2.2.2.18. Системы автоматического регулирования, контроля и защиты двигателя.
Системы регулирования и контроля в зависимости от объема автоматически выполняемых операций классифицируют по четырем степеням автоматизации.
На первой степени автоматизации А1 должен выполняться следующий объем операций:
- регулирование частоты вращения;
- температуры (давления) в системе охлаждения и смазки;
- напряжения для дизель-генераторов;
- индикация значений контролируемых параметров;
- автоматическая аварийно-предупредительная сигнализация и защита;
- местное и дистанционное управление пуском, остановкой, предпусковыми и послеостановочными операциями, а также частотой вращения и реверсированием.
На второй степени автоматизации А2 кроме объема А1 должно выполняться дистанционное автоматизированное и (или) автоматическое управление пуском, остановкой, реверсированием, предпусковыми и послеостановочными операциями,управление частотой вращения, автоматическое поддержание двигателя в готовности к быстрому приему нагрузки, автоматический прием нагрузки. автоматическое регулирование вязкости тяжелого топлива и автоматизированное управление переходом с одного вида топлива на другой
На двигателях по третьей степени А3, в дополнение к А1 и А2 выполняются автоматическое пополнение расходных емкостей топлива. масла охлаждающей жидкости и сжатого воздуха, а также автоматическое или автоматизированное управление вспомогательными агрегатами.
Четвертая степень автоматизации А4 дополняет предыдущие следующими операциями:
- централизованное управление двигателями с помощью управляющих машин;
- централизованный автоматический контроль:
- автоматизированное или автоматическое техническое диагностирование состояния двигателя в целом или его основных частей.
Системы и устройства регулирования и контроля по конструкции разнообразны. Рассмотрим регулирование частоты вращения и температуры жидкости
Регуляторы частоты вращения двигателя
Все дизели снабжаются регуляторами частоты вращения. Реагируя на отклонение угловой скорости вала от заданного значения, регулятор так изменяет цикловую подачу топлива, что значение угловой скорости восстанавливается.
Скорость вращения коленчатого вала измеряют числом его оборотов в минуту. Каждый двигатель рассчитан на определённое число оборотов, выше или ниже которого он работать не должен. Механизм, служащий для автоматического регулирования числа оборотов двигателя, называется регулятором.
По принципу действия чувствительного элемента, непосредственно реагирующего на изменения угловой скорости, регуляторы делятся на механические, гидравлические, пневматические, электрические.
В зависимости от способа передачи энергии от чувствительного элемента к рейке ТНВД различают регуляторы прямого и непрямого действия.
На Рис. 102 показана принципиальная схема регулятора частоты вращения прямого действия с механическим чувствительным элементом центробежного типа.
Рис. 102 Схема регулятора частоты вращения прямого действия.
1- диск; 2,3- рычаг;4- пружина нагрузки; 5- тяга привода системы управления; 6-тяга
Рычаг 3 со стаканом для пружины, управляющий через тягу 6 цикловой подачей топлива, находиться в равновесии при равенстве заданной и текущей частот вращения коленчатого вала дизеля. Нарушение этого равновесия может произойти либо вследствие изменения усилия сжатия пружины нагрузки 4 при перемещении тяги 5 привода системы управления, либо из-за изменения угловой скорости диска 1 при отклонении частоты вращения коленчатого вала. В этом случае рычаги 2 с грузами поворачиваются вокруг оси и отклоняют рычаг 3, изменяя положение топливных реек.
В регуляторах непрямого действия в качестве усилительного устройства обычно применяют гидравлические сервомоторы поршневого типа простого действия или с дифференциальным поршнем. Эти регуляторы снабжаются также устройством обратной связи механического, гидравлического или комбинированного типа. В последнее время начали использовать электрические и электронные регуляторы частоты вращения. Датчиком в таком регуляторе может служить тахогенератор, ротор которого жестко связан с коленчатым или распределительным валом дизеля.
Сигнал тахогенератора посылается в электронный блок управления, где сравнивается с сигналом, поступающим с поста управления. При различии этих сигналов блок управления с помощью электромагнита перемещает рейки топливных насосов.
Электронный блок может дополнительно управлять топливоподачей по другим параметрам: давлению наддува, температуре окружающей среды и т. п. Применение микропроцессоров в блоках управления позволяет значительно снизить габариты системы регулирования и обеспечивает выполнение вычислений, необходимых для оптимизации процессов регулирования.
Регулятор частоты вращения коленчатого вала может быть совмещен с регуляторами других параметров дизеля в единый блок регулирования.
Автоматическое регулирование температуры жидкости.
Системы автоматического регулирования температуры охлаждающей воды и циркуляционного масла могут быть двух типов: CAPT-I и САРТ-II.
В CAPT-I регулирующий орган терморегулятора включают во внутренний контур, охлаждающий дизель, воды или масла так, чтобы он мог разделять выходящие из дизеля воду или масло либо смешивать горячую и холодную воду или горячее и холодное масло перед входом в дизель.
В САРТ-II регулирующий орган включают во внешний контур воды, служащий для охлаждения масла в теплообменнике, или во внутренний контур воды так, чтобы он смог изменять расход воды внешнего контура.
САРТ должна обеспечивать в диапазоне изменения нагрузки дизеля от 25 до 100 % неравномерность регулирования не более 12 К. Инерционность действия терморегуляторов не должна превышать 40 с. Они должны надежно работать при температуре окружающей среды от 278 до 323 К, при колебаниях атмосферного давления от 61 до 123 кПа, относительной влажности воздуха до 98 %. Ресурс работы терморегуляторов должен быть не менее 10 тыс.
Автоматическое поддержание температуры воды осуществляется терморегуляторами разных типов. одна их схем терморегулятора показана на Рис.103 В зависимости от положения золотника 5, который перемещается сильфоном 2, реагирующим на изменение температуры, вода, поступающая из двигателя, распределяется в разном количестве по полостям А и Б.
Рис.103 Регулятор температуры:
1- шток; 2- сильфон; 3-капилляр; 4-датчик температуры; 5-золотник; 6-корпус.
Аварийно-предупредительная сигнализация и защита.
На дистанционном посту управления для каждого дизеля должны быть обобщающие световой и аварийный предупредительные сигналы, а также общий звуковой сигнал, контролирующий следующие параметры: — минимальное давление масла в системе смазки после фильтра; — максимальную температуру воды замкнутого контура на выходе из дизеля; — максимальную температуру упорных подшипников валопровода (только предупредительная сигнализация); — минимальное давление масла в реверс-редукторах (только предупредительная сигнализация); — минимальный уровень воды в расширительном баке системы охлаждения (только предупредительная сигнализация); — минимальный уровень топлива в расходной цистерне; — максимальную температуру воды в системе охлаждения автономного компрессора.
В машинном отделении должны быть световая сигнализация лампами о каждом из этих параметров и общий звуковой сигнал. Защита должна быть отключаемой (на посту управления в рубке имеется световой сигнал «Защита отключена»). Для дизелей мощностью более 220 кВт рекомендуется устанавливать световой сигнал об их пере грузке по температуре выпускных газов.
Обычно защиту предусматривают на случае недопустимого повышения частоты вращения и снижения давления в системе смазки. Иногда контролируемыми параметрами являются давление и температура в системах охлаждения и температура в системах смазки.
Устройства защиты действуют независимо от систем сигнализации. Обычно остановка двигателя предусмотрена при достижении контролируемыми параметрами аварийного значения, т. е. в том случае, когда обслуживающий персонал, несмотря на предупредительные сигналы, не принял нужных мер по устранению причин, вызвавших предупреждающий сигнал.
Наиболее опасным является «разнос» двигателя, поэтому устройства автоматической защиты должны срабатывать немедленно после достижения предельно допустимой частоты вращения. В большинстве случаев для предотвращения «разноса» предусматривают прекращение подачи воздуха в цилиндры или выключение подачи топлива. Наиболее простой и надежный способ — перекрытие воздушного трубопровода, когда установленная в нем дроссельная заслонка, стоящая на специальной защелке, мгновенно перекрывает его сечение.
Устройства для остановки двигателя в случае падения давления масла (реле давления, масляные автоматы) воздействуют на топливные насосы и прекращают подачу топлива в цилиндры. Из устройств автоматической защиты чаще всего используют электромагнитные стоп-устройства, установленные вблизи от топливного насоса и воздействующие на его работу независимо от действия регулятора частоты вращения.
В современных дизельных установках преимущественное распространение получили системы автоматической сигнализации с использованием электрических устройств. Любая система сигнализации включает в себя группу первичных и группу вторичных приборов. К группе первичных приборов следует отнести (помимо датчиков температуры и давления) контактные механизмы типа микровыключателей и тумблеров. Они предназначены для замыкания электрической цепи при перемещении выходного звена чувствительного элемента.
Группу вторичных приборов составляют промежуточные устройства, а также световые и звуковые сигналы. Промежуточные устройства обеспечивают размножение, усиление и передачу импульсов. Чаще всего они выполняются в виде электромагнитных реле. Кроме того, к этим устройствам относится вся промежуточная аппаратура, состоящая из различного рода выключателей и переключателей. Световые и звуковые сигналы предназначены для привлечения внимания обслуживающего персонала. Световые средства делятся на сигнальные лампы и табло. Лампы имеют оправы с цветными стеклами достаточной яркости. Табло представляют собой матовые прямоугольные или круглые окна, в которых при загорании лампочки видна надпись, например, «Нет смазки».
Часто одной световой сигнализации недостаточно. Аварийный свет может быть не замечен, поэтому необходима еще и звуковая сигнализация. В качестве звуковых сигналов чаще всего применяют ревуны. Из-за повышенного уровня шума при работе двигателей звуковой сигнал должен иметь значительную громкость и резкость. Обслуживающий персонал должен слышать этот сигнал, находясь в самой отдаленной части машинного отделения. Все вторичные приборы объединяют в пульт сигнальных приборов.