Общая характеристика САР частоты вращения

Одной из основных систем автоматического регулирования параметров судовых дизелей является система автоматического регулирования частоты вращения вала дизеля. На большинстве судов в качестве таких систем используются механические регуляторы, а в последнее время — электронные регуляторы.

В судовых регуляторах частоты вращения допускается превышение номинальной частоты вращения при сбросе нагрузки не более 15 % в течение 5—10 с. При работе дизеля мощностью 230 кВт и выше на ВРШ или другой потребитель, допускающий режим холостого хода, а также в случае потери ВФШ или его оголении должна предусматриваться остановка дизеля путем отключении топливоподачи при превышении номинальной частоты вращения более чем на 20%. В механических РЧВ встраивается автоматический предельный выключатель.

Регуляторы чистоты вращения должны обеспечивать местное и дистанционное изменение заданной частоты вращения холостого хода не более 10%, т.е. осуществлять эквидистантное смещение регуляторных характеристик (см. рисунок 2.4). Верхнее предельное значение настройки частоты вращения должно быть не менее 105 % номинального значения, нижнее устанавливается на уровне минимально устойчивой частоты вращения. Погрешность настройки не должна превышать 1,5 %.

Статизм (степень неравномерности) регуляторной характеристики дизеля должен быть от 0 до 12 %. при параллельной работе ГД для механических всережимных регуляторов - не менее 3%, для однорежимных - не менее 2 %. Степень рассогласования нагрузки и амплитуда обменных колебаний мощности при параллельной работе ГД должны быть соответственно в пределах 5-12,5 % номинального значения нагрузки и 10-15 % номинальной мощности каждого ГД. Перерегулирование не должно превышать 5-15 %, а время регулирования 2-10 с. Особое значение уделяется РЧВ в системах дистанционного автоматизированного управления ГД, через которые может осуществляться задание и изменение скоростного режима судна, задание пусковой дозы топлива, ограничение нагрузки по давлению наддувочного воздуха и по заданной частоте вращения и другим параметрам.

Регулирование частоты вращения ГД связано с изменением тепловых, механических и газодинамических параметров, зависящих от нагрузки на двигатель и его частоты вращения. Количество механической работы, совершаемой ГД, обеспечивающее вращение гребного винта, изменяется в зависимости от внешних условий в широких пределах - от оголения винта в штормовых условиях до его погружения. В первом случае потребуется меньшее количество механической работы, во втором -  большее.

Как показано на рисунке 1.1, при отсутствии РЧВ и перемещении характеристики N_c (n) в положение 10более «легкого» винта ГД может работать в зоне AFE, в частности, в точке F. В этой зоне частота вращения превышает номинальную, в результате инерционные силы значительно увеличиваются, а это может привести к перегреву цилиндровых крышек и поршней. Поэтому ГД, работающий непосредственно на ВФШ, целесообразно оборудовать автоматическим регулятором, предотвращающим чрезмерное повышение частоты вращения при оголении или потере винта.

В случаях, когда необходима длительная работа на режимах меньше номинального, ГД должен быть снабжен РЧВ, поддерживающим постоянным любую частоту вращения, т.е. быть всережимным. На судах с ВРШ при увеличении угла поворота лопастей возрастает количество механической работы (нагрузка), при уменьшении — снижается, поэтому при неизменной подаче топлива в дизель и уменьшении нагрузки ГД будет иметь, избыточный запас энергии, и частота вращения его будет увеличиваться, а с ростом нагрузки частота вращения будет уменьшаться вплоть до возможной его остановки. Таким образом, необходимо стремиться поддерживать равенство между подводимым и отводимым количеством энергии: с возрастанием нагрузки увеличивать количество топлива, со снижением нагрузки — уменьшать.

Процесс регулирования осуществляется подачей определенной дозы топлива в зависимости от угла поворота коленчатого вала дизеля, распиливанием его ТНВД путем воздействия на ТНВД топливной рейки, которая может управляться вручную или автоматически, в том числе и через РЧВ.

В соответствии с характеристиками ГД и нагрузки и способами управления регуляторы частоты вращения дизелей должны обеспечивать требуемую точность поддержания частоты вращения вала дизеля, безопасную и устойчивую его работу, эксплуатацию без перегрузок по крутящему моменту, тепловому и скоростному режимам, высокое качество переходных процессов, эффективное использование мощности дизеля, простое управление и возможность совместной работы с системами ДАУ.

Кроме того, регуляторы должны быть надежны, просты, но конструкции, иметь небольшие размеры, невысокую стоимость, достаточный срок службы. Однако иногда требования, предъявляемые к регуляторам, весьма противоречивы, поэтому выбор регулятора должен определяться требованиями, обеспечивающими оптимальное решение поставленной задачи.

Вопросы для самопроверки:

1. Для чего существует система автоматического регулирования

главных судовых дизелей.

2. Назовите существующие регуляторы частоты вращения.

3. В чем заключается процесс регулирования частоты вращения ГД.