для выполнения производственных функции, и, следовательно, повышения эффективности труда персонала. Автоматизация судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на данном этапе достигла довольно высокой степени; она включает системы автоматического регулирования, управления, контроля, сигнализации и защиты. Одной из главных систем автоматического управления и регулирования современного судового ДВС является система автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала. К автоматическим системам ДВС согласно Правилам классификации и постройки морских судов Регистра СССР предъявляются следующие требования:

1) каждый главный двигатель внутреннего сгорания должен иметь регулятор, настроенный таким образом, чтобы частота вращения коленчатого вала двигателя не могла превысить номинальное расчетное значение более чем на 15%;

2) дополнительно к регулятору каждый двигатель мощностью 2,3 кВт (300 л. с.) и более, который может быть отключен или работает на винт регулируемого шага (ВРШ), должен иметь самостоятельный предельный выключатель, отрегулированный так, чтобы частота вращения коленчатого вала двигателя не могла превысить максимальное расчетное значение более чем на 20%;

3) регуляторы частоты вращения вспомогательных двигателей при мгновенном сбросе 100% нагрузки или частичном увеличении нагрузки не должны допускать превышения частоты вращения более чем на 10% номинальной. Установившаяся по истечении 5 с частоты вращения не должна отличаться от частоты вращения предшествующего режима более чем на 5% номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя;

4) колебания установившейся частоты вращения дизель-генераторов переменного тока при нагрузках от 25 до 100% номинальной электрической мощности должны находиться в пределах 1% номинальной частоты вращения; Автоматика современных судов не ограничивается системами автоматизации главными судовыми и вспомогательными энергетическими установками. Большое значение в последнее время приобретает автоматизация судовых систем, включающая применение как отдельных регуляторов и локальных устройств управления, так и развитие систем дистанционного автоматизированного управления судовыми системами.

Список литературы

1. 
   автоматизация судовых энергетических установок: Справочное пособие / Под ред. Р.А. Нелепина. Л.: Судостроение, 1975. 534 с.
   
2. 
   Бабиков М.А., Косинский А.В. Элементы и устройства автоматики: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1973. 154 с.
   
3. 
   Исаков Л.И. Устройство и обслуживание судовой автоматики: Справочник. Л.: Судостроение, 1989. 293 с.
   
4. 
   Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1989. 615 с.
   
5. 
   Кутьин Л.И., Исаков Л.И. Комплексная автоматизация судовых дизельных и газотурбинных установок.Л.: Судостроение, 1984. 387 с.
   
6. 
   Кутьин Л.И. Автоматизация судовых и газотурбинных установок: Учебное пособие для вузов. Л.: Судостроение, 1973. 122 с.
   
7. 
   Ланчуковский В.И., Козьминых А.В. Автоматизированные системы управления судовых дизельных и газотурбинных установок. М.: Транспорт, 1990. 335 с.
   
8. 
   Левин М.И. Автоматизация судовых дизельных установок. Л.: Судостроение, 1969. 465 с.
   
9. 
   Онасенко В.С. Судовая автоматика. Учебник: М.: Транспорт, 1988. 272 с.
   
10. 
    Печененко В.И., Козьминых Г.В. Автоматика регулирования и управления судовыми силовыми установками. М.: Транспорт, 1973. 214 с.
    
11. 
    Печененко В.И., Козьминых Г.В. Основы автоматики и комплексная автоматизация судовых пароэнергетических установок: Учебное пособие. М.: Транспорт, 1979. 262 с.
    
12. 
    Сыромятников В.Ф. Эксплуатация систем автоматического регулирования судовых силовых установок. М.: Транспорт, 1975. 272 с.
    
13. 
    Сыромятников В.Ф. Основы автоматики и комплексная автоматизация судовых пароэнергетических установок: Учебник М.: Транспорт,1983. 312 с.
    
14. 
    Сыромятников В.Ф. Наладка автоматики судовых энергетических установок: Справочник. Л.: Судостроение, 1989. 351с.