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.
![Схема автоматической предупредительной сигнализации Схема автоматической предупредительной сигнализации](/images/stories/DVS-sudno/601-690/679.gif)
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.
|