Автоматизация судовых дизельных установок

Для прогресса техники последних лет характерно широкое и все углубляющееся внедрение автоматизации во все отрасли народного хозяй­ства, в том числе и на транспортный флот.

Как уже было сказано, автоматизация является одним из необходимых условий надежной и высокоэффективной эксплуатации судовых дизельных установок, особенно при работе экипажей методом совмещения профессий. В этих условиях особое значение приобретает комплексная автоматизация судовых силовых установок.

Автоматизация судовых дизельных установок повышает производи­тельность и улучшает условия труда судового экипажа, улучшает маневрен­ность судна, снижает вероятность аварийных случаев, обеспечивает экс­плуатацию судовых дизелей на заданных (в большинстве случаев оптималь­ных) режимах, благодаря чему снижается себестоимость перевозок, увели­чиваются надежность и срок службы двигателей.

По своему назначению автоматические устройства на судовых дизелях могут быть разделены на следующие типы:

1.         Автоматическая предупредительная (аварийная) сигнализация.

2.         Система автоматической защиты.

3.         Автоматическое управление.

Автоматическая предупредительная сигнализация срабатывает в слу­чае выхода из нормальных пределов какого-либо из контролируемых ею рабочих показателей и тем самым дает возможность вахтенному штурману— механику своевременно предпринять необходимые меры для предупрежде­ния соответствующих аварийных последствий. Обычно предупредительная сигнализация срабатывает, т. е. начинает подавать световые и звуковые сигналы, если недопустимо снизится давление в системе смазки двигателя, либо перегреется охлаждающая вода или масло, либо чрезмерно повысится температура отработавших газов.

Типовая принципиальная схема автоматической предупредительной сигнализации показана на рис. 206.

Автоматическая система состоит из трех основных элементов: датчика (чувствительного элемента) 1; управляющего элемента (реле) 2 и исполни­тельных органов (сигнализаторов световых и звуковых) 3 и 4.

Указанные основные элементы схемы связаны между собой электри­ческими, гидравлическими или пневматическими связями, и, кроме того, имеется источник питания 6 (на схеме— аккумуляторная батарея). В цепи звукового сигнализатора обычно устанавливается выключатель 5, позволяю­щий в необходимых случаях выключить звуковой сигнал.

Датчики являются чувствительными элементами автоматической си­стемы, они реагируют на изменение давления, температуры, числа оборотов вала и других показателей работы.

Температурные датчики применяют биметаллические, жидкостные и паровые. В качестве датчиков давления на двигателях наибольшее приме­нение получили датчики мембранного сильфонного типа и датчики с труб­кой Бурдона.

Датчики, реагирующие на изменение числа оборотов вала двигателя, в большинстве случаев — центробежные.

Управляющий элемент — реле или гидравлический переключатель (золотник). Исполнительные органы — сигнализаторы в рассматриваемой схеме пояснений не требуют.

Как видно, автоматическая предупредительная сигнализация контро­лирует наиболее важные показатели работы дизеля и оповещает вахтенного штурмана — механика о нарушениях его нормальной работы. Благодаря этому штурман — механик имеет возможность меньше занимать свое внимание наблюдением за показаниями контрольных измерительных приборов двига­телей и, следовательно, в большей степени концентрировать свое внимание на внешних условиях судового хода, на выполнении маневров и на более рациональном выборе режимов движения судна и работы главного двига­теля.

Таким образом, автоматическая предупредительная сигнализация облег­чает условия работы вахтенного штурмана — механика, способствует лучшему выполнению маневров и уменьшению вероятности аварийных случаев.

Однако в отличие от других типов автоматических устройств предупре­дительная сигнализация выполняет пассивную роль, т. е. непосредственно в процессе управления дизелем участия не принимает.

Система автоматической защиты также состоит из трех основных эле­ментов: датчиков, реагирующих на изменения каких-либо показателей ра­боты; управляющего элемента и исполнительного органа. Однако в отличие от предыдущей схемы исполнительный орган (соленоид или сервомотор) здесь воздействует на топливные насосы, уменьшая число оборотов вала ди­зеля или останавливая его.

Например, если давление смазочного масла в системе работающего дизеля упадет ниже допустимого минимального значения, то система авто­матической защиты, обнаружив это с помощью своего датчика, должна сработать и, воздействуя своим исполнительным органом на топливные на­сосы дизеля, уменьшить или прекратить подачу топлива в рабочие цилиндры либо остановить с помощью специальной воздушной заслонки.

Автоматическая остановка главного двигателя по условиям безопас­ности плавания в одновальных силовых установках недопустима, в них автоматическая система снижает число оборотов и включает предупреди­тельные аварийные сигналы.

В двухзальных установках теплоходов и для большинства дизель- генераторов предусматривается автоматическая аварийная остановка.

Таким образом, системы автоматической защиты предохраняют двига­тели от аварий, связанных с перегрузкой либо с нарушениями нормальной работы систем охлаждения и смазки. Автоматическая защита при аварий­ной ситуации активно вмешивается в процесс управления двигателем.

Системы автоматического управления можно разделить на две группы:

А. Автоматические устройства, ограничивающие изменение или под­держивающие на определенном уровне значение какого-либо показателя работы двигателя.

Б. Системы автоматического управления, изменяющие режимы работы двигателя по определенной программе, заданной соответствующим положе­нием регулирующего органа (рукоятки) на посту управления.

В первую группу входят автоматические устройства, поддерживающие заданную температуру, давление или число оборотов вала двигателя. Эти устройства органически входят в конструкцию современных дизелей, опыт их применения исчисляется десятилетиями. Сюда входят редукционные и предохранительные клапаны, терморегуляторы (термостаты) в системах охлаждения и смазки и регуляторы числа оборотов вала двигателя.

Во вторую группу входят автоматика дистанционных систем управления и автоматические системы управления резервными или аварийными дизель- генераторами, которые срабатывают в зависимости от напряжения или час­тоты в контролируемой электрической сети.

Одним из основных условий, обеспечивающих возможность судовому экипажу работать с совмещением профессий, является наличие системы ди­станционного управления главными двигателями.

Дистанционное управление (сокращенно ДУ) позволяет производить запуск двигателя, изменять число оборотов его вала, реверсировать направ­ление вращения движителя и останавливать двигатель непосредственно из штурвальной рубки, которая находится на некотором расстоянии от ма­шинного отделения. Это управление должно быть надежным в работе, по­стоянно готовым к действию, допускать быстрый переход к непосредствен­ному управлению дизелем, обладать высокой точностью' выполнения опе­раций управления и требовать небольших усилий для перемещения управ­ляющих рукояток и маховичков; управление двигателем с его помощью должно быть простым и удобным.

Наиболее удобны в работе те дистанционные системы управления, в которых все вышеперечисленные операции управления осуществляются одной рукояткой или маховичком.

По способу связи между постом управления и дизелем различают сле­дующие типы дистанционного управления:

1) механическое ДУ (тросиковая, рычажная или валиковая передача);

2)         гидравлическое ДУ;

3)         пневматическое ДУ;

4)         электрическое ДУ;

5)         комбинированное ДУ (пневмомеханическое, электропневматическое и др.).

Достоинства и недостатки конкретных конструкций ДУ зависят не только от особенностей использованных связей, но и от конструкции си­стемы управления двигателя, расстояния между рубкой и машинным отде­лением, конструктивного решения отдельных узлов, качества их изготов­ления и многих других факторов.

Общим недостатком всех систем ДУ является необходимость раздель­ного выполнения судоводителем каждой операции управления двигателем, соблюдая строгую последовательность этих операций и контролируя их выполнение.

Для облегчения труда судоводителя и исключения возможных ошибок в производстве маневров в последние годы все большее применение полу­чают автоматизированные системы дистанционного управления (ДАУ), в которых перевод двигателя с одного режима работы на любой другой сво­дится к одной операции — перемещению рукоятки управления в нужное положение. При этом промежуточные операции управления для перехода на новый режим работы система ДАУ выполняет автоматически.

Например, если реверсивный двигатель работает на средних оборотах переднего хода и необходимо перевести его на средние обороты заднего хода, то на посту управления в рубке достаточно одним движением переставить рукоятку в соответствующее положение.

Получив это задание, ДАУ автоматически снижает обороты вала, оста­навливает и реверсирует дизель, запускает его для работы «назад» и увели­чивает обороты вала до значения, заданного положением управляющей рукоятки на посту.

Все перечисленные операции выполняются строго последовательно и с минимальной затратой времени на каждую из них.

Судовые дизель-генераторы в связи с работой экипажа методом совме­щения профессий также оборудуются системами дистанционного и автома­тического управления.

Дистанционное управление позволяет из рубки производить пуск и оста­новку дизель-генераторов и соответствующие переключения в электриче­ской сети.

ГОСТ 10032—62 устанавливает три степени автоматизации дизель- генераторов:

I           степень — автоматическое поддержание нормальной работы дизель- генератора, аварийная сигнализация и защита;

II          степень — дистанционное и автоматическое управление дизель-гене­ратором с частичным обслуживанием без постоянного наблюдения;

III         степень — дистанционное и автоматическое управление без обслу­живания дизель-генераторов в течение 150 ч работы и более.

Автоматический пуск дизель-генератора происходит при срабатыва­нии специального реле вследствие понижения напряжения или изменения частоты тока валогенератора, питающего электрическую сеть многих типов судов на ходовых режимах работы силовой установки, если на пульте в рулевой рубке переключатель управления находится в положении «Автозапуск». При автоматическом пуске дизель-генератора до начала прокрутки его электростартером или с помощью сжатого воздуха производится про­качка его системы смазки и разогреваются пусковые свечи (если они имеются).

Если дизель после раскрутки вала начинает работать на топливе, то скорость вращения вала увеличивается, что и является сигналом к отклю­чению системы пуска.

При неудавшемся пуске система повторяет пусковые операции.

Перевод нагрузки с валогенератора на дизель-генератор может осуще­ствляться как вручную, так и автоматически.

Для сокращения промежутка времени от момента подачи команды «пуск» до переключения судовой электрической сети на резервный дизель-генератор обычно предусматривают постоянное поддержание его в прогре­том состоянии за счет какого-либо внешнего источника тепла.

С увеличением до нормального уровня напряжения или частоты тока от валогенератора последний может автоматически принять на себя на­грузку, после чего резервный дизель-генератор автоматически останавли­вается.

По аналогичной программе работают системы автоматического управ­ления аварийными дизель-генераторами. В системе автоматического управ­ления аварийными дизель-генераторами на пассажирских теплоходах типа «Родина» для их пуска и остановки при выходе из строя судовой электро­станции используется специальный программный механизм.

Системы автоматического управления судовыми двигателями совер­шенствуются и развиваются. Ведутся работы по созданию самонастраиваю­щихся автоматических систем управления, которые, исходя из внешних условий (атмосферного давления и температуры, технического состояния двигателя запаса глубины под килем и др.) и заданных требований (опре­деленной продолжительности рейса, наименьшего расхода топлива и др.), будут выбирать и поддерживать оптимальные для этих условий режимы ра­боты главных двигателей. Такие системы, кроме того, будут надежно защи­щать двигатели от опасных перегрузок, способствуя этим увеличению мото­ресурса.

В дальнейшем возможно создание таких автоматических систем, ко­торые с помощью своих датчиков будут непрерывно контролировать тех­ническое состояние двигателя и сигнализировать о необходимости ремонта тех или иных его узлов, о необходимости смены смазочного масла и необхо­димости выполнения других назревших работ.