close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1arkhangel skiy v s avtomatika i apparatura kontrolya sudovyk

код для вставкиСкачать
ВСАрхангельский
АВТОМАТИКА.
И АППАРАТУРА
КОНТРОЛЯ
СУДОВЫХ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК
Допущено Главным управлением кад­
ров, учебных заведений и социально­
го развития Минрыбхоза СССР в каче­
стве учебного пособия для учащихся
средних специальных учебных заведе­
ний, обучающихся по специальности
1403 ’’Эксплуатация судовых силовых
установок”
$
ЛЕНИНГРАД
„СУДОСТРОЕНИЕ1
1991
IBK 39.455
А79
УДК 629.12.03-52(075)
Рецензенты: д-р техн. наук Л. И. И саков, инж. С. П. Ч ервяков
Архангельский В. С.
А 79
Автоматика и аппаратура контроля судовых энергетических
установок: Учебное пособие. -J I.: Судостроение, 1 9 9 1 ,264 с., ил.
ISBN 5 -7 355-0141-0
Рассмотрены аппаратура контроля и основы теории автоматизаци/1 судовых
энергетических установок. Особое внимание уделено правилам технической эк с­
плуатации и наладке средств автоматизации. Д ано представление о физической
сущности рабочих процессов и взаимосвязи между элементами судовой автомати­
ки.
Для курсантов средних мореходных училищ. Может быть полезна для судо­
вых механиков, работающих на судах MPX и ММФ.
А
2705140300-019
048(01)-91
Б Б К 39*455
Учебное издание
Архангельский Вадим Сергеевич
АВТОМАТИКА И АППАРАТУРА КОНТРОЛЯ
СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Учебное пособие
Заведую щ ий редакцией JO. И. Смирнов. Редактор Т. Я. Альбова. Художник переплета
Б. М. Яковлев. Художественный редактор А. Н. Миронов. Технический редактор Е. А.
Полякова . Корректор С. И. Маковская.
ИБ № 1397
Подписано в печать 16.04.91. Ф ормат 60x90 1/16. Бумага офсетная № 2. Усл.-печ.л.
16,5. Усл.кр.-отт. 16,5. Уч.-изд.л. 18,92. Изд. № 4305-88. Тираж 3200. экз. З а к а з 337.
П ена 1 р. 80 к.
Н абрано в издательстве "Судостроение** на персональном компьютере оператором
Н. В. Дмитриевой
Издательство "Судостроение”, 191065, Ленинград, ул. Гоголя, 8.
Тульская типография при Государственном комитете СССР по печати, г. Тула, пр. Л е­
нина, 109.
ISBN 5-7355-0141-0
© Архангельский В. C., 1991
П РЕДИСЛОВИЕ
Под автоматизацией понимают комплекс мероприятий научного,
технического и организационного характера, направленных на повы­
шение эффективности работы оборудования, экономию времени, ма­
териалов, энергии, рабочей силы, улучшение условий труда, повыше­
ние качества продукции и другие факторы, обеспечивающие рост про­
изводительности труда. Автоматизация судовых энергетических уста­
н о в о к (С Э У ) я в л я е т с я о д н и м и з гл ав н ы х н а п р а в л е н и й
научно-технического прогресса на флоте.
Судовые энергетические установки современных морских судов
характеризуются значительной мощностью и имеют в своем составе
большое число двигателей, механизмов и систем. Они обеспечивают
движение судна, снабжают электрической и тепловой энергией раз­
личные потребители. Условия движения судна и работы главных дви­
гателей и вспомогательных механизмов не остаются постоянными в
связи с изменением состояния моря, фарватера и района плавания, а
также рабочих режимов. При этом в соответствии с правилами техни­
ческой эксплуатации должна обеспечиваться высокая экономичность,
надежность и длительность работы отдельных агрегатов и судовой
энергетической установки в целом. Выполнение этих требований в
сочетании с повышением производительности и улучшением условий
труда судовых экипажей возможно в результате автоматизации про­
цессов судовой энергетической установки.
Основной базой автоматизации служит автоматика, охватываю­
щая средства и методы, позволяющие в какой-либо мере освободить
человека от управления производственным процессом.
Современный этап развития автоматики на судах характеризует­
ся резким переходом от автоматизации отдельных процессов и м еха­
низмов к комплексной автоматизации судовой энергетической уста­
новки всего судна. В комплекс автоматизации входят различные сред­
ства автоматики, обеспечивающие автоматическое регулирование и
управление, защиту механизмов и контроль.
В настоящее время флот рыбного хозяйства страны пополняется
значительны м количеством добы ваю щ их, перерабаты ваю щ их и
транспортных судов с высокой степенью автоматизации.
Системы дистанционного автоматизированного управления этих
3
судов позволяют управлять энергетическими установками из цент­
ральных постов управления или с мостика судна. Отдельные механиз­
мы (вспомогательные паровые и утилизационные котлы, сепараторы,
опреснители и т. д.) могут автоматически работать по заранее задан­
ной программе. Автоматическая информация, которой снабжаются
современные суда, через определенные промежутки времени в пись­
менном виде выдает значения контролируемых параметров; при этом
отпадает необходимость ведения записей в машинном журнале.
Таким образом, создаются реальные условия для безвахтенного
обслуживания механизмов судна, которые находятся только под конт­
ролем вахты из центрального поста управления. Такие суда имеют
знак автоматизации А2 - без постоянной вахты в машинных помеще­
ниях, но с постоянной вахтой в центральном посту управления. Даль­
нейшее развитие автоматизации позволяет строить суда со знаком
автоматизации Al - без постоянной вахты в машинных помещениях и
в центральном посту управления.
Огромна экономическая и социальная эффективность автомати­
зации судов. Внедрение более современных средств автоматизации,
обладающих большой надежностью, позволит резко сократить затра­
ты на выработку единицы рыбной продукции, тем самым повысится и
производительность труда. Но внедрение комплексной автоматизации
требует прочных знаний обслуживающего персонала, поэтому изуче­
нию средств автоматизации и аппаратуры контроля необходимо уде­
лять большое внимание. Грамотное техническое обслуживание
средств автоматизации современного судна - залог его безаварийной,
производительной работы.
Все отзывы и пожелания просьба направлять по адресу: 191065,
Ленинград, ул. Гоголя, 8, издательство "Судостроение”.
ГЛАВА I
АППАРАТУРА КОНТРОЛЯ СЭУ
§ 1. Классификация аппаратуры контроля
Во время эксплуатации судовых энергетических установок необ­
ходимо периодически контролировать текущие значения параметров,
характеризующих работу механизмов и устройств. Этот контроль осу­
ществляется при помощи различной аппаратуры контроля, которая
дает возможность судить о правильности протекания рабочих процес­
сов и своевременно устранять возможные неисправности. Постоянно
контролируют те параметры, отклонения которых от заданного значе­
ния могут вызвать ухудшение мощностных характеристик или других
эксплуатационных качеств, а в отдельных случаях могут привести к
аварии. К таким параметрам относятся частота вращения коленчатого
вала двигателя внутреннего сгорания, уровень воды в паровом котле,
температура воды и масла в двигателе внутреннего сгорания, степень
солености питательной воды парового котла и др.
Схема классификации аппаратуры контроля приведена на
рис. 1.1. В зависимости от способа осуществления контроля аппарату­
ра подразделяется на два типа:
- аппаратура постоянного контроля, которая устанавливается
стационарно и дает показания в течение всего времени работы меха­
низма или устройства;
- аппаратура периодического контроля, которая подключается
только на время замера. В отдельных случаях она подключается ста­
ционарно, однако отсчет производится только тогда, когда эта аппара­
тура включается дополнительным устройством. По наименованию
контролируемых величин аппаратура подразделяется на манометры,
термометры, солемеры, уровнемеры, расходомеры, газоанализаторы,
тахометры и др.
По способу показаний аппаратуру контроля можно разделить на
следующие группы:
- указывающую, в которой измеряемая величина определяется
при помощи подвижного указателя, перемещающегося вдоль шкалы
прибора;
- самопишущую, которая ведет запись контролируемых парамет­
ров на диаграмме или ленте;
- суммирующую, которая производит суммирование показаний
контролируемого параметра за определенный промежуток времени;
- сигнализирующую, которая при определенных значениях конт­
ролируемого параметра подает сигнал путем замыкания или размыка­
ния контактов электрической цепи.
По способу установки аппаратуру контроля можно классифици-
5
Классификация аппаратуры контроля
По сп о со ­
бу установ­
ки
По сп о со б у
осущ ествл е­
ния к онтр о­
ля
По наиме­
нованию
контроли­
р уем ой
величины
По сп осо­
б у п оказа­
ний
Аппаратура
п остоян н о­
го контроля
М аномет­
ры
Указыва­
ющая
Местная
Аппаратура
периодичес­
к ого конт­
роля
Т ерм о­
метры
Самопи­
шущая
Дистан­
ционная
«С олем еры
У ровнеме­
ры
-
По сп о со ­
б у защи­
щенности
По точнос­
ти
Водо-бры з"гозащ ищ енная
Прецизи­
онная ^
Герметич­
ная
Средней
точности
С ум м и ­
рующая
В зры вобе­
зопасная
Н изкой
точности
Сигнализи­
рующ ая
Тропичес­
к о го ис­
полнения
Р а сх о д о ­
меры
Вибропрочная
Газоана­
лизаторы
У даро­
прочная
Т ахом ет­
ры
------ и др.
-------и др.
Рис. 1.1. Схема классификации аппаратуры контроля
ровать как местную, так и дистанционную. Аппаратура местного кон­
троля устанавливается непосредственно на объекте, параметры кото­
рого она замеряет. Указывающее устройство аппаратуры дистанцион­
ного контроля устанавливается в постах управления, а датчик - на
объекте. Чтобы определить значение контролируемого параметра по
местной аппаратуре контроля, к ней необходимо подойти на достаточ­
но близкое расстояние, а отсчет по аппаратуре контроля дистанцион­
ного типа производится из постов управления.
По способу защищенности от внешних воздействий и от воздейст­
вия окружающей среды аппаратура контроля подразделяется на водо­
брызгозащищенную, герметичную, взрывобезопасную, тропического
исполнения, вибропрочную, ударопрочную и др.
6
§ 2. Точность измерений аппаратуры контроля
Измерение контролируемых параметров невозможно произвести
с абсолютной точностью из-за влияния условий измерений, техниче­
ского несовершенства аппаратуры контроля и ряда других случайных
причин. Поэтому вводится понятие абсолютной погрешности аппа­
ратуры контроля, которая определяется разностью между замеренным
и действительным значением контролируемого параметра.
В зависимости от назначения аппаратуры контроля и ее техниче­
ского исполнения устанавливается допустимая погрешность, кото­
рая характеризует отклонение показаний от действительного значе­
ния. Допустимая погрешность определяется классом точности, кото­
рый указывается на шкале прибора. Класс точности - это величина
допустимой погрешности в процентах от максимального предела из­
мерений. Например, если класс точности 2, а предел измерения 600°С,
то допустимая погрешность составит + 12 0C.
Как видно из этого примера, допустимая погрешность [А ] подсчи­
тывается по несложной формуле:
[A I=KCtfmax/100,
где К - класс точности аппаратуры контроля; Oimax - предел измере­
ния аппаратуры контроля.
Иногда допустимая погрешность указана на шкале аппаратуры
контроля широкой полоской на нулевой отметке шкалы. Эта окрашен­
ная в черный цвет полоска справа и слева от нулевой точки (положи­
тельная и отрицательная допустимые погрешности) в масштабе шка­
лы указывает допустимую погрешность. Если класс точности на шкале
не указан, то допустимая погрешность определяется как цена одного
деления шкалы.
В зависимости от класса точности различают аппаратуру конт­
роля:
- прецизионную - класс точности до 0,25 (применяется как образ­
цовая и лабораторная);
- средней точности - класс точности 0,5-1,0 (применяется как
контрольная);
- низкой точности - класс точности 1,5-4,0 (применяется как ра­
бочая и техническая).
Во время эксплуатации периодически проверяют абсолютную
(действительную) погрешность аппаратуры контроля (как разность
показаний контрольной и рабочей) и сравнивают ее с допустимой.
Если абсолютная погрешность превышает допустимую, то аппаратура
контроля к эксплуатации непригодна и требует ремонта или замены.
7
§ 3. Аппаратура контроля давления и разрежения
При работе судовой энергетической установки требуется изме­
рять давление и разрежение воды, газов, масла и т. д. Для этой цели
применяют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, тягомеры и
напоромеры.
Манометры предназначены для измерения избыточного давления.
Единицей измерения давления является паскаль (Па). П аскаль-дав­
ление, которое оказывает масса в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный
метр. Эта единица давления очень мала, поэтому применяют килопа­
скаль (кПа), равный 1000 паскалей или мегапаскаль (МПа), равный
1 000 000 паскалей.
В эксплуатации еще имеются приборы с единицами давления
кгс/см2, т. е. давление, которое оказывает масса в 1 килограмм на
площадь в 1 квадратный сантиметр. Для замера небольших давлений и
разрежений применяют единицы в миллиметрах водяного или ртутно­
го столба, а также к г с /м .
По конструктивному исполнению чувствительные элементы ма­
нометров подразделяются на несколько основных типов (рис. 1.2).
Жидкостные чувствительные элементы (рис. 1.2,а) состоят из
прозрачной U-образной трубки, заполненной ртутью или подкрашен­
ной водой. По закону сообщающихся сосудов, если одно колено трубки
сообщить со средой с давлением больше атмосферного, то уровень
жидкости в этом колене понизится, а в другом - повысится. Величина
H по вертикали в миллиметрах между этими уровнями определит
давление измеряемой среды. Высота разности уровней будет также
зависеть от плотности залитой жидкости.
В манометрах с манометрической трубкой (рис. 1.2,6) чувстви­
тельным элементом служит трубчатая полая пружина эллиптического
сечения. Под воздействием давления р у подаваемого внутрь трубчатой
Рис. 1.2. Типы чувствительных элементов аппаратуры для давления и разреж ения
8
пружины, свободный конец трубки будет разгибаться вверх, при пони­
жении давления и создании разрежения - вниз. Трубчатые пружины
для давления до 15 МПа изготавливают из латуни или сплавов на ее
основе, для большего давления - из стали.
Для измерения давления и разрежения газообразных сред приме­
няют мембраны (рис. 1.2,в). Мембрана представляет собой диск, за­
крепленный по окружности между корпусом и крышкой. К средней
части мембраны крепится шток. При создании давления р под мембра­
ной последняя начинает изгибаться, перемещая таким образом шток.
Мембраны применяют и в аппаратуре, предназначенной для измере­
ния очень малых значений давления и разрежения. Иногда мембраны
собирают в мембранные коробки или мембранные блоки.
В аппаратуре для измерения давления, где требуются значитель­
ные усилия, перемещающие указатель или самописец, применяются
сильфонные чувствительные элементы (рис. 1.2,г). Сильфон представ­
ляет собой гармониковую мембрану, расположенную в корпусе. При
создании давления донышко сильфона перемещается, перемещая од­
новременно и стержень (иглу), расположенный внутри сильфона.
Сильфоны изготавливают из латуни, бериллиевой бронзы или из не­
ржавеющей стали. Ими можно измерять давление агрессивных сред.
Манометры с трубчатой пружиной (рис. 1.3). Принцип действия
такого манометра основан на использовании зависимости между изме­
ряемым давлением и упругой деформацией одновитковой трубчатой
пружины 7, перемещение сво­
бодного конца которой переда­
точным механизмом преобразу­
ется в угл овое п ерем ещ ен и е
стрелки 6. Измеряемая среда по­
дается через отверстие в штуце­
ре 4 внутрь трубчатой пружины,
которая припаяна к корпусу 2
штуцера. Ш туцер имеет стан­
дартную наружную резьбу. Для
предохранения манометра от
гидравлических ударов и пуль­
сирующих нагрузок в нижнюю,,
выступающую часть штуцера
вворачивается сопло 5 постоян­
ного сечения, имеющее внутри
сквозное отверстие небольшого
диаметра (1-2 мм). Для вворачи­
вания манометра в резьбовое от­
верстие имеется выфрезерованный квадрат 3 под ключ разме­
ром 17 мм. Движение свободного
конца пружины через поводок 9
Р ис. 1.3. С хем а м ан ом етр а с тр убчатой
пруж иной
передается на зубчатый сектор 5,
9
который входит в зацепление с шестерней 7. На оси шестерни закреп­
лена указывающая стрелка, показания которой определяются по шка­
ле 10. Прибор устанавливается в корпус. Наружная часть корпуса
имеет круглое углубление, в которое устанавливается стекло ман
метра. Стекло закрепляется пружинным кольцом, а последнее плом­
бируется.
Для того чтобы износ зубьев шестерни и сектора не влиял на
увеличение допустимой погрешности, к шестерне крепится спираль­
ная пружина 7 /, вторым концом которая закреплена к корпусу. Таким
образом, пружина все время прижимает зубья сектора и шестерни
одной стороной, исключая тем самым появление большой погрешно­
сти при увеличении зазора между зубьями.
Контрольные манометры. Эти манометры применяют для про­
верки рабочих манометров во время эксплуатации. От рабочих мано­
метров они отличаются тем, что в их корпусе имеются две манометри­
ческие пружины и две указывающие стрелки. Если при включении
контрольного манометра его стрелки дают одинаковые показания, тс
прибор считается исправным. Контрольный манометр подключаю
при помощи фланца и прижимных болтов, так как резьба штуцера при
частом отворачивании и заворачивании быстро бы износилась. Для
плавного поступления под давлением среды в приборе предусмотрен
игольчатый клапан. Класс точности контрольных манометров 0,5-1,0.
Манометры с контрольной стрелкой. Эти манометры предназна­
чены для постоянного контроля давления, а также для фиксации мак­
симально достигнутого контролируемого давления. На оси рабочей
стрелки установлена контрольная стрелка. Когда рабочая стрелка сов­
падает с контрольной, последняя будет перемещаться вместе с рабо­
чей. Это происходит потому, что контрольная стрелка на оси установ­
лена свободно, а рабочая стрелка имеет выступ, которым она начинает
перемещать контрольную стрелку. При перемещении рабочей стрелки
в сторону уменьшения давления контрольная стрелка останется на
месте, фиксируя тем самым наибольшее достигнутое давление. Для
возврата контрольной стрелки в нулевое положение необходимо либо
специальным ключом вскрыть прибор, либо сорвать пломбу и вынуть
стекло.
Сигнализирующие манометры. Их применяют в том случае, ког­
да необходимо подать электрический сигнал при определенном значе­
нии давления. Конструкция сигнализирующего манометра аналогич­
на конструкции рабочего, но дополнительно имеются одна или две
контактные стрелки, которые при помощи специального ключа Хили
отвертки) могут устанавливаться на требуемое значение давления
Когда рабочая стрелка совпадает с контактной, замыкается или раз­
мыкается электроконтактное устройство. Сигнализирующие мано­
метры могут быть мембранного или сильфонного типа.
Самопишущие манометры. Их применяют для непрерывного
контроля и записи измеряемого давления. Схема самопишущего мано­
метра с сильфонным чувствительным элементом и круговой диаграм-
10
мой приведена на рис. 1.4,а. Донышко сильфона 1 под воздействием
давления р перемещается и вызывает перемещение системы тяг 2,
которая перемещает самописец 3 . Бланки 4 круговой диаграммы вра­
щаются со скоростью один оборот в сутки при помощи часового меха­
низма, вмонтированного в прибор. Концентрические окружности на
круговой диаграмме указывают величины давлений, а радиальные ли­
нии - суточное время в часах (от 0 до 24). Таким образом, при помощи
этого манометра можно определить замеряемое давление на текущий
момент (по положению самописца), а также давление в любое время
суток. Диаграмма сменяется один раз за сутки, завод часового меха­
низма производится раз в неделю.
Самопишущий манометр с поступательным перемещением диаг­
раммы приведен на рис. 1.4,б. Стрелка 1 приводится в движение от
измерителя прибора. На конце стрелки установлен самописец (перо,
заполненное чернилами или пастой). Бумажная лента (диаграмма)
крепится в обойме катушки 4, проходит по столику J, направляющему
валику 2, охватывает барабан 6 и закрепляется на катушке 7. Пружи­
нами 5 и P и роликом 8 лента плотно прижимается к барабану, кото­
рый вращается с постоянной скоростью с помощью миниатюрного син­
хронного электродвигателя. Манометр воспроизводит на диаграмме
характер изменения давления контролируемой среды и одновременно
11
Рис. 1.5. С ильфонный дистанционны й
манометр
Рис. 1.6. Р е о с та т н ы й д и с т а н ц и о н н ы й
электрический манометр
по его шкале определяют текущее значение давления в настоящий
момент.
Вакуумметры применяются для измерения разрежения. По кон­
струкции аналогичны манометрам (с манометрической пружиной,
мембранного типа и др.). Следует помнить, что наибольшее разреже­
ние составляет 0,1 МПа. Нулевая отметка на шкале прибора располо­
жена справа (при наличии пружинного чувствительного элемента), а
наибольшее значение разрежения - слева.
Мановакуумметр по конструкции аналогичен манометру или ва­
куумметру, только шкала прибора разделена на две части. Нулевая
отметка на шкале расположена в ее средней части так, чтобы стрелка
при повышении давления перемещалась по шкале вправо от нуля, а
при понижении - влево.
Тягомеры и напоромеры предназначены для измерения неболь­
ших значений давления, разрежения или разности давлений газов.
Чувствительным элементом прибора может быть U-образна я трубка с
чашей, либо мембранная коробка (две спаянные между собой мембра­
ны), внутренняя часть которой сообщается со средой, в которой заме­
ряется давление или разрежение. Пределы измерений приборов 5100 кПа, класс точности 2,5-4. Приборы имеют устройство, позволяю­
щее устанавливать стрелку в нулевое положение (корректор нуля).
Дифференциальные манометры. Их применяют для измерения
разности давлений. Чувствительным элементом, как правило, являет­
ся мембрана, установленная в герметическом корпусе. Разные значе­
ния давления по обе стороны мембраны вызывают ее перемещение,
что характеризует разность давлений. Выходной сигнал такого мано­
метра может быть механического, электрического или пневматиче­
ского типа.
Дистанционные манометры с сильфоном (рис. 1.5). Они приме­
няются для передачи показаний на значительные расстояния от точки
12
контроля без снижения точности измерения. Сильфон У, капилляр 2 и
трубчатая пружина 3 образуют герметичную систему, заполненную
несжимаемой жидкостью - лигроином или толуолом. Полость А сооб­
щается с контролируемой средой. Изменение давления воспринимает­
ся сильфоном и передается с помощью капилляра к трубчатой пружи­
не и далее к указывающей стрелке.
Электрические дистанционные манометры. В этих манометрах
деформация чувствительного элемента (манометрической трубки,
мембраны, сильфона), возникающая под действием изменения давле­
ния, преобразуется в электрические сигналы. Изменение характери­
стики электрического тока фиксируется вольтметром или ампермет­
ром, шкала которого отградуирована в единицах давления. По прин­
ципу действия электрические дистанционные манометры делятся на
индуктивные, реостатные и емкостные. Схема реостатного дистанци­
онного электрического манометра приведена на рис. 1.6. Мембрана
прибора воспринимает давление р замеряемой среды и через свой
шток перемещает ползунок реостата. Таким образом, изменяется ток
в цепи указывающего прибора, шкала которого отградуирована в еди­
ницах давления. В приборы встраивают малогабаритные трансформа­
торы и преобразователи, чтобы выходные электрические сигналы име­
ли низкое напряжение (U ss 2 + 4 В). Показания таких приборов могут
передаваться на большие расстояния.
Проверочные манометры. Их применяют для проверки рабочих
манометров в специальных лабораториях Государственного надзора.
Схема проверочного (грузопоршневого) манометра приведена на
рис. 1.7. Манометр представляет собой замкнутую систему каналов,
выполненную в корпусе У. Контрольное давление масла в системе со-
13
здается плунжером 4 , нагружаемым сверху металлическими тарелка­
ми-грузами. Масса тарелки 1 кг или 5 кг, причем она точно выверена.
Масса самого плунжера тоже 1 кг, а площадь его торца 1 см2. Таким
образом, в системе создается необходимое давление в зависимости от
количества грузов, установленных на плунжер. Для прокачивания си­
стемы и создания давления большего, чем могут создать все грузы
вместе, служит поршень 2. Для сброса давления в системе имеется
игольчатый клапан 6, установленный в резервуаре, заполняемом мас­
лом. Поверяемые манометры устанавливаются на колонки 3 и 5.
Точность и надежность аппаратуры для измерения давления и разрежения может
быть обеспечена только при правильном монтаже, систематическом наблюдении и об­
служивании. Указывающий прибор должен быть установлен так, чтобы все надписи и
числовые обозначения на циферблате были хорошо видны, а плоскость циферблата
совпадала с вертикальной плоскостью. В качестве уплотнения под резьбу штуцера дол­
жна устанавливаться фибровая или свинцовая прокладка; применение прокладок из
меди или медных сплавов не допускается. Манометры, устанавливаемые на ответствен­
ных объектах (паровых котлах, воздухохранителях), должны монтироваться совместно
с трехходовым краном, который служит для продувки манометра, и подсоединительной
трубки для проверки и замены манометра. Прибор следует устанавливать при помощи
гаечного ключа; завертывание прибора вворачиванием его корпуса руками категориче­
ски запрещается. Предельно допустимое давление не должно превышать 3 /4 от верхне­
го предела измерений при постоянном давлении и 2 /3 - при переменном давлении.
Манометры должны периодически подвергаться поверкам. Существуют три вида
поверок:
1 . П о в е р к а н а н у л е в у ю т о ч к у . Через трехходовой кран чувствитель­
ный элемент прибора сообщают с атмосферой и следят за показанием стрелки, которая
должна находиться в пределах полоски нулевой отметки циферблата. Производится
один раз за вахту.
2. П о в е р к а к о н т р о л ь н ы м м а н о м е т р о м . К трехходовому крану па­
раллельно с рабочим подключается контрольный манометр, и его показания сравнивают
с показанием поверяемого манометра. Если разность показаний не превышает допусти­
мой погрешности поверяемого прибора, то прибор считается исправным. Производится
один раз в три месяца.
3. П о в е р к а г о с п о в е р и т е л е м . Эта поверка производится раз в год в лабо­
раториях Гостехнадзора. Поверка производится при помощи грузопоршневых повероч­
ных манометров в трех-четырех точках шкалы поверяемого манометра, и определяется
максимальная погрешность. Сравнивая максимальную погрешность с допустимой, оп­
ределяют пригодность манометра к дальнейшей эксплуатации. После этого прибор перепломбируется, и на пломбе или на стекле манометра в кружке наносятся цифры.
Например, обозначение 8119 означает, что прибор был поверен во втором квартале (рим­
ская цифра) 1989 г. (две крайние арабские цифры). Прибор с приведенным клеймением
можно эксплуатировать до конца второго квартала 1990 г.
Запрещается эксплуатировать манометры (требуется их немедленная замена) в
следующих случаях: разбито стекло, отсутствует пломба, просрочен срок госповерки.
§ 4. Аппаратура контроля температуры
Для измерения температуры применяются жидкостные термомет­
ры, биметаллические и дилатометрические термометры, манометри­
ческие термометры, термоэлектрические термометры, термометры со­
противления. При замере температуры наибольшее распространение
14
получила шкала Цельсия C O . За ноль по этой шкале принята темпе­
ратура замерзания воды, а за 100° - температура кипения воды при
нормальных условиях. Менее распространены температурные шкалы
Фаренгейта и Реомюра.
Ш кала Фаренгейта (eF) образована делением интервала темпе­
ратур между точкой замерзания и кипения воды на 180 равных частей.
Точка замерзания воды соответствует 32°F, а точка кипения воды
212°. Соотношение между шкалой Фаренгейта и шкалой Цельсия вы­
ражается формулой
°F=32+9/5(°C).
Ш кала Реомюра (eR) образована делением вышеуказанного ин­
тервала температур на 80 равных частей. Точка замерзания воды соот­
ветствует 0°R, а точка кипения воды 80°R. Соотношение между шка­
лой Реомюра и шкалой Цельсия выражается формулой
0R=O,8 (°С).
Жидкостно-стеклянные термометры. Термометр состоит из бал­
лона, заполненного ртутью или спиртом, и стеклянного капилляра,
зерхний конец которого запаян. При замере температуры свыше
00°С верхняя часть капилляра вакуумируется, т. е. из нее удаляется
воздух, чтобы препятствовать испарению ртути. Капилляр с баллоном
устанавливается в стеклянный корпус, в верхней части которого уста­
новлена пробка, фиксирующая капилляр, а также вложенную шкалу.
Пределы измерений приборов до 550°С, класс точности 1-2.
Ввиду малой механической прочности жидкостные термометры
устанавливаются на объектах в специальных оправах. Оправа состоит
из защитного металлического кожуха-гильзы, который на резьбе уста­
навливается в место замера температуры. Баллон прибора помещают
в гильзу. Чтобы не было воздушной прослойки между баллоном и
стенками гильзы, гильзу заполняют маслом (при измерении темпера­
туры до IOO0O либо медным порошком (при измерении температуры
свыше 100°С). На гильзу наворачивают трубку с выфрезерованным
окном для отсчета показаний. На верхнюю часть трубки устанавлива­
ют уплотнительную резьбовую пробку, под которую подкладывают
мягкий материал, исключающий вибрацию прибора.
Положительные качества этих приборов - простота конструкции,
небольшая стоимость и простота монтажа; недостатки - невозмож­
ность определения температуры на расстоянии и отставание показа­
ний прибора при быстрых изменениях температуры (динамическая
инерционность).
*?тутные термометры могут иметь контакты, впаянные в капил­
ляр прибора. Замыкание контактов происходит в момент, когда под-
15
ffih '
4
J
2
Рис. 1.8. Биметаллические и дилатометрические термометры
нимающийся столбик ртути совпадает по высоте их установки, соот­
ветствующей заданному значению температуры.
Следует помнить, что пары ртути ядовиты, поэтому приборы не­
обходимо хранить в специальных металлических ящиках вне жилых
помещений судна. При поломке прибора ртуть необходимо собрать в
стеклянную тару с плотно закрывающейся пробкой.
Биметаллические термометры. Схема биметаллического термо­
метра с плоской пружиной приведена на рис. 1.8,а. Плоская пружина
7 состоит из двух спаянных между собой разнородных металлов с раз­
личными коэффициентами линейного расширения. При нагревании
пружины металлы удлиняются неодинаково, что вызывает ее изгиб,
перемещение тяги 2 и.стрелки 3. Отсчет ведется по шкале 4.
В биметаллических термометрах с цилиндрической пружиной 7
(рис. 1.8, б) нагрев ее приводит к скручиванию свободного конца, пово­
роту оси 2 и перемещению стрелки 3. Отсчет температуры произво­
дится по шкале 4.
Дилатометрический термометр (рис. 1.8,б). В таких приборах ис­
пользуется эффект различного коэффициента линейного расширения
трубки 7, выполненной из латуни или красной меди и стержня 2,
выполненного из материала с небольшим коэффициентом линейного
расширения. При совместном нагревании трубки и стержня длина их
изменяется неодинаково. Разность удлинений трубки и стержня через
пружину 3 и шток 4 воспринимается рычагом 5, связанным со стрел­
кой указателя. Дилатометры просты по конструкции, обладают боль­
шой чувствительностью и могут развивать большие перестановочные
усилия.
Манометрические термометры. Принцип действия основан на
использовании зависимости давления жидкости, паров или газов, за­
полняющих термометр, от величины.температуры. Манометрический
термометр (рис. 1.9) состоит из термобаллона 7, капиллярной трубки
2 и пружинного манометра 5. Капиллярная трубка защищена от меха-
16
нических повреждений металлической оплеткой J, а в местах переги­
ба дополнительно пружиной 4 . Термобаллон изготовлен из стали или
латуни и заполнен ртутью или метиловым спиртом (жидкостные ма­
нометрические термометры), хлорметилом, хлорэтилом или ацетоном
(паровые манометрические термометры), инертным газом (газовые
манометрические термометры). При нагревании жидкостные запол­
нители будут расширяться, паровые испаряться, а газовые увеличи­
вать свой объем.
Пределы измерений жидкостных манометрических термометров
0-125°С, паровых 0-150°С, газовых 0-600°С. Длина капилляров этих
приборов может достигать нескольких десятков метров. Классы точно­
сти манометрических термометров: жидкостных 2-4, паровых 2-4, га­
зовых 1-2.
Манометрические термометры широко применяются не только
как указывающие, но и как сигнализирующие. Для этой цели помимо
рабочей стрелки в приборе предусмотрены две контактные стрелки,
которые могут устанавливаться на заданное значение температуры.
Когда рабочая стрелка совпадает с контактной, замыкается контакт­
ное устройство и подается электрический сигнал. Контактное устрой­
ство рассчитано на ток в 1-2 А.
Манометрические термометры имеют два существенных недо­
статка: необходимость обеспечения абсолютной герметичности термо­
системы и зависимость точности показания от температуры среды, в
которой находится капиллярная трубка и указывающий прибор. Поэ­
тому при замере высоких температур показания прибора неточны, что
требует внесения в их конструкцию различных компенсирующих уст­
ройств, усложняющих прибор. Простое увеличение длины капилляра
вызывает повышение тепловой инерционцЬсШприбора.
17
При монтаже манометриче­
ских термометров должны со­
блюдаться следующие условия:
- термобаллон должен быт*
полностью погружен в измеряе­
мую среду;
- необходим о осторож ное
Термопары
обращение с капилляром, недо­
пустимы его перегибы радиусом
менее 50 мм, капилляр необхо­
димо монтировать в трубе либо
под металлическим уголком.
Т ерм оэлектрические тер ­
мометры. Принципы действия
этих приборов основаны на воз­
Рис. 1.10. Простейшая схема термоэлект­
никновении электродвижущ ей
рического термометра с переключателем
силы в результате нагрева спая
двух проводников, изготовлен­
ных из различных материалов. Пределы измерений приборов зависят
от материала электродов: при использовании электродов из хромелькапеля или хромель-алюмеля пределы измерений до 600°С, при ис­
пользовании платиноиридиевых или платинородиевых электродов
пределы измерений до 1200°С. Класс точности приборов 1-2.
Принципиальная схема прибора показана на рис. 1.10. Термопа­
ры горячим спаем погружены в среду, где измеряют температуру.
Концы электродов, вынесенные наружу, омываются воздухом и при
помощи соединительных проводов подключены к милливольтметру,
шкала которого отградуирована в единицах температуры. Милливоль­
тметр состоит из ротора, на который намотана катушка. Ротор уста­
новлен между полюсами постоянного магнита. При нагревании спая
электродов в цепи появляется ЭДС небольшой мощности (0-50 мВ), и
стрелка прибора перемещается на определенный угол, который зави­
сит от величины ЭДС и, в конечном итоге, от величины температуры.
На один указывающий прибор можно подключить несколько тер­
мопар, что позволяет при помощи переключателя 77 контролировать
температуру сразу в нескольких точках.
Проволоки термопар изолированы друг от друга фарфоровыми
изоляторами и помещены в общую защитную трубку-наконечник, из­
готовленную из жаропрочной стали.
Для того чтобы компенсировать различное сопротивление соеди­
нительных проводов, пружина ротора указывающего прибора имеет
устройство для изменения степени ее затяжки (механический коррек­
тор). Коррекция, т. е. установка стрелки прибора на действительное
значение температуры, производится прц помощи какого-либо термо­
метра другого типа.
При эксплуатации термоэлектрических термометров Необходимо
периодически проверять:
18
- отсутствие повреждений и чистоту защитной трубки;
- прочность и надежность крепления контактных зажимов в голо­
вке термопары и на клеммах указывающего прибора;
- состояние электрической цепи.
Термометры сопротивления. Принцип действия этих приборов
основайпна изменении сопротивления проводников при их нагреве.
Термометр сопротивления (рис. 1.11) представляет собою каркас с
изоляцией, на который намотана медная или платиновая проволока
небольшого диаметра. Каркас с проволокой, обладающей сопротивле­
нием Ru помещен в защитную трубку, выполненную из жаропрочной
стали. При изменении температуры замеряемой среды будет изме­
няться и сопротивление Ru
Устройство, замеряющее изменение сопротивления Ru представ­
ляет уравновешенный мост с сопротивлениями Л 1, R i, Rs, Ru Как
видно из схемы, одним из плеч моста служит термометр сопротивле­
ния. Изменение сопротивления приводит к нарушению равновесия
моста. На зажимах 1-3 возникает разность потенциалов, которая про-'-рционапьна изменению сопротивления Ru Эта разность потенциа­
лов (напряжение) измеряется логометром, который представляет со­
бой прибор магнитоэлектрической системы с внутрирамочным посто­
янным магнитом, с двумя скрещенными под прямым углом рамками с
опорами на кернах. Рамки удерживаются от проворачивания спираль­
ной пружиной, на оси рамок установлена стрелка, а шкала прибора
отградуирована в градусах Цельсия. К клеммам 2-4 через сетевой вы­
прямитель подается ток небольшого напряжения (2-4 В ).
Термометры сопротивления измеряют температуру в пределах от
-100 до +1200°С. Класс точности
2
этих приборов 1-2.
Наряду с электротермомет­
рами сопротивления находят
применение полупроводниковые
термометры сопротивления терморезисторьи Т ер м о р ези ­
сторы (термисторы) изготовляют
из порошкообразной смеси окис­
лов металлов, спрессованной и
спеченной при высокой темпера­
туре. В отличие от металличе­
ских элементов, сопротивление
которых при нагревании увели­
ч и в а ет ся ,
тер м о р ези стор ы
уменьшают свое сопротивление
при нагревании, так как облада­
ют отрицательным температур­
ным коэффициентом.
Термоэлектрические комплекты.
В состав термоэлектрических комплек­
тов входят термометры сопротивления
либо термоэлектрические термометры,
Рис. 1.11. Схема термометра сопротивле*
ния
19
которые подключаются ко вторичным (указывающим) приборам через ручной или а в ­
томатический переключатель. Вторичными приборами у термометров сопротивления
служат логометры, или автоматические электронные мосты, у термоэлектрических тер­
мометров милливольтметры, или автоматические электронные потенциометры.
В основу работы электронных автоматических мостов положен нулевой метод из­
мерения сопротивления. Мостовая схема состоит из трех плеч с определенными сопро­
тивлениями и четвертого плеча, в которое последовательно включен термометр сопро­
тивления и переменное сопротивление - реохорд. Питание измерительной схемы моста
осуществляется переменным током низкого напряжения. При изменении температуры
изменится сопротивление термометра и нарушится равновесие измерительной схемы. В
результате этого в диагонали моста появится напряжение разбаланса, которое усилива­
ется усилителем до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного
электродвигателя. Ось двигателя при помощи шкива и троса связана с кареткой, на
которой закреплен движок реохорда и указывающая стрелка. Ротор электродвигателя
вращается до тех пор, пока существует сигнал, вызванный разбалансом схемы. Одно­
временно перемещается указатель прибора вдоль шкалы и движок реохорда до наступ­
ления равновесия в измерительной схеме. Равновесие измерительной схемы наступит
тогда, когда суммарное сопротивление термометра сопротивления и сопротивление рео­
хорда вновь примут первоначальное значение. В момент равновесия двигатель и стрелка
прибора останавливаются, и по шкале производят отсчет измеряемой температуры.
В основу работы электронных автоматических потенциометров положен компен­
сационный метод измерения напряжения. Термопара включена прследовательно с уси­
лителем в диагональ измерительного моста. В другую диагональ зключен источник
стабилизированного низковольтного питания, обеспечивающий постоянное напряже­
ние. При изменении измеряемой ЭДС (в результате изменения температуры) на вход
усилителя подается сигнал постоянного тока, который преобразуется в переменный и
усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного элект­
родвигателя. Вал двигателя с помощью редуктора, шкива и троса связан с кареткой
(указателем), на которой закреплен движок реохорда. Ротор двигателя вращается до тех
пор, пока существует сигнал, вызванный разбалансом схемы. Одновременно перемеща­
ется указатель прибора и движок по реохорду до наступления равновесия в измеритель­
ной схеме. В момент равновесия (величина ЭДС в диагонали моста станет равна нулю)
положение указателя по шкале определяет величину температуры. Дополнительно в
схему прибора включено компенсирующее сопротивление, которое компенсирует изме­
нение температуры „холодных" концов термопары под воздействием температуры окру­
жающего воздуха, что увеличивает точность прибора.
Электронные автоматические мосты и электронные потенциометры имеют класс
точности 0,5. Обычно в схеме установлен автоматический переключатель на несколько
датчиков (термометров сопротивления или термопар), а также лентопротяжный меха­
низм и самописец. Запись значения температуры от каждого датчика производится
пастой разного цвета.
§ 5. Аппаратура для измерения солесодержания
Для измерения солесодержания в воде применяют солемеры.
Принцип действия солемеров основан на измерении удельной элект­
ропроводимости водных растворов солей в зависимости от их концент­
рации; с увеличением концентрации солей электропроводимость уве­
личивается.
Шкала солемера отградуирована в миллиграммах на литр (мг/л)
применительно к водному раствору.
Простейшая схема солемера, работающая по принципу элект­
ронного автоматического моста, приведена на рис. 1.12. Вода прохо­
дит через датчик У, который состоит из двух электродов: наружно­
го
Рис. 1.12. Схема солемера с автоматическим электронным мостом
го, цилиндрического, с отверстиями для пропуска воды и внутреннего,
стержневого, укрепленного концентрично внутри наружного. Элект­
роды изолированы друг от друга.
Для того чтобы температура воды не влияла на точность измере­
ний (изменение температуры на один градус Цельсия вызывает изме­
нение удельного сопротивления раствора на 2-2,5 %), в смежное пле­
чо моста включен никелевый термометр сопротивления Rt . В противо­
положные плечи моста включены постоянные сопротивления Ri и R 2
совместно с сопротивлением реохорда 5.
Питание моста и электронного усилителя 4 осуществляется через
диагональ моста (клеммы Б-Б) от трансформатора переменного тока.
При изменении солености раствора нарушается равновесие моста,
и в диагонали A-A появляется разность потенциалов, которая элект­
ронным усилителем 4 усиливается до величины, достаточной для при­
ведения в действие реверсивного электродвигателя 3 (подачей пита­
ния чербз клеммы B-B на его обмотку управления). Ротор двигателя
при своем вращении передвигает движок по реохорду 5 и одновремен­
но стрелку 2 прибора. Движение ротора, стрелки и движка реохорда
будет продолжаться до тех пор, пока не наступит равновесие моста
(разность потенциалов в точках A-A будет равна нулю). Следователь­
но, каждому значению)солесодержания будет соответствовать опреде­
ленное положение стрелки прибора, причем независимо от температу­
ры раствора за счет включения в схему компенсирующего термометра
сопротивления.
К другому типу относится солемер, измеряющий удельную прово­
димость раствора с помощью двух четырехплечих мостов - одного
уравновешенного и второго неуравновешенного. Простейшая схема
21
«О
такого солемера приведена на рис. 1.13. Уравновешенный мост состоит
из четырех плеч (Л ь Л 2 , Лз, Л 4), причем сопротивлениями Л 1 и Лз
служат две обмотки понижающего автотрансформатора. Датчик при­
бора Rs (аналогичный вышеописанному датчику) включен парал­
лельно сопротивлению Л 4.
Плечами неуравновешенного моста служат сопротивления Л5 , Лб,
R fJ и термометр сопротивления Ru
В том случае, когда пропускаемая через датчик вода не будет
иметь солей, т. е. сопротивление датчика будет бесконечно большим,
напряжение на вершинах уравновешенного моста между точками А и
Б будет равно нулю. При увеличении концентрации солей сопротив­
ление между электродами датчика будет уменьшаться, что неизбежно
приведет к нарушению баланса моста’, и между точками Л и Б появит­
ся разность потенциалов. Указанная разность потенциалов будет из-меняться пропорционально изменению проводимости между электро­
дами датчика, т. е. пропорционально солесодержанию раствора.
Полученная разность потенциалов между точками А и Б исполь­
зуется для питания неуравновешенного моста. При этом стрелка мил­
ливольтметра, включенная в диагональ моста, будет отклоняться на
величину, пропорциональную концентрации солей в растворе. Мил­
ливольтметр магнитоэлектрической системы, а вся схема питается
электрическим током переменного напряжения, поэтому последова­
тельно с милливольтметром включен диод, который выполняет роль
однополупериодного выпрямителя.
Назначение термометра сопротивления R tyвключенного в одну из
ветвей неуравновешенного моста, - частично сбалансировать (в пре­
делах температур от +30 до +50°С) неуравновешенный мост с его по­
22
мощью, когда меняется температура воды. При изменении температу­
ры в больших пределах перед датчиком требуется постановка регуля­
тора температуры (охладителя воды) для поддержания температуры в
пределах 40 * 3°С.
К положительным качествам солемера с двумя мостами следует
отнести то, что этот прибор может иметь несколько параллельно
включенных и установленных в разных местах судна указывающих
приборов, а также отсутствие движущихся частей.
Все солемеры дополнительно оборудуются сигнализирующими
устройствами (световыми и звуковыми). Эти устройства могут быть
различных типов: контактные стрелки, кулачковые микропереключа­
тели, сигнализирующие реле с пульспарой (вызывающие мигание не­
оновой лампы) и др. Их назначение - подать электрический сигнал
при определенном значении солесодержания.
Д ля проверки правильности работы солемеров некоторые из них оборудуются пе­
реключателями, которые имеют следующие положения:
- рабочее. П ри этом положении включена рабочая схема;
- проверка нуля. При этом положении датчик отключается и стрелка прибора
должна установиться на нулевой отметке. Корректировку нулевой точки производят
переменным подгоночным сопротивлением, установленным в цепи милливольтметра
<на схеме не показано);
- проверка контрольной точки, соответствующей определенному солесодержанию. При этом датчик отключается и включается сопротивление, соответствующее со­
лености определенного значения. Стрелка прибора должна указать данное значение
солености.
Если в конструкции солемера отсутствует устройство (переключатель) для про­
верки его работоспособности, то проверка правильности показаний прибора произво­
дится в такой последовательности:
- отключить от датчика соединительные провода и подключить их к магазину
сопротивлений;
- установить на магазине сопротивлений поочередно величины сопротивлений в
соответствии с данными градуировочной таблицы;
- сравнить показания прибора со значениями входного сигнала от магазина сопро­
тивления и убедиться в правильности показаний прибора.
При техническом обслуживании солемера необходимо проверить надежность кон­
тактных соединений, сравнить показания солемера с данными химического анализа
воды, очистить от накипи и загрязнения электроды, не допуская повреждения их на­
ружной поверхности.
§ б. Аппаратура для измерения уровня
Аппаратуру и приборы для измерения уровня можно разделить на
два вида:
-д л я измерения уровней жидкостей в сосудах, где жидкость нахо­
дится под атмосферным давлением;
- для измерения уровня жидкости, находящейся в сосудах, рабо­
тающих под избыточным давлением (паровые котлы, гидрофоры и
др.).
Простейшими приборами визуального контроля уровня являются
указательные колонки с цилиндрическими или плоскими стеклами.
23
Рис. 1.14. Схема пневматического указателя уровня
Работа колонок основана на принципе сообщающихся сосудов. Недо­
статком этих приборов является невозможность дистанционного конт­
роля уровня, а также невозможность их использования для цистерн,
находящихся в междудонном пространстве.
Для измерения уровня также применяются мерные линейки, фут­
штоки и рулетки.
Пневматические указатели уровня (рис. 1.14). Применяются для
дистанционного измерения уровня жидкостей в цистернах. Воздух по­
ступает к редукционному клапану 7, где редуцируется до давления
0,3 -0 ,5 МПа, За редукционным клапаном установлен манометр 2, ко­
торый контролирует давление воздуха в системе. Далее воздух прохо­
дит через мерный сосуд 5 со стеклом, в который залито определенное
количество трансформаторного масла. Количество воздуха, поступа­
ющего в мерный сосуд, постоянно, так как воздух проходит через
дроссель 4 . Мерный сосуд перегородкой разделен на две части, в ниж­
ней части перегородки имеется небольшое отверстие. Поступивший
воздух выдавливает масло из передней камеры в заднюю и в виде
пузырьков поступает в систему. Далее воздух поступает к измерителю
уровня—манометру 6 и через четырехходовой кран 3 к цистерне 7 по
установленной в ней трубке. Благодаря наличию жидкости в цистерне
воздух будет в виде пузырьков выходить в атмосферу. Следовательно,
в системе будет создаваться давление воздуха, соответствующее уров­
ню жидкости Я.
В рабочем положении четырехходовой кран сообщает мерный со­
суд с трубкой в цистерне. При нажиме на рукоятку крана мерный
сосуд разобщается с трубкой, установленной в цистерне, и последняя
24
сообщается с трубопроводом нередуцированного воздуха. Произво­
дится продувка замерной трубки и магистрали. Кроме того, одновре­
менно мерный сосуд и манометр б сообщается с атмосферой. При этом
стрелка манометра должна установиться в нулевое положение, что
характеризует исправность манометра.
Во время эксплуатации пневматических (пневмеркаторных) уст­
ройств измерения уровня необходимо:
- проверять уровень жидкости в мерных сосудах и при необходит
мости производить доливку жидкости;
-периодически проверять параметры пневмопитания (давления и
расход воздуха);
- продувать воздухом трубопроводы цистерн;
- своевременно обнаруживать и устранять неплотности трубопро­
водов и арматуры системы.
Электрический уровнемер ДУУМ -111 (дистанционный указа­
тель уровня мембранный), его применяют для дистанционного конт­
роля уровня воды в паровых котлах (рис. 1.15). Коцденсационный
сосуд 1 трубкой 2 соединен с паровой частью барабана 5 котла. Так как
конденсационный сосуд омывается окружающим воздухом (сосуд не
изолирован), пар в нем непрерывно конденсируется, и конденсат сли­
вается в сливную трубку 3.
Ввиду того, что( сливная трубка соединяется с водяной частью
барабана котла при помощи трубки б, и уровень в последней поддер­
живается равным уровню воды в барабане котла, в конденсационном
сосуде всегда поддерживается постоянный уровень. Нижняя часть
кондесационкого сосуда трубкой 4 соединена с нижней частью чувст­
вительного элемента 7. К верхней части чувствительного элемента
подсоединена трубка б (от водяной части барабана котла). Верхняя и
нижняя части чувствительного элемента разделены мембраной 9, из­
готовленной из мягкой прорезиненной ткани. К нижней части мембра­
ны подвешен груз 10, Его назначение ,--уровновеситъ разность столбов
жидкости от конденсационного сосуда7и-водяной части барабана кот­
ла. Таким образом, мембрана может перемещаться вверх или вниз
только при изменении уровня воды в барабане котла; Заметим, что
изменение давления пара не вызовет перемещения мембраны, так как
ее верхняя площадь равна нижней.
(Перемещение мембраны через кривошип и ось 8 передается на
рычаг 12, что вызывает перемещение реохорда по реостату 14. В цепи
реостата установлено корректирующее сопротивление 13 и указываю­
щий прибор 15 электромагнитного типа (вольтметр), шкала которого
отградуирована в миллиметрах уровня./ Пружина 17 предназначена
для согласования показаний прибора с действительным значением
уровня в котле (по водоуказательному стеклу)..
При повышении уровня воды в котле гидростатическое давление
на верхнюю часть мембраны увеличивается и мембрана прогибается
вниз. Ось 8 поворачивается по часовой стрелке, перемещая тем самым
стрелку реохорда вниз. В результате этого меняется сопротивление в
25
цепи указывающего прибора, и стрелка прибора начинает переме­
щаться, показывая увеличение уровня воды в котле. Припонижении
уровня воды в котле процесс происходит в обратном направлении.
Дальнейшее повышение или понижение уровня вызовет нажатие ры­
чага 12 на микропереключатель 11 нижнего или на микропереключа­
тель 16 верхнего уровня.
26
Настройку дистанционного мембранного указателя уровня осуществляют ■ TAMlI
последовательности:
- проверяют наличие воды в верхней и нижней части чувствительного элемента*
для чего приотдают (до появления воды) и вновь заворачивают воздушные пробки;
- снимают защитную крышку указателя уровня, отдают винты, крепящие мик|ю
переключатели 11 и 16 и устанавливают последние в крайние предельные положения
(насколько позволяют пазы, в которых могут перемещаться винты крепления);
подают напряжение на мембранный указатель уровня;
- устанавливают уровень воды в котле по водоуказательному стеклу на qxvw re
(нулевое) значение;
- слегка качнув рычаг 12 рукой, чтобы реохорд переместился, убеждаются и пере=
мощении стрелки указателя Л5;
- убеждаются, что стрелка реохорда находится посередине катушки 14%если пе­
тушка смещена, то винтами крепления устанавливают ее в нужное положение;
- изменяя затяжку пружины 17 рычага, добиваются, чтобы стрелка указателя
остановилась на нулевом положении (последнюю ре 1улировку в небольших пределе*
можно производить и при помощи винта ре!улировочного потенциометра 13) ;
-проверяю т соответствие показаний указывающего прибора показаниям подоукйзательного стекла котла в пределах измерения уровня прибором (60-80 мм). Если соот­
ветствия не наблюдается, уменьшают или увеличивают плечо действия пружины нА
рычаг путем смещения ушка и кронштейна пружины. При показаниях прибора, мень­
ших действительного згровия, пружину смещают ближе к оси рычага, при больших
показаниях прибора пружину передвигают от оси рычага;
- устанавливают по водоуказательному <rrei6iy верхнее предельное значение уров­
ня и смещают микропереключатель 16 верхнего уровня по пазу до момента срабатывв»
ния его контактов. После этой установки микропереключатель фиксируют пиитами;
- аналогично производят установку микропереключателя 11 нижнего уроянй'
предварительно установив нижний уровень воды в котле по водоуказательному стеклу;
- фиксируют стопорным винтом шпильку, регулирующую затяжку пружины и
устанавливают на место защитную крышку.
Контактные датчики уровня. Их применяют для ступенчатою
замера уровня воды. В водоуказательную колонку, сообщающуюся с
котлом, на разной высоте по уровню вворачиваются электроды, кото­
рые изолированы от металлических частей котла. Стержень электроде
получает питание от низковольтного источника, вторым проводником
является "масса", т. е. металл котла. Когда уровень воды заливает
электрод, то загорается соответствующая лампа, установленная в це­
ни этого электрода. В зависимости от места установки электродов на
их лампах делают соответствующие надписи: "Очень низкий уро­
вень", "Низкий уровень", "Нормальный уровень", "Высокий уровень",
"Очень высокий уровень".
К разновидностям контактных датчиков уровня относятся магнитные ми к i>oперек­
лючатели, устанавливаемые вне или внутри трубы из немагнитного материала. Ннутри
или снаружи трубы перемещается поплавок, связанный с постоянным магнитом. Когда
перемещающийся магнит совпадает в горизонтальной плоскости с установленным маг­
нитным переключателем, последний под действием м атитного поля замыкает или размыкает свои контакты, установленные в цепи ламп с надписями соответствующего уров­
ня.
Контактные ультразвуковые сигнализаторы уровня. Принцип
действия их основан на фиксации момента возникновения нсзату хани
щих колебаний в зазоре между пьезоэлектрическим излучателем 2
(рис. 1.16) и приемником 5, расположенными в корпусе акустически*
го датчика L Эти колебания возникают тогда, когда акустическая
цепь излучатель - среда - приемник замкнуты жидкой средой. Boa-
27
/(указывающей
никновение колебаний фиксируется
указывающей лампой. При отсутствии
замыкающей жидкости колебания пре­
кращаются и на указывающую лампу
подается сигнал об отсутствии жидко­
сти в емкости (лампа гаснет).
К электронным уровнемерам, применяе­
мым на судах, относятся дифференциально-ем­
костные, фазоемкостные (радиоволновые), ультрарадиоволновые, ультразвуковые и акустиче­
ские уровнемеры.
Принцип действия дифференциально-ем­
костных уровнемеров основан на зависимости
емкости конденсатора датчика от изменения
контролируемого уровня воды; фазоемкостного
уровнемера - на изменении емкостного сопро­
тивления чувствительного элемента датчика, за­
висящего от уровня контролируемой жидкости.
Снимаемые сигналы датчиков через электрон­
ные схемы поступают на указывающие приборы,
Рис. 1.16. Схема датчика ультра­
отградуированные в миллиметрах уровня.
звукового контактного сигнализа­
Основным недостатком емкостных уровне­
тора уровня
меров является возрастание погрешности при за­
грязнении датчика, так как в результате загряз­
нения изменяется его емкость. Поэтому датчики
периодически необходимо прочищать. Кроме того, на их точность влияет изменение
температуры окружающей среды, поскольку при этом изменяются активное и реактив­
ное сопротивления линий.
Принцип действия ультрарадиоволновых уровнемеров основан на использовании
эффекта отражения радиоволн от границы раздела двух сред (жидкость - воздух, ж ид­
кость - жидкость); ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость - газ; аку­
стических уровнемеров - на различии коэффициентов затухания ультразвуковых коле­
баний в воде и газе. Импульсы от чувствительных элементов подаются на электронную
схему, где усиливаются, преобразуются и подаются далее на указывающие приборы.
Требования Регистра СССР к судам со знаком автоматизации А2
предусматривают наличие указателя уровня воды в котле, располо­
женного в центральном посту управления судном, а также наличие не
менее двух независимых датчиков уровня воды с разными точками
замера, один и з которых должен быть предназначен для аварийной
остановки парового котла при понижении (повышении) уровня, а вто­
рой - д л я постоянной индикации значения уровня. Погрешность дис­
танционных указателей уровня не должна превышать ±20 мм.
§ 7. Аппаратура для измерения расхода
Измерение расхода жидкости, пара или газа может производиться
непосредственным или косвенным путем. На судах применяются объ­
емный, скоростной и дроссельный методы измерения расхода, реж е индукционный и ультразвуковой методы.
Объемный метод контроля расхода основан на измерении объема
28
контролируемой среды. В объемных счетчиках расхода жидкость, про­
ходя через них, заполняет определенный объем, который подсчитыва­
ется счетным механизмом. Они могут быть дискового, поршневого,
шестеренного и ротационного типов.
Ротационный объемный счетчик (рис. 1. 17,в). Под действием по­
тока жидкости вращаются два ротора, выполненные в виде восьмерки.
Ось одного из роторов связана со счетным механизмом; суммарный
расход прошедшей жидкости пропорционален количеству оборотов
ротора.
В шестеренных объемных расходомерах вместо роторов устанав­
ливаются две овальные шестерни, ось одной из которых связана со
счетным механизмом.
Счетчик расхода с крыльчатой вертушкой (рис. 1.17,а). Его
принцип действия основан на том, что жидкость, проходя через корпус
2, вращает радиальную крыльчатую вертушку 7, которая своей осью
приводит в действие передаточный механизм J. Частота вращения
вертушки пропорциональна скорости потока жидкости, а скорость по­
тока, в свою очередь, связана определенной зависимостью с расходом.
Передаточный механизм передает вращение на счетный механизм 4 ,
шкала которого отградуирована в единицах объема (л, м3). Переда­
точный механизм вместе со счетным механизмом расположен в корпу­
се 5 отсчетного устройства.
Счетный механизм состоит из многоступенчатого малогабаритно­
го редуктора с большим передаточным числом, благодаря чему один
оборот стрелки-указателя соответствует расходу в 100 или в 1000 л. В
нижней части счетного механизма имеется суммирующий при(юр, по
которому производится отсчет расхода (в пределах IO6 или IO7 л), а
затем отсчет вновь начинается с нуля.
29
Счетчик расхода со спиральной вертушкой (рис.1 Л 7,6) спираль­
ное колесо - вертушка - установлена таким образом, что ее ось парал­
лельна оси потока. Вращение вертушки через червячную пару переда­
ется на передаточный и далее на счетный механизм. Перед вертушкой
в корпусу установлен на кронштейне струйный выпрямитель. Счетчи­
ки расходомеров со спиральной вертушкой более сложны по конструк­
ции в сравнении со счетчиками с крыльчатой вертушкой, но имеют
больший предел измерений.
Применяются различные способы передачи вращения к стрелке
счетчика: с помощью магнитной муфты и с помощью валика, проходя­
щего через сальниковое уплотнение. Передача вращения с помощью
магнитной муфты более надежна и поэтому ее чаще применяют.
Счетчики расхода устанавливают так, чтобы перед ними был пря­
мой участок трубы длиной, равной не менее десяти диаметрам трубы,
а после них - прямой участок длиной не менее пяти диаметров. В
процессе эксплуатации не реже одного раза в 6 месяцев счетчики не­
обходимо осматривать и промывать. Ремонтируют счетчики в специа­
лизированных мастерских.
Дроссельный расходомер. Он состоит из какого-либо сужающего
устройства (диафрагма, сопло, трубка Вентури), установленного в
трубопроводе, и дифференциального манометра.
На рис. 1.18 схематически показан расходомер с дисковой диаф­
рагмой и мембранным дифференциальным манометром с механиче­
ским выходом (на указывающую стрелку). Диафрагма, установлен­
ная в трубопроводе, вызывает местное возрастание скорости протека­
ния среды. Возникает разность давлений до и после диафрагмы, кото­
рая характеризует мгновенный расход, измеряемый в л /с или м3/ч .
Таким образом, указывающая стрелка на шкале будет показывать
мгновенный расход среды.
Рис. 1.18. Схема расходомера с дисковой
диафрагмой и мембранным дифференци­
альным манометром
30
Рис. 1.19. К принц! iny действия рота­
метров
Дифференциальные манометры, применяемые в дроссельных
расходомерах, могут иметь различные конструктивные особенности.
Для этой целя могут служить U-образные жидкостные манометры,
дифференциальные манометры с двумя мембранами или двумя силь­
фонами. Выходной сигнал дифференциального манометра тоже может
быть различного типа: механический (на указывающую стрелку),
электрический (на электрический прибор, расположенный на расстоя­
нии от точки замера), пневматический (с пневматическим выводом на
манометр, расположенный на расстоянии от точки замера).
Рота метрический расходомер. Принцип действия ротаметрического расходомера пояснен на рис. 1.19,а. В трубопроводе, через кото­
рый измеряется расход жидкости, вертикально устанавливается рас­
ширяющийся вверх конический патрубок I. В этом патрубке размеща­
ется поплавок 2. Масса поплавка уравновешивается напором набегаю­
щего потока, так как давление снизу на поплавок больше, чем
давление сверху. Другими словами, сам поплавок играет роль сужаю­
щего устройства. При изменении расхода изменится давление под по­
плавком и над ним, и поплавок или опустится, или поднимется. Вели­
чина, указывающая положение поплавка по высоте, определяет рас­
ход. Для отсчета показаний патрубок, в котором установлен поплавок,
изготавливается прозрачным и на нем нанесена шкала.
Для измерения расхода сред с большим давлением и для передачи
измерений расхода на расстояние применяются ротаметры с электри­
ческим выходом (рис.1.19,б). При увеличении расхода поплавок 2
поднимается, перемещая связанный с ним сердечник 4, ввиду чего
изменяется индуктивность катушки 3. Это изменение индуктивности
является выходным сигналом, поступающим на вторичный прибор.
Поплавок, перемещающийся внутри диафрагмы 1, имеет форму рас­
ширяющегося вверх конуса, так что площадь кольцевого зазора меж­
ду поплавком и диафрагмой зависит от высоты положения поплавка.
Другими словами, при разных мгновенных расходах перепад давлений
снизу и сверху поплавка постоянный, а площадь сужающегося устрой­
ства (кольца между поплавком и диафрагмой) - разная.
§ 8 . Газоанализаторы
Анализ состава дымовых газов позволяет судить об экономично­
сти процесса горения. Приборы и аппаратура для определения состава
дымовых газов называются газоанализаторами.
Наиболее точно и полно состав дымовых газов может быть опреде­
лен путем химических анализов. Для этой цели применяют химиче­
ские газоанализаторы. Однако операции, которые необходимо выпол­
нять при использовании этих приборов, не поддаются автоматизации.
Для автоматического анализа применяют электрические газоанализа­
торы.
31
Рис. 1.20. Упрощенные схемы газоанализаторов
Электрический газоанализатор на содерж ание СОг (рис. 1.20,а).
Принцип действия его основан на измерении теплопроводности газо­
вой смеси. К одной диагонали неуравновешенного измерительного мо­
ста подводится постоянное напряжение, а в другую диагональ вклю­
чен милливольтметр, шкала которого отградуирована в процентах со­
держания СОг. Плечи моста изготовлены из пластины и заключены в
камеры. Камеры с сопротивлениями R i и R 3 заполнены воздухом.
Через камеры с сопротивлениями R i и R a прокачивают сухие дымовые
газы, содержащие СОг, СО, Ог и N 2 . Теплопроводности СО, Ог и N 2
близки к теплопроводности воздуха, а теплопроводность СОг пример­
но в два раза меньше. Поэтому плечи R z и R 4 будут нагреваться и их
сопротивления будут возрастать. Напряжение в диагонали моста, за­
меряемое милливольтметром, пропорционально этим сопротивлениям
и, следовательно, является функцией содержания СОг.
Чтобы содержание Н 2 в дымовых газах не влияло на показания,
поскольку теплопроводность водорода почти в 15 раз больше, чем теп­
лопроводность углекислого газа, перед газоанализатором устанавли­
вают камеры для дожигания продуктов неполного сгорания.
Э л е к т р и ч е с к и й г а з о а н а л и з а т о р на с о д е р ж а н и е С О +Н 2
(рис. 1 .2 0 ,б). Э т т прибор замеряет содержание в дымовых газах про­
дуктов неполного сгорания - окиси углерода и водорода. Прибор восп­
ринимает повышение температуры при сгорании СО и Нг в присутст­
вии катализатора.
Плечи R z и R 3 неуравновешенного измерительного моста выпол­
нены из манганина, плечи Л 1 и R a - из платины. Камера с сопротивле­
нием J?4 заполнена воздухом, а камера с сопротивлением Ry прокачи­
вается анализируемым газом. Сопротивления R i и R a нагреваются
током до температуры 450-500°С. При этом под действием катализа­
торов газы СО и Нг сгорают и сопротивление Д 1 возрастает. Вследст­
32
вие этого в диагонали моста появляется ток, величина которого про­
порциональна сопротивлению R \ . Величина тока зависит от содержа­
ния продуктов неполного сгорания (СО и Н 2) в анализируемом газе.
Шкала милливольтметра, включенного в диагональ моста, отградуи­
рована в процентах содержания СО и Н 2.
Существуют комбинированные газоанализаторы, в которых газ
вначале проходит через часть прибора, где определяется содержание
СО и Н 2 , а затем через часть прибора, где определяется содержание
CO2.
§ 9. Аппаратура контроля частоты вращения
Аппаратура для контроля частоты вращения подразделяется на
аппаратуру для измерения частоты вращения вала в единицу времени
(тахометры и тахоскопы) и для определения частоты вращения числа
оборотов вала механизма (счетчики оборотов).
Тахометр механического типа (рис. 1.21). Принцип действия та­
хометра основан на появлении центробежных сил при вращении ка­
кой-либо массы вокруг сил, причем величина центробежных сил зави­
сит от частоты вращения. Валик 1 тахометра приводится во вращение
ют вала, частота вращения которого измеряется. Кольцо 2 наклонено к
оси вала за счет плоской пружины 3. При вращении вала возникаю­
щие центробежные силы будут стремиться развернуть кольцо таким
. образом, чтобы оно расположилось перпендикулярно оси вала. Вели­
чина смещения кольца от своего первоначального положения будет
33
зависеть от величины частоты вращения. Перемещение кольца через
тягу 4 передается на шток J, получающий возвратно-поступательное
движение. Далее перемещение передается на тягу б, сектор 7 и ось 8
указывающей стрелки.
Тахометры механического типа имеют широкий предел измере­
ний, показания их не зависят от направления вращения. Класс точно­
сти составляет 2-4.
Стационарные механические тахометры-еоединяются с валом
контролируемого механизма при помощи какой-либо механической
передачи либо при помощи гибких валиков. Приборы весьма чувстви­
тельны к сотрясениям и вибрации, поэтому установка их производит­
ся на амортизаторах.
Магнитоиндукционный тахометр (рис. 1.22). На валу 7, частота
вращения которого измеряется, закреплен магнит 2 с магнитопроводом 3 . Во вращающемся магнитном поле этого магнита находится ста­
кан 4, выполненный из немагнитного материала. Стакан насажен на
ось 5. В стакане при вращении магнита индуцируется ЭДС, создающая
вихревые токи. Взаимодействие магнитного вращающегося поля с
магнитными полями вихревых токов создает момент, величина кото­
рого зависит от частоты вращения и который стремится повернуть
стакан в направлении вращения вала 7. Этому моменту противодейст­
вует спиральная пружина 6 . Равновесное положение устанавливается
в зависимости от частоты вращения при определенном угле поворота
стакана, отмечаемого стрелкой 7 по шкале. Шкала отградуирована в
единицах частоты вращения (об/мин).
Магнитоиндукционные тахометры бывают как стационарные, так
и переносные. Они имеют большой диапазон измерений, нереверсив­
ные, с классом точности 1-2. Стационарные тахометры такого типа,
устанавливаемые на реверсивных двигателях, имеют устройство ре­
верса. При изменении направления вращения вала двигателя вал та-
34
Р ис. 1.23.
У прощ енная схема электрического тахометра
хометра продолжает вращаться в первоначальном направлении. Не­
которые типы таких тахометров снабжаются встроенными счетчиками
оборотов.
Электрический тахометр (рис. 1.23). Принципиальная схема со­
стоит из электродвигателя небольшой мощности (тахогенератора), ко­
торый приводится во вращение от вала двигателя через механическую
передачу. Выходной величиной тахогенератора является напряжение,
величина которого пропорциональна частоте вращения. Это напряже­
ние при помощи соединительных проводов подается на указывающий
прибор - вольтметр, шкала которого отградуирована в об/мин. В цепи
вольтметра устанавливается корректирующее (подгоночное) сопро­
тивление, которое служит для настройки указателя (вольтметра) на
правильные показания замеряемой частоты вращения при различных
длинах соединительных проводов. От одного тахогенератора, как вид­
но из схемы, можно получать дистанционно показания частоты вра­
щения в нескольких точках. Например, приборы, указывающие час­
тоту вращения главного двигателя или гребного вала, устанавливают­
ся в центральном посту управления судна, рулевой рубке, каюте стар­
шего механика.
Электрические тахометры могут быть постоянного или перемен­
ного тока. Их класс точности 1-2. Пределы измерений электрических
тахометров до 1500 об/мин, но могут быть расширены за счет установ­
ки понижающей передачи от контролируемого вала к тахогенератору.
Электронные тахометры. Принцип действия электронных тахометров заключает­
ся в следующем. Тахогенератор переменного тока, приводимый в действие от вала конт­
ролируемого механизма, индуцирует синусоидальное напряжение. Частота синусои­
дального напряжения пропорциональна скорости вращения. Это рабочее напряжение
преобразуется в стрелочном указывающем приборе до устройчивого уровня, которое
заряжает конденсатор в течение положительных полупериодов. Конденсатор разряжа­
ется в течение отрицательных полупериодов. Измерительный прибор отсчитывает сред­
ний зарядный ток, величина которого пропорциональна частоте вращения.
Некоторые магнитоиндукционные тахометры выполняются дистанционными; они
являются комбинацией электрического и магнитоиндукционного тахометра. В таких
приборах тахогенератор представляет собой трехфазный синхронный генератор, соеди­
ненный с валом механизма. Приемное устройство с указателем частоты вращения состо­
ит из электрического двигателя, на валу которого установлен магнитоиндукционный
тахометр, изображенный на рис. 1.22.
35
Контроль за работой электрических тахометров во время их экс­
плуатации заключается в проверке нулевой точки прибора при нера­
ботающем приводном вале и установке стрелки прибора на нуль при
помощи корректировочного сопротивления, а также в периодической
проверке показаний указывающего прибора тахометра при помощи
тахометров других типов.
Во время технического обслуживания проверяют состояние пере­
дачи от контролируемого вала к тахогенератору, состояние щеток и
коллектора тахогенератора, надежность клеммных соединений и сое­
динительных проводов. Указывающие приборы тахометров должны
проверяться в лабораториях Гостехнадзора не реже одного раза в два
года и поступать на судно опломбированными.
Переносные тахометры применяются для измерения частоты вра­
щения валов механизмов, не имеющих штатных тахометров, а также
для периодического контроля штатных тахометров. В отличие от
штатных тахометров они малогабаритны и имеют коробку передач,
благодаря чему могут использоваться для контроля частоты вращения
любых механизмов. Передаточное число от вала тахометра к его изме­
рительной части может изменяться в широких пределах. Частоту вра­
щения измеряют при помощи металлического или резинового конуса
вала тахометра, вставляемого в центрирующее отверстие торца вала
механизма. В случае невозможности такого контакта на вал тахометра
устанавливают резиновую шайбу, находящуюся в комплекте с тахо­
метром, которая прижимается во время измерения к цилиндрической
вращающейся части вала. Тогда частоту вращения вала определяют
по формуле, об/мин,
FilzsH jd u i / A j,
где лт - частота вращения вала тахометра; dm - диаметр шайбы, мм;
D q - диаметр вала, мм.
На наружной поверхности шайбы тахометра дополнительно име­
ется кольцевая канавка. C помощью вставляемой в нее нити можно
измерять частоту вращения вала, подключая его к тахометру как бы
ременной передачей. В этом случае частоту вращения вала определя­
ют по приведенной формуле.
Перед началом измерений для обеспечения сохранности прибора
при помощи коробки передачи устанавливают верхний предел изме­
рений.
Переносные тахометры могут быть механического, магнитоин­
дукционного и часового типа. Конструкция первых двух рассмотрена
выше.
Тахометры часового типа (тахоскопы). Они отсчитывают число
оборотов за единицу времени. Если вал тахометра прижать при помо­
щи резинового конуса к вращающемуся валу механизма и в таком
состоянии продержать ровно одну минуту, то стрелка тахометра, сое­
диненная с его валом, зафиксирует действительное число оборотов за
36
одну минуту. По такому принципу устроены тахометры часового типа.
Часовой механизм, вмонтированный в прибор, при нажатии кнопки
включает сцепление между стрелкой и валом тахометра на строго
определенное время (3-5 с). Следовательно, стрелка прибора зафикси­
рует действительное число оборотов за это время. Чтобы затем не
пересчитывать это значение в частоту вращения за одну минуту, шка­
ла прибора соответственно увеличена в 20 или 12 раз, и отсчет произ­
водится в оборотах в минуту.
Измерение частоты вращения тахометрами часового типа осуще­
ствляется следующим образом:
- устанавливается наконечник или шайба на вал тахометра;
- вводится в соприкоснование наконечник или шайба с вращаю­
щимся валом;
- после того, как вал тахометра начал вращаться, производится
нажатие на кнопку тахометра, которая включает часовой механизм;
- после остановки стрелки тахометра вал тахометра отводится от
вращающегося вала механизма и производится отсчет показаний.
Следует помнить, что включение часового механизма до того, как
вал тахометра начал вращаться, может вызвать поломку прибора.
Счетчики оборотов. Счетчик оборотов состоит из механизма от­
счета и механизма реверса. На рис. 1.24 приведен механизм
отсчета. Валик 1 приводится в действие от механизма реверса
через устройство 5. На этом валике свободно насажены семь цифровых
барабанов 2 . На цилиндрической поверхности барабанов нанесены с
одинаковым шагом цифры от 0 до 9. Первый барабан, расположенный
справа, непрерывно вращается, один его оборот соответствует десяти
Рис. 1.24. Счетчик оборотов
37
оборотам вала контролируемого механизма. На левой стороне бараба­
на запрессован один цилиндрический штифт. Следующий, второй
справа барабан, аналогичен первому, только с правой стороны он име­
ет десять цилиндрических штифтов, а с левой стороны - один. Анало­
гично выполнены 3-й, 4-й, 5-й и 6 -й барабаны. Последний, 7-й бара­
бан, имеет только десять штифтов с левой стороны. На валу 3 свободно
насажено шесть звездочек-трибок 4, которые, входя в зацепление со
штифтами барабанов, поворачивают последние на 1/10 оборота. Циф­
ровой отсчет производится в окне 6 корпуса прибора.
Работа счетного механизма производится следующим образом:
когда первый правый барабан совершит один оборот, то его штифт
повернет звездочку-трибку на один зуб, а последняя, в свою очередь,
повернет второй барабан на 1/10 оборота. Когда первый барабан со­
вершит 10 оборотов (что соответствует 100 оборотам вала механизма),
то второй барабан совершит один оборот, а третий 1/10 оборота. Та­
ким образом, конструкция механизма отсчета обеспечивает переда­
точное число между двумя смежными барабанами, равное 10. Счетчик
отсчитывает 9 999 999 оборотов, после чего отсчет вновь начинается с
нуля.
Дистанционные счетчики оборотов. Такие счетчики состоят из датчика, установ­
ленного на валу механизма и приемного счетного механизма, расположенного в цент­
ральном посту управления судна. Датчик состоит из ролика, который вращается, на­
пример от гребного вала, нажимного устройства, микровыключателя и питающей сети
низковольтного напряжения. Через каждые 10 оборотов микровыключатсль посылает
импульс на механизм отсчета, который приводится в действие от малогабаритного элек­
тродвигателя. Для уменьшения износа счетчик отсчитывает не единицы, а десятки обо­
ротов, что учитывается шкалой счетчика (вместо разряда единиц проставлен нуль).
§ 10. Аппаратура контроля мощности и крутящего
момента
Для измерения мощности N используется известная зависимость,
кВт,
ЛММкрл/97,4,
где М Кр - крутящий момент на валу, Н-м; п - частота вращения вала,
об/мин.
При передаче мощности вращающимся валом происходит скручи­
вание вала. Величина угла закручивания о^между сечениями вала,
расположенными на расстоянии друг от друга, пропорциональна кру­
тящему моменту:
0 М / / Я / р)М кр,
где / - расстояние между сечениями вала, на котором замеряется OCt м;
E - модуль упругости материала вала, Па; /р - полярный момент
инерции вала круглого сечения, / р= TCD 4/32; D - диаметр вала, м.
38
Следовательно, для опреде­
ления крутящего момента, а за­
тем и мощности механизма необ­
ходимо определить угол закру­
чивания вала на определенной
длине. Такие приборы (аппара­
тура) называются торсиомет­
рами.
Торсиометры бывают фото­
электрические, индуктивные,
тензометрические, электроаку­
стические.
П ринцип действия фото­
элект рического торсиометра
основан на изменении светового Рис. 1.25. Схема Датчика электроакусти­
потока, попадающего на фото­
ческого торсиометра
элемент через отверстия двух
фланцев, закрепленных на валу, когда в результате скручивания вала
произойдет смещение этих отверстий относительно друг друга. Прин­
цип действия индуктивного торсиометра основан на изменении за­
зора между катушками и их сердечниками при скручивании вала, что
вызывает изменение индуктивности. Тензометрические торсиомет­
ры работают по такому принципу: при скручивании вала растягива­
ются закрепленные на нем проволочные сопротивления диаметром
0,02-0,05 мм, в результате чего они изменяются.
Электроакустический торсиометр состоит из двух частей: датчика
и приемника. Схема датчика торсиометра приведена на рис. 1.25. На
валу 1 жестко закреплены две муфты 5, каждая из которых является
разъемной и состоит из двух половин. Муфты устанавливаются на
расстоянии 80-100 мм друг от друга. Между внутренними приливами
муфт натянута струна 4. На муфтах установлены контактные кольца
2, к которым подведены щетки 5 (всего шесть комплектов колец и
щеток). Проводники от щеток сведены в многожильный кабель б, ко­
торый подключен к приемнику торсиометра.
В приемнике установлена другая струна, имеющая те же вибраци­
онные характеристики, что и струна датчика. При вращении вала в
результате его скручивания струна датчика будет подвергаться растя­
жению, а при растяжении изменяется высота тона вибрации, которая
фиксируется приемником. Изменяя натяжение струны приемника до­
биваются совпадения числа колебаний струн датчика и приемника.
Резонансное явление, которое фиксируется с помощью электронно­
лучевой трубки, будет свидетельствовать о равенстве механических
напряжений, а следовательно, и удлинений обеих струн. Величина
механических напряжений струн фиксируется стрелкой указывающе­
го прибора, шкала которого отградуирована в градусах поворота одной
муфты относительно другой.
39
§ IL Структурная схема сигнализаторов теплотехни­
ческого контроля
Сигнализаторы (реле) контроля параметров (давления, темпера­
туры, уровня, расхода, частоты вращения и т. д.) широко применяют­
ся в судовой автоматике. В отличие от датчиков сигнализатор на вы­
ходе имеет дискретный сигнал (включено или выключено), а датчик непрерывный, зависящий от величины измеряемого параметра.
Структурная схема сигнализатора приведена на рис. 1.26. Чувст­
вительный элемент - это часть сигнализатора, которая воспринимает
входной сигнал Хвх (давление, температура, уровень и т. д.) и преоб­
разует его в выходной сигнал чувствительного элемента Х ч.э- Выход­
ной сигнал обычно механического типа (усилие или перемещение).
Задающий элемент - это часть сигнализатора, которая воздейст­
вует с постоянным сигналом ^ З.э. на элемент сравнения. По своей
физической сути этот сигнал однороден с сигналом чувствительного
элемента Хч.э., но направлен на элемент сравнения встречно.
Элемент сравнения воспринимает два однородных встречно на­
правленных сигнала (Хч.э. и Хз.э.), сравйивает их между собой и выра­
батывает общий сигнал Увых, направленный на исполнительный эле­
мент. Элемент сравнения является своего рода сумматором, весами, на
одну чашу которых действует постоянный сигнал от задающего эле­
мента (гиря), а на вторую - сигнал от чувствительного элемента, зави­
сящий от величины входного сигнала. Если сигналы чувствительного
и задающего элемента равны, то элемент сравнения находится в по­
кое, т. е. его выходной сигнал Увых. будет равен нулю. При неравенстве
входных сигналов на элемент сравнения последний вырабатывает вы­
ходной сигнал и подает его на исполнительный элемент.
Исполнительным элементом служат обычно микроконтакты
или микровыключатели, которые при подаче на них сигнала Увых
Рис. 1.26. Структурная схема сигнализатора с нерегулируемым дифференциа­
лом
40
могут или замыкаться (если они
нормально разомкнуты - НО)
или размыкаться (если они нор­
мально замкнуты - Н З ) .
Рассмотрим реальную схему
сигнализатора давления, выпол­
ненную по приведенной струк­
турной схеме. Чувствительным
элементом является сильфон 1
(рис. 1.27), к которому снизу
подводится давление р какой-ли­
бо среды. Это давление является
входным сигналом Z bx. При из­
менении давления сильфон сжи­
мается или разжимается, и его
игла начинает перемещаться.
Это перемещение иглы является
выходным сигналом чувстви­
тельного элемента Х ч.э. Переме­
Рис.1.27. Схема сигнализатора давления
щение иглы передается на угло­
вой рычаг 2 , на верхнюю часть с нерегулируемым дифференциалом
которого действует усилие зада­
ющей пружины 4 . Таким образом, пружина является задающим эле­
ментом, а ее усилие на рычаг - сигналом задающего элемента Х 3.э.
Элемент сравнения - рычаг, сравнивает два встречно направлен­
ных на него сигнала и вырабатывает один общий сигнал, поворот ры­
чага вокруг своей оси. Если сигнал чувствительного элемента будет
больше сигнала задающего элемента, то рычаг повернется против ча­
совой стрелки; при меньшем значении сигнала чувствительного эле­
мента рычаг повернется по часовой стрелке. Перемещаясь, рычаг сво­
им правым концом замкнет или разомкнет контактное устройство,
т. е. воздействует на исполнительный элемент 3 выходным сигналом
гАЛЛА
Увых.
Представим себе, что при создании давления на сильфон 0,2 МПа
усилие от иглы сильфона (Х ч.э) будет составлять 2 Н. Усилие от воз­
действия пружины на верхний конец рычага тоже 2 Н. Для простоты
рассуждений примем плечи приложения сил от иглы сильфона до оси
рычага и от точки присоединения пружины до оси рычага одинаковы­
ми. Тогда при достижении давлением значения 0,2 МПа рычаг повер­
нется вокруг своей оси против часовой стрелки и произойдет срабаты­
вание контактного устройства, т. е. сигнализатор сработает при дости­
жении контролируемым давлением значения 0,2 МПа.
При перенастройке на давление срабатывания 0,3 МПа выходной
сигнал чувствительного элемента будет уже не 2 Н, а 3 Н. Поэтому,
чтобы добиться срабатывания при новом значении входного сигнала,
необходимо и сигнал задающего элемента изменить, создать усилие
пружины не 2 Н, а 3 Н. Следовательно, настройку на величину вход­
41
ного сигнала производят изменением сигнала задающего элемента.
Применительно к сигнализатору, изображенному на рис.1.27, эта на­
стройка осуществляется винтом 5, при вращении которого изменяется
затяжка пружины. Для увеличения входного сигнала, при котором
произойдет срабатывание, сигнал задающего элемента тоже необходи­
мо увеличить (затянуть пружину), для уменьшения - уменьшить (ос­
лабить пружину).
При увеличении контролируемого давления р сильфон сжимает­
ся, игла его перемещается вверх, рычаг поворачивается против часо­
вой стрелки, пружина расжимается. При каком-то значении давле­
ния, например в 0,3 МПа, сработает контактное устройство. При даль­
нейшем повышении давления контактное устройство будет прижато
рычагом. При понижении давления сильфон начнет разжиматься, его
игла перемещаться вниз, пружина сжиматься. Все зазоры в механизме
сигнализатора должны будут выбираться в другую сторону, и только
тогда произойдет размыкание контактного устройства. Очевидно, это
наступит не при давлении 0,3 МПа, а при давлении несколько мень­
шем, например 0,28 МПа. Эта разность входного сигнала (в нашем
случае 0,02 МПа) называется нечувствительностью , или нерегули­
руемым дифференциалом сигнализатора . Величина нерегулируемого
дифференциала зависит от зазоров в механизме сигнализатора, сил
трения, неточности изготовления и т. д. По мере увеличения часов
работы дифференциал будет возрастать.
На практике часто приходится контролировать или управлять ка­
ким-либо процессом по двум значениям контролируемой величины
(минимальной и максимальной). Так, пуск и остановку насоса гидро­
фора следует производить при давлениях 0,2 и 0,5 МПа; дифференци­
ал составит 0,3 МПа. Рассмотренный выше сигнализатор давления не
может иметь такого большого дифференциала. Поэтому для данного
случая необходим такой сигнализатор, дифференциал которого мог бы
изменяться в широких пределах. Этому требованию удовлетворяет
сигнализатор с регулируемым дифференциалом, структурная схема
которого приведена на рис. 1.28. Сигнализатор имеет такие же эле­
менты, как и рассмотренный выше, за исключением добавочного эле­
мента - механизма изменения дифференциала, который установлен
между элементом сравнения и исполнительным элементом.
Кинематическая схема сигнализатора давления с регулируемым
дифференциалом приведена на рис. 1.29. Чувствительный элемент сильфон 1 воспринимает давление р среды и своей иглой воздействует
на элемент сравнения - рычаг 2 . Задающим элементом служит пружи­
на 7, связанная своим нижним концом с рычагом, а верхним с винтом
6 , благодаря которому можно изменять затяжку пружины. Перемеще­
ние рычага через механизм изменения (регулировки) дифференциала
4 передается на исполнительный элемент - контактное устройство 3 .
При повышении давления р сильфон сжимается и через свою иглу
вызывает поворот углового рычага по часовой стрелке. Однако контак­
тное устройство не замкнет контакты до тех пор, пока не выберется
42
Рис. 1.28. Структурная схема сигнализатора с регулируемым дифференциалом
зазор "S". Допустим, контакты замкнулись при давлении 0,5 МПа.
При понижении давления сильфон начнет расжиматься и угловой ры­
чаг начнет поворачиваться против часовой стрелки. Тяга рычага будет
двигаться вверх до тех пор, пока не выберется зазор, и только тогда
контакты разомкнутся. Допустим, это произойдет при давлении
0,3 МПа. Таким образом, в данном случае величина дифференциала
составляет 0,2 МПа. Для изменения величины дифференциала необ­
ходимо изменить зазор ”5", что достигается при помощи винта 5 регу­
лировки дифференциала. Если зазор увеличить, то и величина диффе-
Рис. 1.29. Схема сигнализатора давления с регулируемым дифференциалом
43
ренциала тоже увеличится, при уменьшении зазора величина диффе­
ренциала уменьшится.
Конструкции механизма изменения дифференциала бывают раз­
личны: винты, лружины, кулачки и т. д.
Сигнализаторы с регулируемым дифференциалом имеют две на­
стройки: настройку на заданное значение входного сигнала, которая
осуществляется задающим элементом,и настройку на заданное значе­
ние дифференциала, осуществляемую механизмом изменения диффе­
ренциала. Эти настройки желательно производить в такой последова­
тельности:
- определить по заданным минимальному и максимальному пара­
метрам величину дифференциала (разность между ними);
- механизмом изменения дифференциала произвести настройку
необходимого значения дифференциала;
- задающим элементом произвести настройку на заданное верх­
нее значение параметра (нижнее значение в таком случае получается
автоматически). Можно также после настройки дифференциала про­
изводить настройку задающим элементом на нижнее значение пара­
метра - верхнее получится автоматически.
§ 12. Сигнализаторы давления
Сигнализатор давления "Мертик" (рис. 1.30). Диапазон настрой­
ки 0,1-1,0 МПа, дифференциал нерегулируемый, равный 0,03 МПа.
Чувствительным элементом является сильфон 3, установленный в
корпусе 2 , который при помощи штуцера 1 подключен к источнику
контролируемого давления. Для предохранения сильфона от гидрав­
лических ударов в штуцер ввернута шайба с внутренним диаметром
1,5 мм. Задающая пружина 4 расположена внутри сильфона, ее затяж­
ка производится винтом 5 , головка которого опирается на ножевую
опору 7. Для предохранения контактного устройства от поломки при
чрезмерном давлении предусмотрена пружина б, имеющая большую
жесткость. Перемещение ножевой опоры через рычаг 8 (элемент срав­
нения) передается на контактное устройство 9, принцип действия ко­
торого ясен из схемы.
Контактное устройство находится в герметичном корпусе 70, ко­
торый закрывается крышкой 12 через резиновую уплотнительную
прокладку I L
При повышении давления сильфон сжимается и ножевая опора
перемещается вверх, воздействуя на рычаг, который своим правым
концом производит переключение контактов (размыкается общий
контакт с неподвижным нормально замкнутым и замыкается с непод­
вижным нормально открытым).
Настройка сигнализатора на необходимое давление производится
винтом 5 при предварительно снятой крышке 12. Один оборот винта
изменяет давление срабатывания на 0,02 МПа.
44
11
Рис. 1.30. Сигнализатор давления "Мертик"
Двухпозиционный сигнализатор давления РДК-57. В одном
корпусе смонтировано два сигнализатора давления, имеющих один
общий чувствительный элемент (рис. 1.31). Диапазон настройки
0,02-1,2 МПа, дифференциал нерегулируемый, до 0,1 МПа.
Чувствительным элементом является мембрана 3 , установленная
в корпусе и обжатая снизу при помощи гайки 1 и прокладки 2. Переме­
щение мембраны через поршни 4 передается на штифты 5 (по три на
каждом поршне) и далее на рычаги 6 через муфты. Рычаги одними
своими концами прикреплены к муфтам, а вторыми - к точкам, вокруг
которых они могут поворачиваться. Сверху на муфты действуют уси-
45
лия задающих пружин 9, затяжка которых производится при помощи
гаек 10, навернутых на шпильки 11, установленных своими нижними
концами в корпусе.
Перемещающийся конец рычага (как одного, так и другого) через
болт с контргайкой 7 соприкасается с микропереключателем. Каждый
из двух микропереключателей имеет один общий, подвижный контакт
8 , и два неподвижных (нормально открытый и нормально закрытый).
Сверху корпус сигнализатора закрыт сферической крышкой.
Настройка каждой части на заданное значение давления (мини­
мальное и максимальное) производится путем изменения затяжки
пружин гайками. Для увеличения давления срабатывания гайку заво~
рачивают, для уменьшения - отворачивают. Болт с контргайкой на
свободном конце рычага устанавливают следующим образом. Закреп­
ляют микропереключатель на стойке корпуса, при этом болт должен
быть вывернут. Затем болт заворачивают в рычаг до тех пор, пока не
произойдет срабатывание микропереключателя (слышен щелчок).
После этого болт начинают выворачивать, пока не произойдет размы­
кание микропереключателя, а на гайку ставят контргайку.
Сигнализатор давления с механизмом изменения дифференциа­
ла. Его управляющая часть приведена на рис.1.32. В корпусе 1 силь­
фона расположен сильфон 2, который своим штоком 3 упирается в
рычаг 72. Задающим элементом является пружина 77, изменение за­
тяжки которой производится при помощи винта 10, а стрелка 9 по
правой части шкалы 8 указывает на величину затяжки. Положение
46
Рис. 1.32. Сигнализатор давления с пружинным механизмом изме­
нения дифференциала
пружины в определенном масштабе указывает на величину давления
срабатывания, поэтому шкала отградуирована в единицах давления.
Правый конец рычага 12 через толкатель 14 воздействует на по­
движный контакт 13 микропереключателя.
Механизм регулировки дифференциала состоит из вильчатого
рычага 4, упора 15, задающей пружины 5 дифференциала, винта 6
регулирования дифференциала, стрелки 7 указателя величины уста­
новленного дифференциала. Левая часть шкалы 8 разградуирована в
единицах давления, и стрелка 7 указывает по ней величину диффе­
ренциала в МПа.
При понижении давления р сильфон разжимается, подвижное дно
сильфона со штоком перемещается вниз, рычаг 12 поворачивается
вокруг своей опоры против часовой стрелки. Правый конец рычага
освобождает толкатель 14, и подвижный контакт О замыкается с не­
подвижным контактом НЗ. При повороте рычага 12 против часовой
стрелки рычаг 4 поворачивается по часовой стрелке до тех пор, пока не
будет зазора между ним и нижней частью упора 15. При дальнейшем
перемещении левый конец рычага 12 свободно перемещается вниз в
вилке рычага 4, т. е. пружина 5 из кинематической схемы выключена.
47
При повышении давления р сильфон сжимается, его шток переме­
щается вверх, преодолевая сопротивление пружины 11 и поворачивая
рычаг 12 по часовой стрелке. Когда левый конец рычага, выбрав зазор
в вилке рычага 4> начнет его поворачивать против часовой стрелки,
включится в кинематическую цепь пружина 5 настройки дифферен­
циала.
Таким образом, при увеличении давления на сильфон перемеще­
нию сильфона противодействуют две пружины: 5 и 11 , а при уменьше­
нии - только пружина I L Изменяя затяжку пружины 5, можно изме­
нять величину дифференциала.
Настройку сигнализатора выполняют в такой последовательно­
сти:
- подключают штуцер корпуса сильфона к источнику давления,
которое можно регулировать с контролем его изменения по маномет­
ру, а контакты - к сигнальной лампе через низковольтный источник
питания;
- определяют и устанавливают величину дифференциала 7 по
шкале 8 при помощи винта 6;
- проверяют по манометру величину установленного дифферен­
циала. Если величина дифференциала отличается от заданной, на­
стройку повторяют, вращая винт 6 по часовой стрелке для увеличения
величины дифференциала и против - для уменьшения;
- винтом 10 устанавливают необходимое верхнее (или нижнее)
значение давления, при котором срабатывают контакты. После этого
окончательно проверяют значения верхнего и нижнего давления. На­
строечные винты 6 и 10 фиксируют.
§ 13. Сигнализаторы температуры
Сигнализатор температуры ТРК-53М (рис. 1.33). Диапазон на­
стройки 56-98°С, дифференциал составляет 3°С.
Чувствительный элемент состоит из термосистемы, включающей
в себя термобаллон 7, капиллярную трубку 2 и корпус сильфона 3 .
Термосистема заполнена жидкостью, кипящей при низкой температу­
ре (ацетон или бромистый этил). При изменении температуры изме­
няется давление насыщенных паров в термосистеме. Это давление че­
рез сильфон 4 вызывает перемещение его штока 5, который воздейст­
вует на элемент сравнения - рычаг б. C другой стороны на рычаг
воздействует пружина-7 (задающий элемент). Изменение затяжки
пружины производится при помощи винта 8. Контактное устройство
11 (микропереключатель) состоит из подвижного контакта О и двух
неподвижных НО и НЗ.
Настройка на заданную температуру срабатывания производится
путем изменения затяжки пружины настроечным винтом, при этом
перемещается правый конец пружины совместно со стрелкой 9 указа­
48
теля настройки по шка­
л е 10 , отградуирован­
ной в единицах темпе­
ратуры.
Работа сигнализа­
тора происходит следу­
ющим образом: при по­
вышении температуры
давление насыщенного
пара в терм оси стем е
увеличивается, и в тот
момент, когда темпера­
тура достигнет величи­
ны, равной установлен­
ной по шкале, дно силь­
фона со штоком пере­
м ести тся в верх и
повернет рычаг против
часовой стрелки. Пра­
вый конец рычага отой­
дет от кнопки микропе­
реклю чателя, и кон­
такты последнего пере­ Рис. 1.33. Сигнализатор температуры ТРК-53 M с не­
ключатся. При пони­ регулируемым дифференциалом
жении температуры ра­
бота сигнализатора будет происходить в обратной последовательно­
сти.
Комбинированные сигнализаторы КРД-1, КРД-2, КРД-3,
КРД-4. Такие сигнализаторы предназначены для контроля темпера­
туры или давления. Последняя цифра показывает количество сигна­
лизаторов в одном корпусе. Диапазон настройки по температуре 0125°С, по давлению до 1 МПа. Дифференциалы нерегулируемые и
составляют соответственно 4°С и 0,04 МПа. Схема сигнализатора тем­
пературы приведена на рис. 1.34. При повышении температуры давле­
ние паров в термобаллоне 7, капиллярной трубке 2 и сильфоне 3 повы­
шается. В результате этого сильфон растягивается, преодолевая со­
противление задающей пружины 4. Подвижное верхнее дно сильфона
вместе с толкателем 8 перемещается вверх. Толкатель нажатием на
рычаг 9 переключателя вызывает переключение его контактов: кон­
такт О размыкается с контактом Н З и замыкается с контактом НО.
При понижении температуры сильфон под действием пружины
сжимается и его верхнее дно совместно с толкателем перемещается
вниз и освобождает рычаг переключателя, вызывая соответственно
обратное переключение. Следует отметить, что обратное срабатыва­
ние произойдет не при той же температуре, а при температуре, отли­
чающейся на величину дифференциала.
Настройку на заданную температуру срабатывания производят
при помощи резьбовой втулки 7 , которая при вращении перемещается
49
Рис. 1.34. С игнализатор
температуры KPД-1
Рис. 1.35. Сигнализатор температуры с регулируемым
дифференциалом
в стойке 5 корпуса. При ввинчивании втулки натяжение задающей
пружины увеличивается, при вывинчивании - уменьшается. Соответ­
ственно возрастает или снижается температура срабатывания сигна­
лизатора. Самопроизвольное перемещение втулки во время работы
предотвращается при помощи стопорного винта 6 .
Следует отметить, что все сигнализаторы типа КРД, выпускаемые промышленно­
стью, настроены на определенное значение температуры или давления (сигнализаторы
давления имеют такую же конструкцию, только отсутствует термобаллон и капилляр;
сильфон через штуцер непосредственно соединяется со средой, где необходимо контро­
лировать давление). Величина параметра срабатывания в цифровом обозначении выби­
вается на стойке прибора, вде установлена резьбовая втулка. Рядом с цифрой выбивается
стрелка, направленная вверх или вниз. Положение стрелки указывает, как производи­
лась заводская настройка: при понижении давления или температуры (стрелка направ­
лена вниз) или при повышении давления или температуры (стрелка направлена вверх).
Это делается для того, чтобы величина дифференциала не влияла на величину настро­
ечного параметра.
50
Для перенастройки сигнализатора необходимо перед тем, как будет проворачи­
ваться резьбовая втулка, обязательно отжать стопорный винт.
Сигнализатор температуры с регулируемым дифференциалом
(рис. 1.35). Чувствительным элементом служит термосистема, состо­
ящая из термобаллона 1, капиллярной трубки 2, корпуса сильфона 3.
Изменение температуры оказывает воздействие на сильфон 4, переме­
щение которого через шпиндель 5 и гайку б передается на рычаг 7
контактного устройства 8. Задающая пружина 9 противодействует
этому перемещению.
Контактное устройство состоит из якоря, постоянного магнита и
контактов. Такое устройство позволяет переключаться контактам
мгновенно. Механизм изменения дифференциала состоит из гайки б,
при ее вращении изменяется зазор S между верхним торцом гайки и
рычагом 7. Работа прибора происходит следующим образом: при уве­
личении температуры сильфон сжимается и шпиндель начинает пере­
мещаться вверх, выбирается зазор между гайкой и рычагом, и затем
начинает сжиматься задающая пружина. Когда давление паров в тер­
мосистеме преодолеет усилие задающей пружины, произойдет сраба­
тывание контактного устройства. При понижении температуры для
обратного срабатывания контактного устройства необходимо, чтобы
зазор S вновь был выбран, но уж е в другую сторону. Таким образом,
меняя этот зазор, изменяют величину дифференциала.
Настройка на заданную величину срабатывания производится
при помощи винта 11, который вворачивается или выворачивается из
верхней тарелки 10 задающей пружины, при этом последняя сжимает­
ся или разжимается. Настройка дифференциала производится поворо­
том гайки б по шпинделю. Гайка может совершить один оборот, при­
чем на образующей гайки нанесено десять равный делений.
Настройку сигнализатора можно производить вышерекомендованным способом, т. е. вначале
120— t'C
произвести настройку необходи­
мого дифференциала, а затем за­
110 —
дающ им элем ентом на макси­
мальную (или минимальную)
температуру срабатывания.
90Некоторые сигнализаторы с
регулируемым дифференциалом
80 —
настраиваются по номо 1раммам
ф и рм ы -изготовителя (напри­
W—
мер, сигнализатор фирмы "Данфосс").
60—
Номограмма для настройки
сигнализатора температуры с
50диапазоном настройки от 30 до
40—
120 °С и с величиной регулиро­
вания дифференциала в преде­
30—1
л ах 2 до 2 0 °С при ведена на
Заданная максимальная
Заданный
температура
дифференциал
рис. 1.36. Слева имеется шкала
Рис. 1.36. Номограмма для настройки
настройки на м ак си м ал ьн ую
температуру, справа- на необхо- сигнализатора температуры
51
димую величину дифференциала. Между этими двумя шкалами про­
ведена наклонная линия с делениями от 1 до 10 .
Допустим, необходимо настроить сигнализатор на максимальную
температуру 90 eC и минимальную 81 °С. Тогда величина дифферен­
циала составит 90-81=9 °С. На левой шкале откладываем точку, соот­
ветствующую 90° С, а на правой шкале соответствующую 9 “С. Эти
точки соединяем прямой пунктирной линией. Точка пересечения с
наклонной линией (цифра 7) указывает, на какое деление необходимо
поставить гайку регулирования дифференциала.
Следовательно, для данных заданных значений температуры устанав­
ливаем затяжку задающей пружины (стрелкой задания) на величину
90 °С, а гайку дифференциала на деление 7.
§ 14. Сигнализаторы уровня '
Поплавковый сигнализатор уровня (рис. 1.37). Служит для кон­
троля уровня жидкости в танках и цистернах. Состоит из металличе­
ского штампованного поплавка 1, жестко соединенного посредством
стержня 2 и донышка сильфона 3 с двуплечим рычагом J, который
может проворачиваться вокруг своей оси. Сильфон с левой стороны
припаян к фланцевому корпусу 4, а с другой - герметично соединен со
стержнем 2. Сильфон выполняет роль разделительного устройства
между жидкостью, уровень которой контролируется, и окружающей
средой. Микропереключатель 7, управляемый толкателем б, встроен­
ным непосредственно в микропереключатель, закрыт колпаком 8, из­
готовленным из пластмассы. В колпаке имеется сальник для вывода
кабеля или проводов.
Принцип действия сигнализатора заключается в том, что при из­
менении положения уровня жидкости поплавок через стержень и ры­
чаг воздействует на микропереключатель, который либо размыкает,
либо замыкает через свои контакты одну из электрических цепей сиг­
нального или пускового электрического устройства.
Рис. 1.37. Поплавковый сигнализатор уровня с нерегулируемым дифференциалом
52
Рис. 1.38. Полупроводниковый сигнализатор уровня
Настройка на заданный уровень срабатывания производится при
монтаже, путем установки фланца 4 через уплотнительную проклад­
ку на наружной стброне цистерны на необходимой высоте. Тоща при
понижении уровня до заданной установочной отметки поплавок опу­
стится и через рычаг 5 контакты О и Н З разомкнутся, контакт О
замкнется с контактом НО . Дифференциал сигнализатора нерегули­
руемый и составляет 20 мм.
Полупроводниковый сигнализатор уровня (рис. 1.38). Предназ­
начен для контроля уровня жидких хладагентов (но может использо­
ваться и для контроля уровня воды, масла, топлива), а также для
двухпозиционного (верхний - нижний уровень) управления исполни­
тельными механизмами.
Принцип действия сигнализатора основан на получении разба­
ланса моста переменного тока при изменении индуктивных сопротив­
лений катушек датчика, включенных в плечи моста.
Датчик (рис. 1.38,а) имеет поплавковую камеру 3, выполненную
из немагнитной стали и фланцы 1 и 5 для подсоединения датчика с
цистерной, где контролируется уровень. Внутри поплавковой камеры
свободно перемещается поплавок 4 из магнитной стали. На поплавко­
вую камеру намотаны две катушки (Li и Li) индуктивности 2. Катуш­
ки индуктивности и поплавковая камера защищены снаружи метал­
лическим кожухом. Пространство между катушками и кожухом зали­
то эпоксидным компаундом. Выводные концы катушек подсоединены
на клеммах клемной коробки (на рисунке не показано), которая за­
крывается крышкой с уплотнительной прокладкой.
Упрощенная электрическая схема представлена на рис. 1.38,6.
Плечи моста переменного тока образуют активные сопротивления R i
53
и Л 2+Л3 , а также индуктивные сопротивления Li и Ьъ При изменении
уровня поплавок перемещается и изменяются индуктивные сопротив­
ления. В диагонали моста создается напряжение разбаланса, которое
подается на вход фазочувствительного усилителя-выпрямителя. Уси­
литель-выпрямитель подает сигнал на электромеханический сигнали­
затор Р Я -7, который имеет две пары контактов, приводимых в дейст­
вие одновременно. Питание моста и усилителя-выпрямителя произво­
дится трансформаторами, вмонтированными в схему.
Работа происходит следующим образом: при понижении уровня
поплавок опускается и изменяется индуктивное сопротивление кату­
шек Li и L2. Изменение напряжения в диагонали моста вызывает
срабатывание усилителя-выпрямителя, который при определенном
нижнем значении уровня обесточивает катушку PIJ-L В этом время
контакты О и Н З замкнуты. При повышении уровня до заданного
предела изменение индуктивности в другую сторону вызывает сраба­
тывание усилителя-выпрямителя таким образом, что катушка PIJ-J
получает питание, и контакты О и Н З размыкаются, и замыкаются
контакты О и НО.
Настройка положения нижнего уровня производится переменным
сопротивлением R 2. Так как значение срабатывания верхнего уровня
остается неизменным, то одновременно изменяется и дифференциал.
Контрольные вопросы
1. Каково назначение аппаратуры контроля?
2. Погрешность измерений, классы точности приборов, их обозначение.
3. Опишите конструкцию манометра с трубчатой пружиной.
4. В чем отличие контрольных манометров от манометров с контрольной стрелкой?
5. Как производится настройка сигнализирующих манометров на необходимое
давление, при котором происходит срабатывание их контактного устройства?
6. Назовите типы дистанционных манометров и опишите их конструкцию.
7. Опишите конструкцию манометрических термометров.
8. В чем состоит принципиальное отличие датчиков термоэлектрических термо­
метров от термометров сопротивления?
9. Каков принцип работы солемера?
10. Как можно измерить уровень при помощи пневматического указателя уровня?
11. Как производится проверка работоспособности дистанционного мембранного
указателя уровня?
12. Опишите работу объемного расходомера.
13. Каков принцип работы автоматических газоанализаторов?
14. Опишите конструкцию механических тахометров.
15. Каков принцип действия магнитоиндукционного тахометра?
16. Опишите конструкцию электрических тахометров.
17. Что называется чувствительным элементом сигнализатора?
18. Для чего предназначен элемент сравнения сигнализатора?
19. Опишите конструкцию сигнализатора давления с нерегулируемым дифферен­
циалом и укажите его элементы.
20. Опишите конструкцию сигнализатора температуры с регулируемым диффе­
ренциалом и укажите его элементы.
54
ГЛАВА 2
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ И ОБЪЕКТЫ
УПРАВЛЕНИЯ
§ 15. Виды автоматизированных систем СЭУ
Система автоматизации - это совокупность элементов и устройств
для создания конструктивного и функционального целого, предназна­
ченного для выполнения определенных функций в области управле­
ния контроля и защиты.
В зависимости от выполняемых функций автоматизации СЭУ
классифицируется следующим образом: управление (программное,
дистанционное, путем регулирования значений параметров), конт­
роль, сигнализация, защита и блокировка.
Программное управление - это вид управления, заключающийся
в изменении состояний и значений параметров объекта в заранее за­
данной последовательности, в том числе в режимах ввода и вывода из
действия. Автоматизация такого вида предусматривает автоматиче­
ский пуск или остановку какого-либо агрегата или механизма при
достижении параметрами пусковых или остановочных значений, а
также может осуществлять пуск или остановку механизмов, перевод
на другой режим работы по заданной программе. К этому же виду
относятся и дуплекс-схемы, предусматривающие автоматический за­
пуск резервного механизма, если произошла остановка (поломка, не­
исправность) основного механизма.
К примерам автоматического управления по заданной программе
относятся:
- автоматический ввод в работу судового вспомогательного паро­
вого котла (включение котельного вентилятора и продувка топки кот­
ла, пуск форсунки, подача искры на электроды зажигания, снятие
питания с электродов зажигания после воспламенения топлива);
- автоматическая очистка сепаратора (прекращение подачи топ­
лива в сепаратор, опускание нижнего барабана, подача промывающей
воды в сепаратор, удаление продуктов промывки в шламную цистер­
ну, закрытие нижнего барабана, подача в сепаратор топлива);
- запуск аварийного дизель-генератора (включение насоса про­
качки масла, включение серводвигателя топливной рейки, включение
электростартера, включение генератора в сеть на 50% нагрузки, а
затем на полную нагрузку).
Примерами автоматического управления путем пуска и останов­
ки агрегатов могут служить:
- пуск и остановка насоса гидрофора в зависимости от давления в
гидрофоре;
-п у ск и остановка воздушного компрессора в зависимости от дав­
ления воздуха в пусковых баллонах;
55
- автоматическое включение противопожарной системы при воз­
никновении очага пожара в трюмах, танках, служебных помещениях;
- пуск и остановка питательного насоса парового котла в зависи­
мости от величины уровня воды.
Примерами дуплекс-схем могут быть:
- включение резервного питательного или топливного насоса па­
рового котла при выходе из строя основного;
- включение масляного резервного электронасоса в случае выхода
из строя основного, навешенного на двигатель.
Дистанционное автоматизированное управление - это управле­
ние на расстоянии объектами с автоматическим выполнением по ко­
манде человека операций по сбору и обработке информации о состоя­
нии объекта, выработке решений о воздействии на исполнительные
органы объекта и их исполнение. По типу исполнения системы дистан­
ционного автоматизированного управления могут быть электрически­
ми, пневматическими, гидравлическими и комбинированными. В этих
системах первичная команда подается человеком, затем она усилива­
ется и в усиленном виде подается на органы регулирования. К таким
системам можно отнести систему дистанционного управления главны­
ми двигателями (выполнение операций пуска, реверсирования, изме­
нения режима работы, остановки), систему дистанционного управле­
ния механизмом изменения угла поворота лопастей винта регулируе­
мого шага и др.
Системы дистанционного автоматизированного управления мощ­
ными главными двигателями работают по определенной, заданной
программе, осуществляющей операции подготовки к пуску, пуск, про­
грев двигателя, принятие нагрузки.
Автоматическое регулирование (регулирование значений пара­
метров) - это вид управления, заключающийся в поддержании задан­
ных значений параметров технологических процессов в объекте уп­
равления. Регулирование сочетает контроль за изменением какоголибо параметра и воздействие на объект, которое изменяет значение
регулируемого параметра в нужном направлении, т. е. обеспечивает
поддержание параметра в заданных пределах.
Виды автоматического регулирования наиболее распространен­
ные и многообразные. К примерам автоматического регулирования
можно отнести:
- поддержание заданной частоты вращения судового дизель-гене­
ратора в заданных пределах при любой нагрузке;
- автоматическое регулирование температуры воды, масла, воз­
духа наддува судового двигателя;
- автоматическое регулирование температуры и давления котель­
ного топлива, количества котельного топлива и воздуха в зависимости
от нагрузки котельной установки, количество питательной воды, по­
даваемой в котел в зависимости от величины пароотбора.
Оперативный контроль предусматривает сборку и обработку
данных с целью получения информации о состоянии объекта. К видам
56
оперативного контроля относятся: автоматическая сигнализация
(получение информации в виде световых или звуковых сигналов),
автоматическая индикация (отображение информации о текущих
значениях параметров), автоматическая регистрация (документиро­
вание информации об изменении параметров объекта).
При работе судовой энергетической установки контролируются
давление, температура, уровень воды, масла, топлива, частота враще­
ния коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, соленость
питательной воды, давление пара и уровень воды в паровом котле
и т . д.
Автоматическая сигнализация предупреждает обслуживающий
персонал об отклонении параметра от заданного значения и о наступ­
лении опасного режима работы. Одновременно эти опасные значения
могут записываться при помощи машины централизованного контро­
ля. При работе двигателей внутреннего сгорания контролируются дав­
ление смазочного масла, температура и уровень пресной воды в рас­
ширительной цистерне, уровень топлива и масла в расходных цистер­
нах, температура подшипников коленчатого вала двигателя.
Аварийная защита - это вид управления, заключающийся в
предотвращении или локализации аварии. Она предусматривает пре­
кращение процесса, протекающего в объекте, если по каким-либо при­
чинам может произойти авария. В судовых двигателях внутреннего
сгорания защита осуществляется по предельному значению частоты
вращения коленчатого вала двигателя, минимальному значению дав­
ления масла в масляной системе двигателя, максимальному значению
температуры охлаждающей воды. В котельных установках защита
предусмотрена при падении уровня воды в котле, повышении давле­
ния пара, падении давления воздуха котельного вентилятора. Конеч­
ное действие защиты - прекращение подачи топлива в цилиндры дви­
гателя внутреннего сгорания либо в топку котла.
Существует защита, которая переводит объекты на пониженные
режимы работы. Такая защита предусматривает автоматическое
уменьшение угла поворота лопастей винта регулируемого шага при
перегрузке главного двигателя, отключение второстепенных потреби­
телей электрического тока при перегрузке вспомогательного дизельгенератора.
Разновидность аварийной защиты автоматическая блокировка ,
предназначенная для предотвращения подачи команд другими авто­
матическими системами или непосредственно человеком', если подача
таких команд может привести объект к аварии. Примерами таких бло­
кировок являются невозможность запуска двигателя, если не законче­
но его реверсирование, невозможность запуска двигателя с включен­
ным валоповоротным устройством, невозможность управления меха­
низмом изменения шага гребного винта одновременно с нескольких
постов управления.
57
§ 1 6 . Объекты управления
Управляемым объектом называется техническое устройство (ма­
шина, аппарат или изделие), в котором один вид энергии или вещества
преобразуется в другой и который нуждается в специально организо­
ванном внешнем воздействии для достижения заданных целей функ­
ционирования. Для протекания любого процесса в объекте последний
должен получать какое-то количество энергии или вещества Q i9 пре­
образовывать его в другой вид энергии или вещества и отдавать какоето количество преобразованной энергии или вещества Q i .
На рис. 2.1 , а показана функциональная схема объекта управле­
ния. Если объект управления - двигатель внутреннего сгорания, то
подводимой энергией является химическая энергия топлива (совмест­
но с воздухом), а отводимой - механическая работа, снимаемая с вала
двигателя (совместно с энергией нагреваемой воды охлаждения и
энергией выпускных газов). При рассмотрении процесса регулирова­
ния уровня воды в котле объектом управления является пароводяная
часть котла, подводимым количеством вещества Qi - количество пита­
тельной воды, отводимым количеством вещества Q i - количество па­
ра, отводимого от котла.
Для создания энергетического или материального баланса необ­
ходимо, чтобы отводимое количество энергии или вещества равнялось
подводимому. Во время работы двигателя внутреннего сгорания такое
состояние наблюдается в том случае, когда количесгво энергии подво­
димого топлива и воздуха соответствует механической работе, выра­
батываемой двигателем и отдаваемой на потребитель. В это время
двигатель работает в установившемся режиме, и частота вращения его
коленчатого вала не изменяется.
Если количество подводимой энергии меньше количества отводи­
мой, т. е. нарушается энергетический баланс, то объект теряет накоцленное в нем количество энергии, и процесс прекращается. В примере
с двигателем внутреннего сгорания при уменьшении количества пода­
ваемого топлива при неизменной нагрузке двигатель остановится.
Если количество подводимой энергии больше количества отводи­
мой энергии, то объект накапливает избыточное количество энергии,
Рис. 2.1.
ром
58
Функциональные схемы объектов управления без регуляторов и с регулято­
что может привести к аварии объекта. Например, при уменьшении
нагрузки на двигатель внутреннего сгорания при неизменном количе­
стве подаваемого топлива двигатель пойдет "вразнос".
При эксплуатации двигателя внутреннего сгорания внешняя на­
грузка на него меняется в зависимости от внешних условий (качка,
крен судна и т. д.). Следовательно, чтобы управлять работой двигате­
ля и изменять количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя
в зависимости от величины внешней нагрузки, необходимо на пути
подвода энергии установить устройство, которое изменяло бы Qi в
зависимости от изменения Q i . Такое устройство называется исполни­
тельным органом (рис.2.1,6).
Если за изменением величины нагрузки Qi следит человек и в
зависимости от ее изменения изменяет Qi при помощи исполнитель­
ного органа, то процесс управления называется ручным.
Для создания автоматизированной системы необходимо вместо
человека установить усп^ойство, которое выполняло бы следующий
функции: непрерывно замеряло количество отводимой энергии Q i9
каким-то образом реагировало на изменение количества этой энергии
и подавало команду на исполнительный орган, перемещая его таким
образом, чтобы при увеличении Qi увеличивалось Q i, а при уменьше­
нии - соответственно уменьшалось. Такое устройство называется регу­
лятором.
Практически замерить количество отводимой энергии весьма
трудно. Поэтому изменение Qi определяют по какому-либо парамет­
ру, который в достаточной степени характеризует изменение Qi. На­
пример, при изменении нагрузки на двигатель внутреннего сгорания
одновременно изменяется и частота вращения его коленчатого вала,
при изменении паровой нагрузки на котел изменяется давление пара.
Эти параметры объектов измерить сравнительно легко. Таким обра­
зом, автоматическая система, состоящая из объекта управления и ре­
гулятора, принимает вид, изображенный на рис.2.1,6.
Изменение Qi вызывает изменение Х Вх . Этот сигнал подается на
регулятор, который вырабатывает соответствующий сигнал Увых, на­
правленный на перестановку исполнительного органа. Исполнитель­
ный орган изменяет количество подаваемой энергии Qi.
При автоматическом регулировании двигателя внутреннего сго­
рания объект управления - двигатель, Qi - внешняя нагрузка, X ex частота вращения коленчатого вала, регулятор - регулятор частоты
вращения, УВых - воздействие регулятора на топливную рейку. Топ­
ливная рейка изменяет количество подаваемого топлива Qi своим воз­
действием на топливные насосы высокого давления и вместе с ними
выполняет функцию исполнительного органа.
Как видно из рис.2.1,6, важнейшей особенностью автоматических
систем управления является замкнутость контура: регулятор воздей­
ствует на объект, а объект за счет отклонения регулируемой величины
воздействует на регулятор. Естественно, что невозможно изучать объ­
59
ект и автоматический регулятор вне связи и вне взаимодействия одно­
го с другим, так как свойства автоматической системы определяются
свойствами составляющих ее элементов.
К объектам управления судовых силовых установок относятся ди­
зели, паровые и газовые турбины, паровые котлы, компрессоры, испа­
рители хладагента, кондиционеры, опреснители, магистрали, пневма­
тические и гидравлические емкости и т. д. В некоторых случаях объек­
ты регулирования могут быть сложными. Например, котельная уста­
новка, в которой требуется одновременное регулирование трех
параметров: уровня воды, давления пара и соотношения топлива и
воздуха. Но все объекты обладают некоторыми общими свойствами.
Каждый объект при своей работе накапливает в себе какое-то количе­
ство энергии или вещества. Если резко прекратить подачу подводимой
энергии или вещества к объекту, то последний еще некоторое время
будет продолжать отдавать накопленное количество энергии или ве­
щества. Так, если резко прекратить подачу топлива в двигатель, то
коленчатый вал его будет еще некоторое время вращаться; если же
прекратить питание котла водой, то котел еще некоторое время будет
продолжать вырабатывать пар за счет находящегося в нем количества
воды. Это свойство объектов накапливать в себе вещество или энергию
называется емкостью , или аккумулирующей способностью .
Для качественного анализа аккумулирующей способности объек­
та вводят понятие "аккумуляционный коэффициент". Он определяет­
ся количеством энергии или вещества, которое необходимо подвести к
объекту или отвести от него для изменения регулируемого параметра
на единицу, в какой параметр замеряется. Так, при регулировании
уровня воды в барабане парового котла этот коэффициент выражает то
количество воды, которое необходимо для изменения уровня на 1 мм.
Эту величину необходимо знать для правильного подбора регулятора
и исполнительного органа к объекту. Объекты, обладающие большой
аккумулирующей способностью, требуют постановки менее быстро­
действующих регуляторов, чем объекты, обладающие малой аккуму­
лирующей способностью.
Способность объекта самостоятельно приходить к установивше­
муся режиму после его вывода из состояния равновесия называется
саморегулированием , или самовыравниванием. По этому признаку
объекты подразделяются на объекты с полным самовыравниванием,
частичным самовыравниванием и без самовыравнивания.
На рис. 2.2,а показан объект, обладающий частичным самовы­
равниванием. Если этот объект (бак с водой) вывести из равновесия
путем открытия клапана на выходе, то уровень Но начнет понижаться.
В результате этого начнет уменьшаться гидравлическое давление, что
повлечет за собой уменьшение количества воды, проходящей через
клапан на выходе. Наступит такой момент, когда уровень понизится
настолько, что количество воды, проходящей через клапан, станет
опять равным количеству воды, подаваемой на входе в бак, т. е. объект
опять придет в равновесное состояние. Если новое равновесное состоя-
60
Рис. 2.2. Объекты с различным самовыравниванием
ние удовлетворяет техническим условиям, то такой объект можно экс­
плуатировать без регулятора.
Объект - винтомоторный комплекс судна - обладает частичным
самовыравниванием (по частоте вращения) на полных и средних обо­
ротах двигателя внутреннего сгорания, а на малой частоте вращения не обладает. Это объясняется характером зависимости между частотой
вращения коленчатого вала двигателя и мощностью, потребляемой
винтом.
Объект без самовыравнивания изображен на рис.2.2,б. За клапа­
ном на выходе установлен центробежный насос, имеющий постоян­
ную частоту вращения. Если прикрыть клапан на выходе, то расход из
бака уменьшится, уровень воды в баке начнет увеличиваться, однако
никакого влияния на расход из бака оказывать не будет, так как про­
изводительность насоса практически не зависит от небольшого изме­
нения гидростатического давления. Поэтому уровень воды в баке бу­
дет непрерывно повышаться и никакого самовыравнивания не про­
изойдет. Примером неустойчивого (без самовыравнивания) судового
объекта является паровой котел. В случае несоответствия подачи пи­
тательной воды и расхода пара барабан котла либо переполнится, либо
останется без воды.
Рассмотрим объект, изображенный на рис. 2.2, ъ. На отметке за­
данного уровня Но установлена переливная труба, сечение которой
больше сечения входного трубопровода. В этом случае при любом рас­
ходе жидкости уровень ее будет поддерживаться постоянным, равным
Но, т. е. объект будет обладать полным самовыравниванием.
Чтобы определить, можно ли обойтись без регулятора, необходи­
мо найти установившиеся значения регулируемого параметра при
максимальной и минимальной нагрузке и проверить, не выходят ли
эти значения за допустимые пределы. Для объектов, обладающим вы­
соким значением самовыравнивания, применяют более простые и мед­
61
ленно действующие регуляторы, чем для объектов, не обладающих
самовыравниванием.
Время, в течение которого объект переходит из одного разновесного состояния в
другое - время разгона или переходное запаздывание (относится только к объектам с
самовыравниванием). Это время определяют путем замера или рассчитывают матема­
тически и затем учитывают при выборе регулятора для рассматриваемого объекта. Кро­
ме времени разгона объекта, которое определяется конструктивными особенностями
объекта и физическими свойствами среды, находящейся в нем, существует также инер­
ционная способность объекта, при которой изменение нагрузки в течение некоторого
времени не влияет на изменение регулируемого параметра. Например, при сравнитель­
но длинном трубопроводе включение потребителя пара вызывает изменение давления
пара в котле лишь спустя некоторое время. Общее запаздывание складывается из чисто­
го (инерционного) и переходного запаздывания. Если общее запаздывание объекта с
саморегулированием не выходит за пределы допустимого, исходя из технологических
соображений, то объект в регуляторе нс нуждается; если'время запаздывания больше
допустимого (хотя величина отклонения параметра и лежит в допустимых пределах),
постановка регулятора необходима.
§ 17. Система регулирования с регулятором прямого
действия
Система автоматического регулирования с регулятором прямого
действия состоит из объекта и регулятора прямого действия (рис. 2 .3 ).
Регулятор включает в себя три основных элемента: чувствительный
элемент, элемент сравнения и задающий элемент. Как видно из схе­
мы, регулятор получает входной сигнал X fix и в зависимости от него
Рис. 2.3. Структурная схема системы автоматического регулирования с регулятором
прямого действия
62
вырабатывает выходной сигнал Увых, направленный на перемещение
исполнительного органа.
Чувствительный элемент регулятора непрерывно замеряет кон­
тролируемый параметр Хвх и преобразует его в выходной сигнал чув­
ствительного элемента Хч.э•
Задающий элемент регулятора подает постоянный сигнал Х3.э. на
элемент сравнения. Величина этого сигнала соответствует величине
выходного сигнала чувствительного элемента, при которой регулируе­
мый параметр Хвх является заданным. Этот сигнал задающего элемен­
та служит как бы эталоном, который позволяет учесть величину и
знак отклонения регулируемого параметра от заданного значения.
Обычно задающий элемент имеет устройство для изменения задания,
позволяющее изменять величину сигнала задающего элемента в ту
или иную сторону.
Элемент сравнения сравнивает поданные на него встречные сиг­
налы чувствительного и задающего элемента и вырабатывает общий
сигнал Увых, который передается на исполнительный орган объекта.
При равенстве подаваемых на элемент сравнения сигналов общий сиг­
нал рассогласования УВЫх равен нулю, т. е. на исполнительный орган
команды не подается, и последний не перемещается.
Исполнительный орган получает от элемента сравнения сигнал
Увых и в зависимости от его значения и знака (+ или -) изменяет
количество энергии или вещества, подводимого к объекту.
Из рассмотренной схемы прямого автоматического регулирования
видно, что для перемещения исполнительного органа энергия отбира­
ется от самого объекта в виде энергии входного сигнала X bx9 которую
чувствительный элемент преобразует в какое-то усилие Х ч.э- Таким
образом, мощность сигнала Увых зависит от мощности сигнала чувст­
в и тел ь н о го
эл ем ен т а
(Увых<Лч.э); для получения УВых
значительной величины необхо­
димы большие габариты чувст­
вительного элемента и регулято­
ра прямого действия в целом.
П оэтому регуляторы прямого
действия применяются на объек­
тах малой и средней мощности.
Рассмотрим принцип дейст­
вия автоматической системы
прямого регулирования приме­
нительно к двигателю внутрен­
него сгорания, снабженного ре­
гулятором частоты вращения
прямого действия (рис. 2 .4 ).
Чувствительным элементом яв­
ляются маятниковые грузы 6 Рис. 2.4. Схема регулятора частоты вра(два или четы ре), задающ им
щения прямого действия
63
элементом - пружина 7 с механизмом изменения задания втулкой 8.
Элементом сравнения служит муфта 2 с упорным шарикоподшипни­
ком 5.
Входной сигнал - частота вращения вала двигателя передается
через приводной вал 1 на регулятор. В результате создания центро­
бежных сил грузы 6 расходятся, приподнимая муфту 2. Это перемеще­
ние муфты является выходным сигналом чувствительного элемента.
Перемещению муфты противодействует усилие пружины 7 - сигнал
задающего элемента. Перемещение муфты через рычаг 4 (выходной
сигнал регулятора Увых) передается на исполнительный орган - рейку
топливных насосов J.
При увеличении нагрузки на двигатель частота вращения его ко­
ленчатого вала уменьшится, грузы сойдутся и рычаг 4 повернется вок­
руг своей опоры против часовой стрелки, передвигая тем самым рейку
топливных насосов в сторону увеличения подачи топлива в цилиндры
двигателя. Частота вращения коленчатого вала увеличится, и насту­
пит новое равновесное состояние, когда новой, большей нагрузке бу­
дет соответствовать большая подача топлива.
При уменьшении нагрузки частота вращения коленчатого вала
двигателя увеличится, грузы разойдутся и рычаг повернется по часо­
вой стрелке. Подача топлива в цилиндры двигателя уменьшится, и
система вновь придет в рановесное состояние, когда меньшей нагрузке
будет соответствовать меньшая подача топлива.
Автоматическую систему можно вывести из равновесного состоя­
ния и путем изменения задания задающему элементу, увеличив или
уменьшив затяжку пружины 7 механизмом 8 . Например, при увели­
чении затяжки пружины создается сигнал рассогласованиям элемен­
те сравнения (усилие пружины становится больше, чем усилие чувст­
вительного элемента). В результате этого рычаг 4 поворачивается про­
тив часовой стрелки и подача топлива в цилиндры двигателя увеличи­
вается. Возрастает соответственно и частота вращения коленчатого
вала двигателя. Система вновь приходит в равновесное состояние, ког­
да большей затяжке пружины соответствует большая частота враще­
ния.
Следует отметить, что кроме рассмотренного принципа регулиро­
вания по .величине отклонения параметра, называемого принципом
Ползунова- Уатта, существует еще менее распространенный принцип
регулирования по отклонению нагрузки, который называется принци­
пом регулирования Понселе- Чиколева.
§ 18. Статика системы регулирования с регулятором
прямого действия
Как всякая материальная система, система прямого автоматиче­
ского регулирования может находиться в двух состояниях: статиче­
ском, т. е. равновесном, когда все ее звенья находятся в относительном
64
Рис. 2.5. Статические характеристики
покое и величина регулируемого параметра не меняется, и динамиче­
ском, коща все звенья системы находятся в движении и величина
регулируемого параметра изменяется.
Примером статического состояния является такое состояние, при
котором количество подаваемого в цилиндры двигателя топлива соот­
ветствует внешней нагрузке; рейка топливных насосов в это время не
перемещается, и частота вращения коленчатого вала двигателя не ме­
няется. Это состояние системы описывается дифференциальными
уравнениями. Более наглядно такое состояние можно изобразить гра­
фически, определяя значение входного сигнала при равновесном со­
стоянии в зависимости от положения исполнительного органа или, что
идентично, в зависимости от нагрузки.
Построенный по этим значениям график называется статиче­
ской характеристикой системы автоматического регулирования.
Эта характеристика может быть двух видов: астатическая (рис. 2.5,а)
и статическая (рис.2.5,б). В первом случае любому значению нагрузки
в установившемся режиме соответствует одно и то ж е значение вход­
ного сигнала, во втором случае разным значениям нагрузки соответст­
вуют разные значения входного сигнала.
Практически эта характеристика строится следующим образом:
объекту последовательно устанавливают нагрузки 0 ,2 5 , 50, 75,100%
и при этих нагрузках в установившихся режимах определяют значе­
ния входного сигнала, который в эти моменты будет постоянным. За­
тем по полученным точхам строят график - статическую характери­
стику. Чем больше будет взято точек, тем точнее будет построена эта
характеристика. Следует отметить, что построенная характеристика
реального объекта, как правило, нелинейна.
Разность значений входного сигнала в установившемся режиме,
замеренных при нулевой и полной нагрузках, называется статиче­
ской ошибкой, или зоной неравномерности автоматической систе­
мы А Хвх (рис.2.5,б). Для качественной оценки этой величины вводят
понятие степени неравномерности, которая определяется отношени­
65
ем величины зоны неравномерности^ Afex к величине заданного пара­
метра Лзад. Степень неравномерности обычно определяется в процен­
тах:
£ —^ bx/АГзад) 100%.
В астатических системах эта величина равна нулю, а в статиче­
ских имеет значение, отличное от нуля.
И з-за наличия зазоров, сил трения и сил инерции регулятор начи­
нает действовать на объект не одновременно с изменением регулируем
мой величины, а только после того, как она уж е изменится на опреде­
ленное значение. Такое свойство регулятора называется его нечувст­
вит ельност ью . Зона изменения входного сигнала, при которой вы­
х о д н о й сигнал р егул ятор а ещ е равен н ул ю , н азы в ается зоной
нечувствительност и Ё. Зона нечувствительности является одной из
важных технических характеристик системы автоматического регу­
лирования. В пределах зоны нечувствительности регулятор не воздей­
ствует на процесс, и таким образом, статическая характеристика бу­
дет представляться н е линией, а некоторой полоской шириной E . В
связи с этим вводится понятие степени нечувст вит ельност и системы
автоматического регулирования, которая определяется отношением
зоны нечувствительности к величине заданного параметра АГзад
В—(Е1.Хзад) 100%.
Эта величина для действующих судовых автоматических систем
составляет 1-4 %.
§ 19. Динамика системы регулирования
C регулятором прямого действия
Динамическое состояние автоматической системы - это такое со­
стояние, когда Qi * Q2, Хвх изменяется, Х ч .э* ^ з.э, 1вых=0 и исполни­
тельный орган в это время перемещается. Динамическое состояние
системы аналитически выражается дифференциальными уравнения­
ми, а графически - в виде графика, где по оси абсцисс откладывается
время T (в секундах), а при оси ординат - значение входного сигнала
Albx.
Этот график строят следующим образом: изменяют внешнюю на­
грузку на объект и через определенные промежутки времени опреде­
ляют величину входного сигнала до тех пор, пока он не станет посто­
янным (автоматическая система придет в равновесное состояние). По
полученным данным строят график с осями входной сигнал Хвх - вре­
мя Т.
66
Один из таких графи­
ков изображен на рис. 2.6.
По графику переходного
процесса судят о качестве и
показателях переходного
процесса автоматической
системы регулирования:
- величина Гпер назы­
вается временем переход­
ного процесса, т. е. это пе­
риод времени, по истечении
которого отклонение вход­
ного сигнала Хвх от задан­
Рис. 2.6. График переходного процесса
ного значения Хзад не будет
превышать величины E i
т. е. рассмотренной ранее зоны нечувствительности. Например, при
регулировании частоты вращения коленчатого вала двигателя внут­
реннего сгорания время переходного процесса должно составлять 1-5
с, при регулировании уровня воды в паровом котле 5-10 с, при регули­
ровании температуры охлаждающей воды системы охлаждения двига­
теля 5-15 мин;
- максимальное отклонение входного сигнала от заданного значе­
ния Л Хвх• По условиям работы объектов эта величина не должна
превышать заданные значения. Например, при регулировании часто­
ты вращения судовых двигателей внутреннего сгорания эта величина
не должна превышать 10% номинальной, заданной частоты враще­
ния; при регулировании уровня вода в паровом котле 50 мм уровня;
при регулировании температуры воды и масла двигателей внутренне­
го сгорания ± 5 °С.
По внешнему виду графики переходных процессов могут быть
разными. При апериодическом переходном процессе (рис. 2.7 уа) при
изменении нагрузки входной сигнал меняется до определенного зна­
чения, а затем плавно восстанавливается до заданного значения. В
случае колебательного затухающего процесса (рис.2.7,б) при измене­
нии нагрузки входной сигнал изменяется до определенного значения,
затем начинает приближаться к заданному значению, но вследствие
инерции звеньев системы не устанавливается на заданном значении, а
изменяется в другую сторону, но уже с меньшим отклонением. Вход­
ной сигнал начинает вновь изменяться в обратную сторону, его откло­
нение от заданного значения вновь будет уменьшаться. Процесс регу­
лирования закончится, когда колебания входного сигнала выровняют­
ся. При колебательном незатухающем (монотонном) процессе авто­
матическая система все время находится з динамическом состоянии,
причем отклонения входного сигнала от заданного значения всегда
одинаковы (рис.2.7,в). При колебательном расходящемся переходном
процессе отклонения входного сигнала от заданного значения все вре­
мя увеличиваются (рис.2.7,г). Первые три вида переходных процессов
67
а)
б)
X ba ,
Xba
Т.с
Ic
В)
Xba
ЛААА
ХвА
Т.С
л/ t / Т.с
Рис. 2.7. Виды переходных процессов
применяются в действующих автоматических системах, а последний
свидетельствует о неправильном выборе или настройке регулятора и
применяться, естественно, не может.
§ 20. Настройки регуляторов прямого действия
Рассмотрим простейшую автоматическую систему регулирования
уровня (рис. 2.8). Объектом является бак 4 , подводимым количеством
Qi - количество подводимой жидкости через клапан 1 (выполняющим
функцию отсечного клапана) и исполнительным органом клапан 2.
Отводимым количеством является количество жидкости, которое вы­
ходит из бака через клапан 9. Изменяя сечение этого клапана, можно
изменять Qi в пределах от 0 (клапан 9 закрыт) до 100 % (клапан 9
полностью открыт). Чувствительным элементом служит поплавок б,
входной сигнал - величина уровня Я , выходным сигналом чувстви­
тельного элемента является перемещение штока 5. Рычаг 3 является
элементом сравнения.
При увеличении нагрузки (клапан 9 открывают на большую вели­
чину) уровень H начнет понижаться, что видно по водоуказательному
стеклу 7 и мерной линейке 8 . Поплавок 6 начнет опускаться и через
рычаг 3 начнет открываться клапан 2 на большую величину (поворот
рычага - выходной сигнал Увых). Открытие клапана 2 вызовет боль­
шую подачу Qi. Уменьшение уровня будет продолжаться до тех пор,
пока Qi не станет равным Q i . При этом поплавок перестанет переме­
щаться, рычаг 3 поворачиваться, а клапан 2 займет какое-то опреде­
ленное положение. Система будет находиться в статическом состоя­
нии.
Для построения статической характеристики этой системы закро-
68
ем клапан 9, что будет соответствовать нулевой нагрузке. Уровень H
начнет повышаться, поплавок подниматься, рычаг 3 поворачиваться
вокруг своей опоры против часовой стрелки до тех пор, пока клапан 2
не закроется. Система находится в статическом состоянии, причем
Q i=Q2=0. Уровень #зад определим по водоуказательному стеклу и ли­
нейке и отложим эту точку 1 на графике (рис. 2.9,а). Теперь откроем
клапан 9 полностью, т. е. зададим нагрузку £>2=100%. Уровень H на­
чнет уменьшаться, поплавок опускаться, клапан открываться. Новое
равновесное состояние наступит, когда уровень перестанет изменять-
Рис. 2.9. К настройкам регулятора прямого действия
69
ся и будет соответствовать нагрузке в 100 %. Отложим эту точку на
графике (точка 2 на рис.2.9,а). Соединив точки 7 и 2, получим стати­
ческую характеристику. По этой характеристике можно определить
величину входного сигнала (уровня Я) для каждого значения нагруз­
ки в пределах 0-100 % при статическом состоянии системы, а также
величину зоны неравномерности (статической ошибки) АН .
Величину заданного уровня можно изменять, меняя длину штока
5 (см.рис.2.8), которая выполняет функцию задающего элемента. Уд­
линим шток, т. е. опустим поплавок на нем и вновь построим таким же
образом статическую характеристику (точки I rи 2). Как видно из
построения, при изменении сигнала задающего элемента статическая
характеристика смещается параллельно, а зона неравномерности ос­
тается неизменной (рис.2.9,а).
Вторая настройка регулятора прямого действия - изменение зоны
неравномерности (статической ошибки) производится изменением пе­
редачи от чувствительного элемента к исполнительному органу, т. е.
перемещением штока 5 поплавка вдоль рычага J. Допустим, что ста­
тическая характеристика 2 (рис.2.9,б) соответствует положению по­
плавка на рис.2.8. Сместим по рычагу 3 поплавок совместно со штоком
5 влево* Вновь построим статическую характеристику описанным вы­
ше способом. Очевидно, что для полного хода клапана 2 (закрытое его
положение соответствует нулевой нагрузке, а полностью открытое
100 %) потребуется изменение уровня меньшее, неЛ Я , как в первом
случае (характеристика 2 на рис.2.9,б), а Л Я ', т. е. характеристика
примет вид прямой J (рис.2.9,б). Нетрудно заметить, что при переме­
щении поплавка вправо статическая ошибка будет увеличиваться.
Таким образом, уменьшение передачи от чувствительного эле­
мента к исполнительному органу уменьшает статическую ошибку,
уменьшает время переходного процесса (клапан 2 будет быстрее за­
крываться) и уменьшает усилие, с которым чувствительный элемент
действует на исполнительный орган. Действительно, чем ближе по­
плавок будет находиться к опоре рычага J, тем меньший он будет
создавать момент и меньшая сила будет приложена к клапану 2 для его
закрытия или открытия; Поэтому регуляторы прямЬго действия нель­
зя выполнить астатическими, т. е. с нулевой неравномерностью (в
этом случае шток поплавка должен совпадать с опорой рычага 3 регулятор работать не будет). Для уменьшения неравномерности (пе­
ремещение поплавка влево) необходимо одновременно увеличивать
сам поплавок, т. е. увеличивать размеры чувствительного элемента
регулятора. Поэтому регуляторы прямого действия обычно выполня­
ют с наибольшей допустимой по условиям работы объекта зоной не­
равномерности, что позволяет максимально уменьшить размеры регу­
лятора.
§ 21. Система регулирования с регулятором
непрямого действия
Регуляторы непрямого действия применяются в том случае, когда
усилие, развиваемое элементом сравнения, недостаточно для переста­
новки исполнительного органа. Дополнительно в схему регулятора
вводится усилительное устройство для усиления мощности выходного
сигнала (рис.2.10). Чувствительный, задающий и элемент сравнения
регулятора выполняют те же функции, что и элементы регулятора
прямого действия.
К усилительной части регулятора относятся три элемента: управ­
ляющий элемент усилителя, источник энергии усиления, исполни­
тельный элемент. Управляющий элемент усилителя получает неболь­
шой по мощности сигнал от элемента сравнения Х э.с• Одновременно к
управляющему элементу усилителя подводится энергия усиления
Хн.э. от источника энергии усиления. Источник энергии усиления вы­
рабатывает какую-то энергию, либо энергия для работы усилительной
Рис. 2.10. Структурная схема системы автоматического регулирования с регулятором
непрямого действия
71
части регулятора берется извне. Это может быть энергия давления
масла, воздуха, электроэнергия. Управляющий элемент усилителя
подает команду X y.э в виде определенной порции энергии на исполни­
тельный элемент усилителя. Как правило, Х и.э, т. е. энергия усиле­
ния, которая подается на управляющий элемент усилителя, в количе­
ственном отношении постоянна. На выходе из управляющего элемен­
та усилителя количество энергии X y.э зависит от величины сигнала
Хэ.с Другими словами, чем больше сигнал от элемента сравнения на
управляющий элемент усилителя, тем большее количество энергии
подается на исполнительный элемент и наоборот. Исполнительный
элемент усилителя работает от управляющего элемента при подаче к
нему определенного количества энергии. Так как исполнительный
элемент имеет значительные размеры, то он на выходе развивает зна­
чительное усилие Увых, которое достаточно для перемещения испол­
нительного органа объекта.
При изменении внешней нагрузки Q2 изменяется входной сигнал
Х Вх, что влечет изменение сигнала Х ч.э- В результате этого вырабаты­
вается сигнал Хэ.с, который воздействует на управляющий элемент
усилителя. Изменяется подача энергии Х у.э на исполнительный эле­
мент усилителя, который начинает вырабатывать сигнал Увых. Этот
сигнал воздействует на исполнительный орган объекта, в результате
чего изменяется подача на объект Q i. Система вновь приходит в стати­
ческое состояние, когда энергия подвода вновь становится равной
энергии отвода, т. е. нагрузке.
Рассмотрим кинематическую схему регулятора частоты враще­
ния непрямого действия (рис. 2.11,а). Чувствительным элементом
служат два угловых груза 5, которые приводятся во вращения от ко­
ленчатого вала двигателя. Задающим элементом является пружина 2,
величину затяжки которой можно изменять при помощи задающего
механизма 7, состоящего из зубчатой втулки и зубчатого сектора.
Упорный шарикоподшипник 4 и стержень 5, запрессованный во внут­
реннюю обойму, выполняют функции элемента сравнения. На верх­
нюю обойму шарикоподшипника действует усилие задающей пружи­
ны (сигнал * 3.э>, а на нижнюю обойму усилие, создаваемое грузами
при их вращении (сигнал Х ч.э). При изменении вводного сигнала частоты вращения, грузы расходятся или сходятся, и стержень 5 пере­
мещается вверх или вниз, поворачивая рычаг 6 вокруг его опоры (сиг­
нал Х э.с)Источником энергии усиления является шестеренный маслонасос
(на схеме не показан), который подает масло с давлением рм на управ­
ляющий элемент усилителя 7, состоящий из плунжера и втулки. При
перемещении плунжера открываются каналы, которыми золотнико­
вая втулка соединяется с полостями гидравлического поршневого сер­
вомотора 8 (исполнительный элемент усилителя). Дроссельный кла­
пан 9, установленный на одном из каналов, является элементом на­
стройки, о чем будет показано ниже. Перемещение поршня сервомо­
тора через его шток вызывает перемещение рейки 10 топливных
72
TL, Об/MUH
Рис. 2 .11. Интегральный регулятор непрямого действия
насосов, управляющей подачей топлива в цилиндры двигателя внут­
реннего сгорания.
При увеличении частоты вращения грузы начнут расходиться, и
стержень 5 переместится вверх. В результате этого плунжер золотни­
ка 7 поднимется, и масло под давлением рм через верхний канал золот­
никовой втулки поступит в верхнюю полость цилиндра сервомотора.
Одновременно нижняя полость цилиндра сообщится со сливной ван­
ной. В результате перепада давления масла на поршне сервомотора
последний начнет перемещаться вниз (сигнал Увых). Подача топлива в
цилиндры двигателя начнет уменьшаться, что вызовет уменьшение
частоты вращения его коленчатого вала. Грузы чувствительного эле­
мента начнут сходиться, и плунжер золотника опустится. Масло под
давлением рм поступит в нижнюю полость цилиндра сервомотора, а
верхняя полость сообщится со сливной ванной. Поршень сервомотора
начнет двигаться вверх, переставляя там рейку топливных насосов на
увеличение подачи топлива. Это вызовет увеличение частоты враще­
ния коленчатого вала двигателя и перемещение плунжера золотника
вверх, а поршня сервомотора вниз. Подача топлива вновь уменьшит­
ся. Следовательно, система все время будет находиться в динамиче­
ском состоянии, т. е. частота вращения коленчатого вала двигателя все
время будет меняться. Динамические характеристики будут иметь вид
кривых 4 , 5, 6 (рис.2.11,в).
Описанный регулятор является интегральным (/f-регулятор),
так как изменение входного сигнала (частоты вращения) влияет лишь
на скорость изменения выходного (перемещение рейки топливных на­
73
сосов). Действительно, если частота вращения изменится на какую-то
конечную величину, то на пропорциональную величину опустится
или поднимется плунжер золотника. Поршень сервомотора в это вре­
мя будет перемещаться от одного своего крайнего положения к друго­
му с определенной скоростью, соответствующей высоте открытия мас­
ляного канала золотниковой втулки. При другом конечном изменении
частоты вращения плунжер золотника переместится на другую вели­
чину, и открытие канала будет иным. Поршень сервомотора также
будет перемещаться из одного крайнего положения в другое, но уже с
другой скоростью. Следовательно, величина входною сигнала влияет
только на скорость выходного.
С татические характеристики регулятора представлены на
рис.2.11,6. Регулятор является астатическим, т. е. статическая ошибка
равна нулю. Действительно, если рассмотреть статическое состояние
системы (и соответственно, регулятора), то при любом положении
поршня сервомотора (при различных нагрузках) положение плунже­
ра золотника должно быть только одно, когда его поля перекрывают
окна золотниковой втулки, соединяющую ее внутреннюю полость с
полостями цилиндра сервомотора. Следовательно, положение грузов
и задающей пружины при разных нагрузках должно быть только о^но.
Другими словами, при статическом состоянии любой нагрузке соот­
ветствует только одно постоянное значение частоты вращения, соот­
ветствующее заданному, т. е. усилию задающей пружины (линия 7 на
рис.2.11,6).
Настройка регулятора на заданное значение входного сигнала
(частоту вращения) осуществляется изменением сигнала задающего
элемента, т. е. изменением затяжки задающей пружины 2 механиз­
мом изменения задания 7. При увеличении затяжки пружины рычаг 6
повернется по часовой стрелке, и плунжер 7 золотника опустится.
Масло под давлением рм поступит в нижнюю полость цилиндра серво­
мотора, и его поршень сместится вверх. Соответственно увеличится
подача топлива и частота вращения коленчатого вала двигателя. Гру­
зы чувствительного элемента разойдутся, и плунжер золотника вновь
займет свое среднее положение. Таким образом, большей затяжке
пружины будет соответствовать большая частота вращения (линия 2
на рис.2.11,6). При уменьшении затяжки задающей пружины все про­
изойдет в обратном направлении: грузы разойдутся, плунжер золот­
ника поднимется, поршень сервомотора опустится, подача топлива в
цилиндры двигателя уменьшится, частота вращения коленчатого вала
двигателя тоже уменьшится. Новое равновесное состояние наступит
при частоте вращения, соответствующей меньшей затяжке задающей
пружины (линия 3 на рис.2.11,6).
Время, за которое выходной сигнал регулятора Увых изменит свое
значение от максимума до минимума, т. е. время в секундах, за кото­
рое поршень сервомотора регулятора переместится из одного своего
крайнего положения в другое, называется временем сервомотора .
Это время регулируется клапаном 9 (рис.2.11,я), установленным на
74
одном из каналов, соединяющим золотниковую втулку с полостью
цилиндра сервомотора. При изменении проходного сечения клапана
изменяется скорость перемещения поршня сервомотора, а следова­
тельно, и время сервомотора. При уменьшении сечения клапана время
сервомотора увеличивается, а максимальное отклонение входного сиг­
нала от заданного значения в динамическом процессе уменьшается
(кривая 6 на рис.2.11,в). При увеличении сечения клапана время сер­
вомотора уменьшается, а максимальное отклонение входного сигнала
от заданного значения увеличивается (кривая 5 на рис.2.11,в). Кривая
4 показывает какое-то среднее значение времени сервомотора, когда
время переходного процесса и максимальное отклонение входного сиг­
нала от заданного значения лежат в пределах, допустимых для экс­
плуатации объекта.
Для стабилизации переходного процесса (чтобы сделать его зату­
хающим) регуляторы непрямого/действия снабжаются жесткими об­
ратными связями. Жесткая обратная связь включается, как правило,
между исполнительным элементом усилителя (сервомотором регуля­
тора) и управляющим элементом усилителя. На рис.2.12,а представ­
лена кинематическая схема регулятора частоты вращения непря -
Рис. 2.12. Пропорциональный peiynsrrop непрямого действия с жесткой
связью
обратной
75
мого действия с жесткой обратной связью . От ранее рассмотренного
регулятора непрямого действия (интегрального) он отличается введе­
нием рычага с подвижной опорой 8 (жесткая обратная связь) и серьги
7. Рассмотрим его работу. При увеличении нагрузки уменьшается ча­
стота вращения коленчатого вала, и грузы 3 начнут сходиться. Упор­
ный шарикоподшипник 4 и стержень 5 начнут перемещаться вниз.
Рычаг 6 начнет поворачиваться вокруг своего левого шарнира по часо­
вой стрелке, так как в это время поршень 10 сервомотора заторможен,
и рычаг с опорой 8 совместно с серьгой 7 неподвижны. Плунжер 9
золотника начнет опускаться, и масло под давлением рм поступит в
нижнюю полость цилиндра сервомотора. Поршень сервомотора на­
чнет перемещаться вверх, и рейка 12 топливных насосов начнет уве­
личивать подачу топлива в цилиндры двигателя. Рычаг жесткой об­
ратной связи с опорой 8 начнет перемещаться вокруг этой опоры про­
тив часовой стрелки, тяга 7 начнет двигаться вниз и поворачивать
рычаг 6 вокруг шарнира стержня 5 против часовой стрелки. В резуль­
тате этого плунжер золотника начнет подниматься и своими поясками
прикрывать каналы, соединяющие золотниковую втулку с цилиндром
сервомотора. Поэтому скорость перемещения поршня сервомотора и
рычага 6 уменьшаются, и плунжер золотника подходит к своему нейт­
ральному положению (когда он своими поясками перекроет каналы на
цилиндр сервомотора) с уменьшающейся скоростью. Как только плун­
жер перекроет каналы, поршень сервомотора остановится, и действие
обратной связи на плунжер прекратится.
Поскольку поршень сервомотора остановился, и подача топлива в
цилиндры двигателя увеличилась, частота вращения вала двигателя
начнет повышаться. Процесс регулирования повторится, но уже с
меньшими отклонениями входного сигнала от заданного значения.
Система с таким регулятором придет в равновесное состояние тогда,
когда количество подаваемого топлива в цилиндры двигателя будет
соответствовать новой нагрузке. Однако введение жесткой обратной
связи вызывает неравномерность регулирования, т. е. статическую
ошибку. Если рассмотреть два равновесных состояния (при малой и
при полной нагрузках), нетрудно заметить, что поршень сервомотора,
а следовательно, и рычаг жесткой обратной связи занимают разные
положения. Поэтому и натяжение задающей пружины 2 при разных
нагрузках в статическом состоянии будет различным, и различными
будут частоты вращения при разных нагрузках при установившемся
режиме.
Настройка регулятора на заданное значение входного сигнала
(заданную частоту вращения) производится изменением натяжения
задающей пружины механизмом У, при этом статическая характери­
стика смещается параллельно.
Настройка времени сервомотора производится изменением сече­
ния клапана 11 и аналогична такой же настройке интегрального регу­
лятора непрямого действия. При прикрытии этого клапана время сер­
вомотора увеличивается, а максимальное отклонение входного сигна­
76
ла от заданного значения уменьшается (кривая б на рис.2 Л 2 ,в). При
открытии клапана время сервомотора уменьшается, а максимальное
отклонение входного сигнала от заданного значения увеличивается
(кривая 5 на рис.2 Л 2 ,в).
Настройка на заданную зону неравномерности (статическую
ошибку) производится путем изменения передачи по жесткой обрат­
ной связи. В конструкции регулятора, изображенного на рис.2.12 ,а,
это производится за счет перемещения опоры 8 рычага жесткой обрат­
ной связи. Допустим, что при положении опоры, изображенной на
рисунке, статическая характеристика представляется линией 1
(рис.2.12,6), а динамическая - кривой 4 (рис.2.12,в ) .
При перемещении опоры рычага вправо действие жесткой обрат­
ной связи увеличивается, так как постановка плунжера золотника в
нейтральное положение будет происходить более быстро. При переме­
щении опоры влево действие жесткой обратной связи ослабевает,
уменьшается. Если бы опора 8 совпала с осью серьги 7, то действие
обратной жесткой связи совсем бы прекратилось, так как при таком ее
положении перемещение поршня сервомотора не передавалось бы на
серьгу 7 и далее на плунжер золотника. При таком положении опоры
регулятор превращается в ранее рассмотренный И-регулятор.
Таким образом, при увеличении действия жесткой обратной связи
статическая ошибка увеличивается (линия 3 на рис.2.12,6), а время
переходного процесса соответственно уменьшается (кривая 5 на
рис.2.12,в). Автоматическая система при этом работает более устойчи­
во, т. е. при выведении из статического состояния возвращается в него
более быстрее.
При уменьшении действия жесткой обратной связи статическая
ошибка уменьшается (линия 2 на рис.2.12,6), а время переходного
процесса увеличивается (кривая 6 на рис.2.12,б). Рассмотренный ре­
гулятор является пропорциональным (П-регулятором ) , так как изме­
нение выходного сигнала - перемещение поршня сервомотора - про­
порционально входному сигналу - изменению частоты вращения.
Действительно, чем на большую величину изменится частота враще­
ния, тем на большую величину сместится плунжер золотника, на
большую величину переместится поршень сервомотора, пока жесткая
обратная связь не поставит плунжер золотника в нейтральное положе­
ние. Следовательно, каждому значению изменения входного сигнала
будет соответствовать пропорциональное значение выходного сигна­
ла - перемещение поршня сервомотора и связанной с ним рейки топ­
ливных насосов.
Регуляторы непрямого действия с гибкой обратной связью при­
меняются в тех случаях, когда необходимо обеспечить быстрое проте­
кание переходного процесса и нулевую статическую ош ибку
(рис.2.13,а). Чувствительный, задающий, элемент сравнения, управ­
ляющий и исполнительный элементы усилителя аналогичны элемен­
там И и П-регуляторов, рассмотренных ранее.
Гибкая обратная связь регулятора состоит из следующих частей:
77
а)
6) п, об/мин
Рис. 2.13. Пропорционально-интегральный регулятор непрямого действия
рычага обратной связи 77 с регулируемой опорой, цилиндра катаракта
JOy соединенного нижним донышком с рычагом обратной связи, порш­
ня 9 катаракта, соединенного штоком с рычагом 7 в точке А . Левый
конец рычага 7 подвешен на пружине 5. Цилиндр катаракта заполнен
маслом, его верхняя и нижняя полости соединены между собой дрос­
сельным клапаном S, проходное сечение которого можно изменять. ‘
При статическом состоянии инерционная сила грузов 3 чувстви­
тельного элемента соответствует натяжению задающей пружины 2, и
шарикоподшипник 4 совместно со стержнем 6 не перемещаются в вер­
тикальном направлении. Поэтому кромки плунжера 72 золотника пе­
рекрывают окна золотниковой втулки, соединяющей ее с цилиндром
поршневого сервомотора J3 . Поршень сервомотора совместно с топ­
ливной рейкой 75 зафиксированы в каком-то определенном положе­
нии, соответствующем постоянной подаче топлива в цилиндры двига­
теля. Цилиндр JO катаракта неподвижен также и 9, а пружина 5 имеет
нулевое натяжение. Следовательно, точки Ay BwC рычага 7 занимают
строго определенное положение.
При увеличении частоты вращения грузы разойдутся и рычаг 7
повернется вокруг шарнира А против часовой стрелки. Плунжер 72
поднимается, и масло под давлением рм поступит в верхнюю полость
цилиндра сервомотора. Поршень 75 начнет двигаться вниз и будет
передвигать рейку топливных насосов в сторону уменьшения подачи
78
топлива. Частота вращения начнет уменьшаться. Одновременно ры­
чаг 11 повернется вокруг своей опоры по часовой стрелке. Цилиндр
катаракта начнет перемещаться вверх. Так как масло, находящееся в
обоих полостях цилиндра катаракта, несжимаемо и сечение дроссель­
ного клапана 8 относительно мало, то поршень 9 тоже начнет переме­
щаться вверх. В результате этого рычаг 7 повернется вокруг шарнира
В по часовой стрелке, и точка C рычага начнет двигаться вниз, опуская
плунжер золотника до тех пор, пока он своими кромками не перекроет
каналы, соединяющие золотниковую втулку с цилиндром сервомото­
ра. В этот момент произойдет остановка поршня сервомотора, рычага
обратной связи, цилиндра и поршня катаракта. Пружина 5 в это время
будет сжата.
Поскольку подача топлива уменьшилась, частота вращения на­
чнет тоже уменьшаться, грузы чувствительного элемента начнут схо­
диться, перемещая точку В вниз. Одновременно пружина 5 начнет
расжиматься и перемещать вниз точку А . Вниз будет перемещаться и
поршень 9 катаракта (при неподвижном цилиндре 10). Скорость пере­
мещения поршня катаракта зависит от степени открытия дроссельного
клапана 8. Если скорости перемещения точки В и точки А подобраны
пропорционально друг другу, то точка C рычага 7 будет находиться в
покое, и плунжер золотника перемещаться не будет. Процесс регули­
рования закончится тогда, когда натяжение задающей пружины будет
соответствовать только усилию центробежных грузов, натяжение пру­
жины 5 будет нулевым, и плунжер золотника будет находиться в ней­
тральном положении. Если почему-либо одно из этих условий не со­
блюдено, регулятор будет находиться в динамическом состоянии.
Процесс регулирования будет продолжаться, но уже отклонение плун­
жера золотника от нейтрального положения будет меньшим, и все
перемещения звеньев регулятора будут меньшими. Таким образом,
вид переходного процесса - затухающий (кривая 5 на рис.2.13,б), а
статическая характеристика - прямая, параллельная оси абсцисс (ли­
ш ит/ на рис.2.13,б).
Следует отметить, что деление переходного процесса, описанного
выше, на два этапа условно (практически все рассмотренные действия
происходят одновременно); последовательное описание принято лишь
для лучшего восприятия переходного процесса.
Настройка регулятора на заданную частоту вращения осуществ­
ляется путем изменения затяжки задающей пружины 2 при помощи
механизма 1 изменения задания. При увеличении затяжки пружины
частота вращения увеличится (статическая характеристика 2 на
рис.2.13,6), при уменьшении - уменьшится (статическая характери­
стика 3 на рис.2.13,6).
Настройка времени сервомотора осуществляется при помощи
дроссельного клапана 14. При уменьшении сечения клапана время
сервомотора увеличивается, при увеличении - уменьшается (анало­
гично настройке рассмотренных ранее регуляторов непрямого дейст­
вия).
79
Время, за которое катаракт, выведенный из своего нейтрального
положения, опять возвратится в это положение, называется временем
изодрома. Время изодрома T yс, регулируют путем изменения сечения
дроссельного клапана 8 (рис.2.13, д). Очевидно, если уменьшить сече­
ние клапана, время изодрома увеличится, т. е. возвращение катаракта
в первоначальное положение будет более продолжительным. При этом
время переходного процесса увеличится, а отклонение входного сиг­
нала от заданного значения уменьшится (кривая б на рис.2.13,в). Если
сечение клапана увеличить, время переходного процесса будет умень­
шаться, а отклонение входного сигнала от заданного значения увели­
чиваться (кривая 4 на рис.2.13,в). Нетрудно заметить, что при полно­
стью открытом дроссельном клапане (время изодрома равно нулю),
регулятор будет работать как И-регулятор (без обратной связи). Пере­
мещение поршня сервомотора не вызовет перемещения точки A y так
как масло будет свободно перетекать из одной полости цилиндра ката­
ракта в другую.
При полностью закрытом дроссельном клапане регулятор будет
работать как П-регулятор (регулятор с жесткой обратной связью), так
как точка А не сможет вернуться в первоначальное положение (время
изодрома равно бесконечности).
При частично прикрытом клапане регулятор работает и как ин­
тегральный, и как пропорциональный, поэтому регуляторы с гибкой
обратной связью являются пропорционально-интегральными (ПИ-
регуляторы).
Неравномерность (статическую ошибку), которая возникла бы
при полностью закрытом дроссельном клапане, т. е. когда время изо­
дрома равно бесконечности, называют временной неравномерностью .
Эта неравномерность зависит от положения опоры рычага 11 (см.
рис. 2.13,а). При перемещении опоры влево, неравномерность умень­
шается, вправо - увеличивается, причем в первом случае первона­
чальное действие обратной связи уменьшается, а во втором - увеличи­
вается. В результате изменяются время переходного процесса и макси­
мальное отклонение входного сигнала от заданного значения. Обычно
этой настройкой пользуются совместно с настройкой времени изодро­
ма. Если при чрезмерном прикрытии дроссельного клапана макси­
мальное отклонение входного сигнала от заданного значения велико,
необходимо, чтобы первоначальное действие обратной связи было
большим. Для этого опору рычага 11 необходимо переместить вправо.
По существу настройка временной неравномерности дополняет
настройку времени изодрома. Увеличение временной неравномерно­
сти необходимо в том случае, когда наблюдается повышенный износ
катаракта (неплотности между поршнем и цилиндром) и когда даже
полностью закрытый дроссельный клапан не дает желаемого
эффекта.
Заканчивая рассмотрение типовых регуляторов непрямого дейст­
вия 'у следует остановиться на сходстве и различии жесткой и гибкой
обратных связей.
80
Обратные связи включаются между исполнительным и управляю­
щим элементами усилителя и предназначены для стабилизации пере­
ходного процесса. По окончании переходного процесса действие об­
ратной жесткой связи на задающий элемент регулятора не снимается
(регулятор является статическим), а действие гибкой обратной связи
полностью снимается в течение времени изодрома (регулятор астати­
ческий).
Регулятор непрямого действия с комбинированными обратными
связями имеют две обратные связи: жесткую и гибкую, причем жест­
кая обязательно регулируемая и может даже полностью отключаться.
Таким образом, такие регуляторы могут работать как П-регуляторы
(при включении жесткой обратной связи, а гибкая в это время "помо­
гает" жесткой быстрее стабилизировать переходный процесс) и как
ПИ-регуляторы при отключенной жесткой обратной связи.
§ 22. Элементы регуляторов
Чувствительные элементы регуляторов предназначены для не­
прерывного замера входного сигнала и преобразования в выходной
сигнал Хц.э* По роду замеряемого входного сигнала чувствительные
элементы подразделяются на чувствительные элементы давления,
температуры, уровня, частоты вращения и т. д., а по роду преобразо­
ванного ими выходного сигнала - на чувствительные элементы меха­
нического, пневматического, электрического типов.
К чувствительным элементам давления относятся манометриче­
ские трубки, мембраны и сильфоны (см.рйс.1.2). Выходные сигналы
Хц.э этих элементов механического типа: перемещение свободного
конца манометрической трубки, перемещение центра или штока мем­
браны, перемещение донышка сильфона.
Для измерения разности давлений используются мембранные или
сильфонные элементы с двусторонним подводом, при этом выходной
сигнал чувствительного элемента будет пропорционален разности
подводимых давлений.
Чувствительные элементы температуры приведены на рис. 2.14.
Сильфон (рис.2.14,а) заполнен компонентами, имеющими большой
объемный коэффициент расширения (смесь парафина с красномедны­
ми опилками, смесь воска с красномедными опилками, активирован­
ный уголь и др.). При нагревании смеси увеличивается давление внут­
ри сильфона, и его донышко получает перемещение Хч.э*
Чувствительный элемент температуры манометрического типа
(рис.2.14,6) состоит из термобаллона V, соединительной трубки (ка­
пилляра) 2, корпуса J, сильфона 4 и иглы 5 сильфона. Термосистема
(термобаллон, капилляр, корпус сильфона) заполнена каким-либо ра­
бочим телом, давление которого изменяется при изменении темпера­
туры. Это изменение давления преобразуется в выходной сигнал Хч.э -
81
Рис. 2.14. Чувствительные элементы регуляторов температуры
перемещение иглы сильфона. Такие чувствительные элементы темпе­
ратуры являются дистанционными, длина их капилляра может дости­
гать нескольких метров.
Дилатометрический чувствительный эл ем ент температуры
(рис.2.14,в) состоит из стрежня 7, коэффициент теплового расшире­
ния которого практически равен нулю и базовой трубки 2 с большим
коэффициентом теплового расширения. Трубка и стержень в нижней
части жестко соединены между собой. При нагревании наружная
трубка расширяется, а внутренний стержень получает перемещение
Х ЧЛ. Чувствительные элементы такого типа широко применяются в
регуляторах температуры, так как стержень этого элемента развивает
значительное усилие.
Чувствительный элемент типа плунжерной пары (рис.2.14,г) со­
стоит из плунжера 7, плунжерной втулки 2 и спиральной трубки 5,
припаянной к нижней части плунжерной втулки. Все пространство
под плунжером заполняется жидкостью, кипящей при низкой темпе­
ратуре. При увеличении температуры среды, омывающей плунжер­
ную втулку и спиральную трубку, давление жидкости увеличивается,
и плунжер получает перемещение Х ч.э.
Термоэлектрический чувствительный элемент (рис.2.14,3) пред­
ставляет замкнутую цепь, состоящую из двух разнородных металлов,
спаянных между собой в точке замера температуры. При нагревании
этой точки возникает ЭДС, которая является выходным сигналом Х ч.э
электрического типа.
82
Рис. 2 .15. Чувствительные элементы регуляторов уровня
Чувствительные элементы уровня приведены на рис. 2.15. Чувст­
вительный элемент поплавкового типа (рис.2.15,а) состоит из по­
плавка 5, расположенного в сосуде 2, сообщающегося с водяной и па­
ровой частью барабана парового котла L При изменении уровня по­
плавок получает вертикальное перемещение Х ч.э, равное величине
изменения уровня. Недостатком этого чувствительного элемента яв­
ляется наличие уплотнительного устройства между внутренней и на­
ружной частями штока поплавка, в результате чего требуется большое
усилие для перемещения штока.
Чувствительный элемент уровня поплавково-магнитного типа
(рис.2.15,6) расположен в камере 4 , соединенной по принципу сообща­
ющихся сосудов с барабаном 1 парового котла. В камере находится
поплавок 5, на верхней части штока поплавка укреплен постоянный
магнит Зу который перемещается совместно с поплавком. Верхняя
часть сосуда выполнена из немагнитного материала в виде трубы, ко­
торая присоединяется к сосуду. Рядом с трубой на штанге закреплены
магнитные переключатели 2 (3-4 штуки). В результате изменения
уровня воды поплавок получает вертикальное перемещение, и совме­
стно с ним перемещается магнит. В момент совпадения по высоте маг­
нита с магнитным переключателем в последнем происходит срабаты­
вание контактного устройства, и подается необходимый сигнал.
Чувствительный элемент уровня контактного типа (рис.2.15,в)
состоит из сообщающейся колонки 2, присоединенной к водяной и
паровой частям котла L В колонку по всей высоте колеблющегося
уровня ввернуты контактные свечи 5. При достижении уровнем воды
83
места установки свечи происходит замыкание ее электродов, так как
вода является проводником электрического тока за счет присадок, на­
ходящихся в ней. При понижении уровня ниже места установки свечи
контакт прерывается.
Чувствительный элемент уровня мембранного типа с конденса­
ционным сосудом (рис.2.15,г) получил наибольшее применение при
регулировании уровня воды в судовых вспомогательных котлах.
Принцип действия такого чувствительного элемента подробно описан
ранее (см.§ 6, рис. 1.15). При изменении уровня воды в котле 1 изменя­
ется уровень и в трубке 2 (в трубке 3 уровень всегда постоянный) и
мембрана 4 получает перемещение совместно со своим штоком, выра­
батывая выходной сигнал Х ч.эЧувствительный элемент уровня термогидравлического типа
(рис.2.15,3) состоит из трубки 5, сообщающейся через разобщитель­
ные краны 2 с паровой и водяной частями котла У. На эту трубку
напрессована трубка 4 парогенератора, заполненная жидкостью, ки­
пящей при низкой температуре, или просто конденсатом. Для увели­
чения и улучшения теплообмена наружной поверхности парогенера­
тора с воздухом с наружной стороны на трубке парогенератора уста­
новлены шайбы из листового металла. Парогенератор импульсной
трубкой соединен с сильфонным устройством 5. При изменении уров­
ня воды в котле изменяется и уровень в трубке 5, в результате чего
меняется площадь соприкосновения пара в верхней части трубки с
парогенератором. Поэтому меняется количество тепла, передаваемого
стенками трубки 3 парогенератору, и давление пара в последнем изме­
няется. Изменение давления пара в парогенераторе вызывает переме­
щение донышка сильфона в виде сигнала Х ч.э зависящее от измене­
ния уровня воды в котле.
Конструкции чувствительных элементов частоты вращения при­
ведены на рис. 2.16. Чувствительный элемент типа центробежного
маятника (рис.2.16,а) действует следующим образом. При увеличе­
нии частоты вращения центробежные грузы 4 расходятся, а при
уменьшении - сходятся, вырабатывая сигнал Хч.э, что вызывает пере­
мещение муфты 2, свободно сидящей на валу L Перемещение муфты
вызывает сжатие или ослабление задающей пружины 5 и соответству­
ющую подачу сигнала Хэ.с на рычаг 3.
Чувствительный элемент типа центробежных грузов представ­
лен на рис.2.16,6. При вращении вала 1 вращается совместно с ним
крестовина, на которой установлено два или четыре груза 2. При изме­
нении частоты вращения грузы сходятся или расходятся и своими
внутренними концами воздействуют на шарикоподшипник 3 (припод­
нимая его или опуская) - сигнал Х ч.х. Перемещение шарикоподшип­
ника вызывает сжатие или ослабление задающей пружины 4 , а также
выдачу механического сигнала Хэ.с через стержень 5.
Чувствительный элемент с конической тарелкой и расходящими­
ся шарами изображен на рис.2.16,в. При вращении конической тарел­
ки 1 совместно с ней вращаются шары 2 (6-8 штук). Слева на шары
,
84
Рис. 2 .16. Чувствительные элементы регуляторов скорости
воздействует плоская тарелка 3 и задающая пружина 4. Если частота
вращения изменится, то изменится и центробежная сила, возникаю­
щая при вращении шаров. Поэтому шары будут сходиться или расхо­
диться от оси вращения (сигнал Х ч.э). В результате этого плоская
тарелка начнет перемещаться вдоль оси вращения, и ее шток 5 будет
выдавать механический сигнал Х э.с.
При вращении плоского центробежного чувствительного элемен­
та (рис.2Л6 ,г) его грузы 3 расходятся или сходятся по отношению к
оси вращения (сигнал Х ч.э) , преодолевая натяжение задающих пру­
жин L Действуя через тяги 2, грузы поворачивают эксцентрик J отно­
сительно вала 4 . Эти чувствительные элементы используют при авто­
матическом регулировании угла опережения зажигания в карбюра­
торных двигателях.
Гидродинамический чувствительный элемент частоты вращения
(рис.2.16,3) состоит из крыльчатки 1 (импеллера), которая приводит­
ся во вращение от вала двигателя. Давление масла, создаваемое
крыльчаткой (сигнал Хч.э), передается через трубопровод 3 на пор­
шень 4, нагруженный пружиной 5 и преобразовывается в механиче­
ский сигнал - перемещение штока 6 поршня. Для того чтобы этот
элемент был чувствителен к небольшим изменениям частоты враще­
ния, ставится постоянный дроссель 2.
К задающим элементам регуляторов относятся устройства, с по­
мощью которых регулятор настраивается на заданное значение вход­
ного сигнала. Задающие элементы выполняют в виде всевозможных
пружин (винтовых цилиндрических, винтовых конических, плоских,
85
Рис. 2.17. Типы управляющих элементов гидравлических усилителей
спиральных и т. д .). Могут также применяться различные грузы. При
пневматических и гидравлических выходных сигналах чувствитель­
ных элементов задающие элементы применяются в виде всевозмож­
ных дроссельных и запорно-регулирующих клапанов, а также в виде
редукционных клапанов.
Элементами сравнения в регуляторах служат различные рычаж­
ные системы, мембраны в пневматических регуляторах, поршни в гид­
равлических регуляторах и т. д. Часто элемент сравнения является
частью чувствительного элемента.
, Управляющие элементы усилителей служат для подачи управля­
ющего сигнала в виде какого-либо количества энергии усиления на
исполнительный элемент усилителя.
Гидравлические управляющие элементы усилителей бывают зо­
лотникового и струйного типов (рис. 2.17). Отсечной золот ник дву­
стороннего действия (рис.2.17,а) состоит из плунжера 3 и золотнико­
вой втулки 4. По трубопроводу 2 рабочая среда под давлением рм
поступает в среднюю часть золотниковой втулки. При отсутствии сиг­
нала от элемента сравнения X 3.с плунжер своими кромками перекры­
вает окна золотниковой втулки, которыми она сообщается с цилинд­
ром 5 сервомотора. При подаче сигнала от элемента сравнения (напри­
мер, вверх) плунжер поднимется и рабочая среда от источника энер­
гии усиления поступит в верхнюю полость цилиндра сервомотора.
Поршень 6 сервомотора начинает двигаться вниз, а рабочая среда из
нижней полости цилиндра будет сливаться через нижнее открывшееся
окно золотниковой втулки в сливной канал L Поршень сервомотора
будет двигаться до тех пор, пока плунжер золотника своими отсечны­
ми поясками не перекроет каналы, соединяющие золотниковую втул­
ку с цилиндром сервомотора.
86
Отсечной золот ник с сервомотором одностороннего действия
показан на рис.2 Л 7,6. В нейтральном положении нижний, управляю­
щий поясок плунжера 4 золотника перекрывает канал, соединяющий
золотниковую втулку 3 с цилиндром 5 сервомотора. При перемещении
плунжера вниз под действием сигнала Х э.с рабочая среда от источника
энергии усиления с давлением рм по каналу 2 поступит под поршень 7
сервомотора. Поршень, преодолевая упругость пружины 6, начнет пе­
ремещаться вверх.
В случае перемещения плунжера золотника вверх, подпоршневая
полость цилиндра сервомотора сообщается с каналом 1 слива, и под
действием пружины поршень сервомотора перемещается вниз.
Проточный золот ник с сервомотором одностороннего дейст­
вия изображен на рис.2.17,в. На рисунке показано положение плун­
жера 4 золотника, при котором обеспечивается циркуляция рабочей
среды, и поршень 1 цилиндра 2 сервомотора находится в состоянии
равновесия. При смещении плунжера в подпоршневой полости серво­
мотора давление изменится. Эта величина давления зависит от степе­
ни перекрытия поясками плунжера нагнетательного 5 и сливного 6
каналов золотниковой втулки. В результате изменения давления пор­
шень сервомотора переместится и вновь займет такое положение, при
котором будет иметь место равновесие между усилием пружины 3 и
силой давления рабочей среды на поршень сервомотора.
Принцип действия струйных управляющих элементов усилите­
лей основан на преобразовании потенциальной энергии давления
жидкости в кинетическую энергию струи, а затем вновь в потенциаль­
ную энергию давления, ^c которой жидкость подводится в цилиндр
сервомотора. Схема качающейся струйной трубки изображена на
рис. 2.17,г. Струйная трубка 7, к которой непрерывно подводится жид­
кость под давлением рпит, может качаться вокруг шарнира 2 под дейст­
вием сигнала элемента сравнения. На некотором расстоянии от ниж­
ней части - сопла трубки - установлена приемная шайба 3 с двумя
отверстиями, которые трубопроводами соединены с левой и правой
полостью цилиндра поршневого сервомотора. При среднем положении
струйной трубки по отношению к отверстиям в приемной шайбе струя
поступает равномерно в оба приемных отверстия, не создавая в них
разности давления, и поэтому поршень 4 сервомотора заторможен.
При отклонении струйной трубки от своего среднего положения в од­
ном из приемных отверстий будет создаваться большее давление,
вследствие чего поршень сервомотора начнет смещаться в сторону по­
лости с меньшим давлением и вытеснять жидкость из этой полости
через другое приемное отверстие на слив. Движение поршня будет
продолжаться до тех пор, пока струйная трубка вновь не займет нейт­
ральное положение.
Струйный усилитель с двумя нагнетательными 1 и двумя прием­
ными 3 струйными трубками, установленными неподвижно, изобра­
жен на рис.2.17,6. Заслонка 2 управляется от элемента сравнения.
Приемные струйные трубки сообщены трубопроводами с правой и ле-
87
6 OLlM
Рис. 2.18. Типы управляющих элементов пневматических усилите­
лей
вой полостями цилиндра 4 сервомотора. Когда заслонка струйных тру­
бок находится в среднем положении, жидкость попадает из нагнета­
тельных трубок на заслонку и, не попадая в приемные трубки, уходит
на слив. При смещении заслонки, например, вправо, сообщаются меж­
ду собой соосно расположенные левые нагнетательная и приемная
трубки, и жидкость под давлением попадает в левую полость цилиндра
сервомотора. Поршень 5 сервомотора начинает перемещаться вправо,
вытесняя жидкость из правой полости цилиндра через правую прием­
ную трубку на слив (а в это время жидкость из правой нагнетательной
трубки попадает на заслонку и тоже уходит на слив). Перемещение
поршня сервомотора будет продолжаться до тех пор, пока заслонка
вновь не займет своего нейтрального положения.
Пневматические управляющие элементы усилителей приведены
на рис. 2.18. Управляющий элемент усилителя клапанного типй
(рис.2.18,а) состоит из штока 4 , на котором закреплены клапаны 1и 5.
Энергия усиления (пар или воздух под давлением, р И . э ) подводится
под нижнее седло клапана в корпус 2. В средней части корпуса имеется
отверстие, которое соединяется трубопроводом с сервомотором одно-"
стороннего действия. Верхняя часть корпуса соединена отверстием с
атмосферой. При подаче сигнала от элемента сравнения Х э .с (допу­
стим, вверх) нижнее седло закрывается, а верхнее открывается. Рабо­
чая полость сервомотора сообщается с атмосферой, и мембрана серво­
мотора перемещается. При подаче сигнала Х э .с вниз верхнее седло
закрывается, а нижнее открывается, и энергия усиления поступает на
мембрану сервомотора, вызывая ее перемещение в другую сторону.
Промежуточное положение двухседельного клапана вызывает дроссе­
лирование рабочей среды и подачу ее на мембрану с определенным
давлением.
Пневматический управляющий элемент усилителя типа "соплозаслонка" (рис.2.18,б), получая сигнал от элемента сравнения Х э.с,
уменьшает зазор S между заслонкой J, которая может поворачиваться
вокруг опоры 2, и соплом 4 . Воздух подается с постоянным давлением
(ри .э) и проходит через дроссель 1 к соплу 4 и на выходной трубопровод
88
5. При изменении зазора S изменяется давление воздуха в сопле и на
выходе в виде сигнала управляющего элемента ру.э. Перемещение за­
слонки незначительно (до 0,05 мм), диаметр сопла в 2-3 раза больше,
чем диаметр дросселя, поэтому при перемещении заслонки давление
воздуха на выходе меняется мгновенно.
Разновидностью управляющего элемента усилителя типа "соплозаслонка" является конструкция на рис.2.18,0. Воздух под давлением
Ри.э подводится через трубку 2 и дроссель 3 к соплу б и на выход 7.
Заслонка 4 может отклоняться от шарика 5 вокруг своей оси 1. При
перемещении заслонки вправо под действием сигнала Х э.с шарик
плотнее прижимается к сопловому отверстию, и давление на выходе
Ру.э увеличивается, при отклонении заслонки влево увеличивается за­
зор между шариком и соплом, и давление на выходе уменьшается.
Устройство регулятора непрямого действия, которое получает
энергию усиления от источника этой энергии через управляющий эле­
мент усилителя й производит перестановку исполнительного органа
объекта, называется исполнительным механизмом (исполнительный
элемент усилителя). Они классифицируются по роду потребляемой
энергии и могут быть гидравлическими, пневматическими и электри­
ческими.
Гидравлический поршневой сервомотор двустороннего действия
(рис. 2.19, а ) , состоит из цилиндра 7, в котором установлен поршень со
штоком 2. При подаче энергии усиления с давлением ру.э поршень 3
сервомотора начинает перемещаться в ту или иную сторону, развивая
значительное усилие на штоке УВых. При сообщении верхней полости
цилиндра сервомотора с источником давления нижняя полость сооб-
1
J
Ч-
Рис. 2.19. Типы сервомоторов регуляторов
89
щается со сливом и наоборот. В любом случае образуется перепад
давлений, и поршень сервомотора перемещается. При перекрытии на­
гнетательного и сливного каналов поршень сервомотора заторможен.
Г и д р а в л и ч е с к и й сер во м о т о р о д н о с т о р о н н е го д е й с т в и я
(рис.2.19,6) состоит из цилиндра 4 с поршнем J. Энергия усиления под
давлением ру.э может подводиться лишь к нижней полости цилиндра.
На верхнюю часть поршня постоянно действует усилие возвратной
пружины 2. При увеличении давления ру.э поршень сервомотора пере­
мещается вверх, развивая значительное усилие Увых на штоке 7. Пе­
ремещение поршня вниз происходит при уменьшении давления в ниж­
ней части цилиндра, под действием пружины. Поршень будет нахо­
диться в состоянии покоя тогда, когда подача энергии усиления пре­
кратится (при отсечных управляющих элементах) или давление под
поршнем будет соответствовать усилию возвратной пружины (при
проточных или дросселирующих управляющих элементах).
Гидравлический исполнительный элемент с кривошипом подает
выходной сигнал Увых в виде вращательного движения (рис.2.19,б). Он
состоит из цилиндра 7, поршня 6, штока 5 поршня, серьги 4 Укривоши­
па 5, оси вращения 2 и зубчатого сектора 7. Кривошип и сектор жестко
соединены между собой. При подаче энергии усилениям давлением
Ру.э поступательное перемещение штока преобразуется во вращатель­
ное перемещение зубчатого сектора.
Исполнительный элемент пневматического типа (рис.2.19,г)
состоит из мембраны 7 (или сильфона больших размеров), установ­
ленной в корпусе. К мембране жестко прикреплен шток 2. При увели­
чении давления сжатого воздуха или пара (ру.э) на верхнюю часть
мембраны последняя начинает перемещаться вниз, развивая на вы­
ходном конце штока мощный выходной сигнал Увых. При уменьшении
давления мембрана перемещается в другую сторону под действием
возвратной пружины 3 . Равновесное (заторможенное) состояние мем­
браны наступит тоща, когда давление среды на мембране будет соот­
ветствовать усилию возвратной пружины.
К электрическим исполнительным элементам относятся всевоз­
можные электродвигатели с редукторами, а также соленоидные сер­
водвигатели.
Источники энергии усиления могут быть встроенными в регуля­
тор (например, маслонасос регулятора частоты вращения непрямого
действия), а также располагаться извне (например, компрессор сжато­
го воздуха, генератор электрической энергии). Для стабилизации
энергии усиления (создания постоянного давления, напряжения) ус­
танавливаются различные стабилизаторы (редукционные клапаны,
стабилизаторы давления, напряжения и т.д.).
Для стабилизаций переходного процесса в схему регуляторов не­
прямого действия вводят жесткие и гибкие обратные связи, которые
включаются, как правило, между исполнительным и управляющим
элементами усилителя. Жесткие обратные связи выполняются в виде
любой кинематической передачи (рычажная, шестеренная, цепная и
90
т. д.), а гибкие - в виде емкости и дроссельного, перепускного устрой­
ства. Действие и конструкция обратных связей более подробно будет
рассмотрена при изучении схем регуляторов.
§ 23. Унифицированные системы
пневматического регулирования
Унифицированные системы пневматического регулирования в на­
стоящее время получают широкое распространение при автоматиза­
ции судовых силовых установок ввиду их универсальности, пожаровзрывобезопасности, возможности изготовления готовых унифици­
рованных элементов, большой надежности во время эксплуатации.
Функциональная схема еистемы пневматического регулирования
представлена на рис. 2.20. Система пневматического регулирования
состоит из пневматического датчика, пневматического регулятора и
пневматического исполнительного механизма (сервомотора) *.
Пневматический датчик получает входной сигнал от объекта и к
нему постоянно подводится воздух с постоянным давлением рпит (в
пределах 0,14-0,4 МПа). Назначение пневматического датчика - пре­
образовать входной сигнал (давление, температуру, уровень, частоту
вращения и т. д.) в пропорциональное этому сигналу выходное давле­
ние рд. Выходное давление датчика, рд может изменяться от нуля до
давления питания рПит. По изменению выходного сигнала в зависимо­
сти от изменения входного датчики могут быть прямыми и обратными:
если выходной сигнал увеличивается при увеличении входного, дат­
чик является прямым, если выходной сигнал уменьшается при увели­
чении входного,датчик называется обратным.
Пневматический регулятор получает пневматический сигнал от
пневмодатчика, рд, пропорциональный Х Вх , а также к нему подводит­
ся воздух с постоянным давлением рпит. Назначение регулятора - фор­
мировать закон регулирования, т. е. зависимость между входным сиг­
налом рд и выходным сигналом регулятора рр. Эта зависимость может
быть пропорциональная, интегральная, дифференциальная. Регуля­
торы, аналогично пневмодатчикам, могут быть прямыми и обратны­
ми: если при увеличении входного сигнала рд также увеличивается
выходной сигнал рр, то регулятор прямой, если при увеличении вход­
ного сигнала выходной уменьшается, tfo регулятор называют обрат­
ным.
Пневматический исполнительный механизм получает сигнал от
регулятора рр и питается воздухом с постоянным давлением рпит. В
зависимости от величины и знака поданного на него сигнала от регуля­
тора вырабатывается мощный выходной сигнал Увых, направленный
на перемещение исполнительного органа.
* Некоторые, более упрощенные системы пневматического регулирования состоят
из пневматического датчика и пневматического сервомотора.
91
Рпит
Рис. 2.20.
вания
Структурная схема унифицированной пневматической системы регулиро­
При изменении нагрузки Qi изменяется значение Х Вх. Пневмати­
ческий датчик реагирует на это изменение и вырабатывает сигнал рд,
который поступает на регулятор, соответственно перерабатывается и
поступает как командный импульс рр на пневматический исполни­
тельный механизм. Последний вырабатывает сигнал УВЫх, что вызы­
вает перемещение исполнительного органа объекта и изменение коли­
чества подаваемой энергии или вещества Qi. Система вновь возвраща­
ется в статическое состояние, когда QissQi.
Нетрудно заметить, что эта система универсальна: по этой схеме
можно регулировать уровень, температуру, частоту вращения и т. д.
Конструктивно различные по функциональному назначению
пневматические приборы выполняются при помощи различных типов
пневмосопротивлений, мембран и пневмоемкостей или камер, кото­
рые соединяются между собой при помощи линий связи (пневмокана­
лов или трубопроводов).
Пневмосопротивления служат для создания сопротивления тече­
нию воздуха. По назначению пневмосопротивления делят на следую­
щие группы:
- постоянные - сопротивления с неизменным проходным сечени­
ем, например, капилляр (рис. 2.21, а). Воздух, проходя через капил­
ляр, уменьшает свое давление со значения рвх до значения рвых;
- регулируемые- сопротивления, проходное сечение которых мо­
жет изменяться в процессе настройки, например, конус в конусе
(рис.2.21,б). Перепад давлений рвх и рВЫх зависит от величины зазора
между конусами;
- переменные —сопротивления, проходное сечение которых изме­
няется в процессе работы (рис.2.21, в.г). При изменении зазора между
заслонкой и соплом или между шариком или соплом меняется раз-
92
Рис. 2.21. Элементы пневмомеханических систем
ность давлений р Вх и р Вых. Мембраны являются упругими элементами,
воспринимающими перепад давлений р\ и р2 и преобразующими его в
усилие рм- В пневмоавтоматике используются следующие мембраны:
плоская без жесткого центра (рис.2.21,д), плоская с жестким цент­
ром (рис.2.21,е), гофрированная с жестким центром (рис.2.21,ж).
Мембраны изготавливают из резины, прорезиненного^полотна, шел­
кового полотна толщиной 0,2-0,4 мм.
Пневмоемкости используются для накопления воздуха. Они вы­
полняются как камеры внутри приборов пневмоавтоматики (напри­
мер, между двумя мембранами) и как специальные элементы. Сочета­
ние пневмоемкости и пневмосопротивления образует камеру. Если в
пневмоемкость включено одно сопротивление, то камера называется
глухой; при наличии в пневмоемкости двух и более пневмосопротив­
лений камера будет проточной.
Б л о к и пневмоавтоматики, собранные из вышеописанных элемен­
тов, выполняют различные функции: алгебраическое суммирование
сигналов, умножение и деление, дифференцирование сигнала, интег­
рирование сигнала, усиление сигнала и т. д. Из ^тих же элементов
собираются блоки управления и задания: клапаны, тумблеры, кнопки
и т . д.
В настоящее время блоки и приборы пневмоавтоматики унифици­
рованы в универсальную систему элементов промышленной пневмо­
автоматики (УСЭППА). Универсальность этой системы заключается
в том, что позволяет любой новый прибор автоматики не создавать
заново, а собирать из готовых блоков. Благодаря этому из простейших
блоков можно создавать схему пневмоавтоматики любой сложности.
93
I
Рис. 2.22.
Пневматический датчик уровня
Дальнейшее развитие унифицированных систем привело к созданию
систем "Старт”, "Пера", "Цикл".
Пневматические датчики. Схема пневматического датчика уров­
ня приведена на рис. 2.22. Мембрана 14 с левой стороны через им­
пульсную трубку 4 подключена к водяной части котла 2, а с правой
стороны через импульсную трубку 3 к конденсационному сосуду 7.
При увеличении уровня воды в котле мембрана перемещается вправо
и через рычаг вывода 13 поворачивает Т-образный рычаг 12 по часо­
вой стрелке. В результате этого заслонка 5 перемещается к соплу 6 и
давление воздуха в трубопроводе и в камере 22 пневмореле увеличи-
94
вается. Мембрана 23 закрывает шариковый клапан 25, и стравливание
воздуха в атмосферу из камеры 24 прекращается. Одновременно мем­
брана 18 перемещается вниз и открывает шариковый клапан 16. Воз­
дух от линии питания с давлением 0,14 МПа поступает в камеру 15
пневмореле. Давление в камерах 24 и 17 возрастает до восстановле­
ния равновесия сил на мембранах. Пружины 19 и 20 служат для луч­
шего нажатия мембран на шариковые клапаны. Наличие постоянного
перепада давления на дросселе 21 позволяет уменьшить расход возду­
ха через сопло в атмосферу при открытии шарикового клапана 16.
Обратная связь на заслонку 5 осуществляется через сильфон 7,
Г-образный рычагв обратной жесткой связи, опору 10. В рассматрива­
емом случае увеличение давления в выходном трубопроводе рд воз­
действует на сильфон, тот в свою очередь на Г-образный рычаг, кото­
рый повернется по часовой стрелке и через опору 10 будет стремиться
повернуть Т-образный рычаг против часовой стрелки. Состояние рав­
новесия на заслонке наступит тоща, когда более высокому уровню
воды в котле будет соответствовать более высокое давление в сильфоне
обратной связи и, следовательно, на выходе из пневмодатчика. Таким
образом, каждому значению уровня воды в котле соответствует опре­
деленное давление воздуха на выходе из пневмодатчика рд.
Пружина 11 и винт 9 служат для настройки датчика, о чем будет
сказано ниже.
Измерительная часть пневматического датчика температуры
(рис. 2.23). состоит из манометрического чувствительного элемента
температуры 1. При уменьшении температуры свободный конец мано­
метрической трубки начнет сжиматься, и заслонка 2 сместится влево.
Воздух к шарику 3 поступает из системы питания (PnnraOiH МПа)
95
через дроссель 7, поэтому при увеличении величины зазора между
шариком и заслонкой давление в трубопроводе за дросселем начнет
падать. Одновременно упадет давление воздуха и в камере б жесткой
обратной связи., Новое равновесное состояние заслонки наступит тог­
да, когда меньшему значению температуры будет соответствовать
меньшее давление воздуха в камере обратной связи и на выходе датчи­
ка (давление рд) . Пружина 8 с винтом 9 и валик 5 с винтом 4 являются
элементами настройки и будут рассмотрены ниже.
Статическая характеристика пневматического датчика - это график зависимости
выходного сигнала рд от входного сигнала, Хвх. Для построения этого графика
(рис. 2.24) задают несколько значений Хвх, определяют соответствующие этим значе­
ниям величины давлений на выходе датчика и по полученным точкам строят характери­
стику. Она может быть прямой линией (как указано на рисунке), но может быть и
кривой, если зависимость между входным и выходным сигналами нелинейная. По ста­
тической характеристике можно определить величину значения выходного сигнала
(давления на выходе датчика) при любом значении входного сигнала.
Построив статическую характеристику, приступают к настройке датчика. При
заданном значении входного сигнала давление на выходе датчика должно быть разно
половине давления питания длит для того, чтобы датчик мог реагировать как на умень­
шение входного сигнала (допустим, уменьшать давление на выходе), так и на увеличе­
ние (увеличивать давление на выходе). По построенной статической характеристике 1
(рис.2.24) определяют: какое выходное давление датчика рд соответствует Хзад. П ри
заданном, нулевом значении уровня выходное давление датчика 0,045 М Па (точка Л ).
Д ля того, чтобы произвести необходимую настройку (при Хнх-Х зад выходное давление
датчика должно быть р п и т/2 -0 ,0 7 М П а), статическую характеристику необходимо сме­
стить вправо, чтобы она пересекла точку Б . Д ля этой цели <см. датчик уровня, рис.2.22)
винтом 9 увеличивают затяжку пружины 11. П ри этом зазор между соплом и заслонкой
уменьшается и давление на выходе датчика увеличивается, т. е. характеристика смещ а­
ется вправо (характеристика 2 на рис.2.24). Д ля датчика температуры эту ж е настройку
производим винтом 9, уменьшая затяжку пружины 8 (рис.2.23), чтобы уменьшить зазор
между шариком и соплом.
Если бы требовалось характеристики сместить влево, то натяж ение задающих
пружин этих датчиков изменяли бы в другую сторону.
Рассмотрим следующую настройку датчика - изменение пределов измерений дат­
чика (изменение статической ош ибки). Эта настройка производится путем изменения
действия жесткой обратной связи на заслонку сопла. Допустим, что статическая харак­
теристика датчика - прямая I (рис.2.2 5 ). П ри изменении выходного сигнала датчика в
максимальных пределах от нуля до давления питания рд-0,14 МПа входной сигнал
(уровень или температура) меняется на величину Xmax- При дальнейшем изменении
входного сигнала в большую или меньшую сторону датчик не реагирует. Действительно,
если величина входного сигнала будет больше Xmax, то давление на выходе будет оста­
ваться равным давлению питания, а если выходной сигнал будет меньше нуля, то давле­
ние на выходе тоже будет нулевым.
Д ля суж ения пределов измерения датчика статическая характеристика долж на
занять положение поз.2 рис.2.25, т. е. предел измерения входного сигнала должен соста­
вить Xmax- П ри этом чувствительность датчика повысится, т. е. при том ж е изменении
входного сигнала давление на выходе датчика будет изменяться на большую величину.
Д ля этой цели опору 10 (рис.2.22) необходимо переместить вверх, тогда тому ж е самому
изменению уровня воды в котле потребуется больший перепад давления на сильфоне
обратной связи и соответственно на выходе датчика. В датчике температуры (рис.2.23)
для этой цели валик 5 при помощи винта 4 необходимо сместить вверх.
Кроме этих настроек в пневматических датчиках переменными сопротивления­
ми - дросселями - регулируют количество воздуха, поступающего в датчик (на входе в
датчик), сглаживание выходного сигнала (дросселем на выходном трубопроводе датчи­
к а).
96
Хь№ )
Рис. 2.24. С татические характеристики Рис. 2.25. К настройке пневматического
пневматических датчиков
датчика на заданный предел измерения
Следует отметить, что помимо целей регулирования пневматиче­
ские датчики используются как дистанционные указатели величины
контролируемого параметра. Для этой цели вторичный прибор (мано­
метр, получающий сигнал ря и разградуированный в единицах контро­
лируемого параметра) устанавливается в месте, где необходимо про­
изводить отсчет контролируемого параметра.
Пневматические регуляторы. Пневматический пропорциональ­
ный регулятор (рис. 2.26) предназначен для выработки и подачи на
исполнительный пневматический сервомотор пневматического про­
порционального сигнала в зависимости от поданного на регулятор
входного сигнала от датчика.
97
Измерительным устройством регулятора является сильфон S, сое­
диненный с выходом пневматического датчика. Донышко сильфона
через тягу 9 и серьгу 13 передает свое перемещение на заслонку 14
пневматического сопла 75. Механизм задания состоит из винта 12 и
рычага 77, который может поворачиваться вокруг опоры 10 и своим
нижним концом воздействовать на заслонку 14.
Пневматическое реле, улучшающее динамику регулирования, со­
стоит из корпуса 76, мембран 17 и 19 (их активные площади равны),
подвижного седла 18 двухседельного клапана 20 и пружины 27. Не­
подвижное седло клапана выполнено непосредственно в корпусе реле.
Корпус реле разделен на четыре камеры: верхняя камера соединена с
соплом 75, камера между мембранами соединена с атмосферой, каме­
ра между нижней мембраной и двухседельным клапаном соединена с
пневматическим сервомотором и сильфоном обратной связи, нижняя
камера соединена с системой питания, куда подается воздух с постоян­
ным давлением рПт = 0,14 МПа.
Обратная жесткая связь состоит из сильфона 7, штока 2 сильфона,
пружины 4Урычага обратной связи J, пружины 5 рычага и опоры 6,
которая может перемещаться по планке 7 со шкалой. Верхний конец
рычага жесткой обратной связи соединен с пневматическим соплом.
При уменьшении входного сигнала датчика рд донышко сильфона
8 перемещается влево, перемещая вместе с собой тягу 9. Серьга 13
поворачивается вокруг своего нижнего шарнира против часовой стрел­
ки, и заслонка 14 отходит от сопла. В результате этого давление возду­
ха в сопле и верхней камере пневматического реле уменьшается. Мем­
брана 77 начинает перемещаться вверх, и подвижное седло 18 двухсе­
дельного клапана открывается. Воздух из камеры под нижней мембра­
ной (выход из регулятора рр) стравливается в атмосферу, и давление
Pp уменьшается. Одновременно уменьшается и давление воздуха в
сильфоне 7 обратной связи, и его шток начинает перемещаться впра­
во. Рычаг 3 обратной связи поворачивается вокруг опоры б против
часовой стрелки, и его верхний конец начинает смещать сопло влево,
уменьшая тем самым зазор между соплом и заслонкой. Давление воз­
духа в сопле и на верхнюю часть мембраны 77 увеличивается. Регуля­
тор приходит в новое равновесное положение тогда, когда давление
воздуха на верхнюю часть мембраны 77 будет равно давлению воздуха
на нижнюю часть мембраны 79, т. е. давление в сопле будет равно
давлению воздуха на выходе из регулятора. Двухседельный клапан в
это время закрывает оба своих седла. Работа звеньев регулятора про­
исходит одновременно и рассматривалась в последовательности лишь
для лучшего восприятия.
При увеличении входного сигнала процесс происходит в обратном
направлении и оканчивается, когда большому давлению на входе в
регулятор будет соответствовать большее давление на выходе.
Таким образом, регулятор работает по принципу позиционного
равновесия сил на звено сопло-заслонка: каждому входному значению
98
Рис. 2.27. К настройкам пневматического пропорционального регу­
лятора
давления воздуха соответствует определенное значение выходного
сигнала регулятора, давления рр.
Настройку регулятора на заданное значение выходного сигнала в зависимости от
входного производят при помощи винта 12. Допустим, статическая характеристика ре­
гулятора (зависимость выходного давления регулятора рр от входного рд) изображается
прямой 1 (рис.2.27,а). Построение этой характеристики производится следующим об­
разом: подают на регулятор различные давления воздуха рд и по манометру определяют
значения выходного давления рр. По полученным данным строят характеристику. Н а­
пример, по заданию необходимо, чтобы при входном давлении воздуха на регулятор
0,07 МПа давление на выходе тоже было 0,07 МПа. B таком случае характеристику из
положения 1 необходимо сместить в положение 2. Для этой цели определяют давления
на выходе из регулятора при входном давлении, равном 0,07 МПа (точка А ) . Так как это
значение больше, чем 0,07 МПа, то винт 12 (рис.2.26) выворачивают.
B этом случае рычаг 11 повернется вокруг опоры 10 по часовой стрелке, и нижний
конец серьги 13 сместится влево, увеличив тем с&мым зазор между соплом и заслонкой.
Давление воздуха в камере над мембраной 17 уменьшится, и подвижное седло 18 двух­
седельного клапана поднимется, открыв тем самым доступ воздуха из выходного трубоп­
ровода регулятора в атмосферу. Давление под мембраной 19 уменьшается гораздо быст­
рее, чем над мембраной 77, и последняя опустится, надвинув неподвижное седло на
клапан.
Наступит новое равновесное состояние, когда увеличенному зазору между соплом
и заслонкой будет соответствовать меньшее давление воздуха на выходе из регулятора,
т. е. статическая характеристика сместится параллельно влево и давление воздуха на
выходе регулятора при давлении на входе 0,07 МПа будет тоже 0,07 МПа (точка Б на
рис.2.27,а).
Очевидно, что для смещения характеристики вправо, винт 12 необходимо ввер­
нуть.
Под настройкой пропорциональности понимают настройку зависимости измене­
ния давления на выходе регулятора при изменении давления на входе. Степень пропор­
циональности - это отношение перепада давления на входе в регулятор к перепаду
давления на выходе в процентах. При степени пропорциональности 100 % величине
изменения давления воздуха на входе соответствует такое же изменение давления на
выходе.
Эту настройку ре 1улятора осуществляют при помощи опоры б (рис. 2.26) рычага 3
обратной связи, которую можно перемещать по установочной планке 7 со шкалой. При
степени пропорциональности 100 % характеристика принимает вид прямой 4
99
(рис.2.27,б). При уменьшении степени пропорциональности опору рычага обратной
связи перемещают вверх. При этом при одном и то же перепаде давления на выходе
понизится перепад давления на входе (прямая 5, рис.2.27,б). Действительно, если пере­
местить опору рычага обратной связи вверх, то для постановки узла сопло-заслонка в
равновесное положение потребуется большее перемещение, а следовательно, большее
изменение давления в сильфоне обратной связи. Другими словами, при определенном
перепаде давления на выходе, давление на входе должно измениться на меньшую вели­
чину.
При увеличении степени пропорциональности (перемещение опоры рычага об­
ратной связи вниз) статическая характеристика примет вид прямой 5 (рис.2.27,б).
Обычно регулятор настраивают таким образом, чтобы давление на выходе изменя­
лось в 3-6 раз быстрее, чем давление на входе, т. е. степень пропорциональности уста­
навливают в пределах 20-35 %. В этом случае коэффициент усиления (отношение
изменения давления на выходе к изменению давления на входе - величина, обратно
пропорциональная степени пропорциональности) будет находиться в пределах 3-5. Это
необходимо для того, чтобы сигнал - выходное давление регулятора подавался на ис­
полнительный элемент (пневматический сервомотор) в более узком диапазоне измене­
ния входного сигнала объекта, т. е. чтобы регулятор был более быстродействующий.
Пропорционально-интегральные пневматические регуляторы
применяются тогда, когда кроме изменения степени пропорциональ­
ности требуется регулирование скорости изменения выходного сигна­
ла в зависимости от изменения величины входного (например, при
регулировании температуры воды охлаждения судовых двигателей
внутреннего сгорания). Введение в пневматический регулятор интег­
ральной части позволяет изменять подачу регулируемой энергии Qi с
различной, необходимой по технологическим соображениям, скоро­
стью.
Пневматические исполнительные механизмы. Пневматические
исполнительные механизмы (сервомоторы) предназначены для изме­
нения подачи подводимой энергии или вещества Qi в объект в соответ­
ствии с сигналами, поступающими от пневматического регулятора
(или пневматического датчика). Силовая часть сервомотора (мембра­
на или сильфон) выполняются больших размеров, так как давление
воздуха питания небольшое (0,1-0,4 МПа). Схема пневматического
сервомотора с позиционером приведена на рис. 2.28. Применение по­
зиционера обусловлено тем, что при резких колебаниях входного сиг­
нала мембрана сервомотора не сможет быстро переместиться в резуль­
тате малого проходного сечения трубопровода от регулятора или пнев­
модатчика, а также для стабилизации процесса перемещения мембра­
ны при резком изменении входного сигнала.
При уменьшении давления воздуха рр в трубопроводе 7 нижняя
мембрана камеры 2 сместится вверх и соответственно вверх сместится
заслонка 4. Зазор между шариком 5 и соплом трубопровода J4 подвода
воздуха от системы питания с постоянным давлением увеличится.
Давление в трубопроводе 14 начнет падать, так как поступление воз­
духа ограничено дросселем 15. Одновременно понизится давление воз­
духа и в камере 77. В результате этого двухседельный клапан 77 со­
вместно со своим верхним седлом начнет перемещаться вверх. Своей
нижней тарелкой 16 двухседельный клапан начнет уменьшать подачу
воздуха от системы питания в систему 20 (к мембране сервомотора).
100
Поступление воздуха к мембране сервомотора станет меньше утечки
воздуха через дроссель 18 в атмосферу, и давление воздуха над мемб­
раной сервомотора начнет уменьшаться. Мембрана 6 сервомотора под
действием пружины 9 начнет перемещаться вверх. Натяжение пружи­
ны 10 обратной жесткой связи уменьшается, что вызывает уравнива­
ние сил на заслонке 4 со стороны пружины и мембраны камеры 2.
Падение давления воздуха в трубопроводе 14 прекращается, двухсе­
дельный клапан останавливается, и давление воздуха на мембране
сервомотора стабилизируется. Мембрана останавливается в опреде­
ленном положении, соответствующем давлению воздуха рр.
101
Описанный процесс протекает только при плавных и малых изме­
нениях входного давления воздуха рр. При более резких изменениях
давления вступает в действие схема ускорения. Так, если произойдет
быстрое снижение давления воздуха в трубопроводе 20, то уменьшит­
ся давление в камере 72, и нижняя мембрана этой камеры переместит­
ся вверх. Под действием своей пружины клапан 16 закроется, а клапан
77 откроется, так как его седло приподнимается. При этом открывает­
ся дополнительно (кроме постоянно открытого дросселя 18) выход воз­
духа в атмосферу из системы 20 , и шток сервомотора начинает быст­
рее перемещаться вверх, и быстрее стабилизируется в трубопроводе
14.
При небольшом увеличении давления воздуха рр на мембрану
камеры 2 сопло прикрывается шариком 5, и давление в камере 77
повышется. Нижняя мембрана камеры 77 и мембрана камеры 72 пере­
мещаются вниз, клапан 77 прикрывается, а клапан 16 открывается.
Воздух из системы питания поступает на мембрану сервомотора и
одновременно в камеру 72. При равенстве давлений в камере 77 и 72
клапан 16 закрывается, фиксируя повышенное давление над мембра­
ной сервомотора. Мембрана сервомотора начинает перемещаться вниз
и через пружину 10 воздействует на заслонку 4, уравнивая усилие на
нее сверху от мембраны камеры 2. Определенному значению давления
воздуха рр соответствует определенное положение мембраны сервомо­
тора, а также давление воздуха, которое создается над мембраной
сервомотора.
При резком увеличении давления воздуха рр увеличивается дав­
ление в камере 72. Клапан 77 закрывается, а клапан 16 открывается
на большую величину, и воздух из системы питания поступает с боль­
шим расходом на мембрану сервомотора, которая быстро двигается
вниз и через пружину 10 быстро уравнивает усилия на заслонке 4.
Последовательность настройки сервомотора с позиционером такая:
- винт 3, служащий для ограничения хода заслонки 4 , ввертывают до упора, а
затем отворачивают на 3-4 оборота, добиваясь максимального хода заслонки 0,3-0,4 мм;
- дроссель 18 служит для регулирования чувствительности страгивания двухсе­
дельного клапана и регулируется выворачиванием от своего упора на 2-3 оборота;
-дроссели 13 и 19 предназначены для рщулировки плавной работы сервомотора и
при их настройке добиваются наименее заметных колебаний штока сервомотора, при
этом необходимо иметь в виду, что дроссель 19 должен иметь гораздо большее сечение,
чем дроссель 13;
-дроссель 15 регулирует расход воздуха через сопло, он регулируется таким обра­
зом, чтобы при полном открытии сопла давление за ним не превышало 0,02 МПа;
- строят статическую характеристику сервомотора (график зависимости хода его
штока от величины регулируемого параметра, Х вх). Допустим, статическая характери­
стика имеет вид прямой 1 (рис. 2.29);
- изменяя затяжку пружины 70, добиваются, чтобы среднее открытие исполни­
тельного органа совпало с заданной величиной входного сигнала Хзад, точка А. В нашем
примере максимальный ход сервомотора принят в 20 мм. При этом статическая характе­
ристика смещается параллельно, прямая 2. Для этой цели пружину необходимо растя­
нуть, т. е. ее винт вывернуть;
- строят на этом же графике заданную по условиям эксплуатации характеристику,
т. е. зависимость полного хода штока сервомотора от допустимой величины отклонения
входного сигнала, ^откл - характеристику 3;
102
- перемещением валика 8 винта 7
изменяют плечи передаточных рычагов
и добиваются наложения характеристи­
ки 2 на заданную характеристику 3 (ре­
гулировка неравномерности). В приве­
денном примере необходимо, чтобы при
том ж е изменении входного сигнала
шток сервомотора перемещался бы на
большую величину. Поэтому передачу
от штока к заслонке необходимо увели­
чить, т. е. ролик 8 переместить влево,
для чего винт 7 необходимо вывернуть.
После настройки всех элементов
системы положение всех настроечных
звеньев маркируют или записывают.
Необходимо помнить, что при измене­
нии настройки одного элемента системы
меняется настройка всей системы. Поэ­
тому, при засорении какого-либо дрос­
селя следует его вывернуть, определив
предварительно количество оборотов,
на которое он был завернут, промыть и
поставить на место, завернув его до
прежнего положения.
органа ,мм
Рис. 2.19. К настройкам сервомотора с по­
зиционером
Для дистанционного управления сервомотором с позиционером (в
случае выхода из строя датчика или регулятора) применяются пнев­
мозадатчики (рис. 2.30). Назначение пневмозадатчика - подавать ко­
мандный импульс по давлению воздуха на сервомотор вместо команд­
ного давления рр от регулятора. Быстрое подключение пневмозадат­
чика вместо пневматического регулятора осуществляется краном 2,
имеющим положения: регулятор-сервомотор и пневмозадатчик-сервомотор.
К пневмозадатчику подводится воздух с постоянным давлением
Рпит* Воздух проходит через верхний шариковый клапан 5 и далее к
крану переключения и в камеру 77 с мембраной 72. Равновесное со­
стояние пневмозадатчика наступает тогда, когда давление воздуха в
камере 6, воздействующее на мембрану 7J, уравновешивается натя­
жением пружины 9 и давлением воздуха в камере 77 на мембрану 72.
При этом двухседельный клапан 5 своим нижним шариком закроет
подвижное седло S, а верхний шарик откроет свое седло на величину,
соответствующую расходу воздуха установившемуся давлению.
При увеличении затяжки пружины 9 винтом 10 сдвоенный шари­
ковый клапан поднимается совместно с подвижным седлом S, и зазор
между верхним седлом и верхним шариком увеличивается. В резуль­
тате этого повышается давление воздуха в камере 6, на позиционере
сервомотора и в камере 77. Вновь наступает равновесное состояние,
при котором большому давлению воздуха в камере 6. соответствует
большая затяжка пружины 10.
При уменьшении затяжки пружины подвижное седло 8 опускает­
ся, и камера б сообщается с камерой 7 и атмосферой. Давление в
камере б, на мембране сервомотора и в полости 77 уменьшается. Мем­
брана 13 перемещается вверх, нижний шарик 5 клапана закрывается
103
подвижным седлом 8. В камере 6, камере 12 и на позиционере сервомо­
тора устанавливается меньшее давление, соответствующее меньшей
затяжке пружины 9 .
Переключение трубопровода от регулятора на трубопровод пнев­
мозадатчика производится путем поворота рукоятки 3 крана 2. Перед
переводом рукоятки в положение дистанционного управления (вклю­
чение пневмозадатчика) предварительно винтом 10 необходимо урав­
нять давление от пневмозадатчика (по манометру 4) с давлением .от
регулятора (по манометру 1) , чтобы не было резкого изменения давле­
ния воздуха на мембране сервомотора.
Контрольные вопросы
1. Что называется объектом управления? Приведите конкретные примеры.
2. Дайте понятие о саморегулировании объекта. Приведите примеры объектов без
саморе 1улирования, с частичным саморе1улированием и с полным саморегулировани­
ем.
3. Приведите схему системы прямого автоматического регулирования и опишите
все ее элементы.
4. Что такое статическая характеристика и как она строится для реального автома­
тизированного объекта?
5. Что такое динамическая характеристика и из каких элементов она состоит?
6. Как осуществляется настройка регуляторов прямого действия?
7. Приведите схему регулятора непрямого действия.
8. Опишите управляющий и исполнительный элементы усилителя регулятора не­
прямого действия. Каково их назначение?
9. Опишите управляющий и исполнительный элементы усилителя регулятора не­
прямого действия. Каково их назначение?
10. Приведите схему И-ре 1улятора непрямого действия. Каковы его принцип дей­
ствия, статическая и динамическая характеристики?
11. Приведите схему П-ре 1улятора непрямого действия и укажите статическую и
динамическую характеристики и методы настройки.
104
12. Каковы принцип действия, статическая и динамическая характеристики и
методы настройки ПИ-регулятора непрямого действия?
13. Опишите сходство и различие в принципе действия жесткой и гибкой обратных
отрицательных связей, применяемых в регуляторе непрямого действия.
14. Какие применяются чувствительные элементы скорости в ре 1уляторах частоты
вращения?
15. Перечислите и приведите схемы гидравлических управляющих элементов уси­
лителей регуляторов непрямого действия.
16. Назначение и типы сервомоторов регуляторов непрямого действия.
17. Из каких основных элементов состоит функциональная схема унифицирован­
ной системы пневморщулирования?
18. Приведите схему пневмодатчика, опишите принцип его действия.
19. Как в пневмодатчиках осуществляется жесткая отрицательная обратная связь?
20. Какие функции выполняет пневматический сервомотор с позиционером уни­
фицированной системы пневморщулирования?
21. Как влияет изменение параметров питания (давления воздуха) на работу пнев­
матического датчика и пневматического сервомотора с позиционером?
ГЛАВА3
ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЕ В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫ Х
УСТАНОВКАХ
§ 24. Схемы и способы автоматического
терморегулирования
Регулирование температуры в судовых дизельных установках
осуществляется в системах охлаждения цилиндров, цилиндровых
крышек, поршней, форсунок, воздуха наддува и смазочного масла.
Основные требования к системам регулирования температурных
режимов следующие:
- заброс регулируемой температуры в переходном режиме (дина­
мическая ошибка) не должен превышать±б°С;
-неравномерность регулирования (статическая ошибка) не долж­
на превышать 6 -10°С.
Регулирование температур можно осуществлять несколькими
способами (рис. 3.1).
Способ дросселирования заключается в том (рис.3.1,а), что ис­
полнительный орган ИО в зависимости от поданного на него сигнала
fex (температура на выходе из объекта управления) увеличивает или
уменьшает количество жидкости, пропускаемой через объект. Систе­
ма применяется крайне редко, так как насос должен работать с пере­
менной производительностью, и через объект проходит переменное
количество жидкости. Может применяться при охлаждении форсунок
судовых мощных двигателей внутреннего сгорания или охлаждения
воздуха наддува при условии, что насос охлаждения H параллельно
подает жидкость и на другие объекты.
/ 105
а)
Ux
Ux
Объект
упрабления
Объект
упрабления
Цм)
у
Рис. 3.1. Способы терморегулирования
Способ обвода (рис.3.1,6) заключается в том, что исполнительный
орган И О у получая сигнал /их от объекта, пропускает часть жидкости
мимо объекта управления. Способ используется при охлаждении ци­
линдров и цилиндровых крышек двигателей забортной водой, при ох­
лаждении масла в масляном охладителе, при охлаждении наддувочно-
Рис. 3.2. Схема комплексного терморегулирования мощного судового дизеля
106
го воздуха. При этом способе насос H работает с постоянной произво­
дительностью и постоянным давлением нагнетания.
Способ перепуска (рис.3.1,в) состоит в том, что часть отходящей
из зарубашечного пространства двигателя пресной воды перепускает­
ся исполнительным органом ИО в зависимости от поданного на него
сигнала fox мимо охладителя в приемную магистраль насоса H пресной
воды. Способ нашел широкое применение потому, что на всех режи­
мах работы двигателя обеспечивается хорошее омывание всех участ­
ков, сокращается время прогрева холодного двигателя, в системе от­
сутствуют резкие колебания давления охлаждающей воды.
Система комплексного терморегулирования мощного судового
двигателя представлена на рис.3.2. Забортная вода прокачивается на­
сосом забортной воды через охладитель форсунок и параллельно через
охладитель наддувочного воздуха, далее через масляный и водяной
охладители сбрасывается за борт. Насос забортной воды работает с
постоянным давлением и постоянной производительностью.
Форсунки охлаждаются пресной водой насосом охлаждения фор­
сунок. Перед охладителем форсунок установлен регулятор температу­
ры P T 9который в зависимости от поданного на него сигнала, темпера­
туры воды на выходе из форсунок /ф пропускает пресную воду либо на
охладитель (при повышении температуры воды), либо мимо охлади­
теля (при понижении температуры воды).
По такому же принципу происходит регулирование температуры
масла. Масляный насос прокачивает масло через масляную систему
двигателя, регулятор PT и масляный охладитель. При увеличении
температуры масла tMна выходе из двигателя исполнительный орган
регулятора будет пропускать масло через масляный охладитель, при
понижении - мимо охладителя.
Аналогично происходит регулирование температуры пресной во­
ды системы охлаждения на выходе из двигателя; в системе имеется
насос пресной воды и регулятор температуры воды P T 9который реаги­
рует на температуру воды, отходящей от двигателя.
Большое значение для нормальной работы системы имеют скоро­
сть воды, препятствующая интенсивному отложению солей в трубках
охладителей.
Системы охлаждения выполняются таким образом, чтобы при
максимальной нагрузке двигателя при температуре забортной воды
+35°С на случай загрязнения охладителей имелся запас около 15 %.
§ 25. Регуляторы температуры прямого действия
Регулятор температуры прямого действия типа РТПД. На
рис.3.3 показан терморегулятор РТПД с дистанционным парожидко­
стным чувствительным элементом. Диапазон настройки регулятора
IO0C (60-70°С или 70-80°С), максимальная статическая ошибка 10°С,
зона нечувствительности 2°С, диаметры условного прохода золотника
регулятора могут быть 50, 80 и 100 мм.
107
Перепуск
Рис. 3.3. Терморегулятор РТПД
Чувствительным элементом регулятора является термосистема,
состоящая из термобаллона 9, обвитого медной трубкой для более ин­
тенсивного нагревания низкокипящей жидкости, капиллярной трубки
7, соединенной с кожухом 2 сильфона, в котором установлен сильфон
3 . На донышко сильфона снизу действует усилие задающей пружины
4у которая своим нижним концом упирается в резьбовой стакан 5.
Элементом сравнения служит верхнее донышко сильфона, в которое
упирается верхний шток б . Этот шток при помощи резьбы соединен с
нижним штоком 77, который управляет перемещением исполнитель­
ного органа - полого золотника 72. Золотник расположен в трехфлан­
цевом корпусе 7J, в верхней части которого выполнено сальниковое
устройство 10 для уплотнения нижнего штока.
При увеличении температуры воды (масла), омывающей термо­
баллон, давление паров жидкости в термосистеме увеличивается, и
донышко сильфона начинает перемещаться вниз, опуская таким обра­
зом золотник. При нижнем положении золотника вода (масло), выхо­
дящая из двигателя, поступает в охладитель.
При понижении температуры давление в термосистеме понижает­
ся, и донышко сильфона под действием пружины перемещается вверх,
поднимая тем самым золотник регулятора. В этом случае жидкость от
108
двигателя будет поступать вновь в двигатель, минуя охладитель, про­
текая через внутреннюю полость золотника (положение, изображен­
ное на рисунке).
Для ручного (аварийного) управления установлен маховичок S,
при вращении которого нижний шток 11 будет вворачиваться в непод­
вижный верхний шток, и золотник 12 будет перемещаться. Стрелка 7
при любом перемещении штока 11 (автоматическое или ручное) пока­
зывает по своей шкале высоту подъема золотника (0-20 мм). Настраи­
вать регулятор на заданное значение температуры в пределах IOeC
можно путем изменения затяжки задающей пружины 4 при помощи
резьбового стакана 5, При вворачивании стакана предварительный
натяг пружины увеличивается, поэтому регулятор будет поддержи­
вать более высокую температуру; при уменьшении затяжки пружины
регулятор будет поддерживать более низкую температуру.
Регуляторы фирмы "Волтен" (рис. 3.4). Такие регуляторы приме­
няются для регулирования температуры воды и масла и выпускаются с
различными диаметрами заслонки 2 (130-265 мм). Чувствительным
Рис. 3.4. Терморегулятор фирмы "Волтен”
109
элементом регулятора является латун­
ный патрон JOy заполненный смесью
воска и красномедной пыли. При уве­
личении температуры регулируемой
жидкости, проходящей через регуля­
тор, происходит плавление воска, что
приводит к увеличению объема смеси и
перемещению мембраны патрона. Пе­
ремещение мембраны передается што­
ку 6 измерителя, который через кре­
стовины поворачивает рычаги 3 вокруг
их опоры против часовой стрелки. Оба
рычага своими правыми концами воз­
действуют на два штока 4, верхние
концы которых упираются в выступы
поворотной заслонки 2 и вызывают ее
перемещение вокруг оси 5. В этом слу­
чае заслонка перекроет выход жидко­
сти на перепуск и откроет проход на
охладитель. Если по каким-либо при­
чинам (например, перекос или попада­
ние посторонних частиц) поворот за­
слонки в корпусе 1 затруднен, то. што­
ки 4у сжимая передающие пружины 5,
своими верхними концами зайдут в от­
ние. 3.5. Четырехклапанный тер­
верстия выступов заслонки.
морегулятор прямого действия
О братны й ход за сл о н к и (при
уменьшении температуры) происходит под действием пружины 9.
Кронштейн 7у в который пружина 9 упирается своим нижним
концом, посредством бугеля винтами жестко соединен с осью 8. Если
поворачивать ось 8 (ручное регулирование), то через патрон и рычаги
3 будет поворачиваться и заслонка 2. Для этой цели наружный конец
оси прикреплен к рукоятке, поворачивая которую можно вручную
перемещать заслонку. Перемещение рукоятки ограничено упорами,
чтобы при ее повороте не смогло перекрыться входное отверстие в
корпусе регулятора. По торцам корпуса регулятора установлены через
прокладки две крышки, обеспечивающие герметичность корпуса.
Терморегуляторы больших размеров снабжаются двумя и более
заслонками, которые независимы друг от друга, т. е. каждая заслонка
управляется своим термопатроном, однако вручную все заслонки уп­
равляются при помощи одного рычага, который поворачивает общую
ось.
Настройка регулятора на поддержание заданной температуры
производится путем поворота оси 8 с последущей ее фиксацией; если
ось повернуть по часовой стрелке, то температура будет поддержи­
ваться более высокой и наоборот.
Терморегулятор прямого действия с вертикальным перемеще­
по
нием клапанов или золотников (рис. 3.5). Чувствительным элемен­
том является термобаллон 2, встроенный в корпус 1 регулятора. Тер­
мобаллон заполнен жидкостью, кипящей при низкой температуре, и в
процессе работы омывается водой или маслом, выходящими из двига­
теля. К термобаллону прижат шток 5, на котором насажены тарелки
клапанов 4> 5, б, 7. Сверху на шток через упорную тарелку 9 воздейст­
вует пружина 70, затяжку которой можно регулировать винтом 77.
Кроме того, винт 11 выполняет функцию ручного привода клапанов в
случае отказа в работе термобаллона. Шток уплотняется сальником 8
в корпусе регулятора.
При увеличении температуры воды (масла), отходящей от двига­
теля, термобаллон расширяется, и шток клапанов перемещается
вверх: в результате этого клапаны 4 и 5 закрываются, а клапаны б и 7
открываются. Вода (масло) проходит в охладитель.
При уменьшении температуры термобаллон сжимается, и верх­
ние клапаны 6 и 7 закрываются, а нижние 4 и 5 открываются. Вода
(масло) поступает на перепуск охладителя (как показано на рисунке).
Настройка регулятора на заданную температуру производится
изменением затяжки пружины 10: при увеличении ее затяжки темпе­
ратура будет поддерживаться более высокой, при уменьшении - более
низкой.
Регуляторы температуры прямого действия по функциональному
исполнению все одинаковы. Эти регуляторы статические, с неизменя­
емой зоной неравномерности, имеют небольшой диапазон настройки
на заданное значение температуры и снабжены устройством аварий­
ного управления.
§ 26. Регуляторы температуры непрямого действия
Регулятор температуры непрямого действия ТРП-125 (рис. 3.6).
Диапазон настройки 45-90°С, зона неравномерности регулируемая,
5-10°С, зона нечувствительности 1°С. Регулятор относится к типу 11регуляторов (пропорциональный).
Чувствительный элемент дилатометрического типа, состоит из
инварового стрежня 2, который практически не расширяется при из­
менении температуры, и медной трубки 7, обладающей большим теп­
ловым коэффициентом расширения. В нижней части стержень и труб­
ка жестко, соединены между собой. Чувствительный элемент устанав­
ливается в трубопроводе воды или масла. Задающим элементом явля­
ется гайка 5, установленная на верхней части инварового стержня,
имеющего резьбу. Гайка своим нижним торцом опирается на элемент
сравнения - рычаг 4.
Принцип действия измерительной части (чувствительный, зада­
ющий и элемент сравнения) заключается~в том, что при изменении
температуры медная трубка укорачивается или удлиняется, а стер-
111
|f PfIUT
Рис. 3.6. Регулятор температуры непрямого действия Т Р П -125
жень получает перемещение (вверх или вниз), перемещая таким об­
разом рычаг 4.
Выходной сигнал от элемента сравнения через рычаг 6 передается
на проточный золотник 7. Сверху к золотниковой втулке подводится
воздух с давлением 0,4 МПа, средняя часть втулки трубопроводом
соединена с исполнительным элементом - мембранным сервомотором
13у а нижняя - с атмосферой. Плунжер золотника имеет две рабочие
кромки, а во втулке золотника имеются каналы а и б. При перемеще­
нии плунжера вверх его верхний рабочий поясок прикрывает канал а,
разобщая его с отверстием подачи воздуха под давлением, а канал б
открывается нижним пояском плунжера, сообщаясь с атмосферой. По­
этому давление воздуха между кромками плунжера (в средней части
золотниковой втулки) начинает уменьшаться, причем это уменьше­
ние давления будет зависеть от положения плунжера золотника отно­
сительно окон а и б.
Воздух от золотника выполняющего функцию управляющего эле­
мента усилителя, по трубопроводу 14 поступает на исполнительный
элемент регулятора - мембрану 13 сервомотора. Перемещение мемб­
раны через ее шток передается исполнительному органу - золотнику
9 , расположенному в трехходовом корпусе 5.
Перемещению мембраны вниз противодействует возвратная пру­
112
жина /0 , натяжение которой можно изменять гайкой 11. Гайка 12
служит для ручного перемещения штока сервомотора, а следовательно
и золотника 9.
При понижении температуры красномедная трубка дилатометра
укорачивается, и верхний конец инварового стержня перемещается
вверх. Рычаг 4 поворачивается вокруг своей опоры против часовой
стрелки, а рычаг 6 по часовой стрелке. Плунжер золотника опускает­
ся, , и давление воздуха между его рабочими кромками увеличивает­
ся, что влечет за собой перемещение вниз мембраны 13. Золотник 9
тоже опускается, и регулируемая жидкость (вода, масло) проходит на
перепуск, мимо охладителя.
При повышении температуры процесс происходит в обратном на­
правлении: инваровый стержень опускается, плунжер золотника под­
нимается, и давление воздуха над мембраной 13 уменьшается. Золот­
ник 9 под воздействием возвратной пружины 10 поднимается, и регу­
лируемая жидкость поступает в охладитель.
Настройка регулятора на заданную температуру регулирования
производится при помощи гайки 3. Если ее навернуть на инваровый
стержень, то это вызовет подъем плунжера золотника 7 и уменьшение
давления воздуха на мембране 13 сервомотора. В результате этого
золотник 9 поднимется, большее количество воды (масла) пойдет в
охладитель и температура будет поддерживаться более низкой. Эту же
настройку можно произвести путем опускания или поднятия золотни­
ковой втулки относительно золотникового плунжера специальным
винтом (на схеме не показан). Если золотниковую втулку опустить, то
это вызовет то же самое, что и наворачивание гайки на инваровый
стержень, т. е. уменьшение заданной температуры.
Настройку на заданную температуру можно производить и путем
вращения гайки 11 штока сервомотора. При ее вращении по часовой
стрелке будет происходить подъем золотника 9, и большая часть регу­
лируемой жидкости пойдет через холодильник, т. е. температура
уменьшится.
Настройка на заданную зону неравномерности (в пределах 510°С) производится при помощи подвижной опоры 5 рычага 6. Если
опору сместить вправо, неравномерность увеличится, а колебания
температуры (отклонение от заданного значения во времени переход­
ного процесса) уменьшатся. При перемещении опоры влево зона не­
равномерности уменьшится, а колебания температуры увеличатся.
Действительно, если опору 5 сместить влево, то уже незначитель­
ное изменение температуры повлечет за собой перемещение плунже­
ра золотника 7 и мембраны 13. Полное перемещение мембраны 13 от
одного своего крайнего положения в другое будет происходить при
меньшем изменении температуры, т. е. статическая ошибка (зона не­
равномерности) уменьшится.
Для ручного, аварийного, привода золотника 9 служит гайка-ма­
ховик 12. При переходе на ручное управление необходимо верхнюю
полость пневматического сервомотора сообщить с атмосферой при по­
113
мощи специального крана (на схеме не показан) и вращением гайкимаховика произвести подъем или опускание золотника 9, следя за его
перемещением по шкале* установленной рядом со штоком сервомото­
ра.
Регулятор непрямого действия дистанционный типа РТНД-М
(рис. 3.7) предназначен для регулирования температурных режимов
мощных судовых двигателей внутреннего сгорания и выпускается с
различными диаметрами условного прохода его исполнительного ор­
гана (от 80 до 250 мм).
Регулятор пневматический, пропорциональный, статический, с
регулируемой зоной неравномерности в пределах 6-12°С, всережимный, с диапазоном настройки от +35 до +110°С, с зоной нечувствитель­
ности не более41°С.
Термобаллон 7, заполненный жидкостью, кипящей при низкой
температуре, и сильфон 2, помещенный в нем, выполняют функцию
чувствительного элемента. Задающим элементом служит пружина 5,
препятствующая перемещению донышка сильфона и стержня 9, кото­
рый упирается в донышко. Элементом сравнения является рычаг б,
жестко связанный с нижней тарелкой пружины, соединенной со што­
ком сильфона. Таким образом, при изменении температуры регулиру­
емой среды донышко сильфона совместно со своим штоком перемеща­
ется вверх или вниз, поворачивая рычаг б вокруг его регулируемой
18 19
Wepenycu
Рис. 3.7. Регулятор температуры непрямого действия РТНД-М
114
опоры 3. Перемещение рычага (его правого конца) через нижнюю
тарелку с роликом 7 и через пружину 8 передается на нижнее седло
клапана 72. Нижнее седло клапана установлено в мембране (как бы
подвешено на ней), которая отделяет полость между верхним и ниж­
ним седлом двухседельного клапана от окружающей среды (атмосфе­
ры). На верхний клапан сверху действует усилие пружины 13. По­
лость между седлами клапанов трубопроводом 14 соединена с верхней
полостью мембранного сервомотора, который состоит из мембраны 7S,
ее штока 77, возвратной пружины 79. Исполнительным органом явля­
ется золотник 76 в корпусе 15.
При увеличении температуры воды (масла) сильфон 2 сжимается,
и его шток 9 перемещается вверх, вызывая поворот рычага 6 вокруг
опоры 3 по часовой стрелке. Правый конец рычага опускается, и ниж­
нее седло 77 вместе с мембраной опускается, выпуская воздух из поло­
сти между верхним и нижним клапаном в атмосферу. Давление возду­
ха над мембраной 18 сервомотора уменьшается, и она совместно со
штоком и своим золотником 16 смещается вверх, пропуская тем са­
мым регулируемую жидкость через охладитель. Давление в полости
клапанов будет падать до тех пор, пока не станет соответствовать
уменьшенной затяжке пружины S, которая прижмет нижнее седло к
клапану. Как видно из схемы регулятора, давление воздуха в полости
между клапанами всегда будет стремиться соответствовать усилию
пружины S, даже если будет изменяться давление питания. Таким
образом, любому значению температуры соответствует определенная
затяжка пружины 8 и определенное давление воздуха на мембране
сервомотора, т. е. определенное положение золотника 75. Следова­
тельно, регулятор пропорциональный.
Настройка регулятора на заданную температуру производится
изменением затяжки пружины 5 при помощи механизма 10. Этим
механизмом через шток 9 изменяется длина сильфона 2, а следова­
тельно и его жесткость. При удлинении сильфона (вворачивание што­
ка) регулятор будет поддерживать более высокую температуру, при
укорачивании - более низкую.
Изменение зоны неравномерности в пределах от 6 до 12°С произ­
водится винтом 4 , который перемещает опору 3. При перемещении
опоры вправо статическая ошибка (зона неравномерности) увеличи­
вается, а колебания температуры при переходном процессе уменьша­
ются; при перемещении опоры влево происходит обратное. Для ручно­
го аварийного регулирования в регуляторе предусмотрена коническая
передача на шток сервомотора (на схеме не показана).
Централизованная пневматическая система регулирования тем­
пературы. На рис. 3.8 приведена схема централизованной системы
охлаждения главных и вспомогательных двигателей промыслового
судна. Пресная вода основным Н№1 или резервным Н№ 2 насосом
подается в общую систему на вход в главные двигатели №1 и № 2, а
также к вспомогательным двигателям № 1 ,2 , 3 ,4 . На выходе из двига­
телей вода может проходить через охладитель пресной воды, мимо
115
/>пит =0,14 МПа
Рис. 3.8. Схема централизованной системы охлаждения главных и вспомогательных
двигателей
охладителя и далее в опреснитель либо сразу в двигатели через испол­
нительный орган PO №2. Перераспределением потока воды через ох­
ладитель или мимо него управляет исполнительный орган PO №1.
Управление исполнительными органами осуществляется пневма­
тической системой регулирования температуры, состоящей из пнев­
матических датчиков температуры (пневмодатчики температуры № 1
и 2), пневматических пропорционально-интегральных регуляторов
№1 и 2 и двух пневматических сервомоторов с позиционерами №1 и 2.
Все элементы пневматических систем питаются воздухом, соответст-
116
венно очищенным и профильтрованным. Давление воздуха стандарт­
но и составляет 0,14 МПа.
Пневматическая система № 1 поддерживает темперутуру воды за
охладителем перед опреснителем, в пределах 68-70°С путем пропуска
воды своим исполнительным органом через охладитель (при повыше­
нии температуры) или мимо холодильника (при понижении темпера­
туры) .
Пневматическая система № 2 поддерживает температуру пресной
воды на входе в двигатели в пределах 63-65°С путем пропуска воды
через охладитель и опреснитель (при увеличении температуры) или
пропуском воды, отходящей от двигателей, сразу же в двигатели (при
понижении температуры).
Пневматические датчики температуры № 1 и 2 одинаковы. Их
конструкция была рассмотрена ранее (см.рис.2.23). При заданных
значениях температуры давление на выходе датчиков должно быть
равным 0,06 МПа. Эта настройка производится изменением затяжки
задающей пружины датчика.
Настройка пределов измерений датчиков (жесткой обратной свя­
зи) производится винтом изменения пропорциональности (винт 4 на
рис.2.23) таким образом, чтобы при изменении температуры на 20°С
давление на выходе из датчика изменялось в пределах от 0,02 до
0,1 МПа.
Пропорционально-интегральные регуляторы № 1 и 2 состоят из
трех мембранных блоков: блока измерителя, который получает вход­
ной сигнал от пневмодатчика, блока жесткой обратной связи, который
служит для создания необходимого коэффициента усиления, и блока
гибкой (интегральной) обратной связи, служащего для стабилизации
переходного процесса.
Коэффициент усиления настраи­
вается в пределах 7-9, т. е. при измене­
нии температуры на ГС давление рр
изменится на 0,03 МПа.
Время изодрома, (настройка гиб­
кой обратной связи) настраивается в
пределах 10-15 с.
Конструкция сервомотора с пози­
ционером была рассмотрена ранее
(см.рис.2.28). Рассмотрим конструк­
цию его регулирующего клапана (рис.
3.9). Двухседельный клапан 2 разме­
щен в трехходовом корпусе L Клапан
при помощи штока 3 соединен с мемб­
раной сервомотора; шток уплотняется
в верхней части корпуса при помощи
уплотнительного устройства 4 .
Рассмотрим работу всей системы в
комплексе. Допустим, дополнительно
Рис. 3.9. Клапан сервомотора
117
к работающим двум вспомогательным двигателям ВДГ № 3 и ВДГ № 4
произвели запуск главного двигателя № 1 (см.рис.3.8). Температура
воды начнет повышаться. Давление воздуха на выходе пневмодатчика
температуры № 1 увеличится. Соответственно увеличится и давление
Pp за регулятором № 1. Мембрана сервомотора № 1 начнет переме­
щаться вниз, передвигая соответственно PO № 1. Охладитель вклю­
чится в систему, так как вода от двигателей пойдет через него.
Одновременно повысится и температура воды на входе в двигате­
ли. Давление воздуха за пневмодатчиком температуры № 2 увеличит­
ся, что повлечет за собой повышение давления и за регулятором. Мем­
брана сервомотора № 2 опустится, опустив тем самым клапан PO № 2.
Нижнее седло клапана прикроется, а верхнее откроется. Вода от дви­
гателей начнет поступать в холодильник и опреснитель, и ее темпера­
тура начнет понижаться. Обе системы придут в равновесное положе­
ние (клапаны PO № 1 и PO № 2 займут определенные положения)
тогда, когда температура воды в контролируемых точках станет за­
данной.
При уменьшении температуры воды процессы будут происходить
в обратном направлении.
В системе предусмотрено дистанционное управление сервомото­
рами из центрального пульта управления судном в случае выхода из
строя пневмодатчиков или регуляторов. Для этой цели в трубопровод
подачи командного воздуха от регулятора к сервомотору включена
трехходовая пробка (кран), которым регулятор от сервомотора можно
отключать, а включать на сервомотор пневмозадатчик. Пневмозадат­
чик был рассмотрен ранее (см. рис.2.30). Назначение пневмозадатчи­
ков в этой системе - дистанционно управлять перемещением исполни­
тельных органов путем изменения давления воздуха, подаваемого к
сервомоторам с позиционерами. Кроме того, клапана системы обору­
дованы устройством ручного управления, которое смонтировано не­
посредственно на сервомоторах и вводится в действие в случае отсут­
ствия воздуха под давлением.
Во время эксплуатации пневматических регуляторов и пневмати­
ческих систем регулирования температуры требуется тщательная
очистка воздуха питания. Для этой цели необходимо периодически
очищать фильтры и влаго-маслоотделители.
Все соединения и трубопроводы периодически проверяют на утеч­
ку воздуха, в случае обнаружения утечек их устраняют с последую­
щей проверкой.
Все сопротивления периодически очищают при помощи различ­
ных растворителей, нанося их небольшими кисточками. К характер­
ным неисправностям регуляторов и систем регулирования темпера­
турных режимов относятся: заедания движущихся частей из-за корро­
зионных разрушений или поломок, утечка наполнителя чувствитель­
ного элемента температуры, разрывы мембран и т. д.
При обнаружении неисправности необходимо немедленно переве­
сти объект на ручное регулирование, а затем искать неисправность.
118
При коррозии и заедании движущихся частей средство автоматизации
разбирают, выполняют необходимый ремонт или заменяют дефект­
н о детали. При обнаружении утечки наполнителя чувствительного
элемента производят его пополнение (если это предусмотрено конст­
рукцией) или замену всего чувствительного элемента. Мембраны при
разрыве заменяют.
После устранения неисправностей производят настройку (налад­
ку) в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
Контрольные вопросы
1. Опишите способы терморегулирования, применяемые в судовых ДВС.
2. Каковы конструкция, принцип действия и настройка терморе 1улятора типа
РТПД?
3. Как выполняется переход на аварийное управление в регуляторах температуры
прямого действия? Приведите конкретные примеры.
4. Каковы конструкция, принцип действия и настройки ре 1улятора непрямого
действия РТНД-М?
5. Опишите работу централизованной системы охлаждения (см.рис.3.8) при до­
полнительном включении в работу двух вспомогательных дизель-генераторов.
ГЛАВА 4
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
§ 27. Классификация регуляторов частоты вращения
Двигатели внутреннего сгорания в процессе эксплуатации под­
вергаются частым и резким колебаниям внешних нагрузок» что может
привести к недопустимым забросам частоты вращения. Так как время
разгона двигателя внутреннего сгорания как объекта управления не­
велико (0,6-3 с ), го это может привести к тому, что двигатель пойдет
"вразнос" либо остановится. Поэтому постановка регулятора частоты
вращения на судовой двигатель обязательна.
Автоматические регуляторы частоты вращения можно классифи­
цировать по следующим основным признакам.
П о за к о н у р егул и рован и я (математическая зависимость вы­
ходного действия регулятора - перемещение рейки топливных насосов
от изменения входного сигнала - частоты вращения):
- пропорциональные (П-регуляторы). Перемещение рейки топ­
ливных насосов пропорционально изменению частоты вращения;
- пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы).
119
Изменение частоты вращения влияет на величину и скорость переме­
щения рейки топливных насосов;
-пропорциональные пропорционально-интегральные регуляторы
(П+ПИ-регуляторы). Сочетают в себе свойства пропорционального и
пропорционально-интегрального регуляторов;
- пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы
(ПИД-регуляторы). Перемещение рейки топливных насосов зависит1
от изменения величины и скорости изменения величины частоты вра­
щения. Изменение частоты вращения также влияет на скорость пере­
мещения рейки топливных насосов.
По
н а зн а ч е н и ю
и
реж иму р а б о т ы :
- однорежимные регуляторы, которые поддерживают один скоро­
стной режим двигателя;
- двухрежимные регуляторы, которые поддерживают два скоро­
стных режима двигателя (минимально-устойчивой и номинальной ча
стоты вращения);
- всережимные регуляторы, поддерживающие любой заданный
скоростной режим двигателя от минимально-устойчивой до номиналь­
ной частоты вращения;
-предельные регуляторы, которые включаются в работу только в
слу
превышения номинальной частоты вращения;
^-предельные выключатели, которые вызывают остановку двига­
теля путем прекращения подачи топлива при чрезмерном, опасном
для двигателя увеличении частоты вращения.
По
ви ду
р е гул я т о р н о й
характ ери ст и ки:
- статические, которые при увеличении нагрузки автоматичес
поддерживают меньшую частоту вращения;
- астатические, которые при всех нагрузках поддерживают одь
ковую частоту вращения;
- универсальные, которые в зависимости от настройки могут бы.
и статическими и астатическими.
По
т ипу
и зм ер и т ельн о й
част и:
- механические, у которых частота вращения преобразуется
мерительной частью в механическое перемещение;
- гидравлические, у которых входной сигнал (частота вращень^
преобразуется в энергию давления масла;
- электрические (электронные), у которых входной сигнал п р ^
разуется в электрическую величину (напряжение или ток).
По
м ощ н ост и
вы х о д н о го
си гн ала:
- прямого действия;
- непрямого действия. Регуляторы непрямого действия, в свою
очередь, классифицируют по виду применяемой энергии усиления;
120
они могут быть гидравлическими, электрическими, пневматическими
и комбинированными.
П о ко л и ч ест ву входн ы х си гн алов:
- одноимпульсные, работающие по отклонению только частоты
вращения;
- двухимпульсные, работающие по отклонению двух величин частоты вращения и нагрузки.
В зависимости от условий работы судовых двигателей внутренне­
го сгорания применяются следующие регуляторы:
- двигатели, работающие непосредственно на винт фиксирован­
ного шага, снабжаются либо всережимными, либо предельными регу­
ляторами;
-двигатели, работающие на винт регулируемого шага, снабжают­
ся всережимными регуляторами;
- при параллельной работе двух двигателей на один гребной винт,
двигатели должны быть снабжены регуляторами, позволяющими из­
менять скоростной режим каждого из них в отдельности. Кроме того,
регуляторы должны иметь устройство, позволяющее настроить регу­
ляторы на параллельную работу двигателей;
- на двигатель, работающий с генератором электрической энер­
гии, необходим регулятор, поддерживающий один скоростной режим,
однако при параллельной работе дизель-генераторов необходи* уст­
ройство, которое в небольших пределах может изменять чаете у вра­
щения каждого двигателя, а также обеспечивать равномерное распре­
деление нагрузки между двигателями в соответствии с их мощностя­
ми.
§ 28. Регуляторы частоты вращения
прямого действия
Регулятор двигателя NVD-36. Регулятор статический, пропорци­
ональный, применяется как на двигателях, работающих непосредст"!нно на гребной винт, так и на двигателях, работающих на генератор.
Чувствительным элементом регулятора (рис. 4.1) служат два рас, .едящихся угловых груза 8, закрепленных на вращающейся крестови­
ке J при помощи осей (пальцев) 6. Вращение крестовине от распреде­
лительного вала двигателя передается через косозубую шестерню 2 ,
крепленную на валу 4. Вал укреплен на двух шариковых подшипни1х 1 и 3. Крестовина соединена с валом при помощи шпонки. В ниж­
ние концы грузов ввернуты болты 7, которые соприкасаются с торцом
подвижной втулки 9.
Верхней частью подвижная втулка запрессована-во внутреннюю
обойму шарикоподшипника 10 и при работе регулятора вращается
'шместно с нею. Наружная обойма шарикоподшипника запрессована
121
Рис. 4.1. Регулятор частоты вращения прямого действия двигате­
ля NVD-36
в торцевую расточку муфты 1 1 . Таким образом, при работе регулято­
ра муфта и все детали, расположенные на ней, не вращаются. На
торец муфты сверху воздействует усилие двух задающих цилиндриче­
ских пружин 12 и 13. Верхние торцы пружин упираются в тарелку 14.
Механизм изменения задания (механизм изменения натяжения
задающих пружин) состоит из резьбового шпинделя 15, который про­
ходит внутри резьбовой части конической шестерни 16, закрепленной
в корпусе регулятора в подшипнике 17. При вращении шестерни 16
шпиндель будет получать осевое перемещение (вверх или вниз). Шес­
терня 16 входит в зацепление с конической шестерней 19, закреплен­
ной на валике 20, установленном в корпусе регулятора на двух под­
шипниках 21. Маховик 22, насаженный на валик при помощи шпон­
ки, позволяет вращать валик в ту или иную сторону.
Муфта 11 регулятора связана с рычагом 23. При перемещении его
левого конца получает вращательное движение поворотная ось 24. На
ее конце, который выступает за корпус регулятора, неподвижно за­
креплен рычаг 25. На его правом конце имеется болтовое крепление 26
для присоединения привода рейки топливных насосов.
Во время работы осуществляется принудительная смазка меха­
низма регулятора по масляной трубке, присоединенной к верхней час­
ти корпуса регулятора. Масло стекает вниз, смазывая все детали регу­
лятора, а затем через отверстие (окно), в котором шестерня 2 регуля­
тора входит в зацепление с шестерней распредвала, стекает в двига­
тель.
При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя
грузы регулятора расходятся и своими выступами перемещают муфту
11 вверх. Левый конец рычага 23 приподнимается, разворачивая пово­
ротную ось 24 по часовой стрелке. Правый конец рычага 25 перемеща­
ется вниз, что вызывает уменьшение подачи топлива в цилиндры дви­
гателя. Частота вращения коленчатого вала двигателя начинает
уменьшаться. Регулятор приходит в равновесное состояние тогда, ког­
да частота вращения будет соответствовать натяжению задающих
пружин.
Как было указано, регулятор статический, т. е. при разных на­
грузках на двигатель поддерживает разную частоту вращения. В этом
легко убедиться, рассмотрев его схему. При полной нагрузке на двига­
тель регулятор поддерживает какую-то определенную частоту враще­
ния, соответствующую определенному усилию задающих пружин.
При уменьшении нагрузки частота вращения увеличивается, грузы
регулятора расходятся и выходной рычаг регулятора вместе с топлив­
ной рейкой перемещается вниз. По окончании переходного процесса
рычаг и топливная рейка займут новое положение, соответствующее
уменьшенной подаче топлива. В это время положение левого конца
рычага 23 будет выше, чем до переходного процесса, т. е. уменьшения
нагрузки на двигатель. Следовательно, нижние концы задающих пру­
жин поднимутся, и натяжение пружин увеличится. Поэтому регуля­
тор будет поддерживать уже не первоначальную, а более высокую
частоту вращения, соответствующую большему натяжению задаю­
щих пружин.
Настройка регулятора на заданную частоту вращения произво­
дится поворотом маховика 22. При этом получают вращение валик и
пара конических шестерен. Шпиндель 15 начинает перемещаться и
нижним своим концом воздействует через тарелку 14 на верхние тор­
цы задающих пружин. При изменении натяжения задающих пружин
нарушается равновесие сил на муфте (снизу - инерционная сила гру­
123
зов чувствительного элемента, сверху - усилие задающих пружин). В
результате муфта начинает перемещаться, и вместе с нею перемеща­
ются рычаги 23 и 25, вызывая изменение подачи топлива. При этом
изменяются частота вращения и инерционная сила грузов чувстви­
тельного элемента. Новое равновесное состояние наступит тогда, ког­
да новому натяжению задающих пружин будет соответствовать новая
частота вращения. Для увеличения частоты вращения натяжение за­
дающих пружин необходимо увеличить, для уменьшения - ослабить.
Для работы регулятора в одном скоростном режиме предусмотре­
но устройство, благодаря которому натяжение пружин не может изме­
ниться при вибрации. Эту функцию выполняет стопорный болт 18.
После настройки регулятора маховиком задания на заданную частоту
вращения болт вворачивают до упора в торец шпинделя и фиксируют
контргайкой.
Регулятор двигателей Д -6 (Д -12). Регулятор (рис. 4.2) встроен в
общий блок топливных насосов с приводом от кулачкового валика,
расположенного в общем корпусе; относится к типу П-регуляторов.
На хвостовике кулачкового вала /6 при помощи шпонки крепится
крестовина7 2 ) в радиальных пазах которой расположено шесть сталь-
Рис. 4.2. Схема регулятора частоты вращения прямого действия
двигателя Д-6
124
ных шаров /7 . Хвостовик опирается на шарикоподшипник 75, за ко­
торым установлен сальник 14. Шары зажаты между упорным диском
70, который может перемещаться вдоль оси вала, и конической тарел­
кой 75, жестко соединенной с корпусом регулятора.
При увеличении частоты вращения возрастает инерционная сила
шаров, и они начинают перемещаться от оси вращения крестовины.
Но так как шары прижаты упорным диском и конической тарелкой,
диск начинает перемещаться влево. При уменьшении частоты враще­
ния упорный диск начинает перемещаться вправо, так как шары схо­
дятся к оси вращения. Перемещение упорного диска через упорный
шарикоподшипник 9 и муфту 7 передается на рычаг 5, который может
поворачиваться вокруг опоры 5. Для уменьшения сил трения, возни­
кающих в месте контакта муфты с рычагом, в рычаге установлен под­
шипник 6. Две задающие пружины 3 через серьгу 4 соединяют рычаг 5
с рычагом 2 изменения задания, который может поворачиваться на
некоторый угол вокруг своей оси. Верхний конец рычага 5 через ось
соединен с тягой 7, которая управляет топливными насосами, изменяя
подачу топлива в ту или иную сторону. В верхней части корпуса регу­
лятора имеется пробка, через которую заливается масло; таким обра­
зом, все детали регулятора работают в масляной ванне.
При уменьшении частоты вращения шары сходятся к оси
вращения и упорный диск перемещается вправо. Рычаг 5 поворачива­
ется вокруг своей опоры по часовой стрелке, рейка топливных насосов
(тяга 7) смещается вправо, увеличивая подачу топлива. Увеличение
подачи топлива вызывает увеличение частоты вращения до тех пор,
пока она не примет первоначального значения. При увеличении час­
тоты вращения шары расходятся от оси вращения, и упорный диск
вместе с муфтой перемещается влево; рейка топливных насосов соот­
ветственно уменьшает подачу топлива.
Настройка регулятора на заданную частоту вращения произво­
дится изменением натяжения задающих пружин. Регулятор может
поддерживать частоту вращения в пределах 500-1500 об/мин. Задаю­
щие пружины работают на растяжение, и их натяжение изменяется
при изменении положения рычага 2 изменения задания. Поворот это­
го рычага на некоторый угол изменяет суммарное натяжение задаю­
щих пружин, и создаются новые условия равновесия сил, действую­
щих на рычаг 5 со стороны муфты и со стороны пружин. Так, при
повороте рычага по часовой стрелке натяжение пружин увеличивает­
ся, и рейка топливных насосов смещается вправо, увеличивая тем
самым подачу топлива. При этом увеличивается частота вращения и
инерционная сила шаров. Новому, большему натяжению задающих
пружин в равновесном состоянии будет соответствовать большая час­
тота вращения. При уменьшении натяжения пружин частота враще­
ния соответственно уменьшится.
Обе задающие пружины не все время работают вместе: при малой
частоте вращения (500-900 об/мин) натянута только одна пружина,
свободная длина которой меньше. Сразу после запуска двигателя, ког­
125
да его навешенный масляный насос подает
еще недостаточное количество масла, следу­
ет первые несколько минут проработать на
малой частоте вращения (500-600 об/м ин).
Однако при малой частоте вращения вслед­
ствие значительного просачивания топлива
через неплотности в насосных секциях или
повышенной неравномерности подач, кото­
рые отрегулированы для работы двигателя на
полной нагрузке, может иметь место пропуск
подачи отдельными секциями насоса. Так
как в это время работает только одна пружи­
на, то динамические забросы частоты враще­
ния невелики, и двигатель на малой частоте
рне. 4.3. К настройке ре­
вращения работает устойчиво. Вторая пру­
гулятора частоты вращ е­
жина включается в работу при частоте вра­
ния двигателя Д-6 на огра­
щения
более 900 об/мин. Натяжение ее поя­
ничение частоты вращения
вится только при значительном повороте ры­
чага изменения задания по часовой стрелке,
когда будут выбраны зазоры в пазах серьги 4.
Настройка регулятора на минимально устойчивую и номиналь­
ную частоту вращения производится с помощью упоров-шпилек
(рис. 4.3).
Настройка на ограничение минимально устойчивой частоты вра­
щения производится путем перемещения шпильки L C этой целью
отдают гайку 2 от корпуса 5 регулятора и выворачивают шпильку из
корпуса (с наружного торца шпильки имеют шлицы под отвертку) на
несколько оборотов. Затем рычагом 7 задания частоты вращения зада­
ют необходимую минимально устойчивую частоту вращения путем
его поворота вокруг опоры 6 против часовой стрелки. Убедившись, что
двигатель устойчиво работает* начинают вворачивать шпильку в кор­
пус до упора в выступ сектора 8. После этого гайку 2 заворачивают по
шпильке до упора в корпус. Такую настройку можно производить
лишь в случае, если имеется устройство для быстрой остановки двига­
теля без воздействия на регулятор. Если предусмотрена остановка
двигателя путем уменьшения натяжения задающих пружин регулято­
ра, указанную настройку производить нельзя. В этом случае упорная
шпилька минимально устойчивой частоты вращения должна быть вы­
вернута до предела, т. е. ее правый конец не должен препятствовать
повороту сектора ограничения до того положения, при котором двига­
тель останавливается регулятором.
Настройка на ограничение предельной (номинальной) частоты
вращения производится при помощи шпильки 3 и гайки 4. Шпильку
выворачивают из корпуса регулятора и рычагом изменения задания
задают частоту вращения в 1500 об/мин, поворачивая его по часовой
стрелке. Коща двигатель проработает на этом скоростном режиме не­
сколько минут, шпильку начинают вворачивать, пока ее правый ко­
126
16
нец не соприкоснется с выступом сектора ограничения. После этого
гайку 4 заворачивают до упора в корпус.
Регулятор частоты вращения двигателя 6 4 2 5 /3 4 (рис. 4.4). Ре­
гулятор прямого действия, всережимный, со следящим поршнем меха­
низма изменения задания, с механизмом изменения степени неравно­
мерности; относится к типу П-регуляторов. Регулятор имеет индиви-
12У
дуальное выполнение и крепится на специальной площадке, разм»
щенной на двигателе.
Вращение от коленчатого вала двигателя через коническую ш,терню 7 передается на вертикальный вал 2, на котором неподвижна
насажена крестовина 5 , имеющая четыре стойки с осями 5. На осяу
закреплены четыре угловых груза 6, имеющие снизу прорези, в ося*
которых закреплены ролики 4 . На ролики опирается торцом муфта 25 ,
которая может перемещаться вертикально. Между муфтой и стаканом
7 установлен упорный шарикоподшипник 26. На дно стакана опирает­
ся задающая пружина 77, а верхний конец пружины прижат поршнем
72. В верхней части стакан имеет кольцевую канавку, в которой рас­
положены два сухарика 70. C помощью сухариков и вильчатого рыча­
га 9 перемещение стакана преобразуется во вращательное движение
исполнительного валика S, соединенного с рейкой топливных насосов.
Раздвоенный правый конец вильчатого рычага имеет ось, которая в
него запрессована. К одной стороне оси присоединена пружина 19 мас­
ляного катаракта, а к другой - пружина 23 механизма изменения
неравномерности.
• Механизм изменения задания состоит из поршня 72 и плунжера*
75, расположенного внутри поршня. Масло под давлением рм из систе­
мы смазки двигателя через штуцер 16 подается внутрь плунжера, в
нижней части которого имеются радиальные отверстия. В верхней ча­
сти плунжера выполнена кольцевая канавка, в которую входят паль-^
цы вильчатого рычага 75, жестко закрепленного на валике, соединен­
ном приводом от поста управления.
При увеличении частоты вращения грузы расходятся, и стакан 7
перемещается вверх, разворачивая тем самым вал 8 против часовой
стрелки. Рейка топливных насосов перемещается на уменьшение*
подачи топлива и частота вращения уменьшается. При уменьшении
частоты вращения все происходит в обратной последовательности. Н е­
трудно заметить, что регулятор статический: при разных нагрузках в
установившихся режимах положение вала 5, а следовательно и рычага
9 будет разное. При этом затяжка пружины 7 7 тоже будет разная и ей
будет соответствовать разная частота вращения: при большей нагруз­
ке - меньшая (пружина разжата), при меньшей нагрузке - большая*
(пружина сжата).
Настройка регулягора на заданную частоту вращения произво­
дится при помощи поворота вильчатого рычага 15 с поста управления
приводом. При повороте рычага по часовой стрелке плунжер 75, пре­
одолевая натяжение возвратной пружины 14 , начнет опускаться. Мас­
ло, находящееся внутри плунжера, через радиальные отверстия в
нижней его части и канал, высверленный внутри поршня 72, поступит
на верхнюю часть поршня, который начнет перемещаться вниз, уве­
личивая натяжение задающей пружины 77. Поршень будет опускать­
ся, пока сверление в нем не разобщится с радиальными сверлениями в
нижней части плунжера. Увеличение затяжки задающей пружины
вызовет перемещение вниз стакана 7 и разворот вильчатого рычага
128
лесте с исполнительным валиком по часовой стрелке. Подача топлиначнет увеличиваться, соответственно увеличится частота вращея коленчатого вала двигателя. Регулятор вновь придет в равновес­
ие состояние тоща, когда новое, большее значение частоты вращения
эудет соответствовать новому, большему натяжению (затяжке) задаощей пружины.
Для уменьшения частоты вращения вильчатый рычаг 15 необхо­
димо повернуть против часовой стрелки. В этом случае плунжер 13
под действием пружины 14 начнет подниматься, и его нижняя кромка
соединит сверление в поршне с масляной ванной регулятора (через
осевое отверстие внутри нижнего донышка поршня). Поршень начнет
подниматься под действием пружины 11 , пока нижняя кромка плун­
жера не отсечет (не перекроет) отверстие в поршне от сливной ванны
регулятора. В результате ослабления натяжения задающей пружины
грузы регулятора разойдутся, и вильчатый рычаг вместе с исполни­
тельным валиком повернется против часовой стрелки, уменьшая тем
-:лмым подачу топлива. Частота вращения коленчатого вала двигателя
начнет уменьшаться. Новое равновесное состояние наступит тогда,
<огда новому, меньшему натяжению (затяжке) задающей пружины
5удет соответствовать новое, меньшее значение вращения коленчато­
го вала двигателя.
Устройство, примененное в этом регуляторе для изменения натя­
жения задающей пружины, называется следящим устройством, пото­
му что поршень движется в ту же сторону и на ту же величину, на
которую переместился плунжер.
Настройка регулятора на заданную степень неравномерности (из­
менение статической ощибки) производится путем изменения угла
наклона пружины 2J, а следовательно, изменения ее жесткости отно­
сительно вильчатого поворотного рычага 9. Для этой цели имеется
рычаг 22, один конец которого соединен с пружиной, а второй может
поворачиваться вокруг оси 27. Таким образом, пружине можно прида­
вать наклонное или горизонтальное положение. Если пружина имеет
наклонное положение (как изображено на рис.4.4), то суммарная жес­
ткость задающей 77 и дополнительной пружины 23 возрастает, а если
дополнительная пружина находится в горизонтальном положении, то
'на не влияет на жесткость задающей пружины. Поэтому в первом
случае степень неравномерности максимальная (6 %), а во втором минимальная. Регулирование степени неравномерности производится
путем поворота рычага 22 вокруг оси 27, причем стрелка указателя
соответственно указывает степень неравномерности в процентах.
В регуляторе предусмотрено устройство, ограничивающее макси­
мальную подачу топлива (ограничение нагрузки). Это болт 24, ввер­
нутый в корпус регулятора. Торец болта снизу соприкасается с осью
ьильчатого рычага. Регулировка на ограничение подачи топлива про­
изводится в следующей последовательности. Выворачивают болт 24 и
нагружают двигатель на полную нагрузку. Затем болт вворачивают до
тех пор, пока частота вращения не начнет снижаться и не будет снята
перегрузка двигателя (нормальное значение температуры выхлопных
газов). После этого болт стопорят и отмечают положение указателя
нагрузки на регуляторе.
Вильчатый рычаг 9 имеет упруго присоединенный к нему масля­
ный катаракт, который служит для повышения динамической устой­
чивости во время перходного процесса, т. е. для его стабилизации.
Катаракт состоит из пружины 79, связанной с вильчатым рычагом и
поршнем 18. Поршень установлен в цилиндре 77, заполненном мас­
лом при атмосферном давлении. Верхняя и нижняя полости цилиндра
соединены каналом, сечение которого можно регулировать иглой 20.
При переходном процессе вильчатый рычаг, поворачиваясь, переме­
щает пружину 79, а вместе с нею и поршень 75, который вытесняет
или всасывает масло через канал, соединенный с гнездом иглы. C
помощью этой иглы можно регулировать скорость перемещения порш­
ня и соответственно вильчатого рычага: при больших забросах частоты
вращения необходимо сечение иглы уменьшить, при большом време­
ни переходного процесса - увеличить.
При эксплуатации регуляторы прямого действия специального ухода не требуют.
Необходимо периодически проверить смазку регуляторов с принудительной системой
смазки и состояния масла в регуляторах, все детали которых работают в масляной ванне.
Периодически регуляторы должны промываться дизтопливом с последующей сменой
масла. Контроль за нагревом деталей регуляторов производится "на ощупь", допустимая
температура нагрева 50-60вС.
K характерным неисправностям регуляторов прямого действия относятся: чрезмер­
ный нагрев деталей, появление посторонних шумов и стуков при работе, поломки дета­
лей. В этом случае регулятор должен быть разобран на детали, произведен ремонт или
замена негодных деталей, сборка и обкатка регулятора. При установке регулятора необ­
ходимо тщательно проверить состояние передачи от регулятора к рейке топливных
насосов, произвести устранение всех люфтов в соединениях, добиться легкости при
перемещении всех звеньев передачи.
После этого необходимо произвести настройку регулятора методами, описанными
выше.
§ 29. Пропорциональные регуляторы
непрямого действия
Регуляторы частоты вращения непрямого действия применяются
тогда, когда усилие, развиваемое элементом сравнения, недостаточно
для перестановки исполнительного органа - рейки топливных насосов.
Регулятор фирмы "Вудвард" типа SE (рис. 4.5). Регулятор отно­
сится к типу П-регуляторов, статический, всережимный, с гидравли­
ческим усилителем, нереверсивный. Применяется для регулирования
частоты вращения двигателей средней мощности, работающих как на
гребной винт, так и на генератор.
Чувствительным элементом служат два угловых расходящихся
груза 2, которые расположены на вращающейся золотниковой втулке
5, имеющей в верхней части форму вилки. Привод втулки осуществ­
ляется от ведущего валика регулятора (на схеме не показан), который
имеет шлицы для соединения с приводной шестерней. Задающим эле-
130
ментом служит коническая винтовая пружина I y которая верхним
концом опирается на муфту рычага 18 обратной жесткой связи, а ниж­
ним в упорный подшипник Зу являющийся элементом сравнения.
Нижние концы грузов чувствительного элемента опираются на ниж­
нюю обойму подшипника и при работе вращаются вместе с нею. Внут­
ри подшипника при помощи гайки закреплен плунжер 9. Верхний
поясок плунжера является уплотнительным (он служит для того, что­
бы масло под давлением не могло попасть в корпус регулятора, щ е
находится масло под атмосферным давлением), а нижний - рабочим,
управляющим. Плунжер золотника притерт к внутренней поверхно­
сти золотниковой втулки, а наружная поверхность золотниковой
втулки притерта к внутренней поверхности в корпусе регулятора.
Верхний рад окон втулки золотника каналами, расположенными в
корпусе регулятора, соединен с нагнетательной полостью шестеренно­
го маслонасоса IOy выполняющего функцию источника гидравличе­
ской энергии усиления. Второй рад окон золотниковой втулки соеди­
нен с подпоршневой полостью цилиндра 11 гидравлического поршне­
вого сервомотора одностороннего действия. Нижнее отверстие золот­
никовой втулки соединено с масляной ванной регулятора, из которой
масло поступает к маслонасосу.
Масло в корпус регулятора подводится через штуцер 4 от масля­
ной системы двигателя или от специального напорного масляного бач­
131
ка, расположенного на 1-2 м выше регулятора. При работе регулятора
масло засасывается маслонасосом (на схеме всасывающая полость
справа от маслонасоса), под давлением поступает в золотниковую
втулку и далее проходит между поясками плунжера к поршню 7 ре­
дукционного клапана, который нагружен пружиной 5. Поршень и
пружина редукционного клапана расположены во втулке 6 . Следует
отметить, что на схеме положение маслонасоса условное, в действи­
тельности ведущая шестерня маслонасоса выполнена как одно целое с
золотниковой втулкой, в нижней ее части, а ведомая входит с ней в
зацепленце. Шестерни одинакового диаметра, а корпус маслонасоса
выфрезерован в корпусе регулятора.
Поршень 72 сервомотора может перемещаться вверх или вниз в
зависимости от положения плунжера золотника. В изображенном по­
ложении на рисунке поршень сервомотора находится в заторможен­
ном состоянии, так как рабочий поясок плунжера перекрывает канал,
соединяющий отверстия в золотниковой втулке с нижней полостью
цилиндра сервомотора. При перемещении плунжера вниз эти отвер­
стия сообщаются с каналом, в котором масло находится под давлени­
ем, и поршень сервомотора начинает перемещаться вверх. При движе­
нии плунжера вверх канал, соединяющий нижнюю полость цилиндра
сервомотора с золотниковой втулкой, соединяется со сливной ванной,
и поршень сервомотора, под действием возвратной пружины, установ­
ленной на рейке топливных насосов, начнет перемещаться вниз. Пе­
ремещение поршня сервомотора передается через его шток на серьгу
13 и далее на вал 75, установленный в подшипниках 16 корпуса регу­
лятора. На валу укреплена серьга 17 привода рейки топливных насо­
сов.
Жесткая обратная связь состоит из кронштейна 14 , который мож­
но смещать относительно серьги 75 и фиксировать при помощи винта,
и из рычага 18 . Левый конец рычага имеет вырез, по которому может
перемещаться палец кронштейна 14 , а правый конец шарнирно соеди­
нен с рычагом 21 при помощи оси 20. На средней части рычага жесткой
обратной связи установлена муфта, которая опирается на верхнюю
часть задающей пружины. Рычаг 21 выполняет функцию рычага зада­
ния частоты вращения и может поворачиваться совместно с задающим
валом 22, конец которого через сальники и подшипники выходит на­
ружу, за корпус регулятора. Для ограничения поворота рычага в кор­
пус регулятора ввернуты винты 19 и 25.
При увеличении частоты вращения грузы чувствительного эле­
мента расходятся, что вызывает подъем плунжера золотника. Подпор­
шневая полость сервомотора сообщается со сливной ванной регулято­
ра, и поршень 72 начинает перемещаться вниз, а серьга 77 поворачи­
ваться против часовой стрелки. Подача топлива начинает уменьшать­
ся. Одновременно левый конец рычага жесткой обратной связи
перемещается вниз, и его муфта сжимает задающую пружину (ось 20
в это время неподвижна, так как рычаг 27 зафиксирован). В результа­
те сжатия задающей пружины, а также уменьшения частоты враще­
132
ния из-за уменьшения подачи топлива грузы чувствительного элемен­
та начинают сходиться, и плунжер золотника перемещается вниз.
Когда управляющий (нижний) поясок плунжера перекроет канал, со­
единяющий золотниковую втулку с нижней полостью цилиндра серво­
мотора, поршень сервомотора остановится. Давление масла в нагнета­
тельной полости маслонасоса увеличится (так как расхода масла не
будет), и поршень 7 редукционного клапана, преодолевая натяжение
пружины, сместится вправо, соединив нагнетательную полость насоса
со всасывающей. Если в этом время частота вращения не будет соот­
ветствовать натяжению задающей пружины, процесс регулирования
повторится, только с меньшим отклонением частоты вращения от за­
данного значения и меньшими перемещениями звеньев регулятора,
так как частота вращения за счет уменьшения подачи топлива уже
приблизилась к заданной.
При уменьшении частоты вращения плунжер опускается, и его
нижний поясок сообщает канал нижней полости цилиндра сервомото­
ра с нагнетательным каналом маслонасоса. В результате подачи масла
под давлением поршень сервомотора начинает перемещаться вверх, и
подача топлива начинает увеличиваться. Одновременно рычаг жест­
кой обратной связи поворачивается вокруг неподвижной оси 20 по
часовой стрелке, и его муфта уменьшает натяжение задающей пружи­
ны. В результате этого, а также увеличения подачи топлива и частоты
вращения грузы чувствительного элемента начинают расходиться, и
плунжер перемещается вверх. Его движение вверх продолжается до
тех пор, пока кромки управляющего пояска не перекроют масляный
канал на подпоршневую полость цилиндра сервомотора.
Настройка регулятора на заданную частоту вращения произво­
дится при помощи задающего вала 22, при повороте которого задаю­
щий рычаг 21 через ось 20 воздействует на правый конец рычага 18
обратной жесткой связи, а последний вызывает изменение затяжки
задающей пружины 7.
При повороте вала по часовой стрелке левый конец задающего
рычага перемещается вверх, приподнимая рычаг жесткой обратной
связи. Натяжение задающей пружины уменьшается, грузы расходят­
ся, плунжер золотника перемещается вверх. Подпоршневая полость
цилиндра сервомотора сообщается со сливной ванной, и поршень сер­
вомотора перемещается вниз, вызывая уменьшение подачи топлива.
Частота вращения коленчатого вала двигателя уменьшается, и насту­
пает новое равновесное состояние, при котором меньшей затяжке пру­
жины соответствует меньшая частота вращения.
При увеличении затяжки задающей пружины процесс происходит
в обратном направлении и заканчивается тогда, когда большей затяж­
ке пружины будет соответствовать большая частота вращения.
Для ограничения максимального задания частоты вращения в
корпус регулятора ввернут винт 23. Настройку производят следую­
щим образом: винт 23 выворачивают из корпуса, а задающим валом
настраивают регулятор на номинальную частоту вращения. Когда
133
двигатель проработает некоторое время с номинальной частотой вра­
щения, винт вворачивают до тех пор, пока он не соприкоснется своим
торцом с выступом задающего рычага 27.
Настройка на ограничение минимально-устойчивой частоты вра­
щения аналогична: при помощи винта 19 ограничивают дальнейшее
перемещение задающего рычага при ослаблении задающей пружины.
Если регулятор работает как однорежимный, то оба винта ввора­
чивают одновременно до упора в выступы задающего рычага.
Настройка жесткой обратной связи производится при снятой вер­
хней крышке регулятора путем перемещения кронштейна 14 относи­
тельно серьги 13. Для увеличения зоны неравномерности (статиче­
ской ошибки) кронштейн необходимо сместить влево, для уменьше­
ния-вправо. Степень неравномерности (см. §18) можно регулировать
в пределах 0,5-7 % .
Следует отметить, что чем больше статическая ошибка, тем более
устойчиво работает автоматическая система регулирования частоты
вращения, так как жесткая обратная связь быстрее устанавливает
плунжер золотника в нейтральное положение, при котором происхо­
дит остановка поршня сервомотора и топливной рейки.
Регулятор частоты вращения фирмы MAN. Такой регулятор ра­
ботает как предельный и предназначен для ограничения частоты вра­
щения при ходе судна в штормовую погоду. Это регулятор непрямого
действия, всережимный, статический, с нерегулируемой зоной нерав­
номерности, с гидравлическим усилительным элементом. Конструк­
ция регулятора и включение его по всережимно-предельной схеме
приведены на рис. 4.6.
На вращающейся крестовине 3 закреплены через оси два угловых
груза 4 , нижние концы которых могут перемещать вверх или вниз
стакан 5. Верхняя часть стакана соприкасается с упорным подшипни­
ком 6. Вертикальное перемещение стакана передается на муфту 7, на
верхнюю часть которой воздействуют усилия трех цилиндрических
задающих пружин 9 разного наружного диаметра. Верхние торцы пру­
жин опираются на тарелку 70, которая может перемещаться относи­
тельно корпуса регулятора при вращении задающего винта 11 махови­
ком задания 72.
Перемещение муфты 7 через рычаг 8 передается на управляю­
щий элемент усилителя - плунжер 15. Плунжер расположен внутри
поршня 14 гидравлического сервомотора 13 двустороннего действия *.
Источником энергии усиления является масло под давлением, подво­
димое к средней части плунжера от циркуляционной системы смазки
двигателя с давлением р м.
Управление скоростным режимом двигателя производится с поста
управления при помощи рукоятки (маховика) 7. Схема (рис.4.6) соот­
ветствует положению, когда регулятор вступает в работу при достиже* Следует отметить, что в более поздних конструкциях регуляторов применен
гидравлический сервомотор одностороннего действия.
134
16
11
Рис. 4.6. Схема регулятора частоты вращения фирмы MAN, включенного по
всережимно-предельной схеме
нии номинальной частоты вращения, а рейка 18 топливных насосов
установлена на средний ход. В этом случае палец углового рычага 16
занимает среднее положение в прорези серьги 77, а палец 27, находя­
щийся в прорези серьги 2, - крайнее верхнее положение, так как пру­
жина 19 старается повернуть Т-образный рычаг 20 вокруг его опоры
против часовой стрелки.
Перемещение рейки 18 топливных насосов при помощи рукоятки
7 производится следующим образом: поворот рукоятки на увеличение
подачи топлива вверх сместит серьгу 2 тоже вверх, под действием
пружины 19 Т-образный рычаг 20 повернется против часовой стрелки
и вызовет перемещение рейки топливных насосов вниз, на увеличение
подачи топлива. Палец углового рычага 16 в это время переместится
по пазу серьги 77 влево, но до конца прорези не дойдет.
При переводе рукоятки 7 на уменьшение подачи топлива (вниз)
палец 27 вместе с серьгой 2 опустится, Т-образный рычаг повернется
вокруг своей опоры по часовой стрелке, рейка топливных насосов сме­
стится вверх, на уменьшение подачи топлива, палец углового рычага
16 переместится по пазу серьги 77 вправо.
Бели частота вращения коленчатого вала двигателя не достигает
135
максимального значения, заданного затяжкой задающих пружин ре­
гулятора, то грузы регулятора находятся в сходящемся положении, а
плунжер 15 в верхнем; поршень сервомотора тоже находится в верх­
нем положении.
При увеличении частоты вращения (в случае оголения гребного
винта) грузы разойдутся, что вызовет перемещение муфты 7 вверх.
Рычаг 8 повернется по часовой стрелке, и плунжер золотника переме­
стится вниз. Масло под давлением рм через среднюю выточку плунже­
ра проходит в открывшийся канал Б и далее над поршень 14 сервомо­
тора. В этом время канал А сообщается через отверстия в верхней
части плунжера с осевым отверстием плунжера и далее со сливной
ванной. В результате разности давлений на поршень сервомотора
(сверху давление масла от циркуляционной системы смазки двигате­
ля, рм> снизу - атмосферное давление) поршень начинает переме­
щаться вниз, поворачивая рычаг 16 против часовой стрелки. Палец
рычага 16 начнет смещаться влево, до упора в паз серьги 77, и вызовет
поворот Т-образного рычага 20 по часовой стрелке. Палец 21 начнет
опускаться по пазу серьги 2, а топливная рейка 18 - двигаться вверх, в
сторону уменьшения подачи топлива.
Уменьшение подачи топлива вызовет уменьшение частоты вра­
щения коленчатого вала двигателя, что приведет к схождению грузов
регулятора. Рычйг 8 начнет поворачиваться против часовой стрелки, а
плунжер - подниматься, вызывая движение поршня сервомотора
вверх. Рычаг 16 повернется по часовой стрелке, и его палец начнет
перемещаться вправо. Между пальцем и левой частью прорези серьги
77 появится зазор; он сразу же будет выбираться за счет действия
пружины 19. Это будет продолжаться до тех пор, пока рейка топлив­
ных насосов, Т-образный рычаг и палец 27 не займут своего положе­
ния, которое им было задано рукояткой 7.
При плавании судна на спокойной воде нагрузка двигателя не
изменяется, и необходимые режимы работы задаются с пульта управ­
ления рукояткой 7. Заданная частота вращения в это время не может
превысить номинального значения, заданного маховиком 72. Во время
штормовой погоды натяжение задающих пружин необходимо осла­
бить, чтобы регулятор срабатывал (т. е. уменьшал подачу топлива)
при меньшей частоте вращения, что уменьшит динамические забросы
частоты вращения при переходном режиме, которые крайне нежела­
тельны для малооборотных двигателей.
Статическая ошибка регулятора вызывается тем, что при разных
положениях поршня сервомотора муфта 7 занимает разные положе­
ния. В результате этого затяжка задающих пружин тоже разная. Так
как опора рычага 8 не перемещается, то статическая ошибка не изме­
няется. В последующих модификациях регуляторов фирмы MAN пре­
дусмотрена подвижная опора рычага, что позволяет изменять стати­
ческую ошибку, а следовательно, и зону неравномерности в пределах
5-15% .
136
§ 30. Регуляторы непрямого действия с
комбинированными обратными связями
Регуляторы скорости непрямого действия с комбинированными
обратными связями (жесткой и гибкой) в настоящее время получили
широкое распространение. Они могут быть установлены практически
на любом типе двигателя внутреннего сгорания. Такие регуляторы
могут работать как статические, с заданной степенью неравномерно­
сти, или как астатические (при отключенной жесткой обратной свя­
зи).
Регулятор Р13М-2КЕ. Этот регулятор широко используется для
регулирования частоты вращения коленчатого вала мощных судовых
двигателей. Регулятор непрямого действия, с гидравлическим усили­
тельным устройством, с гибкой и жесткой обратными связями, ревер­
сивный, всережимный; может настраиваться на заданную частоту
вращения местно или дистанционно, оборудован механизмом ручного
и программного ограничения подачи топлива.
Чувствительным элементом регулятора (рис. 4.7) служат два уг­
ловых груза J5. Их привод осуществляется через шлицевой вал 25,
который на нижнем конце имеет шлицевую нарезку для присоедине­
ния приводной шестерни. В верхней части на валу 25 закреплена веду­
щая шестерня 24 реверсивного шестеренного маслонасоса. Эта шес­
терня входит в зацепление с ведомой шестерней маслонасоса, в отвер-
т
15 16 17 18
19 +
ZO 21 22 23 29 25 2617
ГтН/
Рис. 4.7. Схема регулятора частоты вращения Р13М-2КЕ
137
стие ведомой шестерни установлен промежуточный вал 22, на верх­
нем^ конце которого установлена эластичная муфта (на рисунке не
йокдзана) и шестерня 27, приводящая во вращение шестерню 14 со­
вместно с чашей измерителя.
Угловые грузы, закрепленные на осях в чаше измерителя, своими
нижними концами опираются на втулку, которая верхним концом
касается внутренней обоймы шарикоподшипника 16. Плунжер 20 зо­
лотника крепится к верхнему торцу внутренней обоймы шарикопод­
шипника при помощи гайки и контргайки. Схождение или расхожде­
ние грузов вызывает вертикальное перемещение втулки, шарикопод­
шипника и плунжера. Во время работы регулятора плунжер вращает­
ся в золотниковой втулке, запрессованной в корпус 5 регулятора.
Задающая пружина 18 нижним торцом опирается на упорный ста­
кан 77, который напрессован на наружную обойму шарикоподшипни­
ка, благодаря чему при работе регулятора пружина не вращается. Вер­
хний торец пружины соединен с траверсой 79, которая может повора­
чиваться вокруг опоры, изменяя натяжение пружины.
Источником энергии усиления служит реверсивный шестеренный
маслонасос с двумя парами шариковых клапанов. Масло из масляной
ванны регулятора засасывается через один из двух всасывающих ша­
риковых клапанов и нагнетается в силовую полость регулятора через
один из двух нагнетательных шариковых клапанов. Наличие двух пар
всасывающих и нагнетательных клапанов обусловлено тем, что мас­
лонасос выполнен реверсивным. Аккумулятор масла состоит из ци­
линдра и расположенного в нем поршня 26 с пружиной 27, в аккуму­
ляторе поддерживается давление масла 0,8 МПа.
Исполнительным элементом усилителя является гидравлический
поршневой сервомотор одностороннего действия, состоящий из диф­
ференциального поршня 7, расположенного в цилиндре 8. Шток 9
поршня кривошипом 10 соединен с промежуточным валом 77, уста­
новленным в подшипниках 13. Вращение промежуточного вала через
пару конических шестерен (на рисунке не показаны) передается на
выходной вал регулятора, соединенный с приводом реек топливных
насосов.
В статическом состоянии верхний и нижний пояски плунжера 20
перекрывают верхнее (силовое давление масла) и нижнее (сливное)
окна золотниковой втулки. Сверху на дифференциальный поршень 7
сервомотора постоянно подводится масло от аккумулятора, а нижняя
полость цилиндра сервомотора может сообщаться со сливной ванной
или с аккумулятором масла. В первом случае поршень сервомотора
будет перемещаться вниз, во втором - вверх.
Гибкая (изодромная) обратная связь регулятора включена между
поршнем сервомотора и плунжером золотника. Конструктивно выпол­
нена из следующих элементов: рычага 72, закрепленного на промежу­
точном валу 77, пальца 6 изодрома, который установлен в тщательно
подогнанной к нему втулке и подпружинен снизу пружиной 4> а также
изодромной иглы 23. Для улучшения динамики переходного процесса
138
в конструкцию гибкой обратной связи введен корректор изодрома,
состоящий из поршня 3 со сквозным отверстием, штока 2 с глухим
поршнем и пружины 7.
Рассмотрим работу регулятора с его гибкой обратной связью при
увеличении нагрузки на двигатель. В этом случае частота вращения
уменьшается, и грузы 15 сходятся. Плунжер 20 перемещается вниз, и
его Нижний поясок открывает отверстие золотниковой втулки, кото­
рое соединяет ее внутреннюю полость со сливной ванной регулятора. В
результате этого поршень сервомотора перемещается вниз, и через
передаточные рычаги и шестерни рейка топливных насосов перемеща­
ется в сторону увеличения подачи топлива. Частота вращения колен­
чатого вала начинает увеличиваться.
При движении поршня сервомотора вступает в действие гибкая
обратная связь. Правый конец рычага 12 начинает перемещаться
вниз, в ту же сторону перемещается изодромный палец 6. Под ним
создается давление масла, и под действием этого давления на торец
нижнего пояска плунжера 20 последний начинает подниматься до тех
пор, пока полностью не перекроет сливное отверстие в золотниковой
втулке и не вызовет остановку поршня сервомотора и пальца изодро­
ма. Возврат плунжера в это положение должен происходить плавно,
чтобы был исключен его переход в другое крайнее положение, когда он
сможет соединить нагнетательный канал с нижней полостью цилинд­
ра сервомотора. Для этой цели служит корректор изодрома. Под дейст­
вием создавшегося в изодромной камере давления поршень корректо­
ра 3 совместно со штоком 2 переместится влево, сжимая пружину 7.
Часть масла из изодромной камеры перетечет в сливную ванну, и
коща давление в изодромной камере понизится, пружина корректора
вернет поршень 3 в первоначальное положение.
Увеличенная подача топлива вызовет большую инерционную си­
лу грузов чувствительного элемента. Создастся сила, которая будет
стремиться поднять плунжер золотника. Но в это же время масло из
изодромной камеры будет перетекать в сливную ванну регулятора че­
рез дроссельную иглу 23. Давление масла под нижним пояском плун­
жера начнет уменьшаться, и плунжер будет стремиться вниз. В ре­
зультате равнодействия этих разнонаправленных сил плунжер золот­
ника останется в таком положении, когда его пояски будут перекры­
вать, нагнетательный и сливной каналы; равенство сил достигается
необходимой величиной открытия изодромной иглы. Возможно, что
полного равенства создавшихся сил не будет, и плунжер отклонится от
своего среднего положения в ту или иную сторону, но это отклонение
будет незначительно, весь описанный переходный процесс повторит­
ся, но с меньшими колебаниями.
При уменьшении нагрузки на двигатель частота вращения его
коленчатого вала увеличится, и грузы регулятора разойдутся. Плун­
жер переместится вверх, и подпоршневая полость цилиндра сервомо­
тора сообщится с аккумулятором масла. Поршень сервомотора пере­
местится вверх, и подача топлива уменьшится. Палец изодрома на­
139
чнет перемещаться вверх, и в изодромной камере создастся разреже­
ние. При резком увеличении разрежения поршень 3 корректора изо­
дрома под действием пружины сместится вправо, и масло из масляной
ванны через отвестие в поршне подсосется в изодромную камеру. Как
только разреяжение в изодромной камере понизится, поршень коррек­
тора вновь займет первоначальное положение, и дальнейший подсос
масла будет происходить через изодромную иглу. При небольшом зна­
чении появившегося разрежения (небольшое увеличение частоты вра­
щения) корректор изодрома в действие вступать не будет.
Под действием создавшегося разрежения плунжер опустится
вниз, и поршень сервомотора остановится, так как верхний поясок
плунжера перекроет нагнетательный канал от аккумулятора масла.
Уменьшение подачи топлива вызовет уменьшение частоты вра­
щения, и грузы регулятора начнут сходится, стремясь опустить плун­
жер. Но одновременно, вследствие подсоса масла в изодромную каме­
ру, под нижним торцом плунжера начнет увеличиваться давление.
Если действие этих разнонаправленных сил изменяется одинаково,
плунжер золотника остается в нейтральном положении; при неравен­
стве - процесс повторится, но с меньшими отклонениями всех звеньев
регулятора. -Процесс регулирования закончится, когда инерционная
сила грузов будет соответствовать усилию задающей пружины, а дав­
ление под плунжером золотника будет равно атмосферному давлению.
Рассмотрим работу регулятора с его жесткой обратной связью
(рис. 4.8). При увеличении частоты вращения грузы 3 расходятся, и
плунжер 1 двигается вверх. Масло от аккумулятора с давлением рм
начнет поступать в нижнюю полость цилиндра 24 сервомотора, и пор­
шень 23 будет перемещаться вверх. Кривошип 22 начнет поворачи­
ваться вместе с промежуточным валом 20 против часовой стрелки и
через передачу (на рисунке не показана) будет перемещать топлив­
ную рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Серьга 21 будет
тоже поворачиваться против часовой стрелки и будет поднимать серь­
гу 19. Левый конец шатуна 18 совместно со своим профильным кулач­
ком, соприкасающимся с роликом I J, тоже будет подниматься. Рычаг
16 повернется вокруг вала 17 против часовой стрелки и повернет в ту
же сторону рычаг 14. Правый конец рычага 14 начнет приподнимать­
ся, преодолевая натяжение пружины 12. Серьга 75, перемещаясь
вверх, повернет рычаг 11 жесткой обратной связи вокруг опоры по
часовой стрелке. Опорой рычага жесткой обратной связи служит левая
ось рычага 9 задания частоты вращения. Правая ось рычага задания
установлена в корпусе 8 регулятора. Таким образом, поворот рычага
жесткой обратной связи увеличит затяжку задающей пружины 4 (пра­
вым концом рычага), и плунжер золотника через подшипник 2 начнет
опускаться до своего нейтрального, среднего, положения. Процесс ре­
гулирования закончится, когда частота вращения станет соответствать новому натяжению задающей пружины, а плунжер золотника
займет нейтральное положение. В рассмотренном случае натяжение
140
пружины увеличилось; следовательно, при уменьшении нагрузки ре­
гулятор будет поддерживать большую частоту вращения.
При уменьшении частоты вращения плунжер золотника переме­
щается вниз, поршень сервомотора тоже смещается вниз, вал 20 пово­
рачивается по часовой стрелке, вал 17 поворачивается тоже по часо­
вой стрелке, а рычаг жесткой обратной связи - против часовой стрел­
ки, уменьшая таким образом натяжение задающей пружины. Плун­
жер золотника передвигается при ослаблении затяжки задающей
пружины вверх, до своего нейтрального положения. Следовательно,
при увеличении нагрузки регулятор будет поддерживать более низ­
кую частоту вращения.
Степень действия жесткой обратной связи (степень неравномер­
ности) можно изменять в пределах от нуля до 6 % с помощью червяка
6, червячного колеса 7 и шатуна 18. При вращении червяка начинает
вращаться червячное колесо, и правая головка шатуна поворачивает­
ся вокруг центра колеса. Левый конец шатуна перемещает верхний
конец серьги 19 и свой кулачок, которым шатун входит в соприкосно­
вение с роликом 15. Если верхняя ось серьги 19 (ось Б) совпадает с
осью вращения промежуточного вала 20 (ось А ) , то при повороте про­
межуточного вала вокруг своей оси ролик 15 жесткой обратной связи
перемещаться не будет. По мере смещения оси Б от оси А степень
неравномерности будет увеличиваться. Стрелка 5 указателя неравно­
141
мерности закреплена на червячном колесе, а ее шкала проградуирова­
на в процентах.
В регуляторе предусмотрено устройство для ограничения чрез­
мерной подачи топлива (ограничение нагрузки), которое предохраня­
ет двигатель от тепловых и механических перегрузок.
Механизм автоматического ограничения нагрузки предусматри­
вает установку предельного количества топлива, подаваемого в ци­
линдры двигателя, в зависимости от заданной частоты вращения.
Механизм ручного ограничения нагрузки также ограничивает
максимально подаваемое количество топлива, устанавливаемое вах­
тенным механиком.
Механизм ограничения нагрузки выполнен в виде жесткой связи
между поршнем сервомотора и золотником, которая может действо­
вать только при перемещении поршня сервомотора в сторону увеличе­
ния подачи топлива. При определенном положении поршня сервомо­
тора, заданном механизмом ограничения нагрузки, поршень останав­
ливается, и дальнейшее снижение частоты вращения не влияет на его
перемещение. Оба эти устройства воздействуют на плунжер золотни­
ка, приподнимая его и устанавливая в нейтральное положение при
определенных, заданных, положениях поршня сервомотора.
Настройка регулятора на заданную частоту вращения произво­
дится изменением натяжения задающей пружины (см.рис.4.8), кото­
рое производится при помощи задающего рычага 9. Рычаг может пово­
рачиваться вокруг опоры, установленной в корпусе 8 регулятора. При
повороте рычага 9 против часовой стрелки поворачивается совместно с
ним рычаг 77 обратной жесткой связи вокруг верхнего шарнира серьги
75, и его правый конец перемещает траверсу 70, которая изменяет
затяжку задающей пружины 4 . При увеличении затяжки пружины
частота вращения возрастает, при уменьшении - снижается. При из­
менении затяжки пружины перемещается стрелка-указатель задан­
ной частоты вращения, которая кинематически связана с траверсой
70. Циферблат стрелки-указателя расположен на лицевом щитке ре­
гулятора.
Настройка гибкой обратной связи производится при помощи изодромной иглы 23 (см.рис.4.7). Отключив жесткую обратную связь,
выворачивают изодромную иглу на 4-5 оборотов и дают двигателю
проработать на холостом ходу 30-40 с. В это время изодромная камера
соединена с масляной ванной регулятора, поэтому перемещение паль­
ца изодрома 6 не вызовет изменения давления в изодромной камере гибкая обратная связь отключена. Затем начинают постепенно ввора­
чивать изодромную иглу, добиваясь уменьшения бросков частоты вра­
щения, чтобы они не превышали 2-3 % от номинального значения.
Настройка жесткой обратной связи (настройка на заданную сте­
пень неравн ом ерности ) производится при помощ и червяка 6
(см.рис.4.8). Предварительно по стрелке указателя неравномерности
устанавливают необходимую степень неравномерности, затем ее оп­
ределяют окончательно и настраивают с учетом замеренной степени
142
неравномерности. Для увеличения степени неравномерности червяк
выворачивают, для уменьшения - вворачивают.
Регулятор фирмы "Вудвард" типа UG в циферблатном исполне­
нии. Это регулятор непрямого действия, с гидравлическим усилите­
лем, реверсивный, всережимный, с гибкой изодромной обратной
связью и с регулируемой жесткой обратной связью. В регуляторе пре­
дусмотрена местная и дистанционная настройка на заданную частоту
вращения, а также устройство для ограничения нагрузки и аварийной
остановки двигателя.
Измерительное устройство регулятора и источник энергии усиле­
ния схематически изображены на рис. 4.9. Регулятор приводится в
действие при помощи вала 2, на который насажена коническая шес­
терня 7, входящая в зацепление с шестерней привода от двигателя.
Вал установлен в корпусе регулятора в подшипнике 5, за которым
расположен сальник 4. На верхнем конце вала имеется выступ, кото­
рый входит в прорезь втулки-шестерни 5, являющейся ведущей шес­
терней маслонасоса и одновременно золотниковой втулкой управляю­
щего элемента усилителя. Ведущая шестерня входит в зацепление с
ведомой шестерней 6 маслонасоса, которая напрессована на промежу­
точный вал 7, соединенный с шестерней 10 через эластичную муфту с
двенадцатью плоскими пружинами 8. Шестерня 10 входит в зацепле73 Щ 15
Рис. 4.9. Измерительное устройство и источник энергии
усиления регулятора частоты вращения типа UG фирмк
"Вудвард”
143
ние с ведомой шестерней 9 привода крестовины 77 двух угловых гру­
зов 72. Нижние концы грузов опираются на упорный шарикоподшип­
ник 74, который сверху нагружен задающей конической винтовой
пружиной 13. Стержень 15 (элемент сравнения) закреплен в шарико­
подшипнике с помощью корончатой гайки: при увеличении частоты
вращения стержень перемещается вверх, при уменьшении - вниз.
Крестовина и расходящиеся грузы расположены в металлическом ста­
кане (на рисунке не показан), который препятствует вспениванию
масла при вращении грузов чувствительного элемента.
Источником энергии усиления является реверсивный шестерен­
ный маслонасос, состоящий из двух одинаковых шестерен 5 и 6 и
имеющий пару всасывающих и пару нагнетательных шариковых кла­
панов.
Нагнетательная полость маслонасоса каналом соединена с поло­
стью двух одинаковых аккумуляторов масла. Аккумулятор состоит из
цилиндра 16у поршня 18 и пружины 77. В них поддерживается давле­
ние масла 1,4-1,8 МПа. При повышении давления масла поршни акку­
муляторов поднимаются, и часть масла, находящегося в цилиндрах,
сливается в масляную ванну регулятора ратм. Масляная ванна занима­
ет пространство в корпусе регулятора, свободное от его деталей, и
служит для смазки всех деталей регулятора, а также для создания
запаса масла, необходимого для силовой магистрали. Уровень масла
контролируется по масломерному стеклу.
Усилительная часть регулятора и гибкая обратная связь схемати­
чески показаны на рис. 4.10. При изменении частоты вращения грузы
7 сходятся или расходятся, преодолевая усилие задающей пружины
70, и стержень 9 перемещается вверх или вниз. При его перемещении
плавающий рычаг 76 поворачивается вокруг своего правого конца в ту
или иную сторону и вызывает перемещение плунжера 77, установлен­
ного во вращающейся золотниковой втулке. Верхний поясок плунже­
ра является уплотняющим, а нижний - управляющим. В равновесном
положении плунжер своим управляющим пояском перекрывает от­
верстия золотниковой втулки, которыми она соединена с нижней по­
лостью цилиндра 7 сервомотора. В цилиндре сервомотора установлен
дифференциальный поршень 2, к верхней части которого постоянно
подводится масло от аккумуляторов, а к нижней части поршня может
подводиться масло либо от масляной ванны, когда плунжер находится
в верхнем положении, либо от аккумуляторов, когда плунжер нахо­
дится в нижнем положении. В первом случае поршень сервомотора
начнет перемещаться вниз, во втором - вверх.
Шток поршня соединен со штангой 3, верхний конец которой сое­
динен с кривошипом 4, насаженным на выходной вал 5 регулятора.
При движении поршня вверх вал поворачивается против часовой
стрелки, и рейка топливных насосов, приводимая в действие от него,
сдвигается в сторону увеличения подачи топлива; при движении пор­
шня вниз вал поворачивается по часовой стрелке, и рейка топливных
насосов перемещается в сторону уменьшения подачи топлива.
144
Рис. 4.10. Усилительная часть и гибкая обратная связь
регулятора частоты вращения типа UG фирмы ’’Вудвард”
Гибкая обратная связь включена между поршнем сервомотора и
плунжером золотника. В нее входят следующие элементы: серьга 6,
шарнир 8, рычаг 77 с регулируемой опорой 13, которая может повора­
чиваться вокруг оси рычага 14, штока 15 компенсирующего поршня
19, изодромного поршня 18, изодромной иглы 20 и плавающего рычага
16, соединенного в своей средней части с плунжером 77.
При увеличении частоты вращения грузы 7 расходятся, и плун­
жер 77 поднимается. Нижняя полость цилиндра сервомотора сообща­
ется со сливной ванной, и поршень сервомотора начинает двигаться
вниз, разворачивая вал 5 по часовой стрелке.Подача топлива в цилин­
дры двигателя начинает уменьшаться. Серьга 6 поворачивается по
часовой стрелке, и шарнир 8 опускается. Левый конец рычага 77 тоже
опускается, а правый поднимается. Поршень 19 движется вверх, и под
ним создается разрежение масла, так как масло из масляной ванны не
успевает подсосаться через небольшое сечение дроссельной иглы 20 .
Поршень 18 изодрома начинает двигаться вниз, сжимая свою пружи­
ну, и через плавающий рычаг 16 перемещает вниз плунжер 77 до тех
пор, пока последний своим управляющим пояском не перекроет окна
золотниковой втулки, соединяющие ее с нижней полостью цилиндра
145
сервомотора. Поршень сервомотора остановится, и действие обратной
связи на управляющий элемент - плунжер золотника - прекратится.
Ввиду уменьшения подачи топлива частота вращения будет сни­
жаться, и грузы начнут сходиться. Стержень 9 и соответственно левый
конец плавающего рычага начнут опускаться. Одновременно в изодромной камере (под компенсирующим поршнем 19) начнет повы­
шаться давление, так как происходит подсос масла из масляной ванны
через изодромную иглу 20. Поэтому поршень 18 изодрома начинает
двигаться вверх, перемещая соответственно вверх правый конец пла­
вающего рычага 16. Ввиду разнонаправленное™ сил, действующих на
правый и левый концы плавающего рычага, последний будет повора­
чиваться вокруг точки, которая соединяет его с плунжером золотника.
Возможно, какое-то из этих противоположно направленных переме­
щений может вывести плунжер из нейтрального положения. Но его
отклонение от этого положения будет небольшим, и процесс регулиро­
вания повторится, но с меньшими перемещениями поршня сервомото­
ра и всех деталей гибкой обратной связи. Процесс регулирования за­
кончится, когда воздействие гибкой обратной связи будет полностью
снято. В это время изодромный поршень займет свое первоначальное
положение, соответствующее нулевому натяжению его пружины.
Давление в изодромной камере будет равно атмосферному, а частота
вращения будет соответствовать усилию задающей пружины.
При уменьшении частоты вращения грузы сходятся, плунжер зо­
лотника опускается, поршень сервомотора движется вверх, подача
топлива увеличивается. Компенсирующий поршень опускается, и под
ним создается давление. Изодромный поршень двигается вверх и через
плавающий рычаг возвращает плунжер в нейтральное положение.
Поршеньхервомотора и компенсирующий поршень останавливаются.
В результате увеличения подачи топлива увеличивается частота зращения, и грузы расходятся, вызывая перемещение левого конца пла­
вающего рычага вверх. Одновременно правый конец плавающего ры­
чага опускается, так как двигается вниз изодромный поршень за счет
уменьшения давления масла под ним (масло начинает перетекать че­
рез дроссельную иглу в масляную ванну). Плунжер золотника будет
оставаться в нейтральном положении или немного отклоняться от не­
го. Регулятор придет в равновесное состояние, когда частота вращения
вновь станет заданной.
Жесткая обратная связь включена между исполнительным и уп­
равляющим элементом усилителя через задающую пружину (рис.
4.11). При перемещении поршня сервомотора вращается нагрузочный
вал 7, управляющий рейкой топливных насосов. Совместно с валом
поворачивается серьга 2, перемещая планку J, соединенную с левым
концом рычага 7 жесткой обратной связи. Правый конец рычага сое­
динен со шпинделем 70, на котором нарезана резьба и установлена
задающая шестерня 14. Опора 8 рычага 7 может перемещаться вдоль
оси рычага, изменяя соотношение длины левого и правого плеч рыча­
га. При повороте кулачка 4 левая часть углового рычага 6, в которую
146
Рис. 4.11. Схема жесткой обратной связи регулятора частоты враще­
ния типа UG фирмы "Вудвард"
ввернут регулировочный болт J, смещается вверх или вниз. Пружина
9 постоянно прижимает торец болта J к образующей кулачка. Поворот
углового рычага вокруг своей опоры вызывает перемещение опоры 8
рычага жесткой обратной сдязи.
При уменьшении нагрузки частота вращения увеличивается, гру­
зы расходятся, плунжер золотника поднимается, и поршень сервомо­
тора перемещается вниз. Нагрузочный вал 1 поворачивается по часо­
вой стрелке, и рычаг 7 поворачивается вокруг опоры 8 тоже по часовой
стрелке. Шпиндель 10 совместно с шестерней 14 перемещаются вниз и
через задающую пружины 17 опускают плунжер золотника до его
нейтрального положения. Новое равновесное состояние в этом случае
наступит тогда, когда большему значению затяжки пружины будет
соответствовать большая частота вращения.
При увеличении нагрузки на двигатель работа жесткой обратной
связи будет происходить в обратном направлении, и по окончании
переходного процесса частота^ вращения будет поддерживаться мень­
шей вследствие ослабления натяжения задающей пружины механиз­
мом жесткой обратной связи.
Степень действия жесткой обратной связи на задающую пружину
регулятора можно изменять путем перемещения опоры рычага жест­
кой обратной связи: при перемещении опоры 8 влево действие обрат­
ной связи (степень неравномерности) увеличивается, при перемеще­
нии вправо - уменьшается. При совпадении опоры с осью шпинделя 10
неравномерность регулирования будет нулевой, так как рычаг жест­
кой обратной связи при перемещении поршня сервомотора не будет
воздействовать на шпиндель и задающую пружину.
147
При чрезмерном увеличении внешней нагрузки на двигатель пор­
шень сервомотора регулятора будет перемещать рейку в сторону уве­
личения подачи топлива и может довести ее до очень большого значе­
ния, что вызовет большие перегрузки двигателя. Чтобы предотвратить
это, необходимо в каком-то верхнем положении ограничить ход порш­
ня сервомотора, что будет соответствовать максимально допустимой
подаче топлива.
Устройство для ограничения нагрузки (рис. 4.12) состоит из от­
ключающего элемента с элементом ограничения нагрузки и указателя
действительной нагрузки, т. е. положения поршня сервомотора. Уст­
ройство, указывающее действительную нагрузку, представляет собой
кинематическую связь между поршнем 2 сервомотора 1 и стрелкой на
втулке 8 , вынесенной на циферблатную панель регулятора в нижний
левый угол. Со штоком 3 поршня сервомотора соединена зубчатая
рейка 4, которая входит в зацепление с шестерней-втулкой 5, свобод­
но установленной на оси 7. C наружной стороны к шестерне-втулке
прикреплена шайба с нанесенной на ней черной указывающей стрел­
кой. Шкала 9 указателя нагрузки (указателя положения поршня сер­
вомотора) имеет 10 делений.
Отключающий элемент с элементом ограничения нагрузки пред­
ставляет одностороннюю жесткую связь между поршнем сервомотора
и плунжером золотника, которая действует лишь в случае повышения
Рис. 4.12. Устройство для ограничения нагрузки (предельной подачи топли­
ва) ре 1улятора частоты вращения типа U tj фирмы "Вудвард"
148
нагрузки, т. е. движения поршня сервомотора только вверх. Рычаг 5
ограничения нагрузки одним концом соединен с зубчатой рейкой 4, а
вторым - с выключающей планкой 10. Выключающая планка нижним
концом опирается на левый конец выключающего рычага 77, правый
конец которого подведен снизу к оси 76, соединяющей плунжер 77
золотниковой втулки 19 с плавающим рычагом 15. Левый конец пла­
вающего рычага соединен со стержнем 7J, а правый - со штоком 18
изодромного поршня. В средней части рычага 77 установлена опора
14, вокруг которой рычаг может поворачиваться.
Если на левый конец выключающего рычага воздействует направ­
ленное вниз усилие от выключающей планки 10 или от правого конца
рычага 5 ограничения нагрузки, то правый конец выключающего ры­
чага 77 будет перемещаться вверх, поднимая плавающий рычаг 15 и
плунжер 77, независимо от положения грузов 12. При движении плун­
жера вверх его управляющий (нижний) поясок перекроет отверстия,
соединяющие внутреннюю полость золотниковой втулки 79 с подпор­
шневой полостью цилиндра 7 сервомотора, и поршень сервомотора
остановится. Если будет продолжаться направленное вниз воздейст­
вие выключающей планки 10, плунжер золотника поднимется еще
выше, и нижняя полость цилиндра сервомотора через внутреннюю
полость золотниковой втулки сообщится с масляной ванной регулято­
ра. Поршень сервомотора займет в таком случае крайнее нижнее по­
ложение, и подача топлива в цилиндры двигателя прекратится, вы­
звав его остановку. Кулачок 6, свободно установленный на оси 7, сое­
динен с рукояткой ограничения нагрузки (на рисунке не показана),
расположенной в левом нижнем углу циферблата регулятора. На ру­
коятке нанесена стрелка, указывающая положение кулачка по шкале
9.
Рассмотрим работу механизма ограничения нагрузки при пере­
грузке двигателя. В этом случае частота вращения коленчатого вала
двигателя уменьшается, и грузы 72 сходятся. Плунжер 13 опускается,
а поршень сервомотора движется вверх, вызывая увеличение подачи
топлива. Планка 4 тоже движется вверх, поворачивая шестерню-втул­
ку 8, и шайба со стрелкой тоже поворачивается, указывая по шкале 9
действительное положение поршня сервомотора, т. е. величину
подачи топлива.
Одновременно вверх движется и левый конец рычага 5 ограниче­
ния нагрузки. Зазор S между рычагом и кулачком 6 уменьшается.
Когда зазор полностью выберется, правый конец рычага 5 начнет опу­
скаться. и повернет выключающий рычаг 7 7 против часовой стрелки.
Последний своим правым концом начнет поднимать плунжер 7 7 до тех
пор, пока золотник не займет нейтрального положения, что вызовет
остановку поршня сервомотора. Дальнейшее уменьшение частоты
вращения не сможет повлечь за собой смещения плунжера вниз - он
заблокирован механизмом ограничения нагрузки. Верхнее крайнее
положение поршня сервомотора (максимально допустимая подача
топлива) будет зависеть от величины зазора S . Это предельное поло­
149
жение поршня сервомотора можно задавать постановкой кулачка 6.
При увеличении зазора предельное верхнее положение поршня на­
ступит при более высоком его положении относительно цилиндра,
предельное значение подачи топлива будет выше, при уменьшении
зазора предельная подача топлива будет меньшей.
Кулачком 6 можно быстро остановить двигатель, т. е. установить
поршень сервомотора в крайнее нижнее положение. Для этого кула­
чок необходимо повернуть до упора против часовой стрелки. При этом
кулачок будет смещать среднюю часть рычага 5 вниз, и соответствен­
но вниз переместится правый конец рычага, вызвав подъем плунжера
золотника, сообщение нижней полости цилиндра сервомотора со слив­
ной ванной и постановку поршня сервомотора в низшее положение,
соответствующее нулевой подаче топлива.
Этого же можно добиться, если приложить усилие сверху к вы­
ключающей планке 70. Для этой цели на верхней крышке регулятора
установлен соленоид, сердечник которого при подаче или при снятий с
его катушки питания воздействует на выключающую планку, вызы­
вая ее смещение вниз. В результате этого выключающий рычаг пово­
рачивается против часовой стрелки, плунжер золотника поднимается,
и поршень сервомотора устанавливает топливную рейку на нулевую
подачу.
Настройка регулятора на заданную частоту вращения может про­
изводиться местно .или дистанционно (см.рис.4.11). Местная настрой­
ка осуществляется рукояткой 79, расположенной в правом верхнем
углу циферблата. При ее вращении вращаются вал 27, шестерня 20,
конические шестерни 22 и 18, вертикальный вал 75, прямозубая ци­
линдрическая шестерня 14 перемещается вдоль оси шпинделя 70, име­
ющего наружную резьбу, и нижний торец шестерни изменяет затяжку
задающей пружины 77. Дистанционный механизм изменения задания
состоит из малогабаритного реверсивного электродвигателя 13, уста­
новленного на верхней крышке регулятора, редуктора 72 и фрикцион ­
ной муфты 77. При подаче питания на электродвигатель вал 15 начи­
нает вращаться, и шестерня 14 получает перемещение вдоль оси
шпинделя, изменяя тем самым затяжку задающей пружины. Шестер­
ня 20 кинематически связана со стрелкой-указателем заданной часто­
ты вращения (степени затяжки задающей пружины), расположенной
в правом нижнем углу циферблата.
При увеличении затяжки задающ ей пружины стержень 13
(см.рис.4.12) перемещается вниз, соответственно перемещается вниз
плунжер 79, подпоршневая полость цилиндра 7 сервомотора сообща­
ется с аккумуляторами масла, поршень 2 сервомотора движется вверх,
подача топлива увеличивается. Регулятор вновь приходит в статиче­
ское состояние, когда большей затяжке пружины соответствует боль­
шая частота вращения.
При уменьшении затяжки пружины работа вышеуказанных дета­
лей регулятора происходит в обратном направлении, и частота враще­
ния уменьшается.
150
Настройку гибкой обратной связи производят при помощи изме­
нения сечения изодромной иглы и перемещением опоры 13 рычага
гибкой обратной связи (см,рис.4.10).
При ввертывании изодромной иглы процесс регулирования проис­
ходит более плавно, без больших забросов частоты вращения, но он
более длителен. При вывертывании иглы переходный процесс
происходит быстрее, но с большими колебаниями частоты вращения.
Степень действия гибкой обратной связи изменяют путем переме­
щения рычага 14 с опорой 13. Для этого необходимо ослабить гайку с
наружной стороны корпуса регулятора и передвинуть стрелку 12 ука­
зателя, которая жестко связана с опорой 13. Перемещение опоры на
шах (максимум) вызывает более быстрое перемещение компенсирую­
щего поршня, т. е. уменьшение времени переходного процесса, но
большую величину заброса частоты вращения; перемещение на min
(минимум) - увеличение времени переходного процесса и уменьше­
ние заброса частоты вращения.
Настройку выполняют в такой последовательности:
- устанавливают рычаг 14 в положение шах, а иглу 20 выворачи­
вают на 4-5 оборотов. Дав проработать двигателю на холостом ходу
30-40 с, рычаг 14 устанавливают в положение min и начинают ввора­
чивать изодромную иглу до прекращения колебаний частоты враще­
ния;
- если игла чрезмерно ввернута в седло, а колебания частоты
вращения не прекращаются, то опору 14 устанавливают на 2-3 деле­
ния в сторону max и регулировку повторяют.
Настройку на ограничение максимальной подачи топлива произ­
водят левой нижней рукояткой, поворачивая кулачок 6 (см.рис.4.12).
Рукоятку устанавливают на деления 8-10, а затем добиваются при
перегруженном двигателе такого положения, чтобы температура вы­
хлопных газов не превышала максимального значения. Положение
рукоятки маркируют.
Настройку на заданную степень неравномерности (жесткой об­
ратной связи) производят верхней левой рукояткой, поворачивая ку­
лачок 4 (см.рис.4.11). При повороте рукоятки по часовой стрелке опо­
ра 8 перемещается влево, и воздействие правого конца рычага 7 на
задающую пружину возрастет, т. е. неравномерность регулирования
увеличится. При повороте рукоятки против часовой стрелки опора 8
перемещается вправо, и неравномерность регулирования уменьшает­
ся. При совпадении опоры с осью шпинделя неравномерность регули­
рования будет нулевой.
Регулятор фирмы "Вудвард" типа UG в рычажном исполнении
(рис. 4.13). В статическом положении, когда частота вращения соот­
ветствует натяжению задающей пружины 24 , грузы 25, стержень 22,
плунжер 15 золотниковой втулки и поршень 13 гидравлического ци­
линдра 14 занимают определенные, зафиксированные, положения,
давление под компенсирующим 19 и изодромным 17 поршнями равно
атмосферному.
151
При уменьшении нагрузки частота вращения увеличивается, и
грузы 23 расходятся. Стержень 22 поднимается, поднимая через пла­
вающий рычаг 21 плунжер 15 золотника. Плунжер своим нижним,
управляющим пояском сообщает канал, соединяющий втулку золот­
ника с нижней полостью цилиндра 14 сервомотора со сливной ванной
регулятора. Так как верхняя полость сервомотора постоянно сообщена
с аккумуляторами масла (их конструкция аналогична конструкции
H рейке
18
19
Рис. 4.13. Регулятор частоты вращения типа UG фирмы "Вудвард” в
рычажном исполнении
152
аккумуляторов регулятора "Вудвард” UG циферблатного типа), то
поршень сервомотора начинает двигаться вниз и через шток 72 с серь­
гой 11 поворачивает нагрузочный вал 10 по часовой стрелке. Выход­
ная серьга, связанная с рейкой топливных насосов, переставляет рей­
ку на уменьшение подачи топлива.
К деталям гибкой обратной связи относятся возвратный рычаг 7,
шарнир J0, рычаг 28 , его опора 29 с рычагом 26 на оси 27, шток 25 и
компенсирующий поршень 19 с пружиной 20, дроссельная игла 18 ,
изодромный поршень 77 с пружиной 76, плавающий рычаг 27. Как
видно из рис.4.13, конструкция гибкой обратной связи аналогична
рассмотренной ранее (см.рис.4.10), поэтому и принцип действия ее
аналогичен.
Жесткая обратная связь включается между нагрузочным валом
70 и плунжером 15 золотника через задающую пружину 24. В конст­
рукцию жесткой обратной связи входят рычаг б, соединяющий нагру­
зочный вал с кулисой 4 , рычаг 2 жесткой обратной связи, регулирую­
щий кулачок J. Кулачок можно перемещать вдоль прорези рычага
жесткой обратной связи.
Профиль кулачка, которым он соприкасается с плунжером 9, опи­
рающимся нижним торцом на задающую пружину, выполнен по ок­
ружности, центр которой расположен на оси паза кулачка. Кулачок
может перемещаться вдоль или вокруг пальца J7, установленного в
проушине зубчатой втулки-рейки 8. Плунжер 9 установлен внутри
зубчатой втулки-рейки и может свободно перемещаться вдоль ее оси.
Втулка-рейка приводится в движение при помощи сектора 7, установ­
ленного на задающем валу 5. Совместно с втулкой-рейкой перемеща­
ется палец 31 у вынуждая кулачок 3 перемещаться вместе с плунжером
9, который своим нижним торцом изменяет натяжение задающей пру­
жины. При увеличении нагрузки частота вращения уменьшится и гру­
зы разойдутся, плунжер 15 опустится и поршень сервомотора начнет
перемещаться вверх и разворачивать нагрузочный вал 10 против часо­
вой стрелки, т. е. в сторону увеличения подачи топлива. Кулачок 3
начнет поворачиваться вокруг пальца 31 против часовой стрелки. Ес­
ли центр окружности (профиля кулачка) совпадает с осью пальца, то
поворот кулачка не вызовет перемещения плунжера 9, т. е. жесткая
обратная связь будет отключена. Если центр профильной части кулач­
ка смещен от оси пальца, то поворот кулачка вокруг его оси против
часовой стрелки вызовет подъем плунжера 9, и натяжение задающей
пружины уменьшится. Новое равновесное состояние регулятора на­
ступит уже при меньшей частоте вращения, т. е. появится неравно­
мерность регулирования. Изменение натяжения пружины под дейст­
вием жесткой обратной связи тем больше, чем больше смещен центр
жесткой окружности профильной части кулачка от оси пальца.
Регулирование жесткой обратной связи производится при снятой
верхней крышке регулятора и неработающем двигателе. Степень не­
равномерности изменяется смещением кулачка J относительно паль­
ца J7. Регулирование выполняют с помощью винта, соединяющего
153
кулачок в прорези рычага 2. Для увеличения степени неравномерно­
сти кулачок перемещают влево по пазу рычага и вновь закрепляют
винт. Степень неравномерности регулируется в пределах от нуля до
12 %.
Регулирование времени и качества переходного процесса (гибкой
обратной связи) рычажного регулятора аналогично регулированию
циферблатного регулятора.
Настройку регулятора на заданную частоту вращения производят
при помощи вала 5. Вал соединен системой тяг для дистанционного
управления. При повороте вала приводится во вращение зубчатый
сектор 7, который входит в зацепление с втулкой-рейкой 5, вызывая ее
возвратно-поступательное движение. При ее перемещении перемеща­
ется палец 31 и приводит в движение кулачок 3 . Кулачок своей
профильной частью воздействует на плунжер 9, а пос. гедний - на зада­
ющую пружину. При увеличении затяжки пружины частота враще­
ния возрастает, а при уменьшении - снижается.
В регуляторе предусмотрены настройки на ограничение мини­
мально устойчивой и предельной частоты вращения; с этой целью в
корпусе регулятора установлены регулировочные вш,гы, которые мо­
гут ограничивать перемещение сектора 7 в ту или иную сторону.
Рычажные регуляторы фирмы "Вудвард” UG-40 TL. В эти> ^гуляторах предус­
мотрены механизмы ограничения нагрузки (предельной подачи топлива) по заданной
частоте вращения и по давлению наддувочного воздуха. Особенностью работы механиз­
ма ограничения нагрузки по заданной частоте вращения являете1' то, что с ростом на­
грузки ограничивается разворот нагрузочного вала в сторону увеличения подачи топли­
ва пропорционально заданной частоте вращения. Конечным дейстопем этого механизма
является постановка плунжера золотника регулятора в нейтральное положение, что
вызывает остановку поршня сервомотора при его движении в сторону увеличения
подачи топлива. Эта остановка поршня сервомотора разная при разных затяжках зада­
ющей пружины регулятора: при большей затяжке пружины поршень сервомотора оста­
навливается выше, что соответствует большей предельной подаче топлива, при меньшей
затяжке пружины поршень сервомотора останавливается при меньшей предельной по­
даче топлива.
При разгоне главного двигателя внутреннего сгорания вследствие инерционности
газотурбонагнетателей рост давления наддува отстает от роста топливоподачи, что мо­
жет привести к неполному сгоранию топлива. В это время сильфон механизма ограниче­
ния по давлению воздуха наддува через соответствующий механизм воздействует на
плунжер золоЩика регулятора и устанавливает его в нейтральное положение, ограни­
чивая тем самым количество подаваемого топлива. По мере нарастания давления надду­
вочного воздуха ограничение снимается, и двигатель постепенно разгоняется.
Регулятор ВРН-30. Эти регуляторы выпускаются отечественной
промышленностью для установки на двигатели средней мощности. Ре­
гулятор непрямого действия, с гидравлическим усилительным устрой­
ством, всережимный, реверсивный, с гибкой и жесткой обратной свя­
зями. Момент, создаваемый на выходном валу, составляет 300 Н-см,
пределы регулирования степени неравномерности 0-6 %, давление
масла в аккумуляторе 0,7 МПа.
Измерительная и усилительная части регулятора, гибкая обрат­
ная связь и устройство для быстрой остановки двигателя приведены на
рис. 4.14. В нижней части шлицевого приводного валика 1 установле­
на ведущая шестерня 3 реверсивного маслонасоса. Эта шестерня при-
154
I5 16 17 18 19 20
21
Рис. 4.14. Измеритель, усилитель и гибкая обратная связь регулятора частоты враще­
ния ВРН-30
водит во вращение ведомую шестерню 2. В конструкции маслонасоса
имеются две пары (всасывающие и нагнетающие) шариковых клапа­
нов. Масло из масляной ванны регулятора засасывается насосом и
поступает на аккумулятор масла (на рисунке не показан). На верхнем
конце валика установлена шестерня S, которая приводит во вращение
шестерню 9 и далее траверсу, на которой установлены два угловых
груза 11 *. Нижние концы грузов через упорную шайбу соприкасают­
ся с внутренней обоймой шарикоподшипника 72. Верхняя часть плун­
жера 6 золотниковой втулки 7 установлена во внутренней обойме под­
шипника и при работе регулятора вращается совместно с грузами. На
наружную обойму подшипника сверху напрессована нижняя тарелка
13 задающей пружины 14. Грузы расположены в чаше 10 измерителя,
что предотвращает вспенивание масла при вращении грузов.
Золотниковая втулка 7 запрессована в корпус регулятора и имеет
четыре ряда окон: верхний ряд окон соединен со сливной ванной регу­
лятора ратм , второй сверху - с нижней частью цилиндра сервомотора,
третий - с аккумулятором масла рм, четвертый - тоже со сливной
* Следует отметить, что передача вращения от шестерни 9 к грузам 11 произво­
дится через пружинно-масляный демпфер, конструкция которого в данном описании
регулятора не рассматривается.
155
ванной ратм. Два нижних пояска плунжера являются управляющими:
в состоянии, показанном на рисунке, плунжер находится в нейтраль­
ном положении, так как нагнетательный и сливной каналы перекры­
ты, и масло не поступает и не выходит из цилиндра сервомотора.
Поршневой гидравлический сервомотор дифференциального типа
состоит из верхнего поршня 27, передвигающегося во втулке. Верхняя
часть втулки закрыта крышкой, под которой имеется канал, идущий к
аккумулятору масла рм. Нижний поршень 22 перемещается в своей
втулке, нижняя часть которой соединена каналом со вторым рядом
окон золотниковой втулки.
При увеличении частоты вращения грузы расходятся, плунжер
поднимается и нижняя полость цилиндра сервомотора сообщается с
масляной ванной. Так как на верхний поршень постоянно действует
давление масла от аккумулятора, то оба поршня начнут двигаться
вниз.
При уменьшении частоты вращения нижняя полость цилиндра
сервомотора сообщится с аккумулятором масла и, поскольку площадь
нижнего поршня больше, чем верхнего, оба поршня начнут передви­
гаться вверх.
Перемещение поршней передается через рычаг 20 с шаровой опо­
рой на нагрузочный вал 19 регулятора. На выходящем из корпуса
регулятора выходном конце вала установлена серьга 18 для подсоеди­
нения привода рейки топливных насосов.
Механизм гибкой (изодромной) обратной связи представляет со­
бой гидравлическую связь между поршнями 21 и 22 сервомотора и
плунжером 6. Перемещение поршней сервомотора вызывает переме­
щение рычага 20 и поворот нагрузочного вала 19 вокруг своей оси. В
результате этого изменяется подача топлива, и одновременно рычаг
17 поворачивается вокруг оси нагрузочного вала. Левый конец рычага
вызывает перемещение пальца 16 изодрома, подпружиненного пру­
жиной 15. Под торцом пальца создается давление или разрежение
масла. Поэтому изодромный поршень 4 начинает перемещаться и че­
рез свою пружину 5 перемещает плунжер 6 золотника.
При увеличении нагрузки на двигатель частота вращения умень­
шится, грузы чувствительного элемента сойдутся и плунжер опустит­
ся. Под поршнем 22 сервомотора создастся давление масла рм, и порш­
ни сервомотора начнут двигаться вверх, поворачивая нагрузочный вал
против часовой стрелки. Это перемещение вала вызовет увеличение
подачи топлива и создание давления масла под пальцем изодрома, так
как палец опускается. Изодромный поршень 4 начнет двигаться вверх
ввиду того, что масло из изодромной камеры не сможет через изодромную иглу 24 полностью перетечь в сливную ванну (сечение изодром­
ной иглы небольшое). Пружина 5 будет сжиматься и перемещать
плунжер золотника вверх, до его нейтрального положения. Как только
плунжер займет нейтральное положение, поршни сервомотора и па­
лец изодрома остановятся.
В результате увеличения подачи топлива частота вращения ко­
156
ленчатого вала возрастет, начнет увеличиваться инерционная сила
грузов чувствительного элемента, которые будут стремиться поднять
плунжер золотника. Но одновременно в результате перетекания масла
из изодромной камеры через изодромную иглу 24 в масляную ванну
давление масла под изодромным поршнем начнет уменьшаться, и он
опустится, разгружая пружину 5, которая была сжата. Таким обра­
зом, снизу к плунжеру золотника будет приложена сила, противодей­
ствующая силе, создаваемой грузами чувствительного элемента. Поэ­
тому плунжер золотника будет находиться в нейтральном положении.
Если какая-то из этих сил будет больше другой, плунжер золотника
выйдет из нейтрального положения, но уже на незначительную вели­
чину, и процесс регулирования повторится с меньшими, затухающи­
ми перемещениями звеньев регулятора. Процесс регулирования за­
кончится, когда частота вращения будет соответствовать заданной,
т. е. усилие задающей пружины будет соответствовать инерционной
силе грузов чувствительного элемента, а пружина 5 изодромного пор­
шня будет иметь нулевое натяжение. Давление в изодромной камере
будет равно давлению в масляной ванне - атмосферному.
При уменьшении нагрузки работа гибкой обратной связи проис­
ходит в обратном направлении: плунжер поднимается, поршни серво­
мотора опускаются, подача топлива уменьшается, под пальцем изо­
дрома создается разрежение, изодромный поршень опускается, пру­
жина 5 растягивается, возвращая плунжер в нейтральное положение.
Грузы чувствительного элемента стремятся сойтись в результате
уменьшения подачи топлива и соответственно частоты вращения и
передвинуть плунжер вниз. Но одновременно в результате подсоса
масла через дроссельную иглу давление в изодромной камере повыша­
ется, и изодромный поршень начинает двигаться вверх, сжимая пру­
жину. Поэтому плунжер золотника опять же остается в нейтральном
положении или выходит из него на небольшую величину.
Механизм быстрого выключения подачи топлива (аварийной ос­
тановки двигателя) путем постановки поршней сервомотора на нуле­
вую подачу топлива состоит из разобщительного плунжера 25 и плун­
жера 23 стоп-золотника. Привод разобщительного плунжера 25 может
производиться вручную, путем нажатия на него и смещения вправо,
либо дистанционно, с помощью электромагнитного устройства. В лю­
бом из этих случаев перемещение плунжера 25 вправо вызовет подачу
масла от аккумулятора к нижнему торцу стоп-золотника, и плунжер
23 поднимется, соединив нижнюю полость цилиндра сервомотора че­
рез свое сверление с масляной ванной. Поршни сервомотора займут
крайнее низшее положение, что вызовет постановку топливной рейки
на нулевую подачу топлива и остановку двигателя.
*^31ёханизм регулируемой жесткой обратной связи представлен на
рис. 4.15. При увеличении частоты вращения грузы 3 расходятся, пре­
одолевая натяжение задающей пружины 4> и плунжер 2 золотниковой
втулки 1 перемещается вверх. Нижняя полость цилиндра 27 сервомо­
тора сообщается со сливной ванной ратм , и поршни сервомотора 24 и
157
У
10
11
Рис. 4.15. Жесткая обратная связь и механизм задания частоты вращения регу­
лятора ВРН-30
26 перемещаются вниз. Рычаг 25 поворачивает нагрузочный вал 23 по
часовой стрелке, что вызывает уменьшение подачи топлива. Рычаг 22
поворачивается совместно с нагрузочным валом по часовой стрелке,
поворачивая ведущий рычаг 21 вокруг его оси 18 против часовой
стрелки. Ведущий рычаг через палец 19 приводит во вращение Т-образный рычаг 17 вокруг его оси 15 тоже против часовой стрелки. Т-об­
разный рычаг своей шаровой опорой 20 вызывает поворот суммирую­
щего рычага 14 вокруг правой опоры задающего рычага 5 против часо­
вой стрелки. Своим верхним концом суммирующий рычаг через ось 13
опускает колпак 12 вниз, увеличивая тем самым затяжку задающей
пружины 4 и перемещая плунжер 2 вниз, до своего нейтрального поло­
жения. Таким образом, новое равновесное состояние при уменьшении
нагрузки наступит уже при более высокой частоте вращения в резуль­
тате увеличения затяжки пружины механизмом жесткой обратной
связи.
При уменьшении частоты вращения (увеличение нагрузки) дей­
ствие жесткой обратной связи будет происходить в обратном направ­
лении, и по окончании переходного процесса затяжка пружины
уменьшится, т. е. регулятор будет поддерживать более низкую частоту
вращения.
Настройка жесткой обратной связи, вызывающая изменение сте­
пени неравномерности в пределах 0-6 %, производится при помощи
винта 16 , который перемещает ось 19. Если при помощи винта ось 19
поднять до совмещения ее с осью 18, то действие жесткой обратной
связи будет равно нулю. Действительно, в этом случае перемещение
ведущего рычага 27 не будет вызывать перемещения Т-образного ры­
чага, он будет стоять на месте, и статическая ошибка будет нулевой.
158
По мере перемещения опоры 19 вниз неравномерность регулирования
будет увеличиваться. Для настройки на заданную степень неравно­
мерности необходимо снять верхнюю крышку регулятора и винтом 16
установить необходимую степень неравномерности; пять оборотов
винта изменяют степень неравномерности приблизительно на один
процент. Настройка регулятора на заданную частоту вращения произ­
водится при помощи механизма задания, который состоит из рычага 5
задания, установленного на валу 6 задания частоты вращения. Привод
вала задания осуществляется через серьгу 8 , в прорези которой нахо­
дится ползунок 77, имеющий внутреннюю резьбу под винт 70. Вращая
маховичок 9, производят перемещение ползунка вдоль вала и поворот
вала задания, который через задающий рычаг производит воздействие
на суммирующий рычаг 14, а тот, в свою очередь, своим верхним
концом увеличивает или уменьшает натяжение задающей пружины,
т. е. в конечном итоге меняется заданная частота вращения. При уве­
личении затяжки задающей пружины частота вращения увеличивает­
ся, при уменьшении - уменьшается.
Шпилька 7, ввернутая в корпус регулятора, служит для ограниче­
ния предельного значения заданной частоты вращения. Задав пре­
дельную частоту вращения механизмом задания, шпильку вворачива­
ют до упора в левый конец рычага 5 и ставят контргайку. Дальнейшая
затяжка задающей пружины и повышение заданной частоты враще­
ния невозможны.
Регулировка гибкой обратной связи при помощи изодромной иглы
производится при минимальной частоте вращения, ковда степень не­
равномерности нулевая или близкая к нулю. Отвернув колпачковую
гайку, закрывающую иглу, последнюю выворачивают на 3-4 оборота и
дают проработать двигателю 2-3 мин. Затем, постепенно завертывая
иглу, добиваются устойчивой работы двигателя. При этой регулировке
следует помнить, что чрезмерно малое открытие отверстия (менее 1/8
оборота от упора в седло) замедляет действие регулятора, увеличивая
время переходного процесса. Большое открытие отверстия вызывает
неустойчивую работу двигателя, особенно на холостом ходу. Для про­
верки правильности регулировки рейку топливных насосов сдвигают в
сторону уменьшения подачи топлива, а затем резко отпускают. Если
отклонения частоты вращения от заданного значения будут умень­
шаться и двигатель войдет в равновесный режим в течение 3-5 с, на­
стойка считается удовлетворительной.
Техническое обслуживание регуляторов непрямого действия включает ежеднев­
ный контроль и технические уходы через определенное количество часов работы.
Ежедневный контроль осуществляется за температурой регулятора, которая не
должна превышать 60-70°С (проверяется на ощупь), за уровнем масла по масломерному
стеклу, за отсутствием посторонних шумов внутри регулятора.
При техническом уходе № 1 (проводится через 700-800 ч работы) проверяют
состояние передачи от регулятора к рейке топливных насосов, легкость перемещения
нагрузочного вала регулятора (при отсоединенной рейке топливных насосов), легкость
перемещения топливной рейки, легкость проворачивания механизмов местного и дис­
танционного задания частоты вращения, состояние масла в ршуляторе (визуально).
Технический уход № 2 производится через 3000 ч работы, но не реже одного раза в
159
шесть месяцев. Он предусматривает работы технического ухода № I t а также смену
масла.
Для замены масла регулятор снимают с двигателя, сливают отработанное масло
через верхнюю заливную пробку, тщательно промывают регулятор подогретым
профильтрованным марюм той ж е марки, которое будет заливаться в регулятор. При
промывке ре1улятора дизтопливом необходимо выполнять ее по возможности быстрее, с
последующим ополаскиванием свежим маслом. После промывки регулятор устанавли­
вают на двигатель и заливают свежее подогретое масло.
После замены масла у изодромных регуляторов производят настройку гибкой об­
ратной связи.
§ 31. Настройки регуляторов частоты вращ ения
при параллельной работе двигателей
При параллельной работе судовых двигателей внутреннего сгора­
ния регуляторы частоты вращения должны выполнять функции под­
держания частоты вращения и распределения нагрузки меж ду работа­
ющими агрегатами.
Если при параллельной работе какой-то двигатель перегружает­
ся, то для его разгрузки необходимо уменьшить затяжку его задающей
пружины - тогда регулятор частоты вращения уменьшит подачу топ­
лива и двигатель разгрузится. Этому условию удовлетворяют пропор­
циональные регуляторы прямого действия и регуляторы непрямого
действия с жесткой обратной связью.
Рассмотрим принципы параллельной работы двух дизель-генера­
торов (рис. 4.16). Первый дизель-генератор работает по статической
характеристике 1, поддерживая заданную частоту тока в сети при
Рис. 4.16. Статические характеристики двух двигателей при парал­
лельной работе на общую нагрузку
160
различных значениях нагрузки в пределах неравномерности /m ax-/m in .
Предположим, что мощность N i составляет 80-90 % от номинальной,
а частота тока в сети /min соответствует установившемуся режиму в
точке А . Если предполагается дальнейший рост нагрузки, то во и збе­
жание перегрузки дизель-генератора 1 необходимо ввести в парал­
лельную работу дизель-генератор 2 и распределить нагрузки между
ними поровну. Для этого запускают второй дизель-генератор, и на
холостом ходу-задающей пружиной его регулятора задают частоту /min
(характеристика 2). Для того чтобы генератор 2 принял на себя часть
нагрузки, затяжку пружины его регулятора еще увеличивают, пере­
ходя на характеристику 3. Как видно из графика, в этот момент общая
нагрузка Л^бщ распределена равномерно между обоими дизель-гене­
раторами (Ni=Ni). При изменении общей нагрузки (а следовательно,
и общей частоты тока в сети) в данном случае распределение нагрузки
уж е не будет равномерным. Если характеристику двигателя 2 еще
"поднять" до положения 4, то видно, что при любой общей нагрузке
N 0бщ двигатель 2 будет всегда бол ее нагруж ен, чем двигатель 1
(N 2N 1) . Из вышеприведенного видно, что чем меньше статическая
ошибка (неравномерность регулирования), тем большую нагрузку бе­
рет на себя двигатель при параллельной работе. Поэтому при настрой­
ке на параллельную работу двигателей разной мощности более мощ­
ному двигателю задают меньшую степень неравномерности.
Чтобы обеспечить равномерное распределение мощности при всех
возможных значениях общей нагрузки, статические характеристики
однотипных двигателей должны быть одинаковыми и на рис. 4.17, а
представлять зеркальное отражение одна другой относительно оси / .
Тогда, как видно из графика, при любой общей нагрузке (No6m, или
N tfw )N[=N2 и N i= N i
Однако такое совмещение практически невозможно создать, так
как жесткости задающих пружин однотипных регуляторов различны
и, кроме того, каждый регулятор с приводом к топливной рейке имеет
Рис. 4.17. К настройке двигателей на параллельную работу при общей нагрузке
161
зону нечувствительности Е. Поэтому в пределах этой зоны (рис. 4.17,
б) нагрузка может самопроизвольно изменяться на величину A N i для
двигателя 7 и на величину Л N 2 для двигателя 2. Очевидно, чем шире
зона нечувствительности, тем больше разница между нагрузками дви­
гателей. Влияние нечувствительности на перераспределение нагрузок
усиливается с уменьшением неравномерности и по мере увеличения
износа в звеньях автоматической системы. Поэтому следует периоди­
чески проверять, а при необходимости подстраивать автоматические
системы регулирования частоты вращения двигателей, работающих в
параллель.
Максимальная степень неравномерности для параллельно работа­
ющих двигателей на общий редуктор может быть до 10 %, а для двига­
телей, работающих на генератор переменного тока, - до 2 %. Произво­
дить настройку на параллельную работу дизель-генераторов рекомен­
дуется в такой последовательности:
- при индивидуальной нагрузке двигателя в 50 % задать каждому
двигателю частоту вращения (задающей пружиной), соответствую­
щую частоте генератора в 50 Гц;
- задать степень неравномерности каждому двигателю, равную
2% ;
- вновь нагрузить индивидуально каждый двигатель нагрузкой в
50 %, проверить, чтобы частота вращения соответствовала частоте
тока 50 Гц;
- ввести двигатели в параллельную работу и изменить общую
нагрузку; у двигателя, который при набросе общей нагрузки недогру­
жается, - уменьшить степень неравномерности. Вновь при 50 % инди­
видуальной нагрузки этого двигателя задать (проверить) частоту вра­
щения, которая должна соответствовать частоте тока в 50 Гц. Ввести
двигатели в параллельную работу и проверить ее при изменении об­
щей нагрузки.
Правильно настроенный регулятор частоты вращения должен со­
ответствовать следующим требованиям Регистра СССР:
- при мгновенном сбросе 100 % нагрузки или мгновенном набросе
70 % нагрузки максимальное отклонение частоты вращения не долж­
но превышать 10 %;
- при сбросе 100 % или набросе 100 % нагрузки вновь установив­
шаяся частота вращения не должна отличаться от заданного значения
более чем на 5 %;
- колебания частоты вращения дизель-генераторов переменного
тока при изменении нагрузки в пределах 25-100 % должны находить­
ся в пределах 1 %.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются регуляторы частоты вращения?
2. Каковы конструкция и принцип действия регулятора частоты вращения двига­
теля Д-6?
3. Опишите регулятор двигателя НФД-36.
162
4. Как производится настройка регуляторов частоты вращения прямого действия
на заданную частоту вращения?
5. Опишите регулятор частоты вращения двигателя 6425/34. Как осуществляют
настройку на заданную частоту вращения и на заданную степень неравномерности?
6. Как влияет увеличение степени неравномерности регуляторов прямого действия
на динамический процесс (кодирования?
7. Как осуществляют включение пропорциональных регуляторов непрямого дейст­
вия в работу по предельной схеме регулирования частоты вращения?
8. Опишите пропорциональный регулятор "Вудвард-SE", его принцип действия,
настройку на заданную частоту вращения и на заданную степень неравномерности.
9. Опишите ре1улятор Р13М-2КЕ. Как выполняют настройку жесткой и гибкой
обратных связей?
10. Опишите регулятор "Вудвард-UG" циферблатного исполнения, его принцип
действия, настройки.
11. Опишите ре 1улятор "Вудвард-UG" рычажного исполнения. Каковы конструк­
ция и настройка жесткой обратной связи?
12. Опишите регуляторы "Вудвард-1Ю-40-ТЬи. Как выполняется устройство огра­
ничения предельной подачи топлива при заданной частоте вращения и по давлению
наддувочного воздуха?
13. В чем заключается технический уход за регуляторами непрямого действия во
время эксплуатации?
14. Регулятор ВРН-30. Принцип действия настройки на заданную частоту враще­
ния, гибкой обратной связи, жесткой обратной связи?
15. Как производится настройка регуляторов при параллельной работе двигателей
внутреннего сгорания?
ГЛАВА 5
СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ, АВАРИЙНОЙ
ЗАЩ ИТЫ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ
БЛОКИРОВКИ СЭУ
§ 32. Дискретные системы оперативного контроля
Оперативный контроль параметров работы СЭУ осуществляется
путем непрерывного измерения этих параметров и выдачи предупре­
дительных сигналов в тех случаях, когда их значения выходят за
пределы допускаемых в процессе эксплуатации.
Простейшая функциональная схема дискретной системы автома­
тической сигнализации приведена на рис. 5.1. Объект управления по­
лучает какое-то количество энергии или вещества Qi через исполни­
тельный орган и перерабатывает это количество в другой вид энергии
или вещества Qz* Контролируемые параметры объекта ATbxI , АТвх2 и т.д.
(их может быть намного больше) замеряются первичными приборами
№ 1, 2 и т. д. (контрольно-измерительные приборы с контактными
стрелками, сигнализаторы теплотехнического контроля и т. д.). При
163
Звуковой прибор
Q
Рис. 5.1. Функциональная блок-схема дискретной системы автоматической сигнали­
зации
достижении контролируемыми параметрами предельных значений
первичные приборы подают сигналы ХВых1, ^вых2 и т. д. на световые
приборы (сигнальные лампы, электротабло и др.), а также на общий
звуковой прибор (ревун, колокол громкого боя и др.). Таким образом,
система аварийно-предупредителццой сигнализации только оповеща­
ет обслуживающий персонал о достижении контролируемым парамет­
ром предельного значения, но на объект управления никакого воздейстдиллерез исполнительный орган не оказывает,
Система аварийно-предупредительной сигнализации должна вы­
полняться согласно правилам Регистра СССР. Эти требования следу­
ющие:
а) по главным двигателям внутреннего сгорания - контроль и сиг­
нализация по минимальному давлению масла в системе смазки, мини­
мальной и максимальной температуре масла, минимальному и макси­
мальному уровню масла в сточной цистерне, подаче масла на выходе
из лубрикатора, давлению, температуре и уровню масла в системе
смазки турбонагнетателя, минимальному давлению и максимальной
температуре воды охлаждения цилиндров, минимальному давлению и
максимальной температуре охлаждающей среды поршней и форсунок,
минимальному уровню воды в расширительных цистернах, мини­
мальному давлению забортной воды, минимальной и максимальной
вязкости топлива, минимальному уровню топлива в расходной цис­
терне, максимальной температуре топлива, минимальной и макси­
мальной температуре отходящих газов по каждому цилиндру, мини­
164
мальной и максимальной температуре продувочного воздуха, мини­
мальному давлению пускового воздуха, максимальной нагрузке дви­
гателя при его работе на винт регулируемого шага;
б) по вспомогательным двигателям внутреннего сгорания - конт­
роль и сигнализация по минимальному давлению и максимальной
температуре масла в системе смазки, максимальной температуре и
минимальному давлению воды системы охлаждения, минимальному
давлению пускового воздуха, максимальной температуре отходящих
газов в выхлопном коллекторе, минимальному уровню топлива в рас­
ходной цистерне.
Кроме параметров, характеризующих работу судовых двигателей
внутреннего сгорания, контролю подлежат параметры, характеризу­
ющие работу судовой силовой установки в целом, а именно: темпера­
тура подшипников валопровода и дейдвуда, температура, уровень и
давление масла в системе винта регулируемого шага, температура и
давление масла в главном редукторе и муфтах сцепления, уровень
воды в машинном помещении и др.
Особенностью сигнализации по перегрузке двигателя является то,
что если величину нагрузки дизель-генератора можно определить
прямым путем (по ваттметру на главном распределительном щ ите), то
нагрузку главного двигателя определяют косвенными путями: по тем­
пературе отходящих газов или по положению рейки топливных насо­
сов.
Контроль за перегрузкой двигателя по температуре отходящих
газов является предпочтительнее, но вместе с тем температура про­
дуктов сгорания при выпуске не всегда характеризует перегрузку дви­
гателя. Так, при неправильной установке угла опережения подачи
топлива или подтекании форсунки температура отходящих газов тоже
повышается.
На двигателях с турбонаддувом повышение частоты вращения га­
зотурбинного нагнетателя тоже в какой-то мере характеризует на­
грузку двигателя, но опять же этот параметр находится в зависимости
от качества топливной аппаратуры двигателя.
Контроль по положению рейки топливных насосов имеет преиму­
щество ввиду простоты устройства (необходимы только конечные вы­
ключатели) и потому, что величина подачи топлива за цикл в любом
случае характеризует степень нагрузки двигателя. В настоящее время
этот метод наиболее распространен.
Рассмотрим типовую схему автоматического контроля и сигнали­
зации, выполненную по трем параметрам: повышение температуры
воды, понижение давления масла, понижение уровня топлива (прак­
тически такие системы контролируют гораздо больше параметров, но
чтобы не приводить громоздкую схему, остановимся на трех вышепе­
речисленных - рис. 5 .2 ). Схема электрическая, питается током низко­
го напряжения 12-24 В, для отключения схемы применен переключа­
тель 77общ.
При повышении температуры до определенного, заданного, зна-
165
Рис. 5.2. Упрощенная схема автоматического контроля и сигнализации судового дви­
гателя внутреннего сгорания
чения замыкаются контакты сигнализатора температуры (подробно
конструкцию сигнализаторов температуры см. в гл.1). Катушка про­
межуточного электромеханического сигнализатора P T получает пита­
ние, и его контакты P T в цепи сигнального табло "Высокая температу­
ра" замыкаются. На табло высвечивается указанная надпись. Одно­
временно вторая пара контактов P T замыкается, и подается питание
на два ревуна, установленных в центральном посту управления и ма­
шинно-котельном отделении. Для отключения ревунов предусмотрен
выключатель Я 3. Следует отметить, что в некоторых схемах вторая
пара контактов промежуточного электромеханического сигнализато­
ра включает отдельную катушку электромеханического сигнализато­
ра ревунов, контакты которой производят включение ревунов.
Сигнализация по понижению уровня выполнена аналогичным об­
разом - при понижении уровня срабатывает сигнализатор уровня СУ,
своими контактами включая катушку промежуточного электромеха­
нического сигнализатора уровня РУ, контакты которого включены в
цепь табло "Низкий уровень" и в цепь ревунов.
Сигнализация по давлению выполнена двухламповой: при вели­
чине давления выше минимально допустимого на пульте управления
горит зеленая лампа 3, при понижении давления ниже предельно до­
166
пустимого зеленая лампа гаснет, а загорается красная К с одновремен­
ной подачей звукового сигнала.
Это происходит следующим образом: при понижении давления
замыкаются контакты сигнализатора давления СД, и катушка проме­
жуточного электромеханического сигнализатора Р Д получает пита­
ние. Ее нормально замкнутые контакты, установленные в цепи зеле­
ной лампы, размыкаются, нормально открытые в цепи красной лам­
пы - замыкаются. Одновременно замыкаются и контакты Р Д в цепи
ревунов.
Для проверки исправности ламп, табло и ревунов в схеме предус­
мотрена кнопка ’’Контроль сигнализации” (на рисунке не показана).
При ее нажатии все лампы, табло и ревуны получают питание помимо
управляющих контактов (последние шунтируются). Если какая-либо
лампа, табло или ревун не сработают при этом, то это свидетельствует
о дефекте вторичного прибора или предохранителя, установленного в
его цепи.
Настройка систем автоматической сигнализации такого типа производится во вре­
мя средних ремонтов двигателей. B процессе эксплуатации необходимо периодически
производить плановые технические обслуживания.
Плановое техническое обслуживание должно предусматривать комплекс мероп­
риятий, направленных на поддержание работоспособности всех узлов системы в период
эксплуатации.
Плановое техническое обслуживание № 1 (ПТО-1) производится ,раз в месяц с
целью поддержания в исправности и наружной чистоте средств автоматизации. При
ПТО-1 необходимо:
- удалить загрязнения с наружных частей средств автоматизации;
-проверить отсутствие наружных повреждений, а также отсутствие вредных воз­
действий (повышенная вибрация, течи и т. д.) на приборы и линии связи;
- проверить надежность подключения и контактных соединений, целостность э к ­
ранирующих оболочек кабелей, надежность заземления, соответствие в схемах элект­
рических предохранителей штатным;
- проверить параметры питания;
- проверить правильность функционирования по показаниям контрольно-измери­
тельной аппаратуры, засветке табло, ламп и т. д.
ПТО-2 проводится один раз в три месяца с целью проверки технического состоя­
ния и поддержания технического состояния системы автоматической сигнализации ра­
ботоспособности. При ПТО-2 кроме работ, предусмотренных при ПТО-1, необходимо:
- проверить исправность узлов, деталей, элементов аппаратуры, очистить ее от
нагара, накипи, коррозии (без разборки);
- проверить и восстановить герметичность крышек, фланцев, сальниковых вводов,
а также всех щитов, шкафов, пультов водозащищенного исполнения;
- проверить работоспособность всей системы по всем параметрам сигнализации и,
если необходимо, произвести их регулировку.
ПТО-3 проводится с целью всесторонней проверки и наиболее полного восстанов­
ления работоспособности системы в период между плановыми заводскими ремонтами,
проводится один раз в год.
При ПТО-3 необходимо:
- выполнить работы в объеме ПТО-2 с разборкой и дефектацией аппаратуры кон­
троля, заменой неисправных деталей и при необходимости произвести соответствующие
регулировки;
- произвести техническое обслуживание запасными частями согласно инструкции
по эксплуатации.
167
§ 33. Системы централизованного контроля
Системы автоматического централизованного контроля являются
последующим этапом развития систем автоматической сигнализации
и контроля. Первичными приборами этих систем являются малогаба­
ритные датчики, преобразующие текущие значения контролируемых
параметров в электрические сигналы. Упрощенная функциональная
схема системы централизованного контроля приведена на рис. 5.3.
Сигналы от датчиков (первичные измерения) непрерывно посту­
пают на коммутатор (переключающее устройство), обеспечивающий
обегающее подключение датчиков. Далее сигналы поступают в цент­
ральный блок обработки данных (сложное электронное устройство), а
затем на блок аварийной сигнализации и блок контроля и регистрации
текущих значений контролируемых параметров.
Системы централизованного контроля выполняют, таким обра­
зом, следующие функции:
- измерение параметров рабочего процесса и представление их
значений на цифровых приборах;
- регистрацию значений контролируемых параметров на специ­
альных бланках;
- подачу светового или звукового сигнала при отклонении пара­
метра от заданного значения.
Рассмотрим более подробно функциональную схему системы цен­
трализованного контроля (рис. 5.4).
Рабочие параметры измеряются датчиками разного рода, которые
преобразуют значение контролируемой величины в пропорциональ­
ный электрический сигнал (ток, напряжение). Преобразователями
могут быть: термометры сопротивления, преобразователи давления,
электротахометры, топливные расходомеры, преобразователи элект­
рической мощности, емкостные датчики уровня и т. д.
Рис. 5.3. Упрощенная функциональная схема системы централизованного контроля
168
Рис. 5.4. Функциональная схема системы централизованного контроля
В автоматическом переключателе производится поочередное под­
ключение (обегание) всех датчиков со скоростью до 10 каналов в се­
кунду и выше, что позволяет довольно быстро обнаружить предаварийное состояние какого-либо параметра.
Первым шагом в обработке сигнала после переключателя являет­
ся усиление низковольтного сигнала преобразователя, лежащего
обычно в пределах 0-100 мВ, приблизительно до 0-5 В. При оценке
сигнала важно сравнить его с верхним и нижним предаварийным уров­
нем. Это сравнение необходимо произвести как можно раньше в по­
следовательной цепи с тем, чтобы неисправная работа на других уча­
стках обработки сигналов не сказывалась на его способности обнару­
живать предаварийное состояние. Сравнение с целью выявления предаварийного значения контролируемого параметра производится
сравнением напряжения от преобразователя с предельными уровнями
напряжения, установленными на потенциометрах в блоке памяти.
При повышении предаварийного уровня вводится в действие под­
программа (выдача аварийного сигнала), которая приводит в действие
устройства: световой индикатор, звуковой сигнал и подается одновре­
менно через блок регистрации предаварийного значения на печатаю­
щее устройство (запись аварийных значений). Запись на печатной
169
машинке обычно производится при помощи ленты красного цвета. На
бланке проставляется время через небольшие промежутки, чтобы
можно было определить, в какое время величина контролируемого
параметра вышла за заданные значения. Перемещение бланка диаг­
раммы связано с электронными часами, благодаря которым на диаг­
рамме фиксируется время суток,
В цифровой части системы централизованного контроля каждый
сигнал подается на свой преобразователь, затем на масштабный пре­
образователь, в котором значение сигнала в вольтах переводится в
цифровую форму. В цифровых системах применяется двоичная систе­
ма счета, в которой числа выражаются единицами и нулями. Однако
все численные значения выдаются через блок выдачи данных уж е пе­
реведенные в десятичную систему. В масштабном блоке имеются уси­
лители для превращения сигнала от каждого преобразователя в техни­
ческие показатели соответствующего параметра.
Для мгновенного вызова значения контролируемого параметра
применяется устройство с кнрпкой вызова. Чтобы в любой момент
времени узнать значение контролируемого параметра, достаточно на­
жать на соответствующую клавишу (кнопку), и необходимый датчик
будет подключен к цифровой части системы помимо автоматического
переключателя. На табло высветится соответствующее значение кон­
тролируемого параметра на данный момент (без записи на диаграм­
ме). Такие адресные панели устанавливаются на всех системах цент­
рализованного контроля.
О предаварийном состоянии оповещение производится с помощью
ревуна и мигающей лампы, обозначающей аварийный канал. После
нажатия кнопки принятия сигнала ревун отключается, а мигание лам­
пы продолжается до тех пор, пока величина контролируемого пара­
метра не войдет в допустимые пределы.
Для контроля работоспособности системы централизованного
контроля применяется аварийное сравнивающее устройство, которое
подает сигнал в случае отказа какого-либо блока (самоконтроль) с
подачей светового сигнала.
Следует отметить, что системы такого типа являются универсаль­
ными и пригодны для любых типов энергетических установок. Перио­
дичность выдачи печатной информации текущих значений контроли­
руемых параметров устанавливается с помощью переключателя в
один, два и четыре часа, что исключает запись параметров в машин­
ный журнал.
Во время эксплуатации системы централизованного контроля не
ремонтируются; при выходе из строя отдельных блоков последние за­
меняются. Периодически необходимо производить очистку рабочих
170
поверхностей датчиков от нагара, накипи, масла, производить провер­
ку правильности показаний по контрольным приборам.
§ 34. Аварийная защита, вызывающая остановку
двигателя
Аварийная защита - это вид управления, заключающийся в пред­
отвращении или локализации аварии. Аварийную защиту судовых
двигателей внутреннего сгорания можно подразделить на следующие
виды:
- защита, вызывающая остановку двигателя;
- защита, вызывающая перевод двигателя на более облегченный
режим работы (защита двигателя от перегрузки);
- защита, не дающая возмбжности произвести управляющее воз­
действие на двигатель, которое может повлечь к его аварии (автомати­
ческая блокировка).
Вопрос о целесообразности применения аварийной защиты для
судовых двигателей в каждом отдельном случае решается отдельно.
Для вспомогательных дизель-генераторов аварийная защита необхо­
дима, так как двигатели являются высоконапряженными и устанавли­
ваются в специальном изолированном отсеке, где не несется постоян­
ная вахта. Вспомогательные двигатели защищаются по раду парамет­
ров: превышение частоты вращения, понижение давления масла в си­
ст ем е см а зк и , п о н и ж е н и е д ав л ен и я п р есн ой воды систем ы
охлаждения, повышение температуры пресной воды системы охлаж­
дения. Аварийная защита главных двигателей устанавливается в том
случае, если главных двигателей два и больше, так как остановка
одиночного главного двигателя при проходе судном узкостей, швар­
товных операций, плавании в тумане может привести к остановке
судна в самый ответственный момент и лишить судно маневриро­
вания.
Аварийная защита главных двигателей производится по следую­
щим параметрам: превышение частоты вращения, падение давления
масла в системе смазки, повышение температуры воды системы ох­
лаждения, понижение уровня масла или воды в расширительной цис­
терне и др. При аварийной защите главного двигателя должно быть
предусмотрено его отключение от главного редуктора.
Так как все двигатели снабжены регуляторами частоты враще­
ния, то при срабатывании системы защиты необходимо, чтобы регуля­
тор установил рейку топливных насосов в положение нулевой подачи.
Для этой цели регуляторы частоты вращения непрямого действия
снабжаются соленоидными устройствами, при обесточивании кату­
шек которых происходит подача команды для постановки поршня сер­
вомотора регулятора в положение нулевой подачи.
Рассмотрим соленоидное стройство (рис. 5 .5 ), которое применяет­
171
11 11 13 т
Рис. 5.5. Соленоидное устройство для остановки
двигателя через регулятор частоты вращения
ся совместно с регулятора­
ми частоты вращения не­
прямого действия. В кор­
п усе 10 соленоида уста­
новлена катушка 7, намо­
тан н ая на кар к ас 6.
С ердечник 8 сол ен ои да
при подаче питания на ка­
тушку втягивается вверх
до упора в регулировоч­
ный болт 9. Снизу к кор­
пусу соленоида крепится
фланец 5, который своими
отверстиями соединяется с
корпусом регулятора. При
обесточивании катушки 7
сердечник 8 под действием
пружины 4 опускается и
воздействует на плунжер 3
золотника, который сооб­
щает подпоршневую по­
лость цилиндра 13 серво­
мотора со сливной ванной.
Поршень 12 сервомотора
под действием пружины
11 перемещается вниз и
своим штоком 14 устанав­
ливает рейку топливных
насосов на нулевую подачу топлива.
При подаче питания на катушку соленоида сердечник втягивает­
ся, сжимая пружину 4 , и плунжер 3 золотника под действием пружи­
ны 7, расположенной в золотниковой втулке 2, вновь разобщает слив­
ной канал с подпоршневой полостью цилиндра сервомотора.
Регулировочный болт 9 служит для регулирования высоты подъ­
ема сердечника соленоида.
В регуляторе фирмы "Вудвард’* UG соленоидное устройство уста­
навливается на крышке регулятора, и нижний торец сердечника соле­
ноида воздействует на верхнюю часть выключающей планки 10 (см.
рис.4.12). При нажатии сердечника на планку выключающий рычаг
11 поворачивается вокруг своей опоры 14 против часовой стрелки, и
правый конец рычага поднимается, поднимая плунжер 17 золотника
через ось 76. Нижняя полость цилиндра 7 сервомотора сообщается со
сливной ванной, и поршень 2 сервомотора перемещается вниз, уста­
навливая рейку топливных насосов на нулевую подачу топлива.
В регуляторе частоты вращения ВРН-30 (см.рис.4.14) соленоид­
ное устройство воздействует на левый конец плунжера 25, смещая его
вправо. Силовое масло от аккумулятора рм поступает под нижний
172
о
Рис. 5.6. Схема комплексной системы аварийной защиты двигателя
торец стоп-золотника 23 и перемещает его вверх. Полость цилиндра
сервомотора под поршнем 22 через сверление внутри плунжера стопзолотника сообщается со сливной ванной регулятора. Поршни серво­
мотора 21 и 22 опускаются и через вал 19 и серьгу 18 устанавливают
рейку топливных насосов на нулевую подачу топлива.
Рассмотрим комплексную систему аварийной защиты двигателя
внутреннего сгорания по нескольким параметрам: повышению темпе­
ратуры пресной воды в системе охлаждения, понижению уровня воды
в расширительной цистерне охлаждения, понижению уровня масла в
главном редукторе, понижению давления масла в циркуляционной
системе смазки (рис. 5.6).
Защита двигателя (прекращение подачи топлива) производится
через катушку соленоидного устройства СУР. В цепи катушки солено­
ида установлены контакты промежуточного электромеханического
сигнализатора защиты ЯРЗ. В цепи катушки промежуточного сигна­
лизатора защиты установлены контакты катушки электромеханиче­
ского сигнализатора защиты РЗ, а сама катушка установлена в цепи
контактов РП 1, РП 2, РП 3, PIJ 4, РП 5 и кнопки "Стоп". Катушки
промежуточных электромеханических сигнализаторов РП 1 - РП 5
включены в цепь через контакты сигнализаторов теплотехнического
контроля: Р Д - давления масла, РУM - уровня масла, РУ В - уровня
воды, PT - температуры воды и через контакт KB - конечного выклю­
чателя валоповоротного устройства.
Рассмотрим защиту двигателя при повышении температуры воды
охлаждения двигателя. При этом контакты сигнализатора температу­
ры PT замкнутся, и катушка промежуточного электромеханического
сигнализатора РП 1 получит питание. В результате этого ее нормаль­
173
но замкнутые контакты РП 1 в цепи катушки электромеханического
сигнализатора РЗ разомкнутся, и катушка РЗ обесточится. Ее контак­
ты РЗ в цепи катушки электромеханического промежуточного сигна­
лизатора защиты П РЗ разомкнутся, и катушка обесточится. Контакты
IJРЗ в цепи катушки соленоидного устройства регулятора СУР разо­
мкнутся, и катушка обесточится. Сердечник соленоидного устройства
воздействует на всережимный регулятор частоты вращения, и послед­
ний произведет постановку рейки топливных насосов на нулевую
подачу.
Аналогично происходит защита по понижению уровня воды в рас­
ширительной цистерне системы охлаждения - через сигнализатор
уровня РУ В и промежуточный сигнализатор РП 2, по понижению
уровню масла в главном редукторе - через сигнализатор уровня РУМ
и промежуточный сигнализатор РП 5, по понижению давления масла
в системе циркуляционной смазки - через сигнализатор давления Р Д
и промежуточный сигнализатор РП 4 .
При включенном валоповоротном устройстве двигатель не запу­
стится. Действительно, если конечный выключатель KB будет замк­
нут при включенном валоповоротном устройстве, то промежуточный
электромеханический сигнализатор РП 5 будет находиться под напря­
жением, и его контакты РП 5 в цепи катушки сигнализатора защиты
РЗ будут’разомкнуты, а катушка будет обесточена. Поэтому будет
обесточена и катушка соленоидного устройства СУР, и рейка топлив­
ных ндсосов будет находиться в положении нулевой подачи топлива.
Для экстренной остановки двигателя предусмотрена кнопка
"Стоп”, установленная в цепи катушки РЗ. При нажатии этой кнопки
обесточивается катушка РЗ, ее контакты размыкаются, обесточивает­
ся катушка Я РЗ, и ее контакты Я РЗ, установленные в цепи катушки
соленоидного устройства регулятора, размыкаются. Регулятор уста­
навливает рейку топливных насосов в положение нулевой подачи топ­
лива, вызывая остановку двигателя.
После того как кнопка "Стоп" будет отпущена и она вновь замкнет
цепь катушки РЗ, все параметры защиты будут находиться в норме
(все промежуточные сигнализаторы РП / , РП 2, РП 3, РП 4 , РП 5
будут обесточены, а валоповоротное устройство отключено), двига­
тель не запустится, пока не будет нажата и отпущена кнопка "Вклю­
чение защиты". Действительно, если катушка РЗ под током, то ее
контакты Р З в цепи катушки ПРЗ замкнуты, однако сама катушка
ПРЗ обесточена, так как ее контакт в ее цепи разомкнут, а кнопка
"Включение защиты" - тоже разомкнута. Поэтому катушка соленоид­
ного устройства обесточена, и регулятор удерживает рейку топливных
насосов в положении нулевой подачи топлива.
При нажатии этой кнопки катушка П РЗ получает питание, ее
контакты в цепи соелиноидного устройства регулятора и в цепи самой
катушки замыкаются. При отпускании кнопки "Включение защиты"
катушка сигнализатора ПРЗ и соленоидного устройства находятся под
174
напряжением. Двигатель вновь находится под включенной системой
аварийной защиты.
Для отключения защиты предусмотрен ручной переключатель,
который включен в цепь катушки соленоидного устройства (парал­
лельно контактам ПРЗ). При его включении срабатывание системы
защиты не вызовет остановки двигателя, так как катушка СУР гсегда
будет под напряжением (на схеме не показано). При отключении это­
го переключателя система аварийной защиты будет функциониро­
вать, как было рассмотрено ранее.
Следует отметить, что эта схема типовая - можно параллельно
подключать различные сигнализаторы теплотехнического контроля
совместно с промежуточными электромеханическими сигнализатора­
ми, включая последовательно их контакты в цепь катушки РЗ.
Согласно Правилам Регистра СССР аварийная защита двигате­
лей мощностью свыше 220 кВт по превышению частоты вращения
должна производиться отдельным предельным выключателем топли­
ва, отрегулированным на срабатывание при превышении частоты вра­
щения на 20 % выше номинальной.
Конструкции таких предельных выключателей различны, но все
они представляют собой однорежимный регулятор частоты вращения.
Рассмотрим один из таких предельных выключателей (рис. 5.7).
Вращение от распределительного вала двигателя через ведущую кони­
ческую шестерню 1 передается на ведомую шестерню 2 и далее на вал
J, установленный в двух шарикоподшипниках 4 . Штырь 5, располо­
женный в корпусе выключателя, смещен от оси вращения и удержива­
ется в определенном положении при помощи задающей пружины 6.
Затяжка пружины регулируется сквозной гайкой 5, которая стопорит­
ся от вибрации болтом 7. Когда частота вращения превысит номиналь­
ную на 12-15 %, штырь под действием центробежной силы преодолеет
175
натяжение задающей пружины и сместится от оси вращения. Своим
правым торцом штырь попадает в скошенную часть оси 9 и проворачи­
вает ее. Эксцентрик 10 поворачивается вокруг своей оси и давит на
шток клапана I l y преодолевая сопротивление пружины 72. Клапан
открывается, топливо под давлением 0,25 МПа от топливоподкачива­
ющего насоса поступает в цилиндр 75, где установлен поршень 14 .
Поршень перемещается вправо и своим штоком 15 воздействует на
рычаг 18 привода рейки топливных насосов, устанавливая последнюю
в положение нулевой подачи топлива. При движении поршня вправо
защелка 16 под действием пружины 77 заходит в выточку штока пор­
шня, блокируя рейку в положение нулевой подачи.
Срабатывание выключателя .топлива предусмотрено и дистанци­
онно, путем открытия электромагнитного клапана, который подает
топливо в цилиндр 75, вызывая тем самым постановку рейки топлив­
ных насосов в положение нулевой подачи.
§ 35. Системы автоматической защиты двигателей от
перегрузки
Регуляторы частоты вращения, управляющие подачей топлива в
цилиндры двигателя, реагируют только на изменение частоты враще­
ния, на изменение нагрузки они не реагируют. Поэтому при чрезмер­
ной перегрузке двигателей (и соответственно уменьшении частоты
вращения) регулятор будет увеличивать количество подаваемого топ­
лива, что в конечном итоге вызовет недопустимую перегрузку двига­
теля и создание в его деталях напряжений, опасных для их прочности.
Задача защиты вспомогательных дизель-генераторов при пере­
грузке решается либо отключением части потребителей, не имеющих
важного значения для жизнеобеспечения судна, либо автоматическим
запуском еще одного дизель-генератора.
При перегрузке главных двигателей, работающих на винт регули­
руемого шага, необходимо автоматическое уменьшение шага.
Гидравлическая система защиты главного двигателя от пере­
грузки (рис. 5.8). Трехходовой кран 7 связан с маневровой рукояткой,
управляющей серводвигателем изменения шага винта. При сообще­
нии полостей цилиндра серводвигателя переднего IJX или заднего З Х
хода со сливной ванной будет соответственно уменьшаться разворот
лопастей винта регулируемого шага в ту или иную сторону. Измене­
ние затяжки всережимной пружины 5 регулятора частоты вращения
производится при помощи поршня 7, расположенного в цилиндре б,
путем подачи на поршень управляющего сигнала рм• Поршень 72 сер­
вомотора регулятора через шток 4 управляет рейкой топливных насо­
сов. Плунжер 5 золотниковой втулки 2 контроля нагрузки системой
шарнирных рычагов IOy 9, 8 соединен с поршнем 7 задания частоты
вращения и со штоком 14 поршня 72 сервомотора регулятора.
176
Рис. 5.8. Упрощенная схема гидравлической системы защиты
двигателя от перегрузки
Рычаг 10 в средней части имеет прорезь, в ней может передвигаться
палец, установленный на верхней части серьги, которая своей нижней
частью через шарнир 11 соединена с плунжером J.
При увеличении задания регулятору по частоте вращения подает­
ся управляющий сигнал рм, и поршень 7 перемещается вниз, увеличи­
вая затяжку задающей пружины 5 регулятора. В результате этого си­
ловое масло из аккумулятора масла регулятора поступает под пор­
шень 12 и перемещает его вверх. Пружина 13 в это время сжимается,
а рейка топливных насосов, управляемая проушиной штока 4 , переме­
щается в сторону увеличения подачи топлива. При перемещении пор­
шня сервомотора регулятора вверх движется вверх и плунжер 5, т. е.
он реагирует только на нагрузку. Соотношения длин и плеч рычагов 8
и 10 подобраны так, что рычаг 10 будет поворачиваться против часо­
вой стрелки вокруг опоры пальца, установленного в его прорези, не
оказывая перемещающего воздействия на плунжер 5, пока подача
топлива не превысит заданный предел для заданной частоты враще­
ния. Однако если подача топлива превысит заданный предел, то плун­
жер 3 поднимается, и масло из какой-то полости (переднего или задне­
го хода серводвигателя механизма изменения шага винта) через трех­
177
ходовой кран 1 начнет уходить на слив, уменьшая тем самым угол
поворота лопастей винта. C помощью прорези в рычаге 10 можно из­
менять положение пальца и соответственно устанавливать величину
предельной нагрузки.
При увеличении нагрузки на двигатель частота вращения умень­
шится, и поршень сервомотора регулятора будет сдвигаться вверх.
Плунжер 3 тоже переместится вверх, сообщив соответствующую по­
лость серводвигателя управления винтом регулируемого шага со сли­
вом. Поэтому произойдет уменьшение угла поворота лопастей винта
регулируемого шага, т. е. уменьшение нагрузки. При этом поршень
сервомотора регулятора начнет перемещаться вниз, и плунжер 3 при­
кроет сливной канал. Таким образом, в любом случае двигатель будет
защищен от перегрузки путем уменьшения угла поворота лопастей
винта регулируемого шага: при задании большего угла поворота, чем
это возможно, система все равно возвратит винт регулируемого шага в
то положение, при котором двигатель не перегружен.
Электрическая схема защиты двигателя от перегрузки (рис. 5 .9 ).
Серводвигатель механизма изменения шага управляется двумя элект­
ромагнитными трехходовыми клапанами "Назад" и "Вперед". При по­
даче питания на катушку электромагнитного клапана (см. схему рабо­
ты электромагнитных клапанов) полость гидроцилиндра серводвига­
теля, к которой подключен клапан, сообщается со сливной ванной;
при обесточивании катушки клапана последний сообщает полость гид­
роцилиндра с силовой масляной системой р м. Когда оба клапана обе­
сточены, то обе полости цилиндра серводвигателя сообщены с силовой
масляной магистралью, и поршень гидроцилиндра находится в затор­
моженном состоянии, т. е. зафиксировано определенное положение
угла поворота винта регулируемого шага. Для разворота лопастей
винта в сторону переднего хода необходимо подать питание на катуш­
ку клапана переднего хода, тогда он сообщит правую полость цилинд­
ра серводвигателя со сливной ванной (а левая полость будет сообщена
с силовой масляной системой), и поршень серводвигателя сместится
вправо, разворачивая лопасти винта в положение переднего хода.
Дистанционное управление клапанами "Вперед" и "Назад" осуще­
ствляется управляющим потенциометром, который кинематически
связан с переключателем Я м переднего и заднего хода. При повороте
рукоятки потенциометра на передний ход переключатель Я м уста­
навливается в положение "Вперед", и катушка электромеханического
сигнализатора P fl 5 получает питание, а на выходе потенциометра
создается напряжение. Так как цепь катушки клапана "Вперед" замк­
нута - контактом РП 5 и контактом РП 6 (в это время катушка РП 6
обесточена ввиду открытия контакта РП 2, катушка которого тоже
обесточена), то клапан открывает доступ масла на слив из правой
полости цилиндра серводвигателя. Поршень серводвигателя начинает
двигаться вправо и переставлять винт с поворотными лопастями (че­
рез механизм изменения шага) в положение переднего хода. Переста­
новка будет происходить до положения, заданного рукояткой потен-
178
Рис. 5.9. Электрическая схема защиты главного двигателя "Пилстик" от перегрузки
циометра; когда поршень серводвигателя дойдет до заданного положе­
ния, обратная связь уравняет, благодаря наличию реохорда, напряже­
ние, и результирующее напряжение на выходе потенциометра будет
нулевым. Электромагнитный клапан "Вперед” обесточится, и поршень
серводвигателя остановится. Следующее перемещение поршень сер­
водвигателя получит тогда, когда вновь переместится рукоятка потен­
циометра.
При перекладке винта регулируемого шага в положение "Назад"
переключатель Я м устанавливается в положение "Назад", катушка
PTJ 4 получает питание, ее контакт в цепи электромагнитного клапана
"Назад" замыкается (контакт PIJ 7 замкнут, так как катушка PJJ 7
обесточена открытым контактом PJJ 2 ) .
Защита двигателя от перегрузки осуществляется по положению
рейки топливных насосов. По мере передвижения рейки в сторону
увеличения подачи топлива поочередно замыкаются конечные вы­
ключатели У, 2 и 3.
При замыкании конечного выключателя 1 получает питание ка­
тушка PJJ У, и ее контакт в цепи сигнальной лампы "Приближение
перегрузки" замыкается. Подается сигнализация, предупреждающая
о том, что нельзя увеличивать разворот лопастей винта.
При дальнейшем повышении нагрузки замыкается второй конеч­
ный выключатель, и катушка PJT 2 получает питание. Ее контакты в
цепи катушек РП 6 и PJJ 7 замыкаются. Если в это время лопасти
винта развернуты на передний ход, то при дальнейшем перемещении
рукоятки потенциометра в сторону увеличения разворота лопастей
будет бесполезным - контакт РП 6 разомкнут. Если в это время руко­
ятку потенциометра начать перемещать в сторону уменьшения разво­
179
рота лопастей винта на передний ход, т. е. в положение "Задний ход",
то переключатель Я м займет положение "Назад", на входе катушки
электромагнитного клапана "Назад" будет появляться напряжение,
катушка РП 4 получит питание, а переключатель Я н будет разомкнут
до тех пор, пока рукоятка управляющего потенциометра не перейдет
положение, соответствующее нулевому развороту лопастей винта ре­
гулируемого шага. В это время контакты РП 4 и РП 7 будут замкнуты,
и электромагнитный клапан "Назад" сообщит левую полость цилинд­
ра серводвигателя со сливной ванной, т. е. имеется возможность про­
изводить уменьшение угла поворота лопастей винта. Следует отме­
тить, что переключатели Я н заднего хода и Я п переднего хода замкну­
ты только тогда, когда рукоятка потнециометра находится в соответст­
вующем положении: при ее положении от нулевого до полного
переднего хода переключатель Я п замкнут, а Я н разомкнут, при поло­
жении от нулевого до полного заднего Я н замкнут, а Я п разомкнут.
Если по каким-либо причинам нагрузка продолжает увеличи­
ваться, и рейка топливных насосов продолжает двигаться дальше, за­
мыкается конечный выключатель 3 . Катушка РП 3 получает питание.
Допустим, что это произошло при развороте винта на передний ход.
Тоща контакты РП 3 замкнуты, и катушка электромагнитного клапа­
на "Назад" получит питание самостоятельно, без участия управляю­
щего потенциометра - через контакты РП 5, РП 4 (катушка электро­
механического сигнализатора РП 4 обесточена) и через второй кон­
такт РП 5. Катушка клапана "Вперед" в это время питания не получа­
ет, так как разомкнут контакт РП 5 . Поршень серводвигателя
начинает двигаться в сторону заднего хода, т. е. уменьшения угла
разворота лопастей до тех пор, пока рейка топливных насосов не разо­
мкнет конечный выключатель 3. Уменьшение угла поворота лопастей
винта в это время потенциометром возможно: при переводе рукоятки в
положение "Назад" через переключатель Я м получает питание ка­
тушка РП 4 , и контакты РП 4 в цепи катушки клапана "Назад" замы­
каются, а переключатель Я н разомкнут, и катушка РП 7 обесточена,
т. е. контакт РП 7 тоже замкнут.
При перегрузке двигателя в положении угла разворота лопастей
на задний ход защита происходит аналогично.
§ 36. Системы автоматической блокировки
Автоматическая блокировка - это вид аварийной защиты, пред­
назначенный для исключения возможности выполнения действий, ко­
торые могут вызывать аварию управляемого объекта. Получила широ­
кое распространение в валоповоротных и реверсивных устройствах
двигателей внутреннего сгорания, а также в системах дистанционного
управления главными двигателями и винтами регулируемого шага.
Схемы блокировочных устройств валоповоротного механизма
180
Рис. 5 .10. Элементы блокировочных устройств валоповоротного механизма двигателя
представлены на рис. 5.10. В пневматическом блокировочном устрой­
стве (рис.5.10,а) при включенном валоповоротном механизме B k jl
толкатель 1 надавит на шток поршня и переведет его в крайнее правое
положение. Пуск двигателя в этом случае возможен, так как воздух от
пускового баллона не сможет попасть в систему пуска (отверстие пере­
крыто образующей поршня). При отключении валоповоротного меха­
низма Выкл. поршень под действием своей пружины перемещается
вправо, и отверстие системы пуска сообщается с пусковым баллоном.
В гидравлическом блокировочном устройстве (рис.5.10,6) при
включенном валоповоротном механизме Выкл . толкатель 1 прижима­
ет клапан к седлу, что вызывает разобщение силовой масляной маги­
страли всережимного гидравлического регулятора со сливной ванной.
Пуск двигателя возможен. При включенном B k jl валоповоротном ме­
ханизме толкатель 1 отходит влево, под действием своей пружины
клапан открывается, и силовая масляная магистраль регулятора сооб­
щается со сливной. Пуск двигателя невозможен, так как рейка топ­
ливных насосов не сдвинется из положения нулевой подачи топлива.
Электрическая система блокировки пуска состоит из конечного
выключателя, управляемого толкателем 1 (рис.5.10,в), связанным с
валоповоротным механизмом. При включенном валоповоротном ме­
ханизме Вкл . толкатель размыкает кнопку блокировки, включенную в
цепь катушки пускового электромеханического сигнализатора РП.
При отключении валоповоротного механизма Выкл . толкатель отхо­
дит влево, а кнопка блокировки замыкается. При нажатии на кнопку
"Пуск” катушка РП получает питание, и ее контакты РП шунтируют
кнопку "Пуск". Катушка РП остается под напряжением, и происходит
запуск двигателя.
Блокировка двух параллельно работающих главных двигателей
на общий редуктор через электромагнитные муфты сцепления
(рис. 5.11) предусматривает:
- возможность подключения любого двигателя к редуктору при
минимальном угле разворота лопастей винта регулируемого шага - не
более 3°;
181
Рис. 5.11. Схема блокировки двух параллельно работающих двигателей "Пилстик" на
общий редуктор
- возможность подключения любого двигателя к редуктору, если
частота вращения его коленчатого вала менее 50 % от номинальной;
- отключение любого двигателя от редуктора по необходимости.
Допустим, правый главный двигатель работает через свою элект­
ромагнитную муфту и через редуктор на винт регулируемого шага, а
левый двигатель остановлен. Запускают левый двигатель, прогревают
его, а затем производят подключение к редуктору через электромаг­
нитную муфту. Для этой цели рукояткой управления винтом регули­
руемого шага необходимо снизить угол поворота до минимального
значения, после чего замкнется контакт Минимум BPIU в цепи ка­
тушки реле включения муфты PBM . Если частота вращения коленча­
того вала подключаемого двигателя не превышает 50 % от номиналь­
ной, то центробежный сигнализатор (центробежное реле) своими кон­
тактами подает питание на катушку P JJ1 и одновременно на сигналь­
ную лампу В кл . Если лампа горит, то двигатель можно подключать к
редуктору, если нет, то необходимо снизить частоту вращения колен­
чатого вала двигателя до момента загорания лампы. После этого на­
жимают на кнопку "Подключение", и катушка PBM получает пита­
ние, одновременно замыкая свои три пары контактов PBM . При отпу­
ске кнопки "Подключение" катушка PBM остается под напряжением,
так как она зашунтирована контактом PBM . При увеличении частоты
вращения коленчатого вала двигателя свыше 50 % от номинального
значения контакты центробежного сигнализатора разомкнутся, ка­
тушка P JJ1 обесточится, контакты PIT 1 разомкнутся. Однако катуш­
ка PBM (а следовательно, и сама муфта сцепления) не обесточится,
так как контакт PTJ 1 зашунтирован контактом PBM . При любом
182
изменении шага винта катушка PBM тоже не обесточится, так как
контакт Минимум ВРШ зашунтирован контактом PBM .
Аналогичным образом производится подключение на общий ре­
дуктор и правого двигателя.
Для отключения левого или правого двигателя достаточно нажать
соответствующую кнопку "Отключение", катушка PBM обесточится,
и электромагнитная муфта сцепления отключит соответствующий
двигатель от редуктора.
Контрольные вопросы
1. Какие параметры работы главного судового двигателя внутреннего сгорания
контролирует система аварийно-предупредительной сигнализации?
2. Приведите типовую схему системы релейной (дискретной) сигнализации.
3. Опишите структурную схему системы централизованного контроля СЭУ.
4. Перечислите назначение и функции, выполняемые системой централизованно­
го контроля.
5. Перечислите параметры, по которым выполняется защита вспомогательных ди­
зель-генераторов.
6. Каковы конструкция и принцип действия автомата защиты двигателя по превы­
шению частоты вращения его коленчатого вала?
7. Как осуществляется остановка ДВС системой автоматической защиты через
всережимный регулятор частоты вращения непрямого действия?
8. Как выполняется блокировка пуска главных ДВС при включенном валоповоротном устройстве?
9. Как осуществляется защита главного двигателя от перегрузки при его работе на
ВРШ?
10. Опишите систему автоматической блокировки двух главных двигателей, рабо­
тающих на один общий редуктор.
11. В каких системах ДВС выполняется автоматическая блокировка?
ГЛАВА 6
СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
УПРАВЛЕНИЯ
§ 37, Системы дистанционного автоматизированного
управления главными двигателями
Под дистанционным автоматизированным управлением понима­
ют управление с автоматическим выполнением по команде человека
совокупностей операций сбора и обработки информации о состоянии
объекта, выработке решений о воздействии на исполнительные органы
объекта и их исполнение.
Процессы управления главным судовым двигателем состоят из
операций по изменению режимов работы его систем, механизмов и
двигателя в целом. Эти операции выполняют в строгой последователь­
ности, с учетом состояния оборудования и в соответствии с поступаю­
щими командами. Система дистанционного автоматизированного уп­
равления (ДАУ) должна обеспечить точное выполнение этих опера­
ций. Поэтому важное значение имеет правильное описание, или алго­
183
ритм, процессов управления. Алгоритмом функционирования систе­
мы ДАУ является точное предписание, определяющее процесс преоб­
разования исходной информации в управляющее, воздействие на объ­
ект управления.
Под системой ДАУ главного двигателя подразумевают совокуп­
ность устройств, позволяющих осуществлять автоматическое управ­
ление главным двигателем посредством исполнительного органа, с по­
мощью которого производятся пуск, реверс, остановка и изменение
скоростного режима.
При пуске двигателя выполняются следующие операции:
- открытие запорного клапана на баллоне пускового воздуха;
- открытие главного пускового клапана и подача пускового возду­
ха к воздухораспределителю и пусковым клапанам цилиндров;
- установка долевой подачи топлива порядка 30-40 % от номи­
нальной при нормальном пуске и 60 % при экстренном пуске;
- быстрое прохождение зоны критической частоты вращения;
-отключение подачи пускового воздуха, т. е. закрытие управляю­
щего пускового клапана и всех клапанов в цепц пуска, разгрузка сис­
темы (сообщение с атмосферой) и открытие механизма, ограничиваю­
щего подачу топлива при пуске;
- автоматический повторный пуск двигателя при неудачной пер­
вой попытке. При неудачных повторных пусках включается сигнали­
зация о необходимости перехода на резервное управление;
- замедленный выход двигателя на заданный режим при пуске и
переходе с меньшей нагрузки на большую.
При реверсе двигателя, помимо уже перечисленных операций,
системой ДАУ производится следующее:
- отключение подачи топлива до момента завершения реверса;
- блокировка подачи пускового воздуха до тех пор, пока частота
вращения не упадет до значения, при котором возможен эффектив­
ный контрпуск;
- реверс механизма газораспределения и механизма топливоподачи;
- подача воздуха после реверса во все цепи пусковой системы;
- экстренный реверс двигателя в ряде систем допускается незави­
симо от частоты вращения и осуществляется средствами ДАУ.
При остановке двигателя производится постановка органов под­
ачи топлива в нулевое положение.
Поддержание заданного режима работы двигателя осуществляет­
ся по частоте вращения его коленчатого вала с помощью всережимного
регулятора частоты вращения. Однако в ряде случаев эти операции
осуществляются соответствующими сервомоторами, воздействующи­
ми на рейку топливных насосов.
По виду применяемой вспомогательной энергии системы ДАУ
подразделяются на пневматические, электрические, гидравлические и
комбинированные.
Пневматическая силовая система дистанционного управления
184
Рис. 6.1. Пневматическая система дистанционного управления главным двигателем
НФД-48
главным двигателем НФ Д-48 (рис. 6.1). Система предусматривает
однорукояточное управление двигателем с мостика или из машинного
отделения. Рукоятка 1 пульта управления связана с маневровым ва­
лом при помощи тросиковой передачи и шарнирной цепи 3. Рукоятку
можно перемещать в любое заданное положение без выдержки време­
ни в промежуточных положениях и без ограничения скорости переме­
щения. Таким образом, при любом положении рукоятки или маховика
2 (при управлении из машинного отделения) система выполнит такое
действие, на котором рукоятка (маховик) будут зафиксированы.
На маневровом валу установлено четыре кулачных шайбы: 4 экстренней) реверса, 6 - переднего хода, 8 - заднего хода, 10 - управ­
ления рейкой топливных насосов.
При положении рукоятки в позиции "Стоп” и открытом клапане
пускового баллона 27 сжатый воздух по трубопроводу поступает во
внутреннюю полость главного пускового клапана 17 и далее под пор­
шень главного пускового золотника I J, а затем в цилиндр на поршень
14 главного пускового клапана, прижимая последний к его седлу.
Кроме того, сжатый воздух от баллона, пройдя редукционный
клапан 28, где давление понижается до 1,4 МПа, поступает под клапан
5 экстренного реверса и к отсечному клапану 22, связанному с отсеч­
ным центробежным устройством 27. Так как в это время коленчатый
185
вал двигателя не вращается, то грузы центробежного устройства, свя­
занного с валом, находятся в сходящемся положении, а отсечной кла­
пан открыт. Воздух от отсечного клапана поступает через перекидной
золотник 30 к маневровым клапанам 7 переднего и 9 заднего хода.
При пуске двигателя на передний ход маневровую рукоятку пере­
водят в положение пуска на передний ход. В этом случае кулачковая
шайба 6 набегает на шток клапана 7 и открывает его. Воздух, который
находился под клапаном, поступает в масляный резервуар 24 передне­
го хода, и масло из него начинает вытесняться в правую полость ци­
линдра поршневого сервомотора 19. Поршень сервомотора начинает
перемещаться влево и переставлять распределительный вал 20 в поло­
жение переднего хода. Из левой полости цилиндра сервомотора масло
перетекает в масляный резервуар 23 заднего хода, а воздух из резерву­
ара через отверстие в корпусе клапана 9 - в атмосферу. Когда поршень
сервомотора займет свое крайнее положение, механическая связь 18
откроет клапан 26 управления пуском на передний ход. Воздух, кото­
рый находился под клапаном (в том же трубопроводе, который соеди­
няет клапан 7 с масляным резервуаром 24 ) , поступит под нижний
поршень золотника 15 сброса и поднимет его. Далее воздух по открыв­
шемуся каналу (канал открылся, когда нижний поршень золотника
сброса занял свое верхнее положение) поступит на поршень 12 главно­
го пускового золотника. Главный пусковой золотник опустится, за­
щелка 11 освободится, и тяга управления рейкой топливных насосов
установится в такое положение, которое ей задано фигурной шайбой
IOi т. е. положением рукоятки управления. Нижний поршень 13 глав­
ного пускового золотника опустится, и верхняя полость над поршнем
14 главного пускового клапана сообщится с атмосферой, т. е. разгру­
зится. В результате этого главный пусковой клапан под действием
давления воздуха снизу на поршень 14 открывается, и воздух поступа­
ет в пусковую магистраль двигателя. Коленчатый вал двигателя начи­
нает проворачиваться. Одновременно воздух от главного пускового
клапана поступит на поршень 15 золотника сброса, и золотник сброса
опустится (хотя под нижним поршнем меньшего диаметра и находится
воздух под давлением, но усилие от верхнего поршня больше). Верх­
няя полость над поршнем 12 через калиброванное отверстие 16 сооб­
щается с атмосферой, и поршень 12 под действием пружины начинает
перемещаться вверх. Но его перемещение будет не мгновенным, а
замедленным. Когда этот поршень займет свое крайнее верхнее поло­
жение, нижний поршень 13 главного золотника тоже поднимется и
разобщит верхнюю полость цилиндра главного пускового клапана с
атмосферой. Эта полость вновь будет сообщена с полостью над глав­
ным пусковым клапаном, где находится воздух под давлением. Благо­
даря наличию пружины поршень 14 опустится, и главный пусковой
клапан 17 закроется. Если произошел удачный пуск двигателя, то
центробежное устройство 21 закроет отсечной клапан 22, и воздух в
систему управления поступать не будет. Перемещая рукоятку управ­
ления в необходимое положение, двигателю задают необходимый ре­
186
жим работы путем изменения подачи топлива, т. е. воздействуя на
рейку топливных насосов. Следует отметить, что в некоторых систе­
мах воздействие кулачков шайбы 10 производится не непосредственно
на рейку топливных насосов, как в рассматриваемой схеме, а на пру­
жину всережимного регулятора частоты вращения. В данной схеме
регулятор частоты вращения работает как предельный.
При неудавшемся пуске после закрытия главного пускового кла­
пана и стравливании воздуха в атмосферу из пускового трубопровода
двигателя через небольшой клапан, расположенный под главным пус­
ковым клапаном, пуск автоматически повторится в вышеуказанной
последовательности. После трех-четырех неудавшихся пусков руко­
ятку управления необходимо поставить в положение "Стоп” и искать
причину, по которой двигатель не запускается.
Работа системы при нормальном реверсе аналогична. Во время
перехода рукоятки пульта управления через положение ’’Стоп” фик­
сируется нулевая подача топлива защелкой 14. Все остальные переме­
щения органов управления на задний ход и запуск двигателя анало­
гичны описанным выше. При открытии клапана 9 заднего хода масла
из масляного резервуара 23 поступает в сервомотор 19 (в его левую
полость), поршень сервомотора совместно с распределительным валом
20 перемещается вправо, в положение заднего хода. По окончании их
перемещения открывается клапан 25 управления пуском на задний
ход. Далее работа главного пускового клапана, главного пускового
золотника и золотника сброса точно такая же, как и при пуске двига­
теля на передний ход.
4
Система предусматривает возможность экстренного реверса в не­
обходимых случаях. Это производится тогда, когда необходимо быстро
изменить направление вращения коленчатого вала, не ожидая, пока
центробежное устройство откроет отсечной клапан и воздух подастся
к клапанам 7 и 9. Для этой цели рукоятку устанавливают в положение
"Аварийный реверс" в том направлении, в котором необходимо произ­
вести реверсирование. При этом кулачковой шайбой 4 открывается
клапан 5, и воздух от редукционного клапана 28 поступает к перекид­
ному золотнику 30 , переставляет его поршень вправо, поступая непос­
редственно к клапанам переднего и заднего хода. Одновременно воз­
дух поступает в пневматический сервомотор рейки топливных насосов
и удерживает ее в положении нулевой подачи топлива (на рисунке не
показан). Как только двигатель начнет работать в заданном направле­
нии, рукоятку устанавливают на необходимую подачу топлива, кла­
пан 5 закрывается, воздух из полости пневматического сервомотора
стравливается в атмосферу через отверстие в корпусе клапана, а рейка
топливных насосов фиксируется в заданном положении.
При настройке этой системы редукционным клапаном 28 устанав­
ливают необходимое давление в системе управления пуском, контро­
лируя это давление по манометру 29. Время, необходимое на запуск
двигателя (время открытия главного пускового клапана), подбирается
сечением дроссельной шайбы 16.
187
М аитрокачиваю иций
насос
и остановка
славного двигателя
Изменение частоты
вращения
Сцепление и расцеп
ление с редуктором
Рис. 6.2. Электрическая схема ДАУ главного двигателя
Электрическая схема ДАУ главного двигателя "Пилстик”. Мощ­
ность двигателя 4000 кВт, работает на общий редуктор со вторым глав­
ным двигателем (рис. 6.2). В этом случае система ДАУ выполняет
следующие операции: пуск, изменение частоты вращения, сцепление
с редуктором, расцепление с редуктором, остановка двигателя.
Питание схемы осуществляется постоянным током напряжением
24 В, при обесточивании судна - от аккумуляторов постоянного тока с
таким же напряжением.
Запуск двигателя осуществляется кнопкой "Пуск”. Перед этим
кнопкой "Пуск” запускается маслоподкачивающий насос путем по­
дачи питания на катушку магнитного пускателя его электродвигателя
КПМ . Контакты катушки KIJM и ее цепи замыкаются и при отпуске
кнопки "Пуск” катушка продолжает находиться под напряжением. В
цепи этой катушки установлены нормально замкнутые контакты сиг­
нализатора давления масла PДМ , которые разомкнутся тогда, когда
навешенный насос масляной системы главного двигателя создаст необ­
ходимое давление масла, большее, чем создает маслопрокачивающий
насос.
При нажатии кнопки "Пуск" главного двигателя вводятся в дейст­
вие две цепи: цепь катушки электромагнитного главного пускового
клапана КГПК совместно с катушкой сигнализатора времени PB - 10 с
и цепь катушки электромеханического сигнализатора защиты Р З .
Для подачи питания на катушку главного пускового клапана не­
обходимо выполнение следующих условий: достаточное давление мас­
ла, созданное маслопрокачивающим насосом (контакт CM Д М ) , долж­
но быть отключено валоповоротное устройство (замкнут конечный
выключатель валоповоротного устройства K B BY ), пружина всережимного регулятора частоты вращения должна быть затянута на
50 %, чтобы обеспечить необходимое количество топлива при запуске
188
двигателя (конечный выключатель пружины регулятора КВПР). Сле­
довательно, при нажатии кнопки "Пуск” катушка главного пускового
клапана получает питание, клапан открывается, и воздух поступает в
цилиндры двигателя, начиная его раскрутку. Одновременно с катуш­
кой главного пускового клапана получает питание катушка сигнали­
затора времени, и ее контакты в цепи катушки РЗ замыкаются на 10 с.
Если в момент запуска двигателя уровень масла в редукторе нор­
мальный (контакт сигнализатора уровня замкнут), температура воды
охлаждения главного двигателя не превышает предельной величины
(контакт сигнализатора температуры замкнут), уровень воды в рас­
ширительном баке охлаждения главного двигателя не ниже мини­
мального значения (контакт сигнализатора уровня замкнут), то ка­
тушка РЗ получает питание. Ее контакты в цепи катушки соленоида
всережимного регулятора частоты вращения KCP замыкаются, и регу­
лятор сможет начать регулировать подачу топлива. При отпуске кноп­
ки "Пуск" главный пусковой клапан закрывается, а катушка РЗ не
обеспечивается, так как она заблокирована на 10 с контактом PB-JO с.
Обычно запуск двигателя по этой схеме производят в следующей
последовательности: при открытых продувочных клапанах цилиндров
производят продувку нажатием кнопки "Пуск", затем закрывают про­
дувочные клапаны на цилиндрах, и этой же кнопкой запускают двига­
тель. При появлении вспышек и переходе двигателя на работу при
подаче топлива кнопку отпускают. Через IOc контакт РВ-10 с размы­
кается, но за это время должен замкнуться контакт PД М (сигнализа­
тора давления масла навешенного маслонасоса). Этот контакт замы­
кается тогда, когда навешенный маслонасос двигателя создаст необхо­
димое давление масла в системе смазки двигателя. Второй контакт
сигнализатора давления масла навешенного маслонасоса размыкает­
ся, и происходит отключение маслопрокачивающего насоса.
Изменение частоты вращения производится при помощи двух
кнопочных выключателей JJe и Я м, которые включают (отключают)
сериесные обмотки возбуждения электродвигателя, изменяющего за­
тяжку пружины всережимного регулятора частоты вращения.
Подключение двигателя к редуктору возможно при следующих
условиях: переключатель выбора управления П\ (мостик - ЦПУ) зам­
кнут, катушка сигнализатора защиты под напряжением (замкнут
контакт РЗ ) , винт регулируемого шага имеет нулевой разворот лопа­
стей (замкнут контакт ВРШ-0 ) , валоповоротное устройство отключе­
но (замкнут контакт КВВУ ) . Для сцепления двигателя с редуктором
нажимают кнопку "Сцепление", и катушка промежуточного электро­
механического сигнализатора ПР 1 получает питание. При отпуске
этой кнопки она блокируется контактом IJP 1. Контакт PIJ 1 в цепи
катушки электромагнитного клапана муфты сцепления ЭМ КМ замы­
кается, и клапан открывается, подавая масло на муфту сцепления от
своего индивидуального насоса, и происходит подключение двигателя
к редуктору. После этого можно изменять шаг винта, так как контакт
BPIU-O заблокирован контактом ПР /.
189
Для отключения двигателя от редуктора необходимо нажать на
кнопку "Расцепление”, катушка ПР 1 обесточится и своим контактом
РП 1 обесточит катушку электромагнитного клапана муфты сцепле­
ния, и двигатель отключится от редуктора, но будет продолжать рабо­
тать. При отпуске кнопки "Расцепление” катушка ПР 1 питания не
получит, так как ее контакт ПР 1 (в ее же цепи, блокирующий кнопку
"Сцепление") будет разомнут.
При срабатывании системы аварийной защиты двигателя по пони­
жению давления масла, понижению уровня масла, повышению темпе­
ратуры воды, понижению уровня воды или при нажатии кнопки
"Стоп" в цепи катушки РЗ последняя обесточится. Ее контакты в цепи
соленоида регулятора и в цепи катушки РП 1 разомкнутся, и произой­
дут остановка двигателя и его отсоединение от редуктора.
В системе предусмотрен переключатель П3> включив который от­
ключается система защиты (по уровню масла в редукторе, по темпера­
туре воды, по уровню воды в расширительном баке охлаждения). Од­
нако защита по падению давления масла не снимается, контакты сиг­
нализатора давления масла PД М не отключаются.
Структурно-блочная схема системы ДАУ пневматического типа
с логическими элементами двигателя ДКРН (рис. 6.3). Система пре­
дусматривает управление главным двигателем большой мощности,
работающим на винт фиксированного шага.
Система обеспечивает пуск, реверс, изменение скоростного режи­
ма (путгем воздействия на задающую пружину всережимного регуля­
тора частоты вращения) и остановку двигателя.
Предусмотрены три программы задания скоростного режима: нор­
мальная, экстренная и замедленная.
При нормальной программе увеличение частоты вращения от ми­
нимальной до максимальной, а также сброс ее в этих пределах произ­
водится за 10 с. При этом вступает в действие аварийная защита огра­
ничения по наддуву, возможность подачи пускового воздуха для ре­
версирования при достижении частоты вращения нормального ревер­
сирования.
При включении экстренной программы обеспечивается измене­
ние скоростного режима при отключении всех аварийных защит, а
подача пускового воздуха для торможения двигателя производится
при достижении частотой вращения коленчатого вала оборотов экс­
тренного реверсирования.
Замедленная программа предназначена для разогрева или охлаж­
дения двигателя за время от 30 мин до 2 ч, которое можно устанавли­
вать в этих пределах.
Остановка двигателя осуществляется через устройство, воздейст­
вующее на рейку топливных насосов. Для выполнения операций оста­
новки системой затрачивается 4 с. Аварийная остановка может выпол­
няться при любой программе по независимой от системы ДАУ цепи.
Контроль за состоянием системы ДАУ осуществляется как при работа-
190
Пневматичес­
кий блок
питания
Электр ичео'
кий блок
питания
Шкаф логических схем
Блок
реверса
Блок
пуска
Блок
ограничения
нагрузки
Сигнали­
Сигнализатор затор ско­ Сигнализатор
контроля
времени
рости
Преобразователь
напряжения
Сигнализатор
выходных
сигналов
Блок
управления
подачей
топлива
Всережимный
регулятор частоты
вращения
Двигатель
Датчики работы
двигателя
___I____ _____ I___
Рис. 6.3. Структурно-блочная схема ДАУ пневматического типа с логическими эле­
ментами двигателя ДКРН
ющем, так и при неработающем двигателе и отражается на функцио­
нальном табло.
Пульт в рулевой рубке предназначен для управления с помощью
рукоятки, совмещенной с рукояткой машинного телеграфа. Сопряже­
191
ние с пультами левого и правого борта - механическое. На панели
пульта в рулевой рубке размещены табло командно-исполнительной
сигнализации и командные органы: рукоятка пуска, рукоятка реверса.
Пульт пневмоканалами связан со шкафом логических пневматиче­
ских схем, а также с элементами реверсивно-пусковой системы.
Шкаф логических схем служит для принятия и обработки инфор­
мации, поступающей с пульта управления, от датчиков работы двига­
теля и от внешних систем.
Блок реверса осуществляет прием сигналов от датчиков, а также
сигналов задания направления хода из рулевой рубки, производит их
логическую обработку на соответствие положения органов двигателя с
заданным и результат выдает в другие блоки.
Блок пуска осуществляет выдачу сигналов в блок сигнализатора
выходных сигналов на перекладку органов управления двигателя в
заданное положение и осуществляет автоматически три попытки пу­
ска.
Блок ограничения нагрузки (ограничение подачи топлива) осу­
ществляет выдачу сигналов в сигнализатор выходных сигналов на ос­
тановку двигателя при поступлении сигналов в сигнализатор выход­
ных сигналов на остановку двигателя, при поступлении сигналов об
аварийном состоянии двигателя из внешних систем аварийной защи­
ты, выделяет сигнал в блок управления подачей топлива на снижение
частоты вращения при поступлении предупредительных сигналов ава­
рийной защиты, а также принимает сигналы из рулевой рубки на
включение программ и выдает их в блок управления подачей топли­
ва.
Блок сигнализатора времени обеспечивает измерение времени
пуска двигателя и задержку раскрутки двигателя на заданную вели­
чину.
Сигнализатор скорости осуществляет выдачу сигналов о достиже­
нии двигателем частоты вращения раскрутки на воздухе, о минималь­
но устойчивой частоте вращения, о снижении частоты вращения до
значения, при котором происходит реверс при нормальной и экстрен­
ной программах.
Сигнализатор контроля служит для проверки функционирования
системы ДАУ. Сигнализатор выходных сигналов управляет электро­
магнитными клапанами, расположенными на двигателе.
Блок управления подачей топлива предназначен для установле­
ния частоты вращения по определенной программе и исключения ра­
боты двигателя в зоне критической частоты вращения. Задание часто­
ты вращения двигателю осуществляется при помощи всережимного
регулятора частоты вращения.
Питание системы осуществляется через блок пневматического
питания (давление воздуха 0,6 МПа) и через блок электрического
питания (переменный ток напряжением 110 В и частотой 50 Гц).
192
§ 38. Системы дистанционного управления винтами
регулируемого шага
При работе двигателя внутреннего сгорания совместно с винтом
регулируемого шага в практике встречаются два типа систем:
- система, при которой частота вращения коленчатого вала двига­
теля должна быть всегда постоянной - при работе главного двигателя с
валогенератором;
- система, при которой необходимо использовать при всех углах
разворота лопастей винта максимальную мощность двигателя, т. е. с
изменяемой частотой вращения коленчатого вала двигателя.
Поясним это на графиках рис. 6.4. При работе двигателя на винт
регулируемого шага, где всегда требуется один скоростной режим
(рис.6.4,л), при номинальной мощности и номинальной частоте вра­
щения (точка А) внешняя нагрузочная характеристика 4 пересекается
с номинальной винтовой характеристикой 2 в этой точке. Если угол
поворота лопастей винта уменьшить, то винтовая характеристика
примет вид кривой 3. Нагрузка на двигатель уменьшится, регулятор
частоты вращения уменьшит подачу топлива, и нагрузочная характе­
ристика двигателя сместится вниз (кривая 5). Режим работы двигате­
ля наступит в точке В пересечения этих характеристик. Двигатель
будет нагружен мощностью N e , т . е. будет недогружен на величину
мощности Na - N b.
При увеличении угла поворота лопастей винта винтовая характе­
ристика пойдет круче (кривая 1) , регулятор частоты вращения увели­
чит подачу топлива, и нагрузочная характеристика сместится до поло­
жения кривой 6. В точке Б двигатель будет перегружен на величину
мощности N e - N d- Чтобы двигатель предохранить от перегрузки,
обычно устанавливается система аварийной защиты, которая в по­
следнем случае вызовет уменьшение угла поворота лопастей винта, и
режим работы двигателя совместно с винтом вновь наступит в точке А
(см. § 35). По такой схеме, как правило, работают суда рефрижератор­
ного флота, сухогрузы, т. е. суда, где изменение угла поворота лопа­
стей винта требуется только при маневрах.
При эксплуатации судов рыбодобывающего флота необходимо все
время использовать всю мощность двигателя (двигателей) при разных
углах поворота лопастей винта, т. е. работать по нагрузочной характе­
ристике 4 двигателя (рис.6.4,б) при всех углах разворота лопастей
винта (линии 7 ,2 ,5 ) . Для того чтобы двигатель работал в точках A 9Б,
В внешней нагрузочной характеристики при всех углах поворота ло­
пастей винта одновременно с изменением угла поворота лопастей, не­
обходимо изменить частоту вращения коленчатого вала двигателя (со­
ответственно пъ , па , пв) , что достигается изменением затяжки пружи­
ны всережимного регулятора частоты вращения совместно с измене­
нием шага винта.
Электрогидравлическая дистанционная система управления
винтом регулируемого шага (рис. 6.5). Частота вращения коленчато-
193
S)
Рис. 6.4. График работы двигателя совместно с винтом регулируемого шага
го вала постоянна. Сервомотор механизма изменения шага состоит из
цилиндра 1 с передней 3 и задней 2 крышками. В цилиндре располо­
жен поршень 5, внутри которого перемещается в осевом направлении
Рис. 6.5. Электрогидравлическая дистанционная система управления винтом регули
руемого шага
194
плунжер 4 золотника. Поршень и гидроцилиндр сервомотора приво­
дятся во вращение от вала главного редуктора (на рисунке не пока­
зан). Масло от насоса с давлением 7 МПа через маслобуксу 6 подво­
дится во внутреннее сверление плунжера золотника. Сливное масло
(под атмосферным давлением) от средней выточки плунжера по кана­
лам, расположенным внутри плунжера (показаны пунктирной ли­
нией) , поступает к штуцеру слива маслобуксы. В изображенном поло­
жении поршень механизма изменения шага зафиксирован в опреде­
ленном положении.
При перемещении плунжера влево (на задний ход) его средняя
выточка совпадает со сверлениями в поршне с его левой стороны, а
правая, нагнетательная выточка, совпадает со сверлениями в поршне
с его правой стороны. В результате этого в правой полости цилиндра
сервомотора создается давление масла, а левая полость сообщается со
сливом. Поршень начинает Перемещаться влево и своим штоком раз­
ворачивать лопасти винта на задний ход. Перемещение поршня серво­
мотора будет продолжаться в сторону смещения плунжера золотника
до тех пор, пока поршень вновь не займет положение по отношению к
плунжеру, какое было до его перестановки. Таким образом, поршень
сервомотора с плунжером образуют следящую систему, каждому по­
ложению плунжера соответствует определенное положение поршня
сервомотора. При перемещении плунжера вправо (на передний ход)
перемещение поршня и разворот лопастей винта будут происходить в
направлении переднего хода.
Управление перемещением плунжера золотника осуществляется
гидравлическим сервомотором, в цилиндре 17 которого расположен
поршень 16. Масло под давлением рм=1 МПа может поступать в левую
или правую полость сервомотора, в то время как другая полость ци­
линдра будет сообщена со сливом. Управление подачей масла осуще­
ствляется трехходовыми электромагнитными клапанами 14 и 19 пере­
днего хода 11 и 18 заднего хода. Когда на катушки клапанов питание
не подается (постоянный ток напряжением 24 В), клапаны соединяют
силовую масляную магистраль с соответствующей полостью гидроци­
линдра 17. При подаче питания на катушки клапанов последние сое­
диняют полость гидроцилиндра со сливной ванной.
Клапан 72, установленный на пути подачи масла под давлением
р м к маневровым клапанам 11 и 14, управляет скоростью перемеще­
ния поршня 16. Управление маневровыми клапанами производится
дистанционно, при помощи рукояток задания положения винта (руко­
ятки 9 ) , которые расположены в центральном посту упр авле^я и на
мостике. Перемещение рукоятки вызывает разбаланс задающего 8 и
потенциометра 10 обратной связи, жестко связанного со штоком 15
поршня 16. При повороте рукоятки задания 9 (например, на передний
ход) на потенциометрической приставке 7 появляется напряжение,
величина которого зависит от угла рассогласования, а знак - от на­
правления вращения рукоятки. Этот сигнал подается на катушку од­
ного из маневровых клапанов (в данном случае на клапан 14) , кото­
195
рый сообщает правую полость цилиндра сервомотора 77 со сливной
ванной (левая полость в это время продолжает сообщаться через кла­
пан 77 с полостью давления рм). В результате разности давлений пор­
шень 16 начинает смещаться вправо и переставляет плунжер 4 золот­
ника в положение переднего хода. Перемещение плунжера вызывает
перемещение поршня 5 и соответствующий разворот лопастей винта в
сторону переднего хода. Потенциометр 10 обратной связи при переме­
щении поршня 16 вырабатывает сигнал, обратный по знаку, и величи­
на суммирующего сигнала уменьшается. Как только она достигнет
небольшого значения, клапан 72-закроется, и масло под давлением в
левую полость цилиндра 17 будет поступать через дроссельную шай­
бу 13.
Таким образом, перемещение поршня 76, плунжера 4 , поршня 5 и
разворот лопастей винта замедляются. Как только разворот лопастей
винта станет заданным, сигналы потенциометров 8 и 10 уравняются, и
клапан 14 обесточится, т. е. поршень 16 и вся система управления
остановятся до подачи новой команды от задающего потенциометра.
Клапан 12 обесточивается тогда, когда рассогласование между задаю­
щей рукояткой потенциометра и действительным положением лопа­
стей винта составляет 1-1,5° угла поворота лопастей; при большем
рассогласовании этот клапан открыт.
Работа на задний ход производится аналогичным образом путем
подачи питания на катушку маневрового клапана 11 заднего хода.
Система предусматривает аварийное управление поршнем 16 при
помощи клапанов 19 переднего и 18 заднего хода. Включение катушек
клапанов производится при помощи кнопочных включателей 21 пере­
днего и 20 заднего хода. Эти включатели расположены в центральном
посту управления и на мостике. При нажатии соответствующей кноп­
ки получает питание катушка маневрового клапана, и перемещение
поршня 16 (а следовательно, и разворот лопастей винта) будет проис­
ходить до тех пор, пока кнопка нажата. При работе кнопками система
замедления перемещения поршня 16 не действует, так как масло под
давлением подводится к маневровым клапанам 18 и 79, минуя кла­
пан 72.
Пневмогидравлическая система дистанционного управления
винтом регулируемого шага (рис. 6.6). На пульте управления уста­
новлена рукоятка 7 комбинатора, при повороте которой одновременно
изменяют и шаг винта, и частоту вращения коленчатого вала двигате­
ля. Поворот рукоятки проворачивает вал, на котором насажены кула­
чок 6 управления затяжкой пружины всережимного регулятора часто­
ты вращения и кулачок 8 управления механизмом изменения шага
винта. Кулачки одновременно воздействуют на пневмозадатчик регу­
лятора частоты вращения и пневмозадатчик механизма изменения
шага винта. К пневмозадатчикам подводится воздух с постоянным
давлением рм, равным 0,4 МПа.
Рассмотрим управление механизмом изменения шага винта. Ко­
мандный воздух от пневмозадатчика BPUI подается на мембрану 72 и
196
7
8
'9
Рис. 6.6. Пневмогидравлическая система дистанционного управления винтом регули­
руемого шага
перемещает ее шток влево или вправо. При этом плунжер 11 золотни­
ка перемещается влево или вправо и через свою выточку сообщает
правую полость цилиндра телемотора 16 либо со сливом, либо с сило­
вой масляной магистралью, где находится масло под давлением рм,
равным 4 МПа. Поршень телемотора дифференциального типа: его
площадь с правой стороны больше, чем площадь с левой стороны. Ле­
вая полость цилиндра телемотора всегда соединена с силовой масля­
ной магистралью (давление масла р м) , а правая полость с помощью
плунжера 11 может сообщаться либо со сливной ванной, либо с сило­
вой масляной магистралью. В первом случае поршень телемотора на­
чнет перемещаться вправо, во втором - влево. Своим штоком, распо­
ложенным с правой стороны, поршень телемотора вызовет перемеще­
ние вилки 77, а последняя переместит плунжер 18 золотника сервомо­
тора механизма изменения шага винта. Конструкции плунжера
золотника и поршня сервомотора механизма изменения шага винта
аналогичны рассмотренным на рис.6.5. Поэтому при перемещении
поршня телемотора вправо плунжер золотника сместится влево, и
вместе с ним влево сместится поршень механизма изменения шага
винта, поставив лопасти в положение заднего хода. Таким образом,
при увеличении давления воздуха за пневмозадатчиком ВРШ плун­
жер золотника 11 сместится влево, поршень телемотора тоже смесгит-
197
ся влево, а плунжер золотника механизма изменения шага - вправо,
т. е. поставит лопасти винта в положение переднего хода. Рычаг 14
выполняет функцию жёсткой обратной связи и при перемещении пор­
шня телемотора в ту или иную сторону устанавливает плунжер 11
золотника в нейтральное положение, т. е. в такое положение, когда
правая полость цилиндра телемотора разобщена с нагнетательной и
сливной масляными системами.
При уменьшении давления воздуха за пневмозадатчиком лопасти
винта будут разворачиваться в положение заднего хода. Таким обра-'
зом, каждому поданному значению давления воздуха на мембрану 11
будет соответствовать определенное положение лопастей винта.
Рычаг 10 , связанный с рычагом 14 жесткой обратной связи, воз­
действует на пневмозадатчик указателя шага. Поэтому давление за
этим пневмозадатчиком будет пропорционально углу поворота лопа­
стей винта. Манометр 9, шкала которого разградуирована в градусах
поворота лопастей винта, установлен на пульте управления и являет­
ся дистанционным указателем угла поворота лопастей винта.
В системе предусмотрено местное управление механизмом изме­
нения шага, которое применяется в случае выхода из строя элементов
пневматической линии. Для этой цели цилиндрический кран 13 пово­
рачивают на 90° (в положение ’’Местное управление"), и перестановку
поршня телемотора осуществляют при помощи плунжера 15, находя­
щегося внутри поршня телемотора. При перемещении плунжера влево
левая полость цилиндра телемотора через выточку в плунжере сооб­
щается с правой полостью, и поршень телемотора сдвигается влево,
переставляя лопасти винта на передний ход через механизм измене­
ния шага; при перемещении плунжера 15 вправо через его выточку
правая полость цилиндра телемотора сообщается со сливной ванной, и
поршень телемотора перемещается вправо, вызывая перестановку ло­
пастей винта на задний ход. Кран 13, как ясно из вышеописанного,
разобщает полость цилиндра телемотора с полостями цилиндра плун­
жера 11 золотника.
Управление механизмом изменения затяжки пружины всережимного регулятора частоты вращения осуществляется при помощи пнев­
мозадатчика регулятора. При повороте кулачка 6 изменяется давле­
ние воздуха на выходе из пневмозадатчика, и мембрана 5 получает
перемещение. Своим штоком она воздействует на плунжер 3 золотни­
ка управления, благодаря которому верхняя полость цилиндра серво­
мотора сообщ ается либо с нагнетательной системой (давление
0,6 М Па), либо со сливной ванной. В результате этого поршень 2 пере­
мещается вверх или вниз, изменяя затяжку пружины 1 всережимного
регулятора частоты вращения. Рычаг 4 выполняет функцию жесткой
обратной связи.
Если давление воздуха за пневмозадатчиком регулятора увели­
чится, то мембрана прогнется вниз, и плунжер 3 опустится. Масло из
надпоршневой полости цилиндра сервомотора будет перетекать в
сливную ванну, поршень 2 под действием пружины начнет подни­
198
маться, а затяжка пружины - уменьшаться. Частота вращения колен­
чатого вала двигателя уменьшится. Рычаг 4 жесткой обратной связи
поставит плунжер в нейтральное положение, т. е. разобщит надпоршневую полость цилиндра сервомотора со сливной ванной. Каждому
командному давлению воздуха за пневмозадатчиком регулятора будет
соответствовать определенная затяжка пружины регулятора, а следо­
вательно, и определенная частоты вращения.
Таким образом, рассмотренная схема позволяет одновременно с
изменением угла поворота лопастей винта изменять и частоту враще­
ния коленчатого вала двигателя, что дает полное использование мощ­
ности двигателя при всех значениях угла поворота лопастей винта.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются системы ДАУ?
2. Какие функции выполняет система ДАУ главного судового ДВС?
3. Как производится реверс системой ДАУ двигателя НФД-48?
4. Опишите электрогидравлическую систему ДАУ главного двигателя.
5. Почему для использования полной мощности судового ДВС одновременно с
изменением шага ВРШ необходимо изменять частоту вращения его коленчатого вала?
6. Опишите систему дистанционного управления ВРШ пневмогидравлического
типа.
7. Опишите электрогидравлическую систему дистанционного управления ВРШ.
ГЛАВА7
АВТОМАТИКА СУДОВЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ
ПАРОВЫХ КОТЛОВ, МЕХАНИЗМОВ
И ОБЩЕСУДОВЫХ СИСТЕМ
§ 39. Регулирование процесса питания котла
Автоматическое регулирование процесса питания паровых котлов
заключается в автоматической подаче питательной воды в котле в
зависимости от паровой нагрузки. Существуют две принципиально
отличающиеся системы:
- дискретная система регулирования, заключающаяся в том, что
питательный насос котла включается при определенном значении
уровня воды в котле и отключается при достижении уровнем верхнего
значения;
- система непрерывного регулирования заключается в изменении
количества подаваемой воды в зависимости от паровой нагрузки на
котел.
Дискретное (позиционное) регулирование получило широкое
199
Рис. 7.1. Типы магнитных переключателей
распространение в утилизационных и вспомогательных паровых кот­
лах ввиду простоты устройства.
Система позиционного регулирования уровня воды в котле с
магнитными переключателями. Постоянный магнит, перемещаясь
вместе с поплавком, находящимся в котле, через стенку немагнитной
трубы наводит магнитное поле в микропереключателях тогда, когда
по высоте совпадает с магнитным переключателем. Конструкции маг­
нитных переключателей представлены на рис. 7.1.
Магнитный переключатель (рис.7.1,я) состоит из стеклянной
трубки 5, которая сверху и снизу закрыта герметично колпачками 2
(устройство корпуса аналогично устройству электрического предохра­
нителя на небольшой ток). В нижней части корпуса расположена
клемма J, к которой подсоединен намагниченный подвижный контакт
6, выполненный плоской пружиной. От клеммы 3 наружу выводится
проводник L Внутри корпуса, примерно на 1/4 его высоты, залита
ртуть 4Упары которой способствуют уменьшению искрообразования
при разрыве контактов. К верхней клемме прикреплен неподвижный
контакт 7. Когда перемещающийся магнит 3 совпадает по высоте с
подвижным контактом 6, последний в результате взаимодействия маг­
нитных полей притягивается в сторону к магниту 3, и контакты раз­
мыкаются (некоторые магнитные переключатели такого типа изготов­
лены таким образом, что при взаимодействии с постоянным магнитом
контактй&е устройство замыкается).
Другой тип магнитного переключателя (датчика) показан на
рис.7.1,6. Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 9, взаи­
модействует с магнитом 7 переключателя, создавая вращающий мо­
мент. Магнит поворачивается вокруг своей оси 3 и остается в этом
положении до тех пор, пока магнитное поле магнита 9 не изменится,
т. е. магнит не начнет перемещаться в другую сторону.
200
6
£
J
Z
Рис. 7.2.
Установка магнитных переключателей
Небольшой постоянный магнит 5 с двумя подвижными контакта­
ми 4 удерживается с определенной силой в положении, указанном на
рисунке. При развороте магнита 7 по часовой стрелке его магнитное
поле взаимодействует с магнитным полем магнита 5, и последний по­
ворачивается по часовой стрелке. Контакт 3 размыкается, а контакт 1
замыкается. Контакт 2 является общим. Магнитный переключатель
смонтирован в герметичном корпусе 6.
Магнитный переключатель с пружинным общим контактом
(рис.7.1,в) смонтирован в герметичном корпусе 6. На неподвижной
оси расположена планка 5, в верхней части которой установлен посто­
янный магнит 7. При совпадении магнитных полей внешнего магнита
8 и магнита 7 появляется вращающийся момент, и планка 3 поворачи­
вается по часовой стрелке. Подвижный контакт 2 размыкается с не­
подвижным контактом 3 и замыкается с контактом L Пружина 4 слу­
жит для резкого включения и выключения контактов, чтобы предо­
хранить последние от обгорания.
Установка магнитных переключателей представлена на рис. 7.2
Поплавок 2 (рис.7.2,я), жестко закрепленный на штоке 4 , перемеща­
ется в направляющей трубке, изготовленной из антикоррозийного ме­
талла. Для предотвращения изгиба при высоком уровне штадс имеет
упорную шайбу 3 . На верхнем конце штока в паровой трубе 7, изго­
товленной из немагнитного металла, укреплен постоянный магнит 8 .
Магнитные датчики 5 установлены на штанге 6 при помощи винтов и
могут перемещаться по высоте, включая свои контакты при необходи­
мых уровнях воды в котле L
Аналогичная конструкция приведена на рис.7.2,б. В барабане 1
201
Рис. 7.3. Контактные датчики уровня
котла расположена труба 2, в которой помещен поплавок 4 . Направля­
ющей для поплавка служит труба 6 из немагнитного металла. Внутри
поплавка установлен кольцевой магнит 3. Внутри трубы 6, заглушен­
ной снизу и поэтому не соединяющейся своей внутренней полостью с
водяной и паровой частями барабана, на штанге 7 установлены маг­
нитные переключатели S, 9, 10. Трубы 2 и 6 закреплены через про­
кладку к фланцу барабана котла при помощи фланца 5 с внутренним
отверстием. В отверстие выводятся провода от контактов магнитных
переключателей.
Контактные датчики уровня применяются, как правило, для регу­
лирования уровня воды в утилизационных паровых котлах. O m tпред­
ставляют собой металлические стержни (рис. 7.3,а), установленные в
крышке сосуда, сообщающегося с паровой и водяной частями котла.
Стержни установлены в специальных диэлектрических втулках и на­
дежно изолированы от металла котла. Длина стержней устанавлива­
ется в зависимости от необходимого значения уровня, при котором
должен подаваться электрический сигнал. Питание небольшого на­
пряжения (до 24 В) подается на общую массу и на стержни низкого
(НУ ) , среднего (СУ) и верхнего уровней (ВУ). Когда вода соприкаса­
ется с концом стержня или уровень воды находится выше него, то
происходит замыкание электрической цепи между этим стержнем и
общим контактом 0. При понижении уровня нижний конец стержня
оголяется, и контакт прерывается.
Аналогичен принцип действия и горизонтально расположенных
электродов на стенке сообщающегося сосуда с барабаном (бочкой)
котла (рис.7.3,б). При оголении электрода контакт между его выводом
и общей массой прерывается; при покрытии водой электрода электри­
ческая цепь замыкается.
Функциональная схема позиционного регулирования процесса
питания (рис. 7.4). Первичными приборами являются три контактных
либо магнитных датчика уровня. Электрические сигналы от датчиков
202
(переключателей) нижнего, среднего и высокого уровней подаются на
щит котельной автоматики, затем на электродвигатель центрального
питательного насоса и на катушку электромагнитного перепускного
клапана. Вода к насосу подается из теплого ящика котла; при откры­
тии электромагнитного перепускного клапана часть воды через него
поступает в теплый ящик.
При понижении уровня воды до отметки ’’Нижний уровень” раз­
мыкаются контакты нижнего уровня, и подается команд# на, пуск
электродвигателя питательного нассюа. При достижении уровня воды
отметки "Средний уровень" подается команда на открытие перепуск­
ного электромагнитного клапана, и часть воды из напорной магистра­
ли насоса поступает в теплый ящик - подпитка котла происходит ме­
нее интенсивно. При достижении уровнем отметки "Верхний уровень"
срабатывает контакт верхнего уровня, и питательный насос отключа­
ется. Следующий пуск насоса произойдет при понижении уровня до
отметки "Нижний уровень".
Электрическая схема этой системы приведена на рис. 7.5. Датчи­
ки верхнего, среднего и нижнего уровня включены последовательно в
катушки электромеханических сигнализаторов РВУ , PCYt РНУ от
низковольтного трансформатора. Переключатель /7Д служит для от­
ключения датчиков при ручном регулировании.
Общий переключатель П может устанавливаться в положение
"Автоматическое" А или "Ручное" Р.
При автоматическом положении в цепь катушки электромехани­
ческого сигнализатора РП включены контакты РНУ и контакты РВУ .
Контакты РНУ зашунтированы контактами РП . При понижении
уровня до отметки нижнего уровня контакт Н У размыкается, и катуш­
ка РНУ обесточивается. Ее контакт РНУ замыкается, а контакт РВУ в
этом время замкнут, так как катушка РВУ обесточена. В результате
этого катушка РП получает питание и своим контактом РП включает
203
Рис. 7.5. Электрическая схема позиционного регулирования процес­
са питания парового котла
катушку PB сигнализатора времени с выдержкой 10 с. Через 10 с
замыкается контакт PB в цепи катушки JI контактора электродвигате­
ля питательного насоса. Насос начинает осуществлять подпитку кот­
ла. Выдержка времени необходима для того, чтобы влияние качки
судна на изменение уровня не вызывало включения насоса. По мере
подпитки уровень начинает увеличиваться, и контакты нижнего уров­
ня замыкаются. Катушка РНУ получает питание, и ее контакты РНУ
в цепи катушки РП размыкаются. Однако катушка РП не обесточива­
ется, так как контакты РНУ зашунтированы контактами РП.
При дальнейшем повышении уровня замыкается контакт СУ, и
катушка РСУ получает питание. Ее контакты в цепи катушки элект­
ромагнитного клапана ЭМК замыкаются, приводя тем самым электро­
магнитный клапан в открытое положение. Часть воды от насоса пере­
пускается в теплый ящик, т. е. подпитка идет менее интенсивно. Если
расход пара будет соответствовать количеству подаваемой воды, то
насос все время будет в работе.
При достижении уровнем воды отметки высокого уровня замыка­
ются контакты верхнего уровня, и катушка РВУ получает питание.
Контакт РВУ в цепи катушки РП размыкается, катушка РП обесточи­
вается. Контакты РП в цепи катушки PB размыкаются, и ее контакты
^обесточивают катушку Л. Электродвигатель насоса останавливается.
Прй*понижении уровня контакт ВУ размыкается, катушка РВУ
обесточивается, и контакты РВУ замыкаются. Однако катушка РП не
получит питания до тех пор, пока не замкнутся контакты РНУ при
понижении уровня до отметки НУ. При понижении уровня до отметки
СУ размыкается контакт СУ, и обесточивается катушка РСУ. Ее кон­
такт в цепи катушки электромагнитного клапана ЭМК разомкнется, и
электромагнитный клапан закроется.
204
Эта система будет периодически включать и выключать насос со­
гласно описанному выше.
При переводе на ручное регулирование переключатель П уста­
навливают в положение P . Тогда питание катушки JI, а следователь­
но, и включение питательного насоса произойдет при нажатии на
кнопку "Пуск”. При отпуске этой кнопки катушка Л не обесточится,
так как кнопку "Пуск” зашунтировал контакт катушки Л . Для оста­
новки насоса достаточно нажать на кнопку "Стоп”, при этом катушка
Л обесточится. Управление электромагнитным перепускным клапа­
ном при ручном управлении осуществляется выключателем ПК: при
его включении электромагнитный клапан открывается, при выключе­
нии - закрывается.
Контактные датчики уровня во время эксплуатации никаких настроек не требуют.
В процессе эксплуатации их необходимо периодически очищать от коррозии, отложе­
ния солей и т . д .,а также периодически замерять сопротивление их изоляции.
Установка магнитных переключателей производится по необходимым отметкам
уровня при работающем котле, без пароотбора, давление в котле должно быть не менее
0 ,1 МПа. Понижение уровня производят нижней продувкой, повышение - подачей воды
в котел на ручном управлении. При заданном значении уровня микропереключатели
смещают по их направляющим до тех пор, пока не произойдет их срабатывание, после
чего их закрепляют.
Во время эксплуатации необходимо периодически проверять срабатывание маг­
нитных переключателей, неисправные заменять. При остановке котла необходимо про­
извести очистку поплавка, магнита и паровой трубы.
Сигнализатор питания мембранного типа с конденсационным
сосудом (рис. 7.6). Верхняя часть корпуса 1 сообщается с водяной
частью котла, а нижняя - с конденсационным сосудом (см. рис. 1.15).
Нижняя и верхняя части корпуса разделены мембраной 3 из тонкой
прорезиненной ткани. Корпус сверху закрыт крышкой 14. Так как
конденсационный сосуд располагается выше барабана котла, то гидро­
статическое давление под мембраной больше, чем над ней. Для урав­
новешивания мембраны под нее устанавливают груз 5, вес которого
подбирают таким образом, чтобы при среднем уровне воды в котле
мембрана находилась тоже в среднем положении. При перемещении
мембраны под действием изменения уровня воды в котле поворачива­
ется рычаг 11 совместно с осью 72, которая проходит через сальники
корпуса. На выходящем из корпуса конце оси закреплен рычаг 10.
Нижний конец рычага при своем перемещении воздействует на мик­
ропереключатели 7 нижнего и 9 верхнего уровня. Для точной настрой­
ки рычаг нагружен настроечной пружиной 5, затяжку которой можно
изменять винтом 6. Болт 13 служит для ограничения хода мембраны
вверх (чтобы она не получила повреждения при чрезмерен низком
уровне). Пробки 2 и 4 служат для выпуска воздуха из корпуса.
При уменьшении уровня воды до нижнего предела (20-30 мм)
мембрана перемещается вверх, поворачивает рычаг 10 по часовой
стрелке, и он своим нижним концом замыкает контакты микроперек­
лючателя 7 нижнего уровня. Происходит включение насоса питания.
При увеличении уровня выше рабочего предела (30-50 мм выше
отметки среднего уровня) мембрана перемещается вниз, рычаг 10 по-
205
ворачивается против часовой стрелки, и замыкаются контакты микро­
переключателя 9 высокого уровня, что вызывает остановку насоса пи­
тания.
Настройку сигнализатора производят в такой последовательности:
- поочередно открывают пробки 2 и 4%чтобы убедиться в отсутствии воздуха в
корпусе;
- ослабляют крепления панелей микропереключателей и разводят микропереклю­
чатели в стороны, чтобы зазор между рычагом 10 и ножками микропереключателей был
наибольшим;
- устанавливают средний уровень воды в котле;
- путем изменения затяжки пружины устанавливают рычаг в среднее положение;
- заполняют котел до отметки верхнего уровня и поддерживают этот уровень;
- медленно поворачивают правую панель микропереключателя высокого уровня в
сторону рычага до тех пор, пока не сработают контакты микропереключателя, и закреп­
ляют панель;
- устанавливают и поддерживают нижний уровень, затем медленно поворачивают
левую панель с микропереключателем нижнего уровня до тех пор, пока не сработают
контакты микропереключателя. Панель закрепляют.
После указанной настройки проверяют действие сигнализатора при верхнем (от­
ключение насоса) и нижнем (включение насоса) уровнях. Точность срабатывания дол­
жна быть в пределах + 10 мм.
Следует отметить, что для позиционного регулирования уровня
нередко используют электрический уровнемер ДУУM -111, контакты
микропереключателей которого управляют работой электронасоса пи­
тания котла (см.рис. 1.15).
В системах непрерывного регулирования процесса питания кот­
лов применяются регуляторы прямого и непрямого действия.
Поплавковые регуляторы прямого действия применяются крайне
206
редко, так как они монтируются внутри котла, и доступ к ним во время
эксплуатации невозможен.
Т ерм огидравлические регулят о р ы
п р ям ого
д ей ст в и я
(см.рис.2.15,3) применяются тогда, когда нет резких колебаний нагру­
зок на котел. Выходной сигнал чувствительного элемента подается на
клапан, который регулирует подачу воды в котел.
К регуляторам питания непрямого действия относится одноим пульсный регулятор питания OPIJ (рис. 7.7). Управление процессом
питания этим регулятором может производиться двумя способами: пу­
тем открытия или закрытия клапана питательной воды, либо путем
открытия и закрытия парового клапана, подающего пар на прямодей­
ствующий паровой питательный насос.
Паровая часть барабана 1 котла через трубопровод 2, а водяная
через трубопровод 3 соединены с конденсационным сосудом 4 . В кон­
денсационном сосуде пар конденсируется, и по трубке 5 и З конденсат
сливается в барабан котла. Трубка 3 присоединена к верхней части
чувствительного элемента 7, а трубка 6 к нижней. Верхняя и нижняя
полости чувствительного элемента разделены мембраной 11. Снизу к
мембране подвешен груз 12.
Перемещение мембраны через кривошип <5, установленный на
оси, передается на поворотную струйную трубку 20 (см.§22), которая
может поворачиваться совместно с осью. Энергией усиления является
энергия давления питательной воды до 1 МПа. Вода подводится через
неподвижную направляющую трубку 21 вовнутрь поворотной трубки.
Струя воды, попадая в одно из приемных отверстий шайбы /9 , посту­
пает в одну из полостей поршневого гидравлического сервомотора дву­
стороннего действия, вызывая перемещение его поршня 17. Шток пор­
шня перемещает рычаг 14 , который управляет клапаном 13. Клапан
регулирует количество воды (в данной схеме), подаваемой к котлу по
трубопроводу 22. Дроссельный клапан 18 предназначен для измене­
ния сечения трубопровода, по которому вода от струйной трубки под­
водится к полости цилиндра сервомотора, или отводится на слив.
Для ручного (аварийного) управления клапаном питания предус­
мотрена рукоятка 15 на рычаге, соединяющем поршень сервомотора с
регулирующим клапаном. При переходе на ручное управление разоб­
щительный кран 16 поворачивают так, чтобы он сообщил обе полости
цилиндра сервомотора (положение крана "Ручное управление"). В
этом случае при перемещении поршня сервомотора вручную вода бу­
дет перетекать из одной полости цилиндра в другую, без дополнитель­
ных сопротивлений.
При понижении уровня мембрана перемещается вверх, а поворот­
ная струйная трубка отклоняется вправо. Верхняя полость цилиндра
сервомотора сообщается с нагнетательным трубопроводом, и давление
в ней начинает увеличиваться. Нижняя полость цилиндра в это время
через левое отверстие в приемной шайбе 19 сообщается со сливной
ванной. Поршень сервомотора начинает двигаться вниз, открывая тем
самым клапан питания на большую величину. Подача воды происхо-
207
дит более интенсивно, и уровень воды в котле повышается. В э ю
время пружина 10 жесткой обратной связи растягивается и перемеща­
ет поворотную струйную трубку влево. Как только струйная трубка
займет свое среднее положение по отношению к отверстиям в прием­
ной шайбе, давление по обе стороны поршня сервомотора уравняется,
и поршень остановится.
Если уровень в это время не достиг заданного значения, то опи­
санный процесс повторится, но уже с меньшими отклонениями всех
звеньев регулятора. Процесс регулирования закончится тогда, когда
уровень будет соответствовать суммарному усилию на мембрану от
постоянного гидростатического давления (уровень в конденсационном
сосуде), веса груза под мембраной и усилию пружины жесткой обрат­
208
ной ,связи. Но так как усилие пружины изменяется при различных
нагрузках (разное положение клапана питания), то и уровень воды
тоже поддерживаться будет разным. Следовательно, регулятор явля­
ется статическим. Его максимальная зона неравномерности составля­
ет 60 мм.
Во время эксплуатации регулятор не требует специальной на­
стройки, так как его настройка на заданный уровень была произведена
путем точной установки конденсационного сосуда по отношению к
отметке среднего уровня. Небольшого изменения заданного уровня
можно добиваться путем изменения затяжки пружины обратной связи
при помощи гайки на шпильке 9г Если затяжку пружины увеличить,
то величина поддерживаемого уровня будет меньше; при уменьшении
затяжки пружины уровень будет поддерживаться более высоким. Д и­
апазон регулирования составляет 50 мм.
Минимальное время сервомотора составляет 8 с и может регули­
роваться при помощи дроссельного клапана 18. При уменьшении сече­
ния клапана время сервомотора увеличивается, увеличивается соот­
ветственно время переходного процесса, но уменьшается максималь­
ное отклонение уровня от заданного значения; при увеличении сече­
ния клапана будет наблюдаться обратное.
В процессе эксплуатации одноймпульсного регулятора питания необходимо пери­
одически производить очистку водяных полостей регулятора от солеотложения и корро­
зии (струйные трубки, отверстия в приемной шайбе, дроссельный клапан и т. д.). Необ­
ходимо также периодически производить продувку конденсационного сосуда, очистку
полостей корпуса мембраны и проверку состояния мембраны.
Пропорциональный регулятор питания непрямого действия без
обратной связи (рис. 7.8) для усиления использует энергию пара, от­
бираемого от котла. В корпусе 3 чувствительного элемента находится
шарообразный поплавок 4. Корпус через два отсечных клапана 2 кре­
пится к барабану (корпусу) 1 котла. При изменении уровня поплавок
перемещается и через систему 5 шарнирных рычагов вызывает верти­
кальное перемещение управляющего элемента усилителя - двухсе­
дельного клапана 6. При перемещении клапана вниз (падение уров­
ня) атмосферное отверстие 7 перекрывается, и пар из котла поступает
на мембранный сервомотор 9 . При перемещении клапана вверх (повы­
шение уровня) поступление пара в импульсный трубопровод и на мем­
брану сервомотора прекращается, и происходит сообщение надмембранной полости сервомотора с атмосферой.
Таким образом, при понижении уровня воды в котле мембрана 10
перемещается вниз, преодолевая усилие пружины 77, и клапан 72
открывается, подавая большее количество пара на прямодействующий
питательный насос. Подпитка котла происходит более интенсивно, и
уровень начинает повышаться.
При повышении уровня воды двухседельный клапан перемещает­
ся вверх, и импульсный трубопровод, а также надмембранная полость
сервомотора сообщается с атмосферой. Мембрана совместно с клапа-
299
7
Рис. 7.8. Пропорциональный регулятор питания непрямого дейст­
вия
ном 12 движется вверх, и подача пара на прямодействующий пита­
тельный насос уменьшается.
Трехходовой кран 8 предназначен для разобщения клапанной ко­
робки управляющего элёмента усилителя с мембранным сервомото­
ром, а также для их продувки во время эксплуатации. Клапан, уста­
новленный снизу корпуса чувствительного элемента, служит для про­
дувки внутренней полости корпуса 3.
Настройка регулятора на поддержание заданного уровня осущест­
вляется при его монтаже расположением подключающих фланцев на
корпусе котла. Однако в небольших пределах величину поддерживае­
мого уровня можно регулировать, изменяя расстояние между верхним
и нижним клапанами управляющего элемента усилителя. Для этой
цели верхний клапан закреплен с верхней частью штока при помощи
резьбы. Чтобы понизить поддерживаемый уровень воды, верхнюю та­
релку клапана необходимо навернуть на шток. В таком случае для
полного открытия верхнего клапана потребуется более низкое поло­
жение поплавка, т. е. уровень будет поддерживаться пониженным.
Для повышения поддерживаемого уровня тарелку клапана необходи­
мо поднять на штоке.
Во время эксплуатации регулятор специального ухода не требует, необходимо
только тщательно следить за работой прямодействующих насосов, чтобы они могли
запускаться из любого положения при подаче к ним пара. При пуске регулятора в работу
210
нельзя резко подавать пар на мембрану сервомотора, необходимо ее предварительно
залить водой через импульсную трубку.
Пневматическая система регулирования уровня. Такая система
получила широкое распространение на судах флота рыбной промыш­
ленности. Функциональная схема этой системы представлена на
рис.2.20. Пневматический датчик уровня (рис.2.22), пневматический
сервомотор (рис.2.28) могут подключаться друг к другу, а также меж­
ду ними может включаться регулятор (рис.2.26). В любом случае сис­
тема работает следующим образом: изменение уровня вызывает изме­
нение давления воздуха за пневматическим датчиком, которое пере­
дается на регулятор, и далее на сервомотор или сразу от датчика на
сервомотор. Сервомотор управляет клапаном подачи пара на прямо­
действующий питательный насос, либо клапаном подачи воды в котел.
Система обладает большой чувствительностью (до 1 %) и большой на­
дежностью в работе.
§ 40. Регулирование процесса горения в котле
Автоматическое регулирование процесса горения вспомогатель­
ных паровых котлов предусматривает изменение подачи топлива и
воздуха в топку котла в зависимости от паровой нагрузки на котел.
Паровую нагрузку полно характеризует давление пара в котле: при
увеличении нагрузки давление пара уменьшится, при уменьшении
нагрузки - увеличится. Аналогично автоматическим системам регу­
лирования процесса питания системы регулирования горения могут
быть позиционного и непрерывного действия.
Рассмотрим двухпозиционную систему регулирования процесса
горения вспомогательного парового котла небольшой паропроизводительности. Дизельное топливо для котла 2 (рис. 7.9) поступает самоте­
ком из расходной цистерны 1 к шестеренному топливному насосу 5.
Принудительное дутье для сжигания топлива создается котельным
вентилятором б. Топливный насос и котельный вентилятор приводят­
ся в действие одним электродвигателем 4 трехфазного тока, управле­
ние которым производится при помощи магнитного пускателя 3.
Топливо от топливного насоса проходит через щелевой фильтр 7,
где очищается от примесей. Перепускной клапан 8 предназначен для
перепуска топлива из линии нагнетания во всасывающую при прекра­
щении горения, когда топливный насос еще^работает. Далее топливо
поступает к электромагнитному клапану 9 и к форсунке 10 котла.
Для автоматического пуска котла предусмотрены высоковольт­
ный трансформатор 12 й электроды зажигания 11.
Когда давление пара достигнет предельной величины, сигнализа­
тор 14 максимального давления подаст команду на прекращение про­
цесса горения через щит 13 котельной автоматики; при падении дав­
ления пара до определенного значения сигнализатор минимального
211
давления 15 подаст команду
на щит котельной автома­
тики для запуска котла.
Пуск котла происходит
в следую щ ей последова­
тельности. При понижении
давления пара до величи­
ны, составляющей 60% от
максимального, замыкают­
ся контакты сигнализатора
низкогр давления, и через
щит котельной автоматики
подается питание на катуш­
ку магнитного пускателя
электродвигателя топлив­
ного насоса и котельного
вентилятора. Одновремен­
но подается напряжение на
сигнализатор времени, кон­
такты которого с выдерж­
кой 15 с (необходимой для
продувки топки котла)
подают питание на электро­
магнитный топливный кла­
пан
и трансформатор зажи­
Рис. 7.9. Схема двухпозиционной системы ре­
гания. T опливовозду шная
гулирования процесса горения котла
смесь зажигается электри­
ческой дугой, которая образуется на электродах зажигания. После
образования пламени засвечивается фотосопротивление, и фотосигна­
лизатор своими контактами подает команду через щит котельной ав­
томатики на отключение трансформатора зажигания и сигнализатора
времени.
Процесс горения длится до тех пор, пока давление пара в котле не
достигнет предельного значения. Сигнализатор высокого давления че­
рез щит котельной автоматики включает сигнализатор времени и от­
ключает электромагнитный топливный клапан. Горение в топке пре­
кращается, но котельный вентилятор еще в течение 15 с продувает
топку. Затем электродвигатель останавливается, и система вновь под­
готовлена к пуску котла при понижении давления пара.
Система трехпозиционного регулирования предусматривает сле­
дующее. При понижении давления пара в котле до 60% от предельно­
го значения в топку котла подается максимальное (100%) количество
топлива с соответствующей подачей такого же количества воздуха,
при достижении давлением пара в котле 85% от предельного в топку
котла подается 30% топлива с соответствующей подачей пропорцио­
нального количества воздуха, при достижении давления пара предель­
ного значения подача топлива прекращается.
1Л
212
Ш
15
Ic
.
\5ыстрозапорныи
!
КШ *
Электромагнитный
клапан
И
Ф ильт р
ы л _______
Запальная
форсункаf
|Ф г
^
I Цистерна
\дизтоплива
Цистерна
м азут а
А
CT
Перепускной
. клапан
Сдвоенный
клапанны й
Главная Быстрозапорный _ 1 пЖ .
клапан
I т п I Фильтр
форсунка
Q rЭлектромагнит\
I
\придода заслонки
Кот ельны й
ве нт и л я т о р
А /‘
6 В
Рис. 7.10. Схема системы трехпозициоиного регулирования процесса горения котла
Система трехпозиционного регулирования приведена рис. 7.10. В
топке котла постоянно работает запальная форсунка небольшой про­
изводительности на дизтопливе, а розжиг главной форсунки произво­
дится от факела запальной. Дизтопливо из цистерны подается к вин­
товому насосу, проходит через фильтр, электромагнитный и быстроза­
порный клапаны и далее к запальной форсунке. Запальная форсунка
выключается только во время вывода котла из эксплуатации, или при
срабатывании системы аварийной защиты. При этом насос запальной
форсунки продолжает работать, и топливо через перепускной клапан
поступает из нагнетательной полости во всасывающую. Остановка на­
соса производится только при выводе котла из действия на длительный
период.
Подача топлива к главной форсунке производится из цистерны
дизтоплива или цистерны котельного топлива (мазута) через пробку
выбора рода топлива, далее через винтовой насос, подогреватель топ­
лива, фильтр, сдвоенный клапанный блок, быстрозапорный клапан.
Подогреватель топлива паровой, при увеличении температуры ко­
тельного топлива регулятор температуры котельного топлива умень­
шает количество подаваемого пара в топливоподогреватель; при
уменьшении температуры - увеличивает количество подаваемого пара в подогреватель топлива. Перепускной клапан перепускает топли­
во из нагнетательнрй линии во всасывающую при прекращении по­
дачи топлива к форсунке.
Первичные команды для управления процессом горения подают
сигнализаторы давления (минимального, среднего и максимального
давления пара).
213
а)
1
5
Рассмотрим работу сдвоенного клапанного блока (рис. 7.11). Ус­
ловно примем количество подводимого топлива к блоку за 200% . Тог­
да при обоих закрытых электромагнитных клапанах 2 и 4 все поступа­
ющее топливо уходит на слив, а к форсунке не проходит (рис.7.11,а).
В это время заслонка котельного вентилятора (см.рис.7.10) находится
в положении Л - "Закрыто”. В таком положении находится система,
когда давление пара в котле достигло максимального значения.
При давлении пара в котле, соответствующем 85% от номиналь­
ного значения, по команде сигнализатора среднего давления пара
электрС^Ьгнитный клапан 2 открывается, а клапан 4 находится в за­
крытом положении. Топливо через игольчатый клапан 5 (рис.7.11,6)
поступает в верхнюю часть 3 сдвоенного клапанного блока, через от­
крытый клапан 2 и игольчатый клапан L в нижнюю часть сдвоенного
клапанного блока и далее к форсунке. Регулировкой игольчатого кла­
пана 5 добиваются такого положения, чтобы через него проходило
30% топлива, тогда 170% топлива проходит на слив, во всасывающую
214
полость насоса. Заслонка котельного вентилятора в это время нахо­
дится в положении Б - "Открыто на 30%".
При давлении пара в котле, соответствующем 60% от максималь­
ного значения, электромагнитные клапаны 2 и 4 открыты (рис.7.11 ,в).
Топливо в верхнюю часть сдвоенного'клапанного блока поступает
через игольчатый клапан 5 и через электромагнитный клапан 4 и
далее через открытый клапан 2 и игольчатый клапан 1 к форсунке.
Игольчатым клапаном 1 добиваются такой регулировки, чтобы при
открытии обоих электромагнитных клапанов 100% топлива поступа­
ло к форсунке и 100% на слив, во всасывающую полость насоса. Ко­
манда на открытие обоих электромагнитных клапанов подается сигна­
лизатором низкого давления пара. Одновременно заслонка котельного
вентилятора в это время устанавливается в положение В - "Открыто
на 100%м.
Как видно из работы сдвоенного клапанного блока, при любых
положениях электромагнитных клапанов 2 и 4 часть топлива прохо­
дит на рециркуляцию, поэтому клапанный блок всегда омывается по­
догретым топливом*, и температура топлива всегда поддерживается
постоянной.
Система непрерывного регулирования процесса горения выполня­
ет следующее:
- плавно изменяет количество подаваемого топлива и воздуха в
котле в зависимости от нагрузки котла, которая характеризуется ве­
личиной давления пара в котле;
- поддерживает постоянным давление котельного топлива и его
температуру;
- на всех диапазонах нагрузок поддерживает постоянным коэф­
фициент избытка воздуха (соотношение топливо-воздух).
В гидравлическую систему регулирования процесса горения (рис.
7.12) входят три регулятора: главный регулятор давления пара, регуля­
тор температуры котельного топлива и регулятор перепада давления
топлива до и после регулирующего топливного золотника.
Топливо из расходной цистерны шестеренным (винтовым) насо­
сом 24 подается в паровой топливный подогреватель 26 и параллельно
к регулирующему золотнику 28 регулятора перепада давления топли­
ва. Пройдя топливоподогреватель, топливо поступает в фильтр 27 и
далее к регулирующему топливному золотнику 5 главного регулятора
давления пара. После золотника топливо проходит через быстрозапор­
ный электромагнитный клапан 7 к форсунке 6.
Главный регулятор давления пара непрямого действия, с гидрав­
лическим усилительным устройством, пропорциональный, всережимный, с нерегулируемой жесткой обратной связью. Отличительной осо­
бенностью регулятора является то, что его два исполнительных органа
приводятся в действие одним сервомотором: топливорегулирующий
золотник 5, регулирующий количество подаваемого топлива к фор-
215
Рис. 7.12.
Гидравлическая система регулирования процесса горения парового котла
сунке и воздушная заслонка 9, регулирующая количество воздуха,
подаваемого в топку котла 8 котельным вентилятором 10.
Сильфон 13 чувствительного элемента воспринимает импульс по
давлению пара в котле (при увеличении паровой нагрузки давление
пара уменьшается, при уменьшении - увеличивается) и преобразует
его в механическое перемещение своей иглы, которая воздействует на
рычаг сравнения. Рычаг поворачивается вокруг опоры струйной труб­
ки M 9передвигая последнюю влево или вправо. Усилию, развиваемо­
му сильфоном, противодействует усилие задающей пружины 15 и
пружины жесткой обратной связи 12. Питательная вода под давлени­
ем рпит =1 МПа поступает либо в верхнюю, либо в нижнюю полость
цилиндра сервомотора 4 , вызывая перемещение его поршня. Дрос­
сельный клапан 16 служит для регулирования времени сервомотора.
Обводной кран 11 может сообщать обе полости цилиндра сервомотора
при переходе на ручное управление.
При уменьшении нагрузки давление пара в котле увеличится, и
сильфон чувствительного элемента сожмется. Струйная трубка откло­
нится вправо, и вода под давлением поступит в нижнюю полость ци­
линдра сервомотора. Верхняя полость цилиндра в это время через ле­
вое отверстие в приемной шайбе сообщена со сливом. Поршень серво­
мотора начнет перемещаться вверх и через систему рычагов и криво­
шипов уменьшит подачу топлива к форсунке путем прикрытия
216
золотника 5, а также уменьшит подачу воздуха путем прикрытия за­
слонки 9 котельного вентилятора. Пружина 12 жесткой обратной свя­
зи в это время будет сжиматься и перемещать струйную трубку в
среднее положение по отношению к отверстиям приемной шайбы. Как
только струйная трубка дойдет до своего среднего положения, давле­
ние в обеих полостях цилиндра сервомотора уравняется, и поршень
сервомотора остановится. Процесс регулирования прекратится тоща,
когда установившееся давление пара в котле будет соответствовать
усилию задающей пружины и изменившемуся усилию пружины жес­
ткой обратной связи, т. е. регулятор является статическим. Макси­
мальная статическая ошибка составляет 0,08 МПа.
Настройку на поддержание заданного давления пара производят
при помощи пружины 15. Для повышения давления пара затяжку
пружины необходимо увеличить, для уменьшения - уменьшить.
Время сервомотора настраивают при помощи дроссельного клапа­
на 76, минимальное время составляет 15 с, для увеличения времени
сервомотора клапан прикрывают.
Регулирование соотношения топливо - воздух на всех диапазонах
нагрузки осуществляют путем смещения поворотного валика заслон­
ки котельного вентилятора по отношению к неподвижному в это время
топливному золотнику. Если на всех диапазонах нагрузки количество
воздуха повышенное (белый дым), то профильный кулачок регулиро­
вания подачи воздуха разворачивают в сторону прикрытия заслонки
котельного вентилятора (против часовой стрелки). При недостаточ­
ном количестве воздуха (черный дым) регулирующий кулачок разво­
рачивают по часовой стрелке.
Неправильное соотношение топливо - воздух на долевых нагруз­
ках исправляют путем индивидуального изменения положения
профильной ленты кулачка специальными регулировочными болта­
ми, предназначенными для этой цели. Если соотношение топливо воздух завышено, ленту в месте ее контакта с роликом рычага заслон­
ки котельного вентилятора подают в сторону ее оси вращения, т. е.
регулировочные болты ввертывают. При избытке воздуха на опреде­
ленной нагрузке регулировочные винты вывертывают.
Регулятор температуры котельного топлива непрямого дейст­
вия, пропорциональный, статический, всережимный, с гидравличе­
ским усилительным устройством и нерегулируемой жесткой обратной
связью. Чувствительный элемент регулятора состоит из термобалло­
на, капилляра и сильфона 20, заполненных жидкостью, кипящей при
невысокой температуре. Термобаллон устанавливается в трубопрово­
де топлива за топливоподогревателем 26.
При увеличении температуры топлива увеличивается давление
паров жидкости в термосистеме чувствительного элемента, донышко
сильфона перемещается вниз и через рычаг вызывает поворот струй­
ной трубки 21 вокруг ее опоры против часовой стрелки. В результате
этого вода под давлением поступает в нижнюю полость цилиндра 17
сервомотора. Поршень 18 сервомотора начинает перемещаться вверх
217
(вода из верхней полости цилиндра проходит через левое отверстие
приемной шайбы на слив). Золотник 25 греющего пара прикрывается,
и количество подаваемого пара в топливоподогреватель уменьшается,
вызывая тем самым уменьшение температуры топлива. Одновременно
при движении поршня сервомотора вверх сжимается пружина 19 жес­
ткой обратной связи, и струйная трубка возвращается в свое среднее
положение.
При уменьшении температуры котельного топлива процесс регу­
лирования происходит в обратном направлении, и регулирующий па­
ровой золотник открывается на большую величину.
Настройку регулятора на необходимую температуру котельного
топлива производят путем изменения затяжки задающей пружины 22.
Для увеличения температуры затяжку пружины увеличивают, для
уменьшения - ослабляют. Чувствительный элемент регулятора имеет
большую инерционность, поэтому при настройке на необходимую
температуру замер температуры необходимо производить не ранее,
чем через 2-3 мин после изменения затяжки пружины.
Регулирование времени сервомотора производится дроссельным
клапаном 23. При полностью открытом дроссельном клапане время
сервомотора составляет 8 с. Эта регулировка нужна в том случае,
когда наблюдаются большие колебания температуры во время пере­
ходного процесса (свыше 7-8°С ), что свидетельствует о чрезмерно бы­
стром перемещении золотника греющего пара. В этом случае время
сервомотора необходимо увеличить, т. е. дроссельный клапан при­
крыть.
Регулятор перепада давления топлива до и после топливорегули­
рующего золотника 5 предназначен для поддержания постоянной раз­
ности давлений топлива. Это необходимо для того, чтобы обеспечить
пропорциональную зависимость между положением золотника, соот­
ветствующим определенному давлению пара в котле и количеству
подаваемого топлива к форсунке. Регулятор непрямого действия, с
гидравлическим устройством, всережимный, интегральный. Чувстви­
тельным элементом регулятора служат два сильфона 1: верхний под­
ключен к трубопроводу топлива перед регулирующим топливным зо­
лотником 5, а нижний после золотника. Суммарное усилие от сильфо­
нов через рычаг передается на струйную трубку 2, которая управляет
работой сервомотора 30. Задающая пружина 3 служит для настройки
регулятора на поддержание заданного перепада давлений топлива,
дроссельный клапан 31 - для регулирования времени сервомотора.
Обводной кран 29 может сообщать обе полости цилиндра сервомотора
при переходе на ручное управление. Исполнительный орган регулято­
ра - золотник 28 слива топлива.
При изменении главным регулятором давления пара подачи топ­
лива к форсунке (допустим, подача топлива уменьшилась) топливоре­
гулирующий золотник 5 прикрывается. В результате этого давление
топлива за ним уменьшается, и донышко нижнего сильфона регулято­
ра перепада давления топлива перемещается вниз, что вызывает от-
218
Кот ел
Воздух
Рис. 7.13. Упрощенная схема электронной системы автома
тического регулирования процесса горения парового котла
клонение струйной трубки 2 вправо. Поршень сервомотора 30 переме­
щается вниз, а золотник 28 слива топлива открывается на большую
величину. Давление топлива в системе (а следовательно, и перед топ­
ливорегулирующим золотником) уменьшается. Верхний сильфон ре­
гулятора перемещается вверх (так как давление над ним уменьши­
лось) и возвращает струйную трубку в среднее положение. Процесс
регулирования окончится тогда, когда разность давлений на оба силь­
фона будет соответствовать усилию задающей пружины 5, т. е. регуля­
тор при разных нагрузках будет поддерживать одинаковый перепад
давлений топлива.
Настройку регулятора на заданный перепад давлений топлива
осуществляют путем изменения затяжки задающей пружины. При
увеличении затяжки пружины поддерживаемый перепад давлений то­
же увеличится, при ослаблении - уменьшится.
Минимальное время сервомотора составляет 8 с. При необходи­
мости его можно увеличивать путем прикрытия дроссельного кла­
пана 31.
Принципиальная схема электронного автоматического регулирования процесса
горения представлена на рис. 7.13. Изменение давления пара р вызывает сжатие или
растяжение сильфона 7. Перемещение его донышка через шток вызывает разворот ры­
чага 2 вокруг своей оси. В результате этого перемещается реохорд реостата R t и изменя­
219
ется напряжение на входе в управляющий потенциометр. Управляющий потенциометр
вырабатывает электрический сигнал Лвых, пропорциональный значению давления па­
ра в котле. Этот сигнал подается на усилитель, усиливается последним и подается на
электрический сервомотор. Сервомотор воздействует на два исполнительных органа
(PO)t которые совместно изменяют количество подаваемого топлива и воздуха в котел.
Задающая пружина 3 и винт настройки 4 служат для настройки системы на поддержа­
ние заданного значения давления пара.
Обычно такое регулирование применяется в комбинированной системе регулиро­
вания процесса горения. Позиционная система осуществляет только пуск и остановку
котла при минимальном и максимальном значении давления пара, а электронная не­
прерывная система регулирования осуществляет регулирование количества подаваемо­
го топлива и воздуха в пределах от максимального до минимального значений давления
пара.
§ 41. Системы автоматической сигнализации
и аварийной защиты котлов
Аварийно-предупредительная сигнализация вспомогательных па­
ровых котлов осуществляется по следующим параметрам: максималь­
ное давление пара в котле, минимальное давление питательной воды,
минимальный и максимальный уровень воды в котле, минимальное
давление топлива перед форсункой, минимальная и максимальная
температура котельного топлива, минимальная и максимальная тем­
пература котельного топлива, минимальное давление воздуха перед
топкой котла, предельная величина солености питательной воды, об­
рыв факела (погасание факела), отсутствие подачи электропитания
на щит котельной автоматики.
Аварийная защита вспомогательных паровых котлов выполняется
по следующим параметрам: понижение уровня воды в котле, падение
давления питательной воды, низкая температура топлива перед
форсункой, низкое давление воздуха перед топкой котла, обрыв фа­
кела.
Элементы системы аварийно-предупредительной сигнализации
состоят из первичной аппаратуры (сигнализаторы, контактные прибо­
ры) и вторичной аппаратуры (табло, электролампы, ревуны, звонки и
т. д.). Питание вторичных приборов низковольтное, напряжением до
24 В. Кроме того, система сигнализации сигнализирует о вводе или
выводе из действия вспомогательного механизма, обслуживающего
котел (исполнительнаясигнализация).
Рассмотрим пример автоматической сигнализации вспомогатель­
ного парового котла (рис. 7.14). Сигнализация по верхнему и нижнему
предельным уровням воды в котле осуществляется при помощи маг­
нитных переключателей соответствующего уровня. При замыкании
их контактов включается сигнализатор времени (чтобы не было лож­
ных срабатываний системы при качке судна), и через 10 с загораются
соответствующие красные лампы.
Сигнализация по высокому давлению, пара и низкому давлению
воздуха перед топкой котла производится при помощи контактных
220
включен
Белые
Контроль фаз
силовой цепи
Рис. 7.14. Пример выполнения автоматической сигнализации вспомогательного паро
вого котла
манометров, имеющих соответствующую настройку. Их контактное
устройство включает красные лампы.
Сигнализация по срыву факела производится при помощи фото­
сигнализатора. При погасании пламени теряется освещенность фото­
диода, включенного в схему фотосигнализатора, и его контакты замы­
каются, включая красную лампу.
Сигнализация по низкому давлению и низкой температуре ко­
тельного топлива производится сигнализатором давления и темпера­
туры, контакты которых включают красные лампы.
Сигнализация по выходу из строя предохранителей низковольт­
221
ной сети щита котельной автоматики осуществляется сигнализатором
напряжения, контакты которого включают соответствующую крас­
ную лампу.
Исполнительная сигнализация по вводу в действие электродвига­
теля вентилятора, форсунки и питательного насоса производится при
помощи блок-контактов их силовых контакторов, включающих лам­
пы зеленого цвета.
Контроль исправности фаз силовой цепи осуществляется при по­
мощи трех ламп белого цвета, включенных пофазно и имеющих свои
индивидуальные микротрансформаторы 220/24 В.
При включении красных ламп системы сигнализации одновре­
менно включается и звуковая сигнализация.
Вся вышеуказанная сигнализация монтируется на щите котель­
ной автоматики, установленном в котельном помещении машинно­
котельного отделения судна. В центральном посту управления уста­
навливается обобщенная сигнализация о неисправности в работе ко­
тельной установки с подачей звукового сигнала.
Конечным действием системы аварийной защиты вспомогатель­
ного парового котла является прекращение подачи топлива, т. е. вывод
котла из действия. В некоторых случаях после прекращения подачи
топлива вентилятор котла через сигнализатор времени еще некоторое
время работает для продувки топки котла. При срабатывании системы
аварийной защиты подается соответствующий сигнал на щит котель­
ной автоматики для определения причины остановки котла.
Подачу топлива прекращают быстрозапорные клапаны, которые
устанавливаются в непосредственной близости от форсунки. Быстро­
запорные клапаны могут быть различных типов: электрические, гид­
равлические, пневматические и комбинированные.
На рис. 7.15 представлены некоторые типы быстрозапорных кла­
панов. Электромагнитный быстрозапорный клапан (рис.7.15,а) со­
стоит из корпуса V, в котором расположен клапан 2. При подаче пита­
ния на катушку 4 сердечник 5 втягивается вверх, преодолевая натяже­
ние пружины J, и клапан открывается. Топливо поступает к форсунке
котла. При обесточивании катушки 4 клапан под действием пружины
3 садится на свое седло, и подача топлива в котел прекращается. В
цепи катушки электромагнитного клапана установлены контакты
РЗ - сигнализатора защиты, для остановки котла необходимо ббесточить катушку сигнализатора защиты.
Электрогидравлинеский быстрозапорный клапан (р ис.7.15,6)
применится в гидравлических системах регулирования, где энергией
усиления является питательная вода под давлением до 1 МПа. Пор­
шень 6 сервомотора под действием на него сверху давления воды рПит
находится в нижнем положении, сжимая возвратную пружину 4 . В
этом время топливный клапан 8 открыт, и топливо через корпус 7
клапана поступает к форсунке котла по пути, указанному стрелками.
В это время катушка 1 находится под напряжением, и сердечник 2
занимает крайнее верхнее положение, сжимая своим фланцем пружи-
222
Рис. 7.15. Типы быстрозапорных клапанов
ну 3 . Двухседельный клапан 5 находится в верхнем положении, т. е.
верхний клапан (шарик) открыт, а нижний тарельчатый клапан за­
крыт. Питательная вода под давлением поступает на поршень серво­
мотора сверху и удерживает его в крайнем нижнем положении.
При обесточивании катушки 1 под действием пружины 3 сердеч­
ник 2 опустится, и верхний шариковый клапан закроется, а нижний откроется. Вода из надпоршневой полости цилиндра сервомотора на­
чнет перетекать на слив, и под действием возвратной пружины пор­
шень сервомотора начнет двигаться вверх, прикрывая клапан 5, т. е.
прекращая подачу топлива в котел. Для вывода котла из действия
необходимо снять питание с катушки сигнализатора защиты, чтобы
контакт РЗ в цепи катушки 1 разомкнулся. Отметим, что при падении
давления питательной воды поршень сервомотора начнет двигаться
вверх, так как снизу на него действует усилие пружины, и клапан 8
закроется, прекратив подачу топлива к форсунке котла.
Пневмоэлектрический клапан (рис.7.15,в) применяется в пнев­
матических системах управления котельными установками. При по­
даче питания на катушку 8 сердечник 7 втягивается вверх сжимая
пружину 6 , и двухседельный клапан 5 занимает верхнее положение.
При этом положении нижнее седло клапана, сообщающее полость
между седлами клапанов и атмосферой закрыто, а верхнее, сообщаю­
щее эту же полость с источником давления воздуха, открыто. В ре­
зультате этого воздух под давлением поступает на мембрану 4 , и по­
следняя занимает крайнее нижнее положение, сжимая возвратную
пружину 3 и своим штоком открывая клапан 1 подачи топлива к фор-
223
Рис. 7.16. Упрощенная схема электрической системы аварийной защиты парового кот­
ла
сунке. Топливо проходит в корпусе 2 клапана согласно указывающим
стрелкам.
При обесточивании катушки 8 (размыкании контакта РЗ) под
действием пружины 6 двухседельный клапан 5 занимает наинизшее
положение, атмосферное отверстие открывается, а отверстие подачи
воздуха под давлением закрывается. Полость сервомотора над мемб­
раной сообщается с атмосферой, и под действием пружины 3 мембрана
движется вверх, соответственно перемещая вверх и топливный клапан
1 до его полного закрытия. Клапан подачи топлива закроется и при
падении давления воздуха рв>а также при исчезновении напряжения
на щите котельной автоматики.
Общая типовая электрическая схема аварийной защиты котла
приведена на рис. 7.16. Защита котла (закрытие быстрозапорного кла­
пана) происходит при снятии питания с катушки сигнализатора защи­
ты РЗ . Для этой цели в цепи катушки РЗ установлены последователь­
но нормально закрытые контакты: промежуточного электромеханиче­
ского сигнализатора РНУ (сигнализатора нижнего уровня), сигнали­
затора РГ (горения), сигнализатора давления РДП (давления пара),
сигнализатора P TT (температуры котельного топлива), сигнализато­
ра РДВ (давления воздуха перед топкой котла), сигнализатора РДВ 1
(давления питательной воды). Катушки сигнализаторов давления воз­
духа и давления питательной воды на схеме не показаны, чтобы не
усложнять схему.
Защита по понижению уровня происходит в следующей последо­
вательности: при падении уровня воды до нижнего предела замыкают­
ся контакты нижнего уровня в цепи катушки сигнализатора времени
224
PB . Э то м огут быть контакты м агнитны х п е р е к л ю ч а т ел е й
(см.рис.7.1), контакты сигнализатора уровня (см.рис.7.6), контакты
дистанционного мембранного указателя уровня (см.рисЛ .15). Катуш­
ка PB получает питание и через 10-12 с замыкает свои контакты в
цепи катушки электромеханического сигнализатора РНУ. Нормально
закрытые контакты РНУ в цепи катушки РЗ размыкаются, и катушка
обесточивается. Выдержка времени нужна, чтобы влияние качки суд­
на не вызывало ложного срабатывания системы. Действительно, если
падение уровня произойдет в результате влияния качки судна, кон­
такт Н У замкнется, катушка PB получит питание, но через несколько
секунд уровень вновь повысится, и катушка PB обесточится, а ее кон­
такты PB не успеют замкнуться. Обесточивание катушки РЗ вызовет
открытие ее контакта в цепи катушки электромагнитного быстроза­
порного клапана (см.рисЛ. 15), и произойдет остановка котла. Одно­
временно контакт РЗ включит сигнализатор времени на 30-90 с, кото­
рый только через этот промежуток времени обесточит электродвига­
тель котельного вентилятора (на схеме не показано), т. е. произойдет
продувка топки котла.
Защита по срыву факела происходит через сигнализатор горения
и промежуточный электромеханический сигнализатор РГ . При поту­
хании факела в топке котла катушка сигнализатора горения получает
питание, ее контакты замыкаются, и катушка промежуточного элект­
ромеханического сигнализатора РГ получает питание. Ее контакты в
цепи катушки РЗ размыкаются, и происходит защита котла путем
постановки быстрозапорного клапана в закрытое положение с после­
дующей вентиляцией топки котла в течение заданного времени.
Защита по повышению давления пара в котле происходит при
помощи ,сигнализатора давления пара. При этом замыкаются контак­
ты сигнализатора давления, и получает питание катушка промежу­
точного электромеханического сигнализатора РДЯ, и ее контакт в
цепи катушки РЗ размыкается. Происходит остановка котла с после­
дующей вентиляцией топки в течение заданного времени.
Защита по понижению температуры котельного топлива, по паде­
нию давления воздуха, падению давления питательной воды происхо­
дит аналогично.
Для дистанционной остановки котла предусмотрена кнопка
"Стоп", включенная в цепь катушки РЗ . При нажатии этой кнопки
происходит обесточивание катушки РЗ и остановка котла через быст­
розапорный клапан.
Для последующего введения котла в действие после срабаг ывания
системы аварийной защиты необходимо все контролируемые парамет­
ры восстановить до их нормального значения. Но все равно в этом
случае котел не будет введен в действие, так как катушка РЗ обесточе­
на открытым контактом РГ (нет факела). Поэтому в данной схеме на
время пуска котла контакт РГ блокируется переключателем Яф. По­
сле розжига котла и появления факела переключатель Яф размыкают.
В некоторых схемах этого переключателя не предусмотрено, и на вре­
225
мя пуска котла включается обводной топливный клапан, который по­
дает топливо к форсунке с приводом вручную только на время пуска.
При введении котла в действие, когда засветится фотосопротивление,
катушка РГ обесточится. Контакт РГ замкнется, и быстрозапорный
клапан откроется. После запуска котла обводной топливный клатаи
необходимо закрыть.
Кроме электрических схем аварийной защиты вспомогательных
паровых котлов существуют и пневматические системы, в которых
защита происходит при падении давления воздуха в системе питания
приборов и аппаратуры автоматики.
§ 42. Автоматизация вспомогательных механизмов.
Автоматизация вспомогательных механизмов машинно-котель­
ного отделения современного судна предусматривает следующее:
-д о е к и остановку механизма в зависимости от величины контро­
лируемого параметра;
- программное обеспечение выполнения технологической опера­
ции во время эксплуатации механизма;
- подачу исполнительной сигнализации на пульт управления о
вводе или выводе из работы вспомогательного механизма;
- автоматическую защиту вспомогательного механизма.
Ниже приводятся системы автоматизации вспомогательных судо­
вых механизмов.
Автоматизация компрессора сжатого воздуха (рис. 7.17) предус­
матривает:
- автоматический пуск компрессора при падении давления возду­
ха в пусковых баллонах до 2,2 МПа и автоматическую остановку при
повышении давления до 3 МПа. Пуск и остановка осуществляются при
помощи сигнализаторов минимального и максимального давления;
- автоматическую продувку ступени низкого и высокого давления
во время пуска в течение 12 с. Продувка осуществляется путем откры­
тия пневматических клапанов П К 2 и П К 3 , воздух к которым для их
открытия поступает от электромагнитных клапанов ЭМ К 2 и ЭМ К 3;
- автоматическое открытие пневматического клапана П К 1 ох­
лаждения компрессора спустя 12 с после пуска и его закрытие при
остановке компрессора. Подача воздуха к этому клапану производит­
ся от эфгтромагнитного клапана ЭМ К J;
- автоматическое открытие воздушного клапана П К 4 подачи воз­
духа к баллонам после продувки ступеней компрессора и его закрытие
при остановке компрессора. Подача воздуха к этому клапану осущест­
вляется электромагнитным клапаном ЭМК 4;
-аварийную защиту (остановку компрессора) при падении давле­
ния масла в системе смазки компрессора (сигнализатор давления) и
226
3MKJ
л
л
зт ч
------L^sl-------- 1
ЗМК2
UH ч
р Е^ Ь »»
Sarni
к ПН 2
ЗМК1
Вода
Вода
Воздух
питания
шпоноо
Сигнализатор
да бленим
м асла
Рис. 7.17. Конструктивная схема автоматизации компрессора сжатого воздуха
при повышении температуры воды, охлаждающей компрессор (сигна­
лизатор температуры).
Электрическая схема автоматизации компрессора (рис. 7.18).
Она предусматривает работу в автоматическом режиме (положение
переключателя IJ на клемме Л - автоматическое) и ручное управление
(положение переключателя IJ на клемме ttPn - ручное).
Работа компрессора в автоматическом режиме происходит следу­
ющим образом. При падении давления воздуха в пусковых баллонах
ниже заданного значения замыкаются контакты сигнализатора мини­
мального давления. Катушка сигнализатора времени P B - 12 с получа­
ет питание. Если в это время температура охлаждающей воды не пре­
вышает предельную, то контакты сигнализатора температуры замк­
нуты. Контакты сигнализатора давления масла в это время разомкну­
ты (маслонасос, приводимый в действие от вала компрессора, еще не
создал достаточного давления масла) , однако они заблокированы кон­
тактами PB сигнализатора времени, которые разомкнутся через 12 с
после .того, как катушка РВ-12 с получит питание. Этого времени
достаточно, чтобы маслонасос успел создать давление масла в системе.
. Катушка JI получает питание, и ее линейные контакторы в цепи трех­
фазного электродвигателя компрессора замыкаются. Происходит за­
пуск компрессора. В момент запуска и в продолжение 12 с контакт PB
в цепи катушек электромагнитных клапанов ЭМ К 1 иЭ М К 4 замкнут,
227
Рис. 7.18. Упрощенная электрическая схема аптоматизации компрессора
сжатого воздуха
катушки этих клапанов находятся под напряжением, а сами клапана
закрытыми. Поэтому закрыты пневматические клапана П К 1 и П К 4 ,
т, е. вода не поступает в систему охлаждения компрессора, а воздух из
второй ступени компрессора не поступает в баллоны. В этом время
катушки электромагнитных клапанов ЭМ К 2 и ЭМ К 3 обесточены
открытым контактом PB и соответственно открыты продувочные
пневматические клапаны П К 2 и ПК 3 продувки низкой и высокой
ступени давления. Через 12 с срабатывает сигнализатор времени, и его
контакты в цепи катушки JI и в цепи катушек ЭМК I и ЭМ К 4 размы­
каются, а в цепи катушек ЭМК 2 и ЭМК 3 замыкаются.
Катушка Л остается под напряжением, так как давление масла
уже повысилось, пневматические клапана ПК 2 и П К 3 закрываются
(продувка прекратилась), клапан П К I открывается (компрессор на­
чинает охлаждаться), клапан ПК 4 тоже открывается, и воздух посту­
пает в баллоны.
Работа компрессора продолжается до тех пор, пока давление в
баллонах не повысится до 3 МПа, и контакты сигнализатора макси­
мального давления не обесточат катушку Л . Размыкание контактов
сигнализатора минимального давления при повышении давления на
величину дифференциала не вызовет обесточивания катушки Л %так
как контакты заблокированы контактами Л . Остановка компрессора
также может произойти при срабатывании системы аварийной защи­
ты: при падении давления масла в системе смазки или при повышении
температуры воды, охлаждающей компрессор. При остановке ком­
прессора гаснет сигнальная лампа, включенная параллельно ка­
тушке ЛГ.
228
3
Рис. 7.19. Автоматическая схема пуска и остановки сепараторной
установки
При переходе на ручное управление пуск и остановка компрессо­
ра производятся соответственно кнопками ’’Пуск” и "Стоп".
Автоматическая схема пуска и остановки сепараторной уста­
новки (рис. 7.19). В расходной цистерне 8 установлен сигнализатор
уровня 7. Как только уровень снижается до определенного значения,
происходит подача сигнала на электрический щит управления. Элект­
рическая схема щита управления предусматривает открытие электро­
магнитного всасывающего клапана 2 с одновременным запуском элек­
тродвигателя насоса 4 , а также включение теплонагревательных эле­
ментов подогревателя 5 и включение электродвигателя сепаратора 6.
Пуск системы при понижении уровня в расходной цистерне осуществ­
ляется в такой последовательности:
- включается электродвигатель сепаратора и теплонагреватель­
ные электрические элементы топливоподогревателя;
-одновременно включается сигнализатор времени;
- через 60-75 с (в зависимости от вязкости очищаемого топлива
или масла) контакты сигнализатора времени включают электродвига­
тель насоса очищаемого масла или топлива и всасывающий электро­
магнитный клапан. Из цистерны I через открытый клапан 2 и фильтр
3 очищаемая жидкость начнет поступать к насосу и далее через подо­
греватель к сепаратору.
При достижении уровня топлива (масла) в расходной цистерне
верхнего уровня происходит отключение всех вышеуказанн* :х меха­
низмов.
Система предусматривает ручное управление всеми механизмами
при помощи выключателей, установленных на щите управления.
В настоящее время на судах устанавливаются автоматизирован­
ные самоочищающиеся сепараторы, которые могут быть с самоочища­
ющимися барабанами и с барабанами соплового типа.
В сепараторах с самоочищающимися барабанами отсепарирован-
229
б)
5
Рис. 7.20. Схема подъема и опускания нижнего барабана сепаратора
ный осадок выгружается из барабана через определенные промежутки
времени без остановки сепаратора; в сепараторах с барабанами сопло­
вого типа осадок непрерывно выгружается из барабана через сопла,
расположенные по периферии на стенке барабана."
Рассмотрим принцип действия сепаратора с самоочищающимися
барабанами (рис. 7.20). При работе сепаратора нижний барабан 1
(рис.7.20,а) прижимается к верхнему барабану 5 за счет нахождения
воды в полости A y которая подводится к этой полости с давлением р\ от
напорного бака, установленного на высоте 1,5-2 м выше сепаратора.
Сила от давления воды снизу нижнего барабана превышает силу, ко­
торую создает очищаемая жидкость, находящаяся сверху нижнего ба­
рабана, так как нижняя сторона барабана имеет большую площадь,
чем верхняя. Испарения или утечки воды под нижним барабаном не­
прерывно пополняются, так как трубопровод полости А сообщен с на­
порным баком.
Опускание барабана во время работы сепаратора достигается пре­
кращением подачи воды в полость А (снятие давления pi) и подачей
воды под небольшим давлением рг в полость Б . Под давлением рг
клапаны 3 (их несколько) опускаются, и вода из полости А уходит на
слив (рис.7.20,б). Когда давление, оказываемое очищаемой жидко­
стью св'^рху на нижний барабан, превышает давление, оказываемое
снизу на нижний барабан водой в полости A y барабан отжимается
вниз, и отстой выходит наружу через прорези в стенках барабана. Вода
из полости Б частично выходит наружу через верхнее сливное отвер­
стие, но этот поток воды незначителен по сравнению с притоком рг
ввиду небольшого диаметра сливного отверстия. Для закрытия бараба­
на подачу воды в полость Б прекращают, а в полость А подают. В
результате этого пружины 2 клапанов прижимают клапаны к седлам
230
полости Л. Вода заполняет полость A yи нижний барабан перемещается
вверх. Так как в полости Б давления нет, то клапаны все время прижа­
ты по мере подъема вверх барабана. Уплотняющее кольцо 4 не дает
просачиваться воде в прорези нижнего барабана при его прижатии к
верхнему.
Функциональная схема программной очистки сепаратора приве­
дена на рис. 7.21. При работающем сепараторе очищаемое топливо
(масло) от топливоподогревателя поступает к трехходовому пневма­
тическому клапану П К 1 и проходит к сепаратору, где очищается, и по
отходящему трубопроводу поступает в расходную цистерну. Система
автоматизированного управления очисткой снабжена четырьмя элек­
тромагнитными клапанами ЭМ К I 9,ЭМК 2, ЭМ К 3, ЭМ К 4. Управле­
ние клапанами осуществляется от щита управления, в котором смон­
тирован вал с 10 кулачками. При повороте вала кулачки попеременно
замыкают или размыкают соответствующие контакты схемы. Вал со­
вершает один оборот за 180 с. Привод вала осуществляется от электро­
двигателя с понижающим редуктором. Периодичность включения ва­
ла задается часовым механизмом, благодаря которому можно устанав­
ливать интервал очистки в пределах от 0,5 до 12 ч (в зависимости от
степени загрязнения очищаемого топлива или масла).
Назначение электромагнитных клапанов следующее:
- электромагнитный клапан ЭМК 1 при подаче питания на его
катушку подает воздух на мембрану трехходового пневматического
клапана П К Jy который при этом подает очищаемое топливо (масло)
на сепаратор. При обесточивании катушки ЭМ К 1 подача воздуха к
мембране пневматического клапана прекращается, и верхняя полость
над мембраной сообщается с атмосферой. В результате этого пневма­
тический клапан прекращает подачу очищаемой жидкости к сепарато­
231
ру и перепускает ее на рециркуляцию, т. е. снова к топливоподогревателю;
- электромагнитный клапан ЭМК 2 управляет подачей промыва­
ющей воды к сепаратору. При подаче питания на его катушку он
открывается, при обесточивании закрывается;
- электромагнитный клапан ЭМК 3 подает воду от напорного бач­
ка через фильтр под нижний барабан сепаратора для его закрытия
(см.рис.7.20, p i). При подаче питания на его катушку он находится в
открытом положении;
- электромагнитный клапан ЭМК 4 служит для подачи воды под
барабан сепаратора для его открытия (см.рис.7.20, р2). При подаче
питания на его катушку он находится в открытом положении.
Сигнализатор давления, установленный на трубопроводе очи­
щенной жидкости, подает первичный сигнал в систему сигнализации и
аварийной защиты при падении давления очищенной жидкости. Это
давление контролируется манометром, установленным на этом же
трубопроводе.
При подаче команды от часового механизма через определенный,
заданный интервал кулачковый вал начинает проворачиваться и про­
изводит следующие действия:
- от 5-й до 120-й с обесточивает катушку ЭМК 7;
- от 5-й до 175-й с блокирует (отключает) контакты сигнализато­
ра давления, чтобы не было ложных срабатываний аварийной защиты,
так как во время очистки давление очищаемой жидкости падает;
- в период со 105-й по 120-ю с включает электромагнитный кла­
пан ЭМ К 2;
- на 25-й с обесточивает катушку клапана ЭМК 3 , которая нахо­
дится в обесточенном состоянии до 50-й с, а затем вновь включается;
- подает питание на катушку клапана ЭМК 4 в период с 25-й до
35-й с.
Исходя из этой программы автоматическая очистка сепаратора
производится в следующей последовательности: на 5-й с прекращается
подача очищаемой жидкости, и отключается сигнализатор давления.
Сепарируемая жидкость вырабатывается из сепаратора и уходит в рас­
ходную цистерну. На 25-й с нижний барабан начинает опускаться, и
шлам через открывающиеся прорези барабана удаляется в шламную
цистерну. На 50-й с барабан начинает закрываться и закроется через
70 с, т. е. на 120-й с. На 105-й с открывается клапан промывочной
воды, и вода под давлением 0,2-0,4 МПа поступает в сепаратор, окончател/^ ^очищает барабаны и уходит в шламную цистерну. На 120-й с
подача промывающей жидкости прекращается, и в это же время от­
крывается пневматический клапан подачи сепарируемой жидкости.
Сепаратор начинает входить в режим очистки. На 175-й с включается
сигнализатор давления и, если сепаратор работает в нормальном ре­
жиме, аварийная защита не срабатывает. На 180-й с кулачковый вал
устанавливается в пусковое положение. Программное устройство
вновь подготовлено к следующему циклу очистки.
232
Аварийная защита с исполнительной сигнализацией срабатывает
при понижении давления в трубопроводе очищенной жидкости до
0,08 МПа. При этом срабатывает сигнализатор давления, сигнальная
лампа контроля работы сепараторной установки загорается, и одно­
временно подается звуковой сигнал. Все четыре электромагнитных
клапана обесточиваются. При этом прекращается подача очищаемой
жидкости в сепаратор, а из нагнетательного трубопровода в сепаратор
она не попадет, так как там установлен обратный клапан.
При всех закрытых электромагнитных клапанах осуществлять
цикл промывки можно вручную при помощи ручных клапанов. Пода­
ча и прекращение подачи очищаемой жидкости осуществляется руч­
ным клапаном, установленным за пневматическим клапаном П К 7,
открытие и закрытие нижнего барабана осуществляется пробковым
краном (на рис. не показан) после переключения трехходового крана
перед клапанами ЭМК 3 и ЭМК 4. Подачу и прекращение подачи
промывочной жидкости производят ручным клапаном, установлен­
ным за клапаном ЭМК 2, предварительно переставив пробковый трех­
ходовой кран в положение "Ручное”.
Автоматическая система очистки сепараторов типа "Рикорда" мо_ жет управлять работой четырех сепараторов по одной программе в
режиме автоматического повторения программы очистки, принцип ее
действия аналогичен системе, описанной выше.
Автоматическое регулирование вязкости топлива. Оно повыша­
ет экономичность двигателей внутреннего сгорания, работающих на
тяжелых сортах топлива.
Принцип действия системы (рис. 7-.22) основан на измерении от­
клонения вязкости от заданной и превращении этого отклонения в
сигнал, воздействующий на паровой регулирующий клапан топливоподогревателя. Топливо от топливоподогревателя параллельно основ­
ному потоку проходит через капиллярную трубку 9. Датчик 8 пневма­
тического типа замеряет перепад давлений в начале и конце капил­
лярной трубки. Перепад давлений зависит от вязкости тяжелого топ­
лива (при постоянном р асходе). Датчик питается воздухом с
постоянным давлением в 0,14-0,2 МПа. Выходной сигнал датчика в
виде давления воздуха
подается на пропорциональный пневмати­
ческий регулятор 5, где усиливается, и в виде пневматического сигна­
ла Xp подается через трехходовой кран 4 на пневматический сервомо­
тор 3 с позиционером. Сервомотор подает команду УВых на клапан 2
греющего пара, подаваемого в паровой топливный подогреватель 7.
Пневмозадатчик 6 служит для дистанционного управления сс "^мото­
ром при выходе из строя датчика или регулятора. Манометр 7, разградуированный в единицах вязкости, контролирует величину топлива.
Датчик представляет собой дифференциальный манометр с пнев­
матическим выходом. Установка пневмодатчика производится на вы­
ходном трубопроводе топлива из топливоподогревателя. Расстояние
между подогревателем топлива и датчиком выбирается по возможно­
сти минимальным, участок капиллярной трубки покрывается тепло-
233
Топливо
Рис. 7.22. Упрощенная схема системы автоматического регулирова­
ния вязкости топлива
изоляцией. Перед включением системы в работу через датчик необхо­
димо пропустить легкое топливо, чтобы заполнить полости с обеих
сторон мембраны датчика, а также линию подключения дифференци­
ального манометра. Как видно из схемы и ее принципа действия, для
регулирования вязкости применена универсальная пневматическая
система регулирования (см.§ 23).
Автоматизапия сепаратора нефтесодержащих вод (рис. 7.23).
Корпус сепаратора разделен на три полости а, б и б. Из сборной цис­
терны 2 льяльных вод нефтеводяная смесь поступает в полость а, кото­
рая снабжена подогревателем для подогрева смеси до 40° C и гидро­
циклоном. В гидроциклоне вследствие разности плотностей воды и
нефти частицы нефти поступают в центр, где укрупняются. В распи­
ливающее устройство 3 полости б, отделенной от полости частицы
нефти а перегородкой 5, поступает озоновоздушная смесь. Пузырьки
воздуха и озона поднимаются наверх, и частицы нефти окисляются
озоном. Из распределителя 4 обработанная вода через трехходовой
кран 10 поступает к распределителю 9 полости в и далее поступает в
песчаный фильтр I L Окончательно очищенная вода подается к эжек­
тору 18 . Рабочая вода к эжектору подается насосом 19 забортной воды
из кингстона 20. Полости а и б снабжены сборником нефти 7, который
оборудован шаровыми плавучими клапанами 8 для отсоса воздуха.
Если в полостях а и б накопилась нефть и линия раздела сред
(вода, нефть) опустилась ниже нижнего сигнализатора уровня 6, элек­
тромагнитные клапаны 7 открываются, и нефть сливается в сборник
нефти 1. Это продолжается до тех пор, пока линия раздела сред не
поднимется выше верхнего сигнализатора уровня.
В системе предусмотрена автоматическая регистрация интенсив-
234
ности сброса и общего количества нефти, слитой за борт во время
рейса. В вычислительное устройство 7J от прибора 16 контроля посту­
пает информация о нефтесодержании в воде, сливаемой за борт после
сепаратора (в частях на 1 млн). C помощью расходомера 14 фиксиру­
ется количество сбрасываемых вод в единицу времени. Также регист­
рируется время сброса и положение запорного электромагнитного кла­
пана 12 на сливном трубопроводе. Вычислительное устройство связано
с судовым лагом 17, поэтому на самопишущее устройство 15 поступает
информация об интенсивности сброса нефти в литрах на морскую ми­
лю, общее ее количество, время и дата. В случае превышения интен­
сивности слива 60 л/милю вычислительное устройство выдает сигнал
на закрытие запорного электромагнитного клапана 12.
Для предотвращения загрязнения моря мусором и нефтеотходами
применяют специальные автоматизированные печи. В печь входит
следующее оборудование: форсунки для подачи в печь нефтеотходов
из сборников сепаратора льяльных вод и дизельного топлива, горелка
дизтоплива, реактор для обработки жидких отходов (в нем поддержи­
вается температура до 1000° С), реактор первичной обработки твер­
дых отходов (с поддерживаемой температурой до 800° С).
А втом атизация работы гидрофора санитарной воды (р и с.
7.24,а). Система автоматической) управления гидрофором 5 состоит
из насоса 3 с фильтром 4. Насос приводится во вращение от электро­
двигателя 2 трехфазного переменного тока. Запуск и остановка элект­
родвигателя осуществляются со щита автоматического управления.
При понижении уровня воды в гидрофоре, 4fo контролируется при
235
Рис. 7.24. Система автоматизации работы гидрофора
помощи водоуказательного стекла б, давление воздуха в верхней час­
ти гидрофора уменьшается, что контролируется манометром 7. При
достижении давлением минимального значения (0,18-0,25 МПа) за­
мыкаются контакты сигнализатора минимального давления, и подает­
ся электрический сигнал на щит управления, что вызывает запуск
насоса. При работе насоса уровень воды, а следовательно, и давление
воздуха в верхней части гидрофора увеличивается, и, когда оно до­
стигнет верхнего предельного значения (0,4-0,5 МПа), срабатывают
контакты сигнализатора максимального давления. Происходит оста­
новка электронасоса.
Клапан 9 служит для периодической подкачки воздуха в гидро­
фор, так как воздух частично теряется по мере расхода воды. Предо­
хранительный клапан 8 отрегулирован на предельное давление (на
0,02-0,03 МПа больше, чем давление, при котором останавливается
электронасос). Через клапан 1 удаляется шлам, скопившийся в гидро­
форе.
Переключатель П (рис.7.24,б) имеет два положения: А - автома­
тическое и P - ручное управление. При автоматическом управлении
катушка JI линейного контактора электродвигателя насоса получает
питание, когда замкнут контакт сигнализатора максимального давле­
ния. При повышении давления выше максимального этот контакт ра­
зомкнется, и катушка JI обесточится. Ее контакторы JI I, JI 2, JI 3
размыкаются, и электродвигатель останавливается. По мере расхода
воды давление в гидрофоре уменьшается, и контакты сигнализатора
максимального давления замыкаются. Однако при этом катушка JI
236
питания не получит, так как ее контакт.# разомкнут, и контакт сигна­
лизатора минимального давления тоже разомкнут. При дальнейшем
понижении давления до минимального значения замыкается контакт
сигнализатора минимального давления, и катушка Л получает пита­
ние. Давление в гидрофоре начинает увеличиваться, и контакт сигна­
лизатора минимального давления размыкается, но так как он заблоки­
рован контактом Л , то катушка Л продолжает находиться под напря­
жением до тех пор, пока не разомкнется контакт сигнализатора мак­
симального давления. Таким образом, при работе в автоматическом
режиме электронасос будет периодически включаться и выключаться
при определенных, заданных минимальном и максимальном давлени­
ях в гидрофоре.
При переходе на ручное управление переключатель П устанавли­
вают в положение Р. Для пуска насоса необходимо ,нажать кнопку
’’Пуск", при этом катушка JI получит питание, и электродвигатель
запустится. При отпуске кнопки катушка Л не обесточится, так как
кнопка "Пуск” заблокирована контактами катушки Л . Для остановки
электродвигателя нажимают на кнопку "Стоп", катушка Л обесточи­
вается, и электродвигатель останавливается. При отпуске кнопки
’’Стоп” катушка не получит питания, так как кнопка "Пуск" разо­
мкнута, и контакт Л тоже разомкнут.
В настоящее время получили широкое распространение автомати­
ческие дуплекс-схемы работы вспомогательных механизмов, которые
предусматривают:
- при работе основного механизма поддержание резервного в по­
стоянной готовности к пуску;
- автоматический запуск резервного механизма при выходе из
строя (остановке) основного, а также автоматическое подключение
резервного, если производительность основного недостаточна;
- дистанционное управление (пуск и остановку из Центрально­
го поста управления) любого механизма, работающего по дуплекссхеме;
- автоматическое включение работавших механизмов после их
включения в результате обесточивания судна по заданной программе.
В дуплекс-схеме работают следующие вспомогательные механиз­
мы: компрессоры сжатого воздуха, насосы охлаждения двигателей,
масляные насосы двигателей, рулевой машины, механизма изменения
шага винта, питательные насосы котла, насосы гидрофоров и т. д.
Обслуживание автоматических систем вспомогательных механизмов во время экс­
плуатации сводится к проверке параметров срабатывания сигнализаторов и их настрой­
ке по мере необходимости, проверке срабатывания систем в действии, профилактике
средств автоматики и аппаратуры контроля.
К основным неисправностям автоматических систем управления вспомогательны­
ми механизмами относятся:
- неисправности сигнализаторов системы (чувствительных элементов, контактных
устройств и т . д.);
- неисправности электрической и коммутационной аппаратуры;
- неисправности линий связи систем;
- срабатывания систем при параметрах, отличных от заданных.
237
Устранение неисправностей систем осуществляется путем замены деталей сигна­
лизаторов, зачистки и регулировки контактных устройств, замены линий связи, замены
деталей электроаппаратуры (катушек, пружин, сердечников и т. д.), настройки и про­
верки в действии системы после ремонта.
§ 43. Автоматизация судовых систем
Автоматическая система кондиционирования воздуха для ж и­
лых и служебных помещений судна (рис. 7.25). В двухканальную
систему кондиционирования включены два кондиционера: один из
них готовит горячий воздух, второй - холодный. Кондиционер-отопи­
тель состоит из всасывающего патрубка 6 свежего воздуха, заслонок 7
с ручным приводом, фильтра 8 , камеры рециркуляции с ручной за­
слонкой 9, камеры подогрева с паровым подогревателем 10 , камеры
увлажнения У7, регулирующей заслонки в камере всасывания 72, вен­
тилятора 13 и сетевого трубопровода 26. При изменении давления
воздуха в трубопроводе 26 датчик 16 давления подает команду на
регулирующее устройство 77, которое воздействует на заслонку в ка­
мере всасывания.
При изменении влажности в трубопроводе 26 датчик 18 влажно­
сти через регулирующее устройство 19 подает команду на клапан 15
пара, подаваемого в камеру увлажнения. При большой влажности по­
дача пара прекращается, при недостаточной влажности через клапан
проходит определенное количество пара и распыливается в подавае­
мом воздухе.
При изменении температуры воздуха в трубопроводе 26 датчик 20
температуры подает команду на регулирующее устройство 27 (регуля­
тор температуры прямого действия), и через клапан 14 меняется коли­
чество пара, подаваемого в подогреватель 10 воздуха.
Кондиционер-охладитель состоит из всасывающего патрубка 2,
заслонок 3 с ручным приводом, фильтра 4 свежего воздуха, камеры
рециркуляции с заслонкой 5, охладителя воздуха 2J, вентилятора 22 и
сетевого трубопровода 27 холодного воздуха. Температура холодного
воздуха регулируется при помощи датчика 24 температуры и регули­
рующего устройства 25.
Горячий и холодный воздух поступает по сетевым трубопроводам
26 и 27 в судовое помещение 33 через заслонку 28 , которая регулирует
заданную температуру при помощи датчика 32 температуры и испол­
нительного устройства 29, изменяющего положение заслонки 28. За­
дание температуры в каждом судовом помещении может быть индиви­
дуальным. Теплый и холодный воздух в каждом помещении смешива­
ется в смесителе 30. В каждом помещении предусмотрено и ручное
регулирование температуры воздуха при помощи ручного привода 31
регулирующей заслонки 28.
Система кондиционирования может работать, подавая в помеще­
ния свежий воздух (тогда заслонки 3 и 7 открыты, а заслонки 5 и 9
238
Рис. 7.25. Функциональная схема системы автоматизации конди­
ционирования воздуха
рециркуляции закрыты), или в режиме рециркуляции (тогда заслонки
5 и 9 рециркуляционного канала 1 открыты, а заслонки 3 и 7 закры­
ты). Также система может работать в частичном режиме рециркуля­
ции; в этом случае на некоторую величину открыты и заслонки свеже­
го воздуха, и заслонки рециркуляции.
Такие автоматические системы кондиционирования воздуха яв-:
ляются универсальными (система может работать в любое время года
и любом климате) и индивидуальными (в каждом служебном или жи­
лом помещении можно поддерживать свой микроклимат).
Накопление сточных (льяльных) вод в колодцах машинного отде­
ления судна обычно происходит в течение сравнительно продолжи­
тельного времени, а осушение производится за короткий срок из-за
большой производительности осушительных насосов. Процесс осуше­
ния сводится к следующему: при достижении предельного уровня в
колодце производится открытие запорного клапана на осушительном
трубопроводе и пуск осушительного насоса, который подает воду в
сепаратор льяльных вод; при снижении уровня до минимального зна­
чения насос останавливается, и клапан закрывается. Одна из таких
систем, где сепаратор льяльных вод работает в дежурном режиме: при
239
\OLTM
плохом качестве очистки происходит наполнение сточной цистерны,
при хорошей очистке происходит сброс очищенной воды за борт представлена на рис. 7.26.
В сточном колодце 7, где накапливаются льяльные воды, установ­
лен поплавковый магнитный датчик уровня, состоящий из поплавка 4,
свободно перемещающегося вдоль вертикальной трубы, выполненной
из немагнитного металла. Внутри трубы смонтированы магнитные пе­
реключатели 3 нижнего и 5 верхнего уровней. Сигналы от датчиков
уровня подаются на автоматизированный щит 7 управления. При по­
вышении уровня срабатывает магнитный переключатель 5 верхнего
уровня, и подается команда на открытие электромагнитного клапана 6
и на запуск электродвигателя 16 насоса 15 осушения. При открытии
электромагнитного клапана 6 подается воздух под давлением на мем­
брану пневматического клапана 2, последний открывается, и льяль­
ные воды поступают к насосу, который производит их перекачку в
сепаратор 13 льяльных вод. Фильтр 77 очищает воду от механических
примесей. При понижении уровня до отметки нижнего уровня магнит­
ный переключатель 3 подает команду через щит управления на оста­
новку электродвигателя насоса и на обесточивание катушки электро­
магнитного клапана 6, который при этом сообщает надмембранную
полость пневматического клапана 2 с атмосферой, и клапан закрыва­
ется. Следующий пуск системы произойдет при повышении уровня
вновь до верхней отметки. Система предусматривает одновременную
исполнительную сигнализацию о введении в работу насоса и открытии
240
клапана 2, а также дистанционное, ручное управление этими меха­
низмами в случае отказа датчиков уровня.
По мере накопления нефтепродуктов в верхней части сепаратора
льяльных вод емкостный датчик 12 подает команду через щит 7 управ­
ления на электромагнитный клапан 9, последний открывается, пода­
вая воздух под давлением на мембрану пневматического клапана 11.
Клапан открывается, и производится сброс нефтепродуктов в сточную
цистерну 14. Очищенная вода по сигналу датчика, контролирующего
качество очистки (на схеме не показан), сбрасывается за борт путем
подачи питания на электромагнитный клапан 8, который подает воз­
дух под давлением на пневматический клапан сброса 10.
Гидравлическая система дистанционного управления клапана­
ми общесудовых систем. Она предусматривает открытие и закрытие
клапанов дистанционно, из центрального поста управления судном.
Система (рис. 7.27) состоит из аккумулятора масла 14 емкостью
15 - 30 л. Аккумулятор представляет из себя цилиндр, в котором рас­
положен поршень. Сверху поршень нагружен подушкой, выполнен­
ной из маслостойкой резины. Подушка заполнена азотом из баллона
17 через редукционный клапан 15. Манометр 16 контролирует давле­
ние азота в баллоне, а манометр 13 давление азота в подушке.
Применение азота предусмотрено тем, что он как инертный газ не
ухудшает свойства масла в случае его протечки (не окисляет и не
разлагает масло). При отборе масла из аккумулятора резиновая по­
душка, расширяясь, воздействует на поршень, который, перемещаясь
вниз, вновь выравнивает давление масла. Масло под давлением пода­
ется в аккумулятор из сливной цистерны 5, соединенной воздушной
трубкой 8 с атмосферой. Для создания давления масла в схеме предус­
мотрено два масляных насоса 3 и 24 с электродвигателями 2 и 25. Один
насос является основным, рабочим, а второй - резервным. Масло из
сливной цистерны подается к насосам через фильтр 1 и нагнетается в
аккумулятор через фильтр 23 и редукционный клапан 21. Рабочее
давление масла контролируется манометрами 4, 12 и 18. Управление
насосами осуществляется двумя сигнализаторами давления: сигнали­
затором минимального давления 20, отрегулированным на давление
4 МПа, при котором происходит запуск электродвигателя насоса, и
сигнализатором максимального давления 19, отрегулированным на
давление 5 МПа, при котором происходит выключение электродвига­
теля насоса. Сигнал от контактов сигнализаторов давления подается
на щит 22 управления, а оттуда - на магнитные пускатели электродви­
гателей насосов. Для создания давления масла в аккумуляторе при
выходе из строя насосов 3 и 24 предусмотрен ручной насос 6.
Масло под давлением от аккумулятора подается на дистанцион­
ный щит управления в коллектор 11. Коллектор 9 соединен со сливной
цистерной. Между коллекторами установлены 50-60 золотников 10
переключения, которые управляют работой своих клапанов. Клапан 7
может сообщать коллектор давления с коллектором слива при замене
масла. Золотник переключения (рис. 7.28) состоит из гнезда 2, к кото-
241
Рис. 7.27. Гидравлическая система дистанционного управления клапанами
рому присоединено три штуцера 3 . Штуцера подключены: к коллекто­
ру давления, к коллектору слива и к сервомотору клапана. Сервомо­
тор клапана поршневой, одностороннего действия, с возвратной пру­
жиной. При подаче масла под давлением на поршень сервомотора по­
следний перемещается, преодолевая усилие возвратной пружины, и
клапан открывается. При сообщении надпоршневой полости сервомо­
тора со сливным коллектором поршень возвращается в исходное поло­
жение за счет усилия возвратной пружины и клапан закрывается.
Управление подачей масла в сервомотор клапана производится пово­
ротной шайбой 1 золотника, которая приводится во вращательное дви­
жение (по дуге в 120°). При положении "Открыто” шайба золотника
сообщает штуцер, соединенный с коллектором давления, со штуце­
ром, соединенным с поршневым сервомотором клапана, производя тем
самым о открытие. При положении "Закрыто" поворотная шайба
золотника сообщает штуцер, соединенный с коллектором слива, со
штуцером, соединенным с поршневым сервомотором клапана, и кла­
пан закрывается. При открытии или закрытии клапана подается соот­
ветствующий световой сигнал на щите управления. Контроль сообще­
ния коллектора давления или слива с сервомотором клапана осущест­
вляется при помощи двух вертушек, расположенных в прозрачных
корпусах, по которым проходит масло.
Запаса масла в аккумуляторе хватает на несколько срабатываний
242
Рис. 7.28. Золотник переключения сервомотора гидравличе­
ского клапана
клапанов. При сообщении сервомотора клапана с полостью давления
часть масла уходит из аккумулятора на сервомотор, однако давление
масла в аккумуляторе резко не падает благодаря наличию резиновой
подушки. При определенном расходе масла из аккумулятора давление
в нем падает, и включается маслонасос, подкачивая масло в аккуму­
лятор из сливной цистерны 5 . При нормальной работе системы замена
масла производится один раз в 2-3 года.
Основное направление автоматизации противопожарных систем системы противопожарной сигнализации .
В качестве датчиков систем противопожарной сигнализации ис­
пользуют температурные и дымовые извещатели, реагирующие на по­
вышение температуры и появление дыма в контролируемых» помеще­
ниях. По принципу действия температурные извещатели подразделя­
ются на максимальные, дифференциальные и комбинированные.
Принципиальная схема максимального температурного извещате­
л я приведена на рис.7.29,а. Извещатель состоит из фарфорового или
пластмассового корпуса 4 , соединенного при помощи болтов 2 с двумя
биметаллическими пластинами 1 и 3. При предельном значении тем­
пературы биметаллические пластины прогибаются во внутрь корпуса,
и подвижный контакт 5 замыкается с неподвижным контакта/ 6. На­
стройка извещателя на заданное значение температуры срабатывания
(обычно 70°С) производится путем изменения зазора между контакта­
ми каким-либо устройством (на схеме не показано).
Дифференциальные извещатели температуры (рис.7.29,б) реа­
гируют на скорость нарастания температуры. Верхнее 7 и нижнее 1
полости корпуса извещателя разделены мембраной 3 и образуют соот­
ветственно верхнюю и нижнюю камеры. Верхняя камера сообщается
широким окном с воздушным пространством контролируемого поме-
243
Рис. 7.29. Типы температурных извещателей
щения. Нижняя камера не имеет такого окна и соединяется с верхней
камерой через дроссельный канал во втулке 2, закрепленной на мемб­
ране. Такая конструкция позволяет выравнивать давления в нижней и
верхней камерах только при медленном нарастании давления. При
резком повышении температуры воздуха создается разность давления
в камерах. Мембрана 3 прогибается вверх, и подвижный контакт 4
замыкается с неподвижным контактом 5, что приводит к срабатыва­
нию извещателя.
Настройка извещателя производится путем регулирования зазора
между контактами, винтом 6 и подбором сечения капилляра во втулке
2 таким образом, чтобы контакты замыкались при скорости нараста­
ния температуры 5 - IO0C в минуту.
Комбинированные извещатели сочетают в себе принцип дейст­
вия максимального и дифференциального датчика температуры. Они
реагируют и на максимальное значение температуры, и на скорость ее
изменения. Температурные извещатели рассчитаны на помещения
площадью 20-25 м . В помещениях с большой площадью устанавлива­
ют несколько извещателей.
Пожарный контроль помещений с большим объемом осуществля­
ется дымоизвещателями, которые бывают различных конструкций: с
фотоэлементами, радиоактивными веществами, реагирующими на
появление дыма, и др. Дымовой извещатель с фотосигнализатором
(рис.7.^5,в) состоит из корпуса 2, в котором установлен фотоэлемент
3. Камера извещателя с помощью сопла 1 сообщается с участком конт­
ролируемого помещения. Воздух прокачивается вентилятором в луче
контрольной лампы 4> и при его задымленности срабатывает фотосиг­
нализатор.
Схема автоматической судовой противопожарной сигнализации
приведена на рис. 7.30. Датчики повышения температуры и появления
дыма, смонтированные в одном корпусе, установлены в контролируе-
244
Контрольные
пампы
Рис. 7.30. Упрощенная блок-схема системы автоматической судовой противопожар­
ной сигнализации
мых помещениях (трюмах, служебных помещениях, каютах) и объе­
динены в группы. На главном щите в рулевой рубке смонтированы
приемники, световая и звуковая сигнализация. При срабатывании ка­
кого-либо датчика подается сигнал на главный щит, и соответственно
срабатывает система сигнализации. Одновременно подается команда
на включение средств пожаротушения (пожарного насоса, генератора
пены и др.). Если через 120 с сигнализация не будет отключена кноп­
кой отключения, то через сигнализатор времени подастся общесудо­
вая пожарная тревога. При отключении сигнализации определяют по­
мещение, в котором произошло срабатывание датчика по загоранию
контрольной лампы, установленной над дверьми этого помещения.
Кроме того, система предусматривает: автоматический переход
на резервное питание при обесточивании судна, периодическую про­
верку работоспособности ее блоков без создания пожароопасных ситу­
аций, контроль всех световых и звуковых приборов.
§ 44. Понятие о комплексной автоматизации судовой
энергетической установки
Управление и контроль всего энергетического комплекса судна
сосредоточены в центральном посту управления й полностью автома­
245
тизированы. На ходовом мостике также имеется дистанционный
пульт управления, с помощью которого вахтенный штурман может
маневрировать судном либо при помощи ДАУ главными двигателями,
либо ДАУ винта регулируемого шага.
Центральный пост управления в машинном отделении состоит из
расположенных вертикально панелей приборов и пультов управления.
Распределительные щиты располагаются вертикально по периметру
центрального поста управления.
Световые мнемосхемы с цифровыми индексами, расположенные
на вертикальных панелях, в настоящее время получили широкое рас­
пространение. На этой схеме видно, какой механизм системы в насто­
ящее время в работе, какой является резервным. Кнопки управления
механизмами позволяют вахтенному механику быстро включить или
выключить необходимый механизм и сразу же на схеме получить ин­
формацию о выполнении или невыполнении поданной команды.
Для управления и контроля работы судовой энергетической уста­
новкой, механизмов и систем отечественной промышленностью раз­
работаны и внедрены автоматизированные комплексы ’’Залив” ("Залиб-М"). В них входят системы централизованного автоматического
контроля техническими средствами главного двигателя и вспомога­
тельными механизмами, система автоматизации общесудовых систем,
системы дистанционного автоматизированного управления.
Комплекс монтируется из нескольких функционально закончен­
ных блоков и выполняет следующие функции:
- дистанционное управление общесудовыми системами, которы­
ми осуществляется несколько десятков операций дистанционного уп­
равления и 15-20 операций автоматического управления;
- централизованный контроль и дистанционное автоматизиро­
ванное управление системами, обслуживающими главный двигатель;
- централизованный контроль, сигнализация и дистанционное
управление вспомогательными механизмами;
- централизованный контроль и управление вспомогательными
дизель-генераторами;
- индикация и регистрация отклонений контролируемых пара­
метров;
- дистанционное управление главным двигателем (винтом регу­
лируемого шага) из центрального поста управления.
Современный этап развития автоматизации характеризуется
внедрением электронных вычислительных машин, на которые возлагаютсйтледующие задачи: контроль и диагностика судовой энергети­
ческой установки, а также контроль и управление электроэнергетиче­
ской установкой судна.
Контрольные вопросы
1. Как выполняется релейная схема регулирования процесса питания парового
котла? Приведите конкретную схему.
246
2. Принцип действия одноимпульсного регулятора уровня ОРП-20. К какому типу
регуляторов непрямого действия он относится?
3. Какие приборы автоматики управляют релейной схемой ре1улирования процес­
са горения? В чем отличие двухпозиционной системы регулирования горения от трехпо­
зиционной?
4. Принцип действия и настройки главного регулятора давления пара системы
регулирования процесса горения РГ-ВК.
5. Для чего в схему регулирования процесса горения РГ-ВК включен регулятор
перепада давления топлива? Какие элементы настройки входят в его конструкцию?
6. Для чего в системе защиты парового котла установлен быстрозапорный клапан?
7. Как осуществляется защита парового котла при погасании факела в топке?
8. Как производится защита парового котла при понижении уровня?
9. По каким параметрам производится автоматическая сигнализация и защита
парового котла?
10. Как производится автоматизация компрессора сжатого воздуха? Приведите
конкретный пример.
11. Опишите автоматическую программную систему автоматической очистки се­
паратора (топлива, масла).
12. Приведите схему автоматизации гидрофора.
13. Схема автоматизации осушительной системы машинно-котельного отделения
совместно с сепаратором трюмных вод.
14. Как выполняется автоматическая сигнализация противопожарной системы?
Приведите примеры датчиков противопожарной сигнализации.
ГЛАВА 8
СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СРЕДСТВ
АВТОМАТИЗАЦИИ
§ 45. Системы технической автоматизированной
диагностики
Среди областей применения автоматики техническая диагностика
занимает особое место. Использование современных методов, совре­
менной аппаратуры контроля и вычислительной техники для раскры­
тия природы старения агрегатов и для измерения факторов, связываю­
щих процесс старения с изменением наблюдаемых параметров, впер­
вые привело техническую диагностику в область общедоступных
средств и методов технического обслуживания.
Под диагностикой механизмов понимают совокупность методов
измерений состояния механизма, по которым можно судить о техниче-
247
Рис. 8.1. К определению состояния поршневых колец судового дви­
гателя
ском его состоянии на данный период. Техническое прогнозирование,
выполненное на основе полученных технической диагностикой дан­
ных и обработанных с помощью вычислительных машин, позволяет
правильно планировать техническое обслуживание в необходимые
сроки и в нужном объеме, без предварительной разборки.
Рассмотрим некоторую аппаратуру технической диагностики. Од­
ним из методов контроля состояния поршневых колец двигателя внут­
реннего сгорания является метод измерения зазора между кольцами и
цилиндровой втулкой специальным датчиком (рис. 8.1). На рис.8.1 ,а
указаны места постановки датчиков 3 на цилиндровой втулке. Датчи­
ки монтируются таким образом, что их торцы оказываются заподлицо
с внутренней поверхностью втулки. На каждой втулке устанавлива­
ются по два датчика, в одной горизонтальной плоскости, выше проду­
вочных окон. Датчики гибкими бронированными кабелями 2 соединя­
ются с осциллографом L
Для замеров применяются датчики индуктивного типа, действие
которых основано на зависимости индуктивности от магнитного со­
противления системы. Датчики выполняют функцию катушек индук­
тивности, а подвижным ее элементом является поршневое кольцо.
Когда кольцо проходит плоскость, в которой расположены датчики,
магнитное сопротивление уменьшается, что отмечается на экране ос­
циллографа пиком определенной высоты. Отклонение высоты вспле­
сков на экране свидетельствует об изменении контролируемого систе­
мой зазора и является наглядным и надежным диагностическим при­
знаком.
Прогнозирование степени износа колец производится по высоте
всплесков (рис.8.1,6). Кольцо 1 - нормальный зазор, высота всплеска
является эталонной; кольцо 2 имеет высоту всплеска повышенную,
зазор отсутствует, имеет место задир втулки; кольцо 3 имеет высоту
248
Износ, MM
Рис. 8.2. Аппаратура для определения износа деталей контактным методом
всплеска уменьшенную - увеличен зазор между кольцом и втулкой;
кольцо 4 - всплеск направлен в противоположную сторону - отсутст­
вие (поломка) кольца.
Диагностика теплонапряженности деталей цилиндро-поршневой
группы производится с помощью приборов и аппаратуры для замера
температуры. Для этой цели применяются термоэлектрические тер­
мометры, Датчики располагаются в районе камеры сгорания, а имен­
но: на тарелке клапана, на гнезде выхлопного клапана, на днище ци­
линдровой крышки и на днище поршня, в районе первого кольца пор­
шня, в верхней части цилиндровой втулки.
Усредненные за четырехчасовой период значения температуры
накапливаются для прогнозирования. При этом используется прин­
цип отклонений измеренных значений от эталонных, полученных при
испытании новой, правильно отрегулированной машины.
Аппарат ура для определения износа контактным методом
представлена на рис. 8.2« В корпус 2 датчика, выполненного из мягкого
диэлектрика, введены два стержня 4 , между которыми нанесена тон­
кая пленка 3 электрического сопротивления. Стержни изготовлены из
того же материала, что и подшипник 7, а поэтому изнашиваются с той
же скоростью, что и подшипник. Датчик, имеющий наружный диа­
метр около 10-15 мм, вставляется в тело подшипника заподлицо с его
поверхностью трения. Сопротивление-пленка включена в электриче­
ский измерительный контур, состоящий из усилителя 5, преобразова­
теля б и указывающего прибора 7, шкала которого отградуирована в
миллиметрах износа. Такие датчики позволяют замерять величину
износа с точностью до 2% шкалы измерения, работают при высоких
температурах и высоких давлениях. Кроме контроля износа подшип­
ников скольжения эти датчики могут замерять износ цилиндровых
втулок, дисков муфт сцепления и т. д.
Вибрационный анализ механизмов является важным средством
быстрого и точного определения зарождающейся неисправности. Ана­
лиз выполняется на основании сопоставления характеристик вибра­
ции эксплуатируемого механизма с характеристиками этого же меха-
249
низма, полученными при вво­
де в эксплуатацию или после
ремонта. Наблюдение за виб­
рацией преследует две основ­
ные цели: оценку общего со­
стояния механической систе­
мы и индикацию ее критиче­
ск ого
со с т о я н и я
дл я
предотвращ ения полом ки.
С истем а п о сл ед ов ат ел ь н о
полученных оценок во время
эксплуатации служит осно­
вой для прогнозирования.
Рис. 8.3. Схема устройства измерителя ско­
рости вибрации
И зм ер и т ель скорост и
вибрации (рис. 8.3). Прибор
состоит из корпуса 9, жестко
закрепленного на месте 5 измерения вибрации. Сейсмическая масса 8
играет роль сердечника индукционной катушки 1 с обмотками 6 , кото­
рые выполняют роль компенсационных. Пружинами 2 сейсмическая
масса подвешивается к корпусу. Вокруг сейсмической массы установ­
лен постоянный магнит 7. Усилитель 3 и показывающий прибор 4
устанавливают в месте, удобном для отсчета показаний.
Скорость вибрации характеризует затрачиваемую на вибрацию
механическую мощность и характеризуется выходным электрическим
сигналом прибора.
Силу Давление), оазвиваемую вибрацией, характеризует уско­
рение вибрации, м м /с . Приборы для замера ускорений вибрации на­
зывают акселерометрами.
Схема датчика акселерометра , вмонтированного в нижний то­
рец цилиндровой втулки 7, изображена на рис. 8.4. Чувствительный
элемент датчика, кристалл кварца б, зажат установочным винтом 7
между сейсмической массой 8 и основанием 4 прибора. Между кри­
сталлом кварца и основанием установлена прокладка 5. Торец винта
упирается в стержень 2, через который передается вибрация цилинд­
ровой втулки на прибор. Между основанием 4 и металлом втулки
установлена прокладка 3. Заряды с поверхности кристалла через спе­
циальный кабель JO передаются на усилитель (на рис. не показан).
Прибор крепится к втулке при помощи специальной гайки 9.
Для прогнозирования технического состояния механизма измеря­
ют одновременно два показателя: скорость и ускорение вибрации, по­
следний показатель характеризует тенденцию наблюдаемых измене­
ний состояний. Повышение уровня вибрации ведет к появлению отка­
зов и поломок механизмов.
Функциональная схема диагностики и прогнозирования техни­
ческого состояния установки с главным двигателем фирмы "Зульцер"
(рис. 8.5).
250
Система выполняет следующее:
- обнаружение неисправностей на
ранней стадии их возникновения (для
принятия мер, предотвращающих раз­
витие ухудшения);
- предсказание изменения техни­
ческого состояния агрегатов;
- выполнение технического обслу­
живания по действительному состоя­
нию агрегатов, без осмотров по кален­
дарному графику, а по мере необходи­
— 10
мости.
Принцип работы системы заклю­
чается в контроле отклонений замеряе­
мых значений от эталонных.
Функционирование системы про­
Рис. 8.4. Схема датчи­
исходит методом составления заключе­
ка акселерометра
ний о текущем состоянии оборудования
по обобщенным показателям его работы. Прогнозирование осуществ­
ляется на основе систематизации и обобщений отклонений, характе­
ризующих изменение технического состояния по отношению к новому
оборудованию.
Измерители исходных данных (давления, температуры, влажно­
сти окружающего воздуха, нагрузки на данный момент) подают сиг­
налы на модель влияния внешних условий, где рассчитываются по­
правки на изменения диагностируемых параметров. Эталонные усло­
вия сравниваются с текущими значениями и подаются на блок сравне­
ния.
Измерители состояния деталей и узлов двигателя и параметров
рабочего процесса подают свои сигналы йа блок вычисления текущих
значений и далее в блок сравнения.
Блок сравнения сравнивает текущие значения с эталонными,
приведенными к реальным, действительным условиям. Сравнитель­
ные значения контролируемых величин подаются от блока сравнения
в память машины, где накапливаются (хранение памяти), а также к
блоку диагностики и прогнозирования. Сигналы от блока диагностики
и прогнозирования поступают в блок сравнения, где сравниваются с
граничащими значениями (блок ограничения) и, если необходимо,
выдается сигнал опасности эксплуатации. Значения, приближающие­
ся к опасным, фиксируются блоком планирования техобслуживания.
Все используемые в системе измерители являются стандартными;
с их помощью осуществляется измерение давления в цилиндрах дви­
гателя и давление наддува, измерение температуры в трех точках
каждого цилиндра, измерение зазора между втулкой и поршневым
кольцом в каждой втулке, измерение расхода топлива, частоты вра­
щения коленчатого вала и турбонагнетателей посредством двоичных
счетчиков, измерение положения коленчатого вала.
251
252
Рис. 8.5. Функциональная схема диагностики и прогнозирования технического состоя ния главного двигателя
Анализ текущего состояния основан на усреднении данных за 3-4
часа работы на установившейся нагрузке. Анализ выполняется по че­
тырем основным группам: цилиндры, общее состояние двигателя, сис­
тема турбонаддува, вспомогательные механизмы, облуживающие
двигатель.
По каждой группе анализируется определенное число параметров
процесса и отклонений. Для каждого параметра регистрируется (печа­
тается): действительное значение, эталонное значение, отклонение от
эталонного в текущем анализе, отклонение от эталонного в предыду­
щем анализе, предел отклонений.
Качество рабочего процесса определяет эффективность двигателя
и служит одним из основных показателей его состояния при диагно­
стике. Поэтому анализируется работа каждого цилиндра, причем кон­
тролю подвергаются, процесс горения топлива по индикаторным диаг­
раммам, процесс впрыска топлива, термическая нагрузка, состояние
колец. На основании контроля составляется заключение о состоянии
цилиндра (нормальное, удовлетворительное, плохое). Затем выпол­
няется диагностика (выявляется возможная неисправность).
§ 46. Обеспечение надежности средств
автоматизации
Под термином "надежность” понимается свойство изделия выпол­
нять задание функции, сохраняя во времени значения установленных
эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствую­
щих заданным режимам и условиям использования, технического об­
служивания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Основными показателями надежности являются: долговечность,
сохраняемость, ремонтопригодность и безотказность.
Долговечностью называется свойство изделия сохранять работо­
способность до момента достижения предельного состояния с ,необхо­
димыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.
Долговечность оценивается сроком службы в час.
Сохраняемость - свойство изделия сохранять эксплуатационные
показатели в течение и после срока хранения. Единицей сохраняемо­
сти является время в месяцах.
Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в его
приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению не­
исправностей путем технического обслуживания и ремонтов. Едини­
цами ремонтопригодности могут быть как время восстановленияфаботоспособности изделия, так и трудоемкость восстановления работо­
способности (в человеко-часах).
Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять рабо­
тоспособность в течение некоторого времени.
Обеспечение надежности средств автоматизации осуществляется
на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации.
Стадия проектирования характеризуется выбором наиболее каче­
253
ственных элементов, облегчением режимов их работы, введением в
системы резервных элементов.
На стадии изготовления повышение надежности может осуществ­
ляться за счет применения новейшей технологии, улучшения качест­
ва сборки и монтажа.
Показатели надежности оборудования автоматизации должны
быть представлены в технической документации и соответствовать
следующим требованиям Регистра СССР:
- межремонтный ресурс оборудования автоматизации должен
быть не менее 25 000 ч;
- ежегодная наработка без ремонтов и подналадок должна быть не
менее 5000 ч;
- в течение годичной работы может быть допущена замена отдель­
ных блоков из комплекта запасных частей без переналадки оборудова­
ния;
- регулирующие элементы, предназначенные для начальной на­
стройки, должны быть предохранены от самопроизвольного измене­
ния произведенной настройки. Должно быть предусмотрено повторное
стопорение регулирующих элементов;
- управляющие органы оборудования автоматизации должны
быть выполнены таким образом, чтобы возможность самопроизволь­
ного изменения ими заданного положения была исключена;
- гидравлические и пневматические элементы средств автомати­
зации должны надежно работать при колебаниях давления питания
±20% , а также не выходить из строя при кратковременном повыше­
нии давления питания в полтора раза;
- питание систем автоматизации должно производиться автома­
тически от двух источников: при исчезновении питания должен авто­
матически подключаться второй источник питания;
- выход из строя системы автоматизации всегда должен быть в
безопасную сторону для»объекта управления.
§ 47. Испытание средств автоматизации после
ремонта
После ремонта средства автоматизации проходят соответствую­
щие стендовые испытания. Цель этих испытаний - произвести налад­
ку регуляторов и довести их характеристики до спецификационных,
оговоренных в технических условиях.
Схема установки для испытания регулятора давления с жесткой
обратной связью приведена на рис. 8.6. Для имитации давления при­
менен проверочный манометр 3. Необходимое давление создается при
помощи грузов 7, устанавливаемых на плунжер 2. Настройку регуля­
тора производят в следующей последовательности. К струйной трубке
13 подводят воду, и ее давление контролируют по манометру 16. Ма­
ховик 4 ручного управления устанавливают в нулевое положение,
сообщив перед этим клапаном 7 обе полости цилиндра 5 сервомотора.
При этом проверяют легкость ручного перемещения поршня 6. После
254
Рис. 8.6. Установка для испытания регуляторов давления
этого клапан 7 перекрывают. Винтом 12 изменяют натяжение пружи­
ны 15 задания так, чтобы давления в обеих полостях цилиндра серво­
мотора были одинаковы (это контролируется манометрами 8 и 10).
Так получается первая точка статической характеристики (давление,
установленное на проверочном грузопоршневом манометре соответ­
ствует нулевой нагрузке). Затем уменьшают давление на грузопорш­
невом манометре на величину, соответствующую изменению нагруз­
ки на 25% и, вращая маховик 4 , добиваются вновь равенства давлений
на манометрах 8 и 10. При этом уменьшится усилие на сильфоне 77,
ось 14 повернется по часовой стрелке, и затяжка пружины 11 обратной
жесткой связи уменьшится. Это будет вторая точка статической ха­
рактеристики. Последовательно изменяя давление весом грузов 1 и
перемещая маховик 4 в сторону увеличения нагрузки (открытия уп­
равляющего клапана регулятора), снимают точки при нагрузках, рав­
ных 5 0 ,7 5 и 100%, фиксируя точно их значения при различных давле­
ниях. По полученным точкам строят характеристику 1 (рис. 8.7). По­
следовательно увеличивая давления на те же величины и добиваясь
постановки струйной трубки в нейтральное положение (при равенстве
давлений на манометрах 8 и 10) , строят вторую статическую характе­
ристику (кривая 2 на рис.8.7). Так как регулятор обладает нечувстви-
255
тельностью, то статическая ха­
рактеристика имеет вид площа­
ди, ограниченной кривыми J и 2.
Статическую характеристи­
ку следует снимать аккуратно,
изменяя давление на сильфон
строго в одном направлении.
Нельзя подвергать толчкам та­
релку плунжера проверочного
манометра, так как это приведет
к временному увеличению дав­
ления на сильфон и к искажению
статической характеристики.
Если статическая ошибка
О
50
100
Нагрузка, %
(зона неравномерности) лежит в
заданных пределах и зона нечувРис. 8.7. Построение статических харакствительности не превыш ает
теристик по результатам испытаний
паспортного значения, то при­
ступают к окончательной на­
стройке регулятора на поддер­
жание заданного давления. Для этой цели задающей пружиной 15 при
помощи винта 12 добиваются такого давления при 100% нагрузке,
которое необходимо (необходимое давление устанавливают при помо­
щи грузов проверочного манометра), и будет тогда, когда давление в
обоих полостях цилиндра сервомотора будет одинаковым. Затем по
методике, описанной выше, строят статическую характеристику (ли­
нии 3 и 4 на рис.8.7) и прилагают ее к акту испытания регулятора.
Необходимое время сервомотора определают при помощи секун­
домера и регулируют при помощи клапана 9 (см.§21).
Схема стенда для настройки регулятора температуры прямого
действия <в качестве примера рассматривается настройка регулятора
РТПД-80) представлена на рис. 8.8. Термобаллон с капилляром 7 по­
мещается в сосуд 9 с водой, которая может в нем подогреваться. Для
выравнивания температуры имеется мешалка 10. При изменении тем­
пературы, что контролируется термометром 8 , изменяется давление
паров в корпусе 6 сильфона 5. Донышко сильфона, подпружиненное
задающей пружиной 4 , получает перемещение вверх или вниз, соот­
ветственно перемещается шток сильфона и клапан 2 регулятора в
трехходовом корпусе L Стрелка 3 указателя положения клапана по
своей шкале указывает положение клапана 2 относительно корпуса L
Для снятия статической характеристики нагревают воду в сосуде
9 до температуры, при которой начнет перемещаться клапан 2. Воду в
сосуде перемешивают мешалкой 10 для выравнивания температуры.
По мере нагрева воды производят замер ее температуры через каждый
градус, отмечая при этом положение клапана при помощи стрелки.
После полного закрытия клапана выключают подогреватель и снова
РчМПа
256
Рис. 8.8. Схема стенда для настройки регулятора температуры
записывают положение клапана через каждый градус снижения тем­
пературы. По полученным данным crpoflt статическую характеристи­
ку 1 (рис. 8.9,а). Статическая характеристика представляет площадь,
ограниченную линиями, по которым происходило нагревание и осты­
вание чувствительного элемента регулятора. Значение температуры
на оси абсцисс начинают откладывать не с нулевого значения, а со
значения, при котором клапан регулятора стронулся со своего верхне­
го положения. По построенной статической характеристике определя­
ют: максимальную неравномерность Д/, а также максимальную зону
нечувствительности Ын.
После этого, изменяя затяжку задающей пружины 4 регулятора,
устанавливают такое значение температуры при полном поднятии
клапана, которое необходимо по условиям работы регулятора, и вновь
строят статическую характеристику (площадь 2 ) . По построенной ха­
рактеристике вновь определяют зону неравномерности t и зону не­
чувствительности fo, сравнивают их с паспортными значениями и
записывают в технический формуляр и акт испытания (настройки).
Динамическую характеристику снимают при помощи дополни­
тельного сосуда 12 с водой, где установлен сигнализатор температуры
11 и контрольная лампа 13. Для этой цели в сосуде 12 устанавливают
температуру на 12-15°С выше, чем в сосуде 9. Переносят чувствитель­
ный элемент регулятора из сосуда 9 в сосуд 72, одновременно включая
секундомер. Перед переносом необходимо убедиться, что указатель
положения клапана установлен в верхнем, нулевом положении. По
мере перемещения стрелки указателя производят замеры ее положе­
ния через каждые 2 с до тех пор, пока стрелка не остановится. По
полученным данным строят кривую (рис.8.9,6). По этому графику
определяют значение постоянной времени регулятора. Для этого на
оси ординат откладывают величину, равную 0,63АуСт и проводят ли­
нию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с построенной кри­
вой. Абсцисса точки пересечения будет равна постоянной времени ре-
257
h, мм
Рис. 8.9. Построение характеристик регулятора температуры по результатам испыта­
ний
гулятора, Га. Чтобы получить величину 7а при охлаждении, необхо­
димо термобаллон регулятора переместить из сосуда с высшей темпе­
ратурой в сосуд с низшей температурой, а все остальное проделать так
же, как и в предыдущем случае. Эти постоянные времени должны
быть одинаковы.
При настройке регуляторов частоты вращения производят постро­
ение статических и динамических характеристик, а также определя­
ют: зону неравномерности, зону нечувствительности, время переход­
ного процесса, максимальную величину заброса частоты вращения
при переходном процессе.
Универсальный стенд для наладки и испытания регуляторов
частоты вращения прямого и непрямого действия представлен на
рис. 8.10, Первичный двигатель постоянного тока смешанного возбуж­
дения приводит в действие регулятор. Частота вращения регулятора
замеряется при помощи тахометра. В цепь электродвигателя включе­
но два реостата: реостат задания и реостат обратной связи. Ползунок
реостата обратной связи кинематически связан с выходным валом ре­
гулятора, который управляет рейкой топливных насосов.
При изменении сопротивления реостата задания изменяется час­
тота вращения электродвигателя и соответственно регулятора. Регу­
лятор изменяет своим выходным валом сопротивление реостата обрат­
ной связи.
Статические характеристики регулятора снимаются на стенде пу­
тем изменения сопротивления реостата задания. Каждому положению
ползунка будет соответствовать определенная частота вращения элек­
тродвигателя и соответственно ползунка реостата обратной связи, что
фиксируется стрелкой указателя нагрузки.
По полученным значениям частоты вращения и величине выхода
рычага регулятора строят статическую характеристику.
258
Рис. 8 .10. Упрощенная схема универсального стенда для испытания
и наладки регуляторов частоты вращения
Настройку регулятора на заданную частоту вращения производят
при помощи изменения затяжки задающей пружины регулятора.
Настройку регулятора на заданную зону неравномерности произ­
водят изменением действия жесткой обратной связи (для регуляторов
непрямого действия) или при помощи изменения угла наклона допол­
нительной пружины (для регуляторов прямого действия).
При обеих этих настройках снимают статические характеристи­
ки, сравнивают с заданными и производят окончательную настройку.
Для построения динамической характеристики резко изменяют
положение ползунка задающего реостата и через каждую секунду оп­
ределяют частоту вращения до тех пор, пока она не станет постоянной.
По построенной затем динамической характеристике определяют ве­
личину заброса частоты вращения и время переходного процесса. На­
стройку этих величин производят, изменяя время сервомотора и время
изодрома.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение технической диагностике и техническому прогнозированию
механизмов.
2. Как и какой аппаратурой производится замер износа деталей Д&С во время
эксплуатации без их разборки?
3. ,Для чего применяется вибрационный анализ механизмов?
4. Охарактеризуйте основные показатели надежности средств автоматизации.
5. Требования Регистра СССР к показателям надежности автоматического обору­
дования.
6. Как и в каком объеме испытываются регуляторы температуры после ремонта?
7. Приведите схему стенда для испытания регуляторов частоты вращения после
ремонта. Какие характеристики можно снимать на этом стенде?
259
ЗА К Л Ю Ч ЕН И Е
К задачам современного этапа развития средств автоматизации
СЭУ относятся следующие:
-определение рационального (оптимального) объема автоматиза­
ции;
- унификация автоматических систем;
- внедрение автоматических систем, поддерживающих оптималь­
ный режим работы объектов управления;
- создание единых автоматизированных систем управления суд­
ном.
На основе опыта эксплуатации судов в настоящее время установ­
лен следующий оптимальный объем автоматизации СЭУ:
а) дистанционное управление главными двигателями и ВРШ с
центрального поста управления судном, и с ходового мостика;
б) работа важнейших вспомогательных механизмов и установок
судна (дизель-генераторов, паровых котлов, компрессоров, сепарато­
ров, опреснителей и т. д .);
в) работа систем пуска и остановки электроприводов насосов, ру­
левых машин, брашпилей, шпилей и т. д.;
г) контроль работы всей СЭУ, системы аварийно-предупредитель­
ной сигнализации и развитой системы защиты СЭУ по основным пара­
метрам рабочих процессов.
Рациональный выбор автоматизации определяется разумным со­
четанием функций человека и технических средств в системах управ­
ления. Современные средства автоматизации не всегда могут исклю­
чить участие человека в управлении так же, как и человек вследствие
своих физиологических и психологических возможностей не может
управлять всеми процессами.
При решении проблем автоматизации уделяют внимание взаимо­
связи управляющих устройств с управляемыми объектами. Изыска­
ние путей повышения надежности управляющих устройств и автома­
тизированного комплекса в целом является одной из важнейших задач
автоматизации. Следует учитывать, что автоматизированные объекты
должны иметь более высокую надежность, чем неавтоматизирован­
ные, так как каждый выход их из строя приводит к снижению эффек­
тивности всей системы. Одним из основных направлений в этой работе
является создание объектов управления, специально спроектирован­
ных для автоматизации.
Автоматизация СЭУ предъявляет особые требования к принци­
260
пам проектирования и комплектации оборудования. Особую важ­
ность приобретает агрегатирование (соединение для эффективной со­
вместной работы нескольких разнотипных механизмов) с расположе­
нием этих механизмов так, чтобы к ним был удобен доступ для обслу­
живания и ремонта. Решение проблемы упрощения автоматизирован­
ных СЭУ тесно связано с сокращением до минимума аппаратуры и
соединений, выход из строя которых может привести к неполадкам
систем управления.
Автоматические системы должны конструироваться с таким рас­
четом, чтобы их могли обслуживать и специалисты средней квалифи­
кации. Поэтому новые автоматические системы должны содержать
как можно меньше унифицированных узлов, отличающихся от обще­
принятых.
Важным направлением дальнейшего совершенствования систем
автоматизации СЭУ является оптимизация управления. Такие систе­
мы корректируют работу объекта в зависимости от внешних условий,
его степени износа и т. д. Ввод такой коррекции в систему осуществля­
ется при помощи средств электронно-вычислительной техники.
Дальнейшее совершенствование автоматических устройств связа­
но с широким внедрением на судах электронных вычислительных ма­
шин (ЭВМ), что в перспективе может обеспечить создание единой
автоматизированной системы управления судна в целом.
Перспективным является объединение функций контроля и уп­
равления в одной информационно-управляющей системе, построен­
ной на базе ЭВМ. Эта система будет производить необходимые опера­
ции по расчетам технико-экономических характеристик СЭУ, для
конкретных условий эксплуатации и поддерживать оптимальные ре­
жимы работы. Развитие судовых управляющих комплексов на базе
ЭВМ идет по пути применения мини-ЭВМ, микроЭВМ и микропроцес­
сорных систем, построенных на интегральных элементах электрони­
ки.
Управляющие комплексы на судах с высокой степенью автомати­
зации могут включать несколько специализированных микроЭВМ
(микропроцессоров) с подчинением центральной управляющей вы­
числительной машине (ЦВМ). Последняя координирует работу всей
системы по сбору, обработке и формированию информации, поступа­
ющей с подчиненных ей микроЭВМ, выдает им новые задания, опре­
деляемые вахтенным штурманом (в зависимости от изменения усло­
вий плавания и режима работы судна).
C внедрением таких систем управления будут созданы дредпосылки для переноса непосредственно на суда анализ уровня техниче­
ской эксплуатации СЭУ целых серий однотипных судов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агеев В . И. Контрольно-измерительные приборы судовых энер­
гетических установок (устройство, эксплуатация, эффективность).
Справочник. Л., Судостроение, 1985. 416 с.
2. Акимов П. П. Судовые автоматизированные энергетические ус­
тановки. M., Транспорт, 1983. 352 с.
3. Архангельский В. С. Регуляторы частоты вращения судовых
дизелей. Л., Судостроение, 1 9 8 2 .180 с.
4. Исаков Л. И., Кутьин Л. И. Комплексная автоматизация судо­
вых дизельных и газотурбинных установок. Учебник. Л., Судострое­
ние, 1984. 368 с.
5. Исаков Л. И. Техническая эксплуатация судовой автоматики.
Учебник для ПТУ - 2-е изд. M., Транспорт, 1983. 216 с.
6. Ланчуковский В. И., Козьминых А. В. Автоматизированные си­
стемы управления судовых дизельных и газотурбинных установок.
Учебник. M., Транспорт, 1983. 320 с.
7. М иклос А. Г., Кондрашова Н. Г. Автоматика и КИП судовых
энергетических и холодильных установок. - 2-е изд., перераб. и доп.
Л., Судостроение, 1984.200 с.
8. Онасенко В. С. Автоматизация судовых энергетических устано­
вок (Регулирование и управление). M., Транспорт, 1981. 272 с.
9. Правила технической эксплуатации средств автоматизации на
судах фл *1: рыбной промышленности СССР. Л., Транспорт, 1980.
10. С изы х В. А. Судовая автоматика и аппаратура контроля.
Учебник для речных училищ и техникумов, 2-е изд., перераб, и доп.,
M., Транспорт, 1986. 280 с.
11. Чеблаков Ю. П. Автоматизированное управление судовыми
дизелями. M., Транспорт, 1980.136 с.
12. Элементы судовой автоматики /П од ред. Нелепина Р. А. Л.,
Судостроение,'1976. 365 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Г л а в а 1.
А ппаратура контроля С Э У
.........................................................................................5
§ 1. Классификация аппаратуры к о н т р о л я .................................................................. 5
§ 2. Точность измерений аппаратуры контроля ........................................................ 7
§ 3. Аппаратура контроля давления и р азр еж ен и я..................................................... 8
§ 4. Аппаратура контроля тем п ературы .....................................................................14
§ 5. Аппаратура для измерения солесодерж ания..................................................... 20
§ 6. Аппаратура для измерения уровня .....................................................................23
§ 7. Аппаратура для измерения р а с х о д а .....................................................................28
§ 8. Газоанализаторы ...................................................................................................... 31
§ 9. Аппаратура контроля частоты в р ащ ен и я ........................................................... 33
§ 10. Аппаратура контроля мощности и крутящего м о м е н т а .................................. 38
§11. Структурная схема сигнализаторов теплотехнического к о н т р о л я .............40
§ 12. Сигнализаторы д а в л е н и я .......................................................................................44
§ 13. Сигнализаторы тем пературы .................................................................................48
§ 14. Сигнализаторы уровня ..........................................................................................52
Г лава 2.
А в т о м а т и з и р о в а н н ы е с и с т е м ы и о б ъ е к т ы у п р а в л е н и я .......................... 55
§15 Виды автоматизированных систем СЭУ ...........................................................55
§16 Объекты управления .............................................................................................58
§ 17. Система регулирования с регулятором прямого д ей стви я............................... 62
§ 18. Статика системы регулирования с регулятором прямого действия . . . . 64
§ 19. Динамика системы регулирования с регулятором прямого действия. . . . 66
§ 20. Настройки регуляторов прямого действия ........................................................68
§ 21. Система регулирования с регулятором непрямого действия.............................71
§ 22. Элементы регуляторов ..........................................................................................81
§ 23. Унифицированные системы пневматического регулирования ................91
Г л ав а 3.
Т е р м о р е г у л и р о в а н и е в с у д о в ы х д и з е л ь н ы х у с т а н о в к а х ....................... 105
§ 24. Схемы и способы автоматического терм орегулирования......................... 105
§ 25. Регуляторы температуры прямого действия ...............................................107
§ 26. Регуляторы температуры непрямого д е й с т в и я ............................................111
Г л ав а 4.
А в т о м а т и ч е с к о е р е г у л и р о в а н и е ч а с т о т ы в р а щ е н и я ............................ и 9
§ 27. Классификация регуляторов частоты в р а щ е н и я .........................................119
§ 28. Регуляторы частоты вращения прямого действия ......................................121
263
§ 29. Пропорциональные регуляторы непрямого действия ............................... 130
§ 30. Регуляторы непрямого действия с комбинированными обратными
с в я з я м и .............. ................................................................................................... 137
§ 31. Настройки регуляторов частоты вращения при параллельной работе
д в и г а т е л е й ................................................................................................................160
Г лава 5.
С истем ы оп еративного кон троля, аварий ной защ и ты и
а в т о м а т и ч е с к о й б л о к и р о в к и С Э У ..................................................................... 163
§ 32. Дискретные системы оперативного к о н т р о л я ............................................... 163
§ 33. Системы централизованного кон тр о л я.............................................................. 168
§ 34. Аварийная защита, вызывающая остановку двигателя ............................ 171
§ 35. Системы автоматической защиты двигателей от перегрузки.......................176
§ 36. Системы автоматической б л о к и р о в к и .............................................................. 180
Г л а в а 6.
С и с т е м ы д и с т а н ц и о н н о г о а в т о м а т и з и р о в а н н о г о у п р а в л е н и я . . . . 183
§ 37. Системы дистанционного автоматизированного управления
главными д в и га т е л я м и .......................................................................................... 183
§ 38. Системы дистанционного управления винтами регулируемого шага . . 193
Г л а в а 7.
А вто м ати ка судовы х вспом огательны х паровы х котлов,
м е х а н и з м о в и о б щ е с у д о в ы х с и с т е м ................................................................. 199
§ 39. Регулирование процесса питания к о т л а ........................................................... 199
§ 40. Регулирование процесса горения в котле ........................................................211
§ 41. Системы автоматической сигнализации и аварийной защиты котлов . . 220
§ 42. Автоматизация вспомогательных механизмов...................................................226
§ 43. Автоматизация судовых с и с т е м .......................................................................... 238
§ 44. Понятие о комплексной автоматизации судовой энергетической
установки .............
245
Г л а в а 8.
С истем ы техн ической ди агн ости ки . О беспечение н адеж н ости
с р е д с т в а в т о м а т и з а ц и и ............................................................................................... 247
§ 45. Системы технической автоматизированной д и а гн о с т и к и ............................247
§ 46. Обеспечение надежности средств автоматизации ........................................253
§ 47. Испытание средств автоматизации после ремонта........................................... 254
Список литературы
...................................................................................................... 262
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
18 004 Кб
Теги
avtomatiki, 1arkhangel, sudovyk, kontrolya, apparatus, skiy
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа