книги из ГПНТБ / Буксирные суда (проектирование и конструкция)

тизации отдельных агрегатов энергетической установки к комплекс­ ной автоматизации всей энергетической установки.

Под комплексно автоматизированной дизельной установкой при­ нято понимать такую установку, в которой:

в результате автоматического регулирования непрерывных и часто повторяющихся периодических рабочих процессов обеспечи­ вается работа основных механизмов без постоянного несения вахты

вмашинном отделении;

спомощью средств дистанционного централизованного управле­ ния и контроля, а также средств сигнализации и защиты дости­ гается возможность нормальной эксплуатации энергетической уста­ новки как на установившихся режимах, так и при маневрировании

сединого ЦПУ.

Применительно к энергетической установке буксира средства комплексной автоматизации необходимо всецело подчинить задаче рациональной организации труда машинной команды с учетом со­ кращения ее численности. Средства автоматизации должны умень­ шить трудозатраты по техническому обслуживанию судовых меха­ низмов и повысить качество этого обслуживания.

Развитие автоматизации энергетической установки потребовало разработки четкой терминологии. Ниже приведены основные опре­ деления.

Регулированием называется процесс поддержания на постоян­ ном уровне или изменения по заданному закону какой-либо вели­ чины в двигателях, механизмах или аппаратах. Процесс автомати­ ческого регулирования осуществляется без непосредственного уча­ стия оператора.

Автоматизированная энергетическая установка — установка,

оборудованная автоматизированным управлением главными и вспо­ могательными механизмами и их системами, средствами дистанци­ онного контроля, сигнализации и автоматической защиты.

Автоматизированное управление главными и вспомогательными

звуковых и световых сигналов, извещающих о достижении контро­ лируемыми параметрами предельно допустимых значений.

Автоматическая защита — устройство, автоматически осуществ­ ляющее защиту работающего агрегата при возникновении аварий­ ного состояния.

Аварийно-исполнительная сигнализация — система световых сиг­ налов, извещающих о срабатывании устройств автоматической защиты.

Дистанционное управление — управление главными и вспомо­ гательными двигателями и их системами, осуществляемое на рас­

стоянии.

Дистанционный контроль работы агрегатов — непрерывный кон­ троль за основными рабочими параметрами энергетической уста­ новки, осуществляемый на расстоянии.

251

Центральный пост управления (ЦПУ) — пост, в котором распо­ ложены: органы дистанционного управления главными и вспомо­ гательными механизмами, ВРШ и крыльчатыми движителями, электрооборудованием, системами и устройствами; контрольно-из­ мерительные приборы; элементы аварийно-предупредительной и аварийно-исполнительной сигнализации и средств связи (рис. 94—96).

Местный пост управления — пост, оборудованный органами уп­ равления, контрольно-измерительными приборами и средствами связи, предназначенными для управления; расположенный вблизи механизма или непосредственно на нем.

Степень автоматизации энергетической установки буксира мо­ жет быть различной. Основным фактором при определении рацио­ нального объема автоматизации энергетической установки является ее экономическая целесообразность. Определяющий показатель — экономия, получаемая в результате сокращения численности ма­ шинной команды. Существенной может оказаться экономия за счет повышения экономичности работы механизмов, но оценить ее можно только после накопления статистических данных по эксплуа­ тации конкретного типа буксира.

Определяя объем комплекса средств автоматизации, обеспечи­ вающих организацию труда машинной команды, необходимо, разу­ меется, иметь в виду не только собственно энергетическую уста­ новку, но и те общесудовые системы и механизмы, техническое обслуживание которых возлагается на машинную команду. Рас­ смотрим ориентировочный перечень средств автоматизации энерге­ тической установки морского буксира с дизельной установкой, рас­ считанный на несение периодической вахты в машинном отделении. Основной составляющей комплекса средств автоматизации должна явиться централизация управления и контроля за всеми механиз­ мами и устройствами энергетической установки в ЦПУ. Сосредо­ точенный на ЦПУ объем средств контроля и управления должен быть достаточным для выполнения всех необходимых операций по пуску и остановке механизмов, изменению режимов работы, наблю­ дению за их состоянием и т. п.

При проектировании следует учитывать, что ЦПУ должен быть основным местом несения вахты, откуда можно не только своевре­ менно обнаруживать нарушение работы того или иного механизма, но и принять меры по его устранению. На морских буксирах малой и средней мощности, а также буксирах и толкачах внутреннего плавания ЦПУ следует располагать в рубке. Такое расположение позволит вахтенному механику (или судоводителю-механику) не­ посредственно наблюдать за навигационной обстановкой, что улуч­ шит качество принимаемых им решений по управлению энергети­ ческой установкой. Наряду с централизацией контроля и управле­ ния важнейшими механизмами энергетической установки из ЦПУ должны быть автоматизированы:

252

Рис. 94. Пульт дистанционного управления буксиром мощ­ ностью 2X450 л. с. с крыльчатыми движителями.

Рис. 95. Пульт дистанционного управления буксиром Труженик мощ­ ностью 2ХП50 л. с. с ВРШ.

Рис. 96. Пульт судовождения системы «Вахта-М» в ходо­ вой рубке буксира Сатурн.

253

система дистанционного автоматизированного управления ча­ стотой вращения (ДАУ) из ходовой рубки;

регулирование температуры в системах охлаждения и смазки; пополнение лубрикатов и подача масла в места периферийной

смазки; работа подкачивающего компрессора в системе сжатого воз­

духа; топливоперекачивающего насоса в системе пополнения рас­ ходных топливных цистерн, а также сепараторов топлива и масла;

аварийно-предупредительная сигнализация давления и темпера­ туры в системах смазки и охлаждения, а также защита по давле­ нию масла, предусматривающая пуск соответствующего резервного насоса и, если давление после пуска резервного насоса продолжает падать, остановку главного двигателя;

защита от перегрузки (при работе на ВРШ или КД) и по крити­ ческим параметрам давления масла и воды, частота вращения.

2. По судовым движителям (ВРШ или К Д ):

система дистанционного регулирования положения лопастей; работа масляного насоса в системе смазки и управления; работа подкачивающего компрессора в системе управления; аварийно-предупредительная сигнализация давления в системе

управления и смазки.

3. По судовой электростанции:

автоматический и дистанционный пуск дизель-генераторов, предусматривающий автоматическое выполнение операций по под­ готовке дизеля к пуску, ввод в параллель и распределение на­ грузки;

регулирование напряжения в электросети; защита генераторов от перегрузки путем отключения второсте­

пенных потребителей; регулирование температуры в системах охлаждения и смазки

дизеля; защита дизеля по давлению масла и предельной частоте вра­

щения.

4. По вспомогательной котельной установке:

сжигание топлива, обеспечивающее поддержание давления пара в заданных пределах;

регулирование давления пара утилизационного котла; уровня воды во вспомогательном котле и сепараторе утилизационного котла;

поддержание уровня воды в теплом ящике в заданных пределах; защита по критическим параметрам (давление и уровень пита­

тельной воды).

5. По общесудовым системам:

поддержание давления в пневмоцистернах пресной и забортной воды;

включение осушительных насосов в случае превышения допу­ стимого уровня воды под настилом в машинном отделении;

опорожнение фекальных цистерн;

254

работа сепаратора трюмных вод, системы кондиционирования воздуха с регулированием температуры и влажности воздуха, пода­ ваемого в жилые и служебные помещения и холодильной уста­ новки с регулированием температуры в провизионных кладовых.

При создании систем дистанционного управления главными энергетическими установками буксиров объектами управления мо­ гут быть главные двигатели, передачи (реверсредуктор, гидропе­ редача, гребной электродвигатель) и движители (ВРШ или КД). В соответствии с этим применяемые на буксирах главные энергети­ ческие установки по характеру управления можно разделить на две группы. К первой относятся установки, в которых управление дви­ жением буксира неразрывно связано с управлением главным двига­ телем; ко второй — установки, в которых управление движением осуществляется с помощью передачи или движителя, при этом ча­ стично используется и управление двигателем. Для установок вто­ рой группы задачи управления главным двигателем несколько упрощаются, так как в зависимости от типа установки отпадает необходимость в реверсировании, а в отдельных случаях и в изме­ нении частоты вращения.

Наиболее просты системы ДАУ для одноагрегатных установок с нереверсивным двигателем, работающим через реверсредуктор на ВФШ, и с реверсивным двигателем, работающим непосредст­ венно на ВФШ. Более сложны системы ДАУ для установок с ре­ гулируемыми движителями (ВРШ или КД), а также для установок

сгребными электродвигателями, где следует реализовать принцип управления двигателем по закону экономической оптимизации.

На буксирах, оборудованных комплексно автоматизированной энергетической установкой, управление главным двигателем дол­ жно осуществляться с дистанционного поста, как правило, распо­ лагаемого в ходовой рубке. Основные качества, которыми должна обладать система дистанционного управления,— надежность и про­ стота процессов управления. Для обеспечения этих качеств при про­ ектировании следует исходить из следующих основных положений:

1.Количество органов управления должно быть минимальным. Этим достигается удобство управления, сокращается возможность ошибок и подачи неправильных команд.

2.Во избежание выполнения неправильного маневра и для без­ опасности управления система должна включать необходимое коли­ чество блокировок.

3.Процесс управления должен быть автоматизирован. Переход

срежима на режим должен происходить автоматически, без уча­ стия оператора. Обязанности последнего ограничиваются лишь пе­ рестановкой органа управления из любого установившегося поло­ жения в любое заданное положение без промежуточных переме­ щений и выдержки времени.

4.Необходимо предусмотреть возможность последовательной деавтоматизации системы управления, обеспечивающей переход на управление с местного поста, или в качестве крайней меры — управ­

ление непосредственным воздействием на рукоятки исполнитель-

255

пых механизмов, размещенных на двигателе. Время переключения

прохождение запретных зон, недопустимых при длительной работе главного двигателя.

На отечественных и зарубежных буксирах применяются как пневматические, так и электрические, гидравлические и комбини­ рованные цепи управления, а в ряде случаев — наиболее простые механические цепи (до 20—30 м).

Основные показатели систем дистанционного управления глав­ ными двигателями следующие:

1. Диапазон управления, который определяется отношением мак­ симального и минимального значений частоты вращения двигателя к его номинальному значению. Так, применительно к двигателю, ра­ ботающему на ВФШ, для обеспечения 10%-ной перегрузки и до­ стижения минимально допустимой частоты вращения необходимо, чтобы

> 1,032

0,3

где nmах, « п о т , «m in — соответственно максимальная, номинальная и минимальная частота вращения двигателя.

Если двигатель работает на ВРШ или применяется электродви­ жение, могут быть достигнуты самые малые хода. Вследствие изме­ нения положения лопастей или воздействия на электрические пара­ метры гребного электродвигателя. Естественно, что в этом случае изменяют требования к диапазону управления частотой вращения.

2. Точность системы дистанционного управления, которая харак­ теризуется относительной статической ошибкой. Речь идет о зоне нечувствительности управления, определяющей мертвый ход задаю­ щего органа. Требуемую частоту вращения можно установить более точно с помощью механизма точной подрегулировки.

Требования, предъявляемые к точности систем управления, за­ висят от типа установки. Так, для установок, состоящих из одного главного двигателя, работающего на ВФШ, вполне удовлетвори­ тельна точность 3—5% (±1,5—2%). В случае параллельной ра­ боты необходимая точность системы управления определяется тре­ бованиями равномерного распределения нагрузки между двигате­ лями. Незначительная ошибка системы управления может привести к существенному рассогласованию нагрузок между двигателями.

наименьшей частоты вращения соответственно:

пт а х

ллош

2 5 6

Тогда ошибка управления составит

д = д Ятах^ЯтІп = 3 х Q g = 2 Д % .

«пот

Принимая степень неравномерности регулирования равной ^ = 5%, получим рассогласование по нагрузке двигателей, соответствую­ щую ошибке управления

ф = 100 Аі = 100 ^ =■ 48%.

Я5

3.Быстродействие, под которым следует понимать время, прохо­ дящее от момента скачкообразного возмущения до достижения параметром значения, отличающегося от конечного на заранее за­ данную величину. В работах ЦНИДИ рекомендуется считать при­ емлемым срабатывание дистанционной цепи в течение 2—5 с. Не следует смешивать понятия времени отработки цепи и времени до­ стижения управляемым параметром установившегося значения. Первое характеризует быстроту работы собственной цепи, второе — систему управляющая цепь — объект управления.

4.Дистанция, под которой понимают максимально допустимое

удаление пульта от двигателя при сохранении заданных точности и быстродействия системы.

Используемые на буксирах системы управления энергетиче­

средствам выполнения и принципам действия. Однако для всех современных систем характерна общая тенденция к дистанцион­ ному автоматизированному управлению (ДАУ) главными двига­ телями и движителями. Требования, предъявляемые к системам управления, могут изменяться в зависимости от особенностей при­ меняемых установок и условий эксплуатации.

Наибольшее распространение на буксирах получили схемы раз­ дельного управления частотой вращения главного двигателя и ша­ гом движителя. Ведутся разработки и в направлении создания си­ стемы совместного управления главными двигателями и КД.

Системы раздельного управления по принципу построения ди­ станционной связи между задающими и исполнительными органами могут быть разделены на системы разомкнутого и замкнутого (следящего) типов. У систем разомкнутого типа дистанционное управление осуществляется подачей дискретных сигналов типа «больше», «меньше», при этом за результатом воздействия опера­ тор должен следить по соответствующему прибору.

Следящие системы дистанционного управления имеют обратную связь по положению исполнительного механизма. Каждому поло­ жению командного органа системы соответствует определенное по­ ложение валика исполнительного органа и ему заданная частота вращения дизеля или шага движителя.

257

При установке командного органа управления в нужное поло­ жение заданный режим работы дизеля (либо движителя) устанав­ ливается автоматически.

Наиболее простой схемой обладает система управления одним

в этом случае может быть оборудован однорежимным регулятором, допускающим изменение частоты вращения лишь в пределах, опре­ деляемых степенью неравномерности самого регулятора. Схема удовлетворяет основному требованию: она обеспечивает плавное изменение скорости движения судна во всем диапазоне ходовых ре­ жимов. Распространение ограничено потому, что на малых скоро­ стях уменьшается к. п. д. установки из-за невозможности устано­ вить наивыгоднейшие режимы работы.

Некоторое повышение экономичности работы установки на ча­ стичных режимах может быть достигнуто в результате оборудова­ ния дизеля всережимным регулятором частоты вращения, что, од­ нако, усложняет схему. В этой схеме, как и в предыдущей, шаг дви­ жителя регулируется с дистанционного поста управления; дизель оборудован всережимным регулятором, и частота его вращения мо­ жет изменяться с дистанционного поста ступенчато в соответствии с ходовой таблицей. В отличие от предыдущей схемы управление осуществляется также при помощи двух ручек, выведенных на об­ щий пост. В зависимости от изменения частоты вращения двигателя производится соответствующее изменение величины шага движи­ теля. Этот способ — довольно экономичный для установившегося режима работы установки (например, при линейной буксировке). Однако, как правило, расчетные режимы работы установки, опре­ деленные по ходовым таблицам или номограммам, составленным для идеальных условий, не будут соответствовать действительным, оптимальным режимам работы комплекса при изменении скорости, состояния моря и т. п. Поскольку изменение внешних условий оце­ нивается судоводителем приблизительно, действительный режим работы будет отличаться от оптимального. Опыт эксплуатации бук­ сиров с раздельным управлением частотой вращения дизелей и ша­ гом движителя показал, что пользоваться ходовыми таблицами или номограммами неудобно. К их помощи на буксирах прибегают редко.

Системы раздельного управления частотой вращения вала ди­ зеля и шагом движителя применены на портовых и рейдовых бук­ сирах с крыльчатыми движителями типа Марс, Кадар, Платон, а также на морских портовых буксирах-кантовщиках с ВРШ типа

Сатурн, Севастополь и др.

Объем автоматизации энергетической установки морского пор­ тового буксира-кантовщика типа Марс с крыльчатыми движите­ лями выбран, исходя из условия — обеспечить судоводителю-меха- нику возможность управления судном с дистанционного пульта, расположенного в рубке. Для этого на дистанционный пульт выве­ дено управление главными двигателями и движителями. Здесь же

258

можно получить необходимый объем информации о работе судовой электростанции, систем и трубопроводов и т. п.

Постоянная вахта в машинном отделении и помещении движи­ телей не предусматривается. Как это видно из структурной схемы, приведенной на рис. 97, управление главными двигателями и дви­ жителями выполнено по схеме раздельного управления.

Управление крыльчатыми движителями осуществляется из ходо­ вой рубки посредством механической системы, состоящей из рыча-

Рис. 97. Структурная схема управления главной энергетиче­

гов и тяг, а при нарушении нормальной работы системы дистанци­ онного управления — непосредственным воздействием на ходовой и рулевой сервомоторы, расположенные на движителях.

Пульт дистанционного управления и контроля за работой энер­ гетической установки, размещенный в ходовой рубке, состоит из трех секций (рис. 98).

Принципиальная схема пульта предельно проста и не требует каких-либо специальных пояснений. В качестве датчиков, обеспе­ чивающих работу схемы АПС главных двигателей и движителей, применены реле типа KP и РДК.

Более чем шестилетний опыт эксплуатации буксиров типа Марс показал, что выполненный на них объем автоматизации достаточен для обслуживания энергетической установки без постоянной вахты в машинном отделении и эффективного внедрения бригадного ме­ тода обслуживания.

259