Особенности управления пропульсивным комплексом с винтом регулируемого шагa.

На некоторых судах (буксиры, ледоколы, паромы и т. д.) вместо гребного винта фиксированного шага (ВФШ) ставят ВРШ. Использование ВРШ дает ряд преимуществ по сравнению с ВФШ. А именно, можноизменить движение судна с переднего хода на задний, сохранив направление и частоту вращения двигателя. Это позволяет использовать в качестве СЭУ нереверсивный двигатель. Отпадает необходимость иметь турбину заднего хода. Применение ВРШ позволяет при неизменной частоте вращениядвигателя получить любое значение скорости на любом ходу от нулевой до максимальной путем разворота лопастей винта. При длительном ходовом режиме можно установить наивыгоднейшее сочетание шага винта и частоты вращения главного двигателя. Сокращается до 40 % время изменения направления движения судна с упрощением самого реверса, заключающего в себе разворот лопастей. Увеличивается моторесурс двигателя из-за уменьшения числа пусков и его остановок, особенно при плавании в сложных условиях и при швартовных операциях. Швартовные и буксировочные операции упрощаются из-за большого диапазона изменения скоростей, уменьшения времени торможения и длины тормозного пути вследствие ускоренного реверса. Большая часть судов с ВРШ имеет возможность дистанционного поворота лопастей с мостика без подачи команд в ЦПУ.

При работе ДЭУ с ВРШ имеется возможность дополнитель­ного изменения нагрузки путем воздействия на шаг винта. При этом наряду с положительными качествами, которые отмечались ранее_, представляется возможность компенсировать влияние внешних факторов на характеристику винта и исключить режимы работы в области «тяжелого«винта. В то же время при работе на ВРШ усло­вия для перегрузки дизеля значительно, более вероятны, чем при работе на ВФШ. Эти обстоятельства выдвигают ряд специфических требований к системам управления, защиты и к назначению режимов.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет система дистанционного автоматизированного управления (рис).

Схема дистанционного управления ДЭУ с ВРШ (дизель Пилстик 6РС2-3).

I – комбинатор; 2,7,8 -элементы механизма изменения шага; 3 – регулятор нагрузки; 4 – всережимный регулятор; 5 – рейка топливных насосов; 6 – датчик частоты вращения винта; 9 – рукоятка телеграфа в ЦПУ; 10 – рукоятка телеграфа на ходовом мостике

Представленная схема включает устройство комбинированно­го программного изменения шага и частоты вращения (поз.1) и регулятор нагрузки (поз.3). В многомашинных ДЭУ предусматри­вается также и автоматическое распределение нагрузки между дизелями. Комбинатор воздействует на всережимный регулятор (поз.4) и элементы механизма изменения шага (поз.2,7,8). Регулятор нагрузки работает во взаимодействии с регулятором ша­га 2 и датчиками входных сигналов по положению рейки топливных насосов (поз.5) и частоты вращения винта (поз.6). Командные сигналы на задание частоты вращения nи шага винта вводят­ся рукоятками телеграфов на ходовом мостике или из ЦПУ.

Особенностиработы дизеля на ВРШ прослеживаются на всех стадиях задания режимов. Пуск и прогревание дизеля производит­ся только из ЦПУ или с местного пульта управления. Дизель ра­ботает в режиме холостого хода при конструктивном нулевом упо­ре винта. Только после прогревания и проверки рабочих парамет­ров управление передается на мостик и сообщается о готовности дизеля.

Последующие изменения режимов работы дизеля и хода судна осуществляются переключением рукоятки телеграфа на мостике. Командный сигнал поступает в комбинатор и разделяется на сигнал заданного шагаН/D и частоты вращения n в соответствии с комбинаторной диаграммой [9]. Она охватывает все возможные режимы работы ДЭУ при маневрировании и эксплуатационных ходах судна. С её помощью можно определить характерные сочетания Н/D и n, при которых обеспечиваются максимальный упор винта на швартовах и режимы длительной эксплуатационной и максимальной мощности.

К другим особенностям работы дизеля относится действие регулятора нагрузки. В процессе маневрирования из-за инерции судна и на установившихся режимах вследствие влияния внешних факторов на сопротивление движению судна возможны перегрузки дизеля или, наоборот, недоиспользование мощности. Благодаря ре­гулятору нагрузки такие условия автоматически устраняются кор­ректированием шага винта. При всех внешних возмущениях путем изменения шага винта можно стабилизировать нагрузкуР_е(М_е) и мощность дизеля. Область нагрузок и частот вращения охватывается программами [9]. Задание программ регулятора нагрузки возможно только из ЦПУ и производится в соответствиис техническим состоянием дизеля или спецификой работы судна. Выбор оптимальных программ особенно важен для траулеров, буксиров, судов ледового плавания,так как позволяет существенно улуч­шить тяговые свойства и без перегрузки дизеля получить необходимую скорость хода во льдах, с тралом, с буксиром. С использованием регулятора нагрузки решаются и другие важные за­дачи по оптимизации управления дизелем в частности:

–оптимизируется подача топлива во всем диапазоне ско­ростных режимов независимо от обрастания, глубины под килем,мертвой зыби,встречного ветра;

– улучшаются маневренные качества судна и сокращается тормозной путь при экстренной остановке;

– осуществляется автоматическая защита дизеля от перег­рузки при выходе из строя ТНВД, форсунок отдельных ци­линдров, а при внезапном разобщении муфт или остановке

дизеля в многомашинных ДЭУ режимы работы отдельных ди­зелей определяются соответствующей программой [9];

– обеспечивается лучшее использование ресурса дизеля путем

переключения программ и приведения их в соответствие с

состоянием дизеля,сортом применяемого топлива;

– стабилизируется частота вращения на режимах работы с

валогенератором при переменных внешних условиях,а при

колебаниях тока в цепи валогенератора поддерживается

полная загрузка главных дизелей.

Необходимо отметить, что регулятор нагрузки осуществляет только автоматическую коррекцию шага по Фактической частоте вращения, а не автоматический выход на режим полного хода по временной программе. Тем не менее, он предохраняет дизели от небрежного обращения с рукоятками управления на мостике или в ЦПУ. Его динамические характеристики удовлетворяют требованиям переходных режимов при маневрировании, в том числе и в таких тяжелых условиях, как быстрое изменение шага винта с полного хода «ВПЕРЕД«на полный ход «НАЗАД«.

 

 

6) Системы управления совместной работой вспомогатель­ных и утилизационных котлов.

Современные котельные установки дизельных судов обычно полностью автоматизированы. Для контроля параметров пара и других показателей рабочего процесса применяют совершенные измерительные приборы и устройства. Наиболее важные процессы и параметры, определяющие надежность работы котлов, имеют автоматизированные системы защиты и сигнализации об отклонениях их от нормальных величин.

 

Таким образом, общей задачей технической эксплуатации судовых котлов независимо от степени их автоматизации как в новейших, так и существующих установках является обеспечение высокой надежностью и поддержание оптимальных параметров рабочего процесса, определяющих требуемую экономичность и устойчивость данных режимов работы.

Если паропроизводительность УК недостаточна для удовлетворения потребителей, то возможна совместная работа утилизационного и вспомогательного котлов на общую паровую магистраль.

Вспомогательный котёл должен находиться в нагруженном резерве (в готовности к действию), потому что для непрерывного обеспечения паром ответственных потребителей необходимо, чтобы время ввода в действие ВК было минимальным.

На рисунке 12.2 представлена схема автоматической системы управления (АСУ) совместной работой утилизационного и вспомогательного котлов. В этой схеме вспомогательный котёл выполняет роль сепаратора пара УК. Подвод пароводяной смеси от УК в водяной коллектор ВК позволяет поддерживать температуру воды в котле, близкой к температуре кипения.

Если количество производимого утилизационным котлом пара достаточно для удовлетворения нужд потребителей, то его паропроизводительность регулируется с помощью регулятора давления пара 4, воздействующего на газоперепускную заслонку (ВК при этом не работает). При недостаточном количестве производимого УК пара его давление в паропроводе снижается, и реле давления 5 подаёт сигнал в АСУ вспомогательным котлом на его ввод в действие. АСУ вспомогательным котлом настраивают на поддержание более низкого давления пара, чем в УК. При повышении давления пара сверх заданного ВК выводится из действия автоматически с помощью реле 5 и системы управления.

Если УК не обеспечивает производство пара заданных параметров (например, при работе двигателя на минимальных нагрузках), то реле 1 по температуре уходящих газов отключает УК от ВК посредством исполнительных механизмов 2 и останавливает циркуляционный насос посредством пускателя 3. Потребность в паре будет обеспечиваться вспомогательным котлом. При достижении температурой газов значения, при котором УК обеспечивает выработку пара заданных параметров, с помощью реле 1 осуществляется его подключение к ВК.

 

Рис. 12.2 Схема АСУ совместной работой УК и ВК.

 

Одним из методов поддержания вспомогательного котла в нагруженном резерве является использование излишков пара УК (рис. 12.3). Этим достигается повышение технико-экономических показателей котельной установки.

Сепаратор пара утилизационного котла трубопроводом сброса излишков пара 6 дополнительно подключён через регулирующий 4 и запорный 2 клапаны к водяному коллектору вспомогательного котла. В применяемых утилизационных котельных установках излишки пара обычно направляются через регулирующий клапан 5 в конденсатор 7, откуда конденсат поступает в тёплый ящик.

Уменьшение расхода пара приводит к повышению его давления в сепараторе. Из сепаратора излишки пара по трубопроводу 6 через клапан 4(настроенный на открытие при меньшем давлении пара, чем клапан 5) будут поступать в водяной коллектор, нагревая воду во вспомогательном котле. Подача пара продолжается до тех пор, пока в сепараторе не установится заданное давление или давления в сепараторе и во вспомогательном котле не уравняются. Дальнейшее повышение давления в сепараторе пара приводит к открытию клапана 5 и сбросу излишков пара в конденсатор 7.

 

Для ограничения уровня воды в ВК, который повышается вследствие поступающего греющего пара, по сигналу датчика предельного уровня 1 открывается электромагнитный клапан 3, и излишки воды сбрасываются в конденсатор (при снижении уровня в ВК клапан закрывается). При включении вспомогательного котла в работу клапан 2 закрыт.