книги из ГПНТБ / Печененко, В. И. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок учеб. пособие

На рис. 79 показана принципиальная схема струнного торсио­ метра, принцип работы которого основан на изменении свободных колебаний струны в зависимости от механических напряжений в ней. Датчик торсиометра состоит из двух опорных разъемных ко­ лец 1 (рис. 79, а), которые устанавливаются на вал. На боковых внутренних поверхностях каждого полукольца имеется прилив, к которым крепятся струнные преобразователи 2 и 3.

При скручивании вала и смещении колец относительно друг друга натяжение одной струны увеличивается, а другой уменьша­ ется. В результате моделируется переменный ток в электромагни­ те 2 (рис. 79,6), который передается в измерительный блок на

электронный усилитель 1, а затем на второй магнит 3. В приемнике торсиометра установлена струна эталонной частоты, натяжение которой регулируется с помощью микрометрического винта. Элект­ ромеханическая обратная связь позволяет поддерживать опреде­ ленную частоту колебаний струн приемника, соответствующую частоте колебаний струн датчика.

При изменении натяжения струн датчика наступает рассогла­ сование частот между эталонной струной и струнами датчика, в ре­ зультате на экране катоднолучевой трубки появляются быстро ме­ няющиеся кривые. Напряжение от эталонной струны поступает к вертикальным пластинам катоднолучевой трубки, а от струн дат­ чика — к горизонтальным. Для получения неподвижного изображе­ ния необходимо отрегулировать натяжение эталонной струны мик­

рометрическим винтом.

В измерительном блоке торсиометра встроены секундомер и суммарный счетчик, работающий от контактного прерывателя на

валу.

Величина механических напряжений струн фиксируется стрел­ кой указывающего прибора, шкала которого градуирована в гра­ дусах относительного поворота колец.

Мощность на валу по данным замера может быть определена

111

ІЙО

W

Ш і

-база прибора-

Рис. 80. Индуктивный торсиометр:

вместе с опорными кольцами. Расстояние между опорными точка­ ми колец является базой для измерения угла скручивания. Индук­ тивный преобразователь 3 состоит из дифференциального транс­ форматора, укрепленного на наружной трубе, и Н-образной дета­ ли-якоря 7 (рис. 80, б) из мягкого железа, закрепленной на внутренней трубе и расположенной между частями трансформа­ тора.

112

ѣ — частота вращения вала, обІмин\

t] — коэффициент соответствия преобразователей. Несмотря на то, что оба преобразователя изготовляются оди­

наковыми, коэффициент ті может отличаться от единицы, так как на их индуктивность могут оказать влияние близко расположен­ ные железные детали. Определяется ті экспериментальной провер­ кой индентичности преобразователей.

§ 30. ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ГАЗОВ

Определение состава газов производится прибора­ ми— газоанализаторами. На судах применяются переносные руч­ ные и автоматические газоанализаторы.

Ручной переносной газоанализатор типа «Орса». Принцип ра­ боты газоанализатора основан на изменении объема газовой сме­ си после удаления анализируемого компонента. Удаление компо: нента производится путем абсорбции. С помощью прибора мож­ но определить содержание в газе углекислоты СО2 , кислорода О2

и окиси углерода СО. Принципиальная схема прибора показана на рис. 81.

Прибор состоит из измерительной бюретки 7 объемом 100 мл, установленной в цилиндре 8, трех поглотительных сосудов 9, 10, 11 и разделительной гребенки 5 со стеклянными краниками К\, К2 , Кз. Для поглощения С 02 один из поглотительных сосудов при­

мерно наполовину заполняется водным раствором едкого кали (одна весовая часть едкого кали растворяется в двух частях дис­ тиллированной воды). Для поглощения 0 2 другой поглотительный сосуд заполняется наполовину раствором пирогалловой кислоты (15 г пирогаллола растворяется в 30 см3 горячей дистиллирован­ ной воды, затем смешивается с 80 см3 водного раствора едкого ка­ ли, приготовленного как и для поглощения СО2 ). Для предохра­

114

нения раствора, поглощающего кислород, от действия кислорода воздуха на его поверхность наливается слой вазелинового масла толщиной около 5 см, а на горло поглотительных сосудов наде­ ваются резиновые мешочки 12.

Для. поглощения СО третий поглотительный сосуд заполняет­ ся наполовину раствором полухлористой меди (250 г нашатыря растворяют в 750 см3 дистиллированной воды, затем добавляют 200 г хлористой меди СиСІ). Однако раствор для поглощения СО нестойкий и часто поглощает газ не полностью. Обычно содер­ жание СО в газовой смеси определяют по формуле

Для производства анализа газ резиновой грушей 1 подается к распределительной гребенке 5, затем опусканием склянки 6 заса­ сывается в измерительную бюретку и поднятием склянки 6 вы­ тесняется в атмосферу через трехходовой краник 4. Эта операция производится два-три раза для промывки гребенки и бюретки. После промывки уровни реактивов в поглотительных сосудах уста­ навливаются на контрольные отметки, а уровень воды в бюрет­ ке— на отметку «100». Забор пробы газа для анализа произво­ дится из газовой магистрали 3 через фильтр 2 и краник 4. Мед­ ленно опуская склянку 6, набирают в бюретку газ до отметки «0» и отсекают прибор краником 4 от газовой линии и атмосфе­ ры. При заборе пробы краники поглотительных сосудов должны быть закрыты.

Для определения содержания С02 газовую смесь несколько раз (5—6) прокачивают поднятием и опусканием склянки 6 через поглотительный сосуд с раствором едкого кали. Затем осторож­ но, чтобы едкий кали не попал в распределительную гребенку и в бюретку, уровень реактива подводят к контрольной метке погло­ тительного сосуда и отсекают его краником К от распределитель­ ной гребенки.

Далее, совместив уровни в склянке 6 и измерительной бюрет­ ке, определяют процентное содержание С02 по шкале бюретки. Содержание 0 2 и СО в оставшемся газе определяют по шкале бюретки после прокачки газа через поглотительные сосуды, так же как и содержание С 02.

Автоматические газоанализаторы. На судах применяются авто­ матические электрические и химические газоанализаторы.

Принцип работы электрических газоанализаторов основан на изменении электрического сопротивления проводника вследствие изменения температуры последнего в результате сжигания горю­ чих компонентов смеси. Теплопроводность газовой смеси зависит

от содержания в ней углекислоты, так как остальные составляю­ щие смесь компоненты мало изменяются по количеству.

Сравнение теплопроводности анализируемых газов и воздуха в газоанализаторе осуществляется при помощи неуравновешенно­ го моста с плечами из платиновой проволоки (рис. 82, а). Проба газа проходит через камеры, в которых расположены плечи R1 и R4, а плечи R2 и R3 находятся в камерах, заполненных воздухом. Сопротивление R является регулировочным, с помощью которого в цепи моста поддерживается постоянная величина тока. При

г [

Рис. 82. Автоматические газоанализаторы:

а — схема электрического газоанализатора; б — схема -химического газоана­ лизатора

протекании воздуха через все камеры мост должен быть уравно­ вешен. Для установки стрелки показывающего прибора Мъ на ну­ левое положение служит добавочное сопротивление R0. При про­ хождении газовой смеси через камеры температура плеч R1 и R4 увеличивается, так как теплопроводность смеси меньше, чем теп­ лопроводность воздуха. При повышении температуры сопротивле­ ние плеч R1 и R4 повышается, что нарушает равновесие моста, и ток проходит через показывающий прибор — магнитоэлектри­ ческий милливольтметр, градуированный в процентах содержания СО2 в смеси.

Результаты анализа могут быть существенно искажены, если в смеси содержится водород, так как его теплопроводность в не­ сколько раз больше, чем СО2 . Чтобы обеспечить точность работы

газоанализатора, газовую смесь к газоанализатору подводят через специальную печь для дожигания водорода.

Так как с повышением температуры теплопроводность смеси возрастает, причем не одинаково для составляющих смеси, на заборном газопроводе устанавливается водяной холодильник (при температурах смеси, близких к 325° С, работа газоанализатора невозможна, так как теплопроводность СО2 и воздуха одинакова).

116

Химические газоанализаторы работают на таком же принципе, как и ручные. На рис. 82, б показана принципиальная схема авто­ матического химического газоанализатора. Электродвигатель 3 приводит в движение плунжер 2. При движении плунжера в ци­ линдре 1 вверх уровень ртути в валюметре 14 и в выпускном кла­ пане 11 понижается — происходит засасывание газовой смеси через фильтр 4, трубку 5 и клапан 16 в валюметр, при этом кла­ пан 15 закрыт. При движении плунжера вниз клапан 16 закры­ вается, а клапан 15 открывается, ртуть вытесняет газовую смесь через клапан 6 и трубку 13 в поглотительный сосуд 12, заполнен­ ный раствором едкого кали. В поглотительном сосуде происходит поглощение С 02 из газовой смеси.

Так как выпускной клапан 11 в первый период еще открыт, газ удаляется в атмосферу до тех пор, пока ртуть не закроет вы­ хлопное отверстие (риска Ь), что соответствует объему пробы в приборе 100 см3. После этого газ поступает под колокол 9, нахо­ дящийся в цилиндре с водой 10. Всплывая, колокол воздействует на записывающее устройство 8. При движении плунжера вверх уровень ртути понижается, открывается клапан И и остатки про­ бы газов под действием веса колокола удаляются в атмосферу.

При определении содержания окиси углерода и водорода га­ зовая смесь через клапан 6 поступает в печь дожигания 7. В ре­ зультате дожигания смеси этих газов образуется углекислый газ и водяные пары. Затем газовая смесь поступает в сосуд 12, где поглощается С 02. Из сосуда 12 газ поступает под колокол 2, ко­ торый воздействует на записывающее устройство. В результате производится запись содержания смеси газов С02 + С0 + Н2. Раз­ ница в записи содержания С 02 и С02+ С 0 + Н2 и будет показы­ вать содержание в смеси СО+ Н2 в процентах.

§ 31. ОСЦИЛЛОГРАФЫ

При испытаниях и наладках механизмов силовой установки и систем автоматического регулирования для записи быстротекущих процессов применяются осциллографы. Наиболее широкое распространение получили магнитоэлектрические (шлейф­ ные) осциллографы. На рис. 83, а показана принципиальная схема магнитоэлектрического осциллографа. Чувствительный элемент представляет собой узкую петлю (шлейф), выполненную из тон­ кой бронзовой ленты 1, перекинутой через блок 2, ось которого крепится к концу пружины 3. Лента шлейфа в четырех точках опирается на грани двух призм 4, благодаря чему плоскость зер­ кала 5, прикрепленного к лентам, располагается параллельно магнитному потоку в узкой щели между полюсами постоянного магнита 6.

От электрического датчика измерителя параметра поступает переменный ток I к ленте шлейфа. При протекании тока по ленте появляется электромагнитное поле, при воздействии которого с

117

полем постоянного магнита зеркало отклоняется на угол до 3° в ту или другую сторону, в зависимости от направления тока. Ве­ личина угла отклонения зеркала пропорциональна величине тока, протекающего в ленте шлейфа.

Осциллограф снабжается несколькими шлейфами, что позво­ ляет регистрировать одновременно несколько параметров. На рис. 83, б показана принципиальная схема осциллографа с восемью шлейфами 6 и 9.

Луч света от лампы 1 проходит через конденсаторную линзу 2 и диафрагму 3, разбивающую поток света на восемь узких пучков.

Рис. 83. Схема магнитоэлектрического (шлейфного) осциллографа

Каждый пучок попадает на грань своего зеркала 4. Отразившись от своего зеркала, пучок направляется к зеркалу 5, далее к соот­ ветствующему зеркалу 8, проходит линзу 7, расположенную в кор­ пусе шлейфа, и попадает на зеркало 6 шлейфа. Отразившись от зеркала 6, луч проходит через линзу 7 и попадает, отражаясь от зеркала 8, частично на зеркало 15 и частично на линзу 14. Часть света, попавшая на зеркало 15, отражается от него и от зерка­ ла 12, фокусируется линзой 13, направляется узким пучком на фотопленку 11, которая при помощи барабана 10 перемещается с определенной скоростью (в некоторых конструкциях осциллогра­ фов запись изменения тока в ленте шлейфа производится на бу­ мажной ленте). Другая часть светового потока проходит через линзы 14 и 16 и попадает на зеркальный барабан 18. Отразив­ шись от грани этого барабана, луч падает на матовый экран 17, воспроизводя на нем изменения тока в ленте шлейфа.

Чтобы избежать искажения записи от наложения свободных колебаний, каждый шлейф помещается в свой корпус, заполнен­ ный прозрачным маслом.

118

§ 32. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И РЕГИСТРАЦИИ

Как показывает опыт эксплуатации судовых энергети­ ческих установок, значительная часть времени машинных команд затрачивается на контроль и регистрацию показаний контрольно­ измерительных приборов. Это объясняется большим количеством контролируемых величин и рассредоточенностью контрольно-изме­ рительных приборов в машинном отделении. Трудозатраты по наблюдению за показаниями контрольно-измерительных приборов и их регистрации можно если не полностью устранить, то сущест­ венно уменьшить путем централизации контроля за работой всей энергетической установки. При этом на центральном пуль­ те управления (ЦПУ) располагаются уст­ ройства для дистанционного управления главными и основными вспомогательными механизмами, а также средства дистанци­ онного контроля и сигнализации, автома­ тической регистрации контролируемых ве­ личин и команд с штурманского мостика.

В последние годы на комплексно авто­ матизированных судах устанавливаются системы централизованного контроля (СЦК), которые максимально освобождают обслуживающий персонал от функций конт­ роля.

На рис. 84 показана принципиальная схема СЦК. Сигналы, поступающие от чув­

ствительных элементов давлений, температур, угловой ско­ рости и других контролируемых величин, преобразуются в специальных датчиках 1 в унифицированные электрические сигналы, поступающие на коммутатор 2. Эти сигналы в опреде­ ленной последовательности, устанавливаемой распределяющим устройством 3, от сигнала цифровых часов 4 или ручной выбор­ кой 5 отбираются в блок 6. Здесь они преобразуются в цифровые сигналы, поступающие на устройство цифровой 7 и аварийной световой 8 индикации, а также программатор регистрации 9, уп­ равляющий пишущей машинкой 10 и аварийным печатающим устройством 11.

Перед каждым новым циклом машинка печатает на регистра­ ционном листе символ сигнала блока 12 контроля напряжения, свидетельствующий об отсутствии падения напряжения за время интервала между циклами, а также цифрами — время в часах и минутах. Затем блок 13 контроля исправности подает на комму­ татор стандартный сигнал для проверки правильности работы всех блоков системы, который преобразуется в цифровую форму и так­ же печатается на регистрационном листе. После этого происходит последовательная регистрация всех контролируемых величин со

119