книги из ГПНТБ / Кисельников В.Б. Системы автоматизации силового дизельного привода

В табл. 10 приводится перечень основных контролируемых параметров, которые могут быть включены в систему АПС, и по­ казаны диапазоны настройки срабатывания сигналов по преду­ предительным уровням'и по аварийным. Диапазон срабатывания

-сигналов систем АПС приводится в таблице в виде коэффициентов от предельно допустимых рабочих значений параметров для наи­ большего значения температур, скоростей, уровней, момента и наименьшего значения, давлений.

21. ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СИСТЕМ АПС

Алгоритм управления системы АПС может быть представлен в виде логической схемы, показывающей логическую связь между входными и выходными сигналами, а также последовательность преобразования информационных сигналов, поступивших из поля информации. Как было установлено при рассмотрении алгоритма управления системы АПС, его характер зависит от ряда факторов и в том числе от условий эксплуатации, типа дизеля и назначения агрегата. В зависимости от этих факторов алгоритм и, следова­ тельно, логические схемы могут в большей или меньшей степени воспроизводить полный перечень задач аварийно-предупреди­ тельного контроля и защиты дизеля. Поэтому целесообразно рассмотреть логическую схему, реализующую полный алгоритм, так как возможные упрощенные логические схемы явятся ее частью. Полную логическую схему возможно представить в виде базовых логических блоков, набор которых будет определяться числом и характером контролируемых параметров.

На рис. 39 представлена логическая схема системы АПС, со­ стоящая в общем случае из восьми типовых блоков. Приняты

ный сигнал от приемного реле, контролирующего предупредитель­ ный-уровень какого-либо параметра ап, объединен логической функцией ИЛИ с сигналом проверки исправности схемы. Оба эти сигнала обусловливают включение расшифровывающего визуаль­ ного сигнала. Одновременно эти сигналы поступают в блок обоб­ щенного визуального сигнала Б и в блок Г обобщенного звукового сигнала. Для остановки дизеля, если это будет необходимо по мнению оператора, предусмотрена команда экстренной остановки, поступающая от соответствующего командного органа в блок за­

Блок A-II реализует логическую задачу контроля предупреди­ тельного уровня параметров а'п. В этом случае дискретный сигнал

144

от приемного реле, контролирующего предупредительный уровень какого-либо параметра, логически связан с функцией И сигналом (прямого или косвенного контроля) о достижении необходимого уровня скоростного режима пк . При условии наличия обоих сиг­ налов а'п и пк возможно дальнейшее функционирование схемы, обеспечивающее включение визуальной и звуковой сигнализации. При исчезновении одного из сигналов а'п или пк прекращается функционирование схемы.

Блок Б-1 позволяет решить логическую задачу контроля ава­ рийных уровней^араметра аа. В этом случае дискретный сигнал от приемного реле, контролирующего аварийный уровень одного из параметров аа, объединен логической функцией ИЛИ с сиг­ налом проверки исправности системы. Каждый из указанных

сохраняет'его действие, инициируя блоки сигнализации и защиты. Для снятия памяти в схеме необходим сигнал разблокировки, подача которого производится обслуживающим персоналом после устранения причин, вызвавших появление сигнала аа. Сигнал на проверку схемы действует таким же образом, как и при сраба­ тывании реле аварийного контроля.

Для параметров а'а функционирование схемы определяется логическим блоком Б-П, в котором сигналы аварийного уровня контролируемых параметров связаны логической функцией И с сигналом о достижении дизелем необходимого значения скорости вращения. Только при условии поступления обоих сигналов ава­ рийная ситуация запоминается. Дальнейшие логические связи аналогичны описанным выше.

Блок В реализует задачу получения обобщенного визуального сигнала. Это обеспечивается логической функцией ИЛИ, т. е. 'логическим суммированием всех сигналов, приходящих на рас­ шифровывающую сигнализацию.

Блок Д обеспечивает выполнение необходимых условий по остановке (защите) дизеля. Имеются три условия включения остановочного устройства.

1. Поступление сигналов о достижении аварийного уровня параметров, по которым необходима немедленная остановка. В этом случае сигнал на включение остановочного устройства связывается логической функцией ИЛ# с другими сигналами, инициирующими остановку дизеля.

2. Поступление сигналов о достижении аварийного уровня параметров, по которым допустимо отключение защиты. Здесь все сигналы данного характера логически суммируются и их . результирующий сигнал связывается логической функцией И с инверсией сигнала о выключении защиты. Таким образом, только при наличии одного или нескольких сигналов об аварийном уровне

146

Глава V

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СИЛОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ПРИВОДА

22. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ

Пневмомеханическая система управления дизельного привода лебедки Уралмашзавода

Рассматриваемой ниже пневмомеханической системой управ­ ления оборудуется трехдизельный привод лебедки, входящей в состав буровой установки «Уралмаш-5Д». Привод включает дизели типа Б2-450 с механической передачей.

Пневматическая часть системы управления служит для ди­ станционного включения и выключения оперативных муфт ле­ бедки, для торможения и реверсирования барабана лебедки. Механическая часть системы является независимой от пневмати­ ческой и служит для управления скоростью вращения дизелей.

Управление дизелями ведется с пульта, располагаемого около лебедки. Основные органы этого пульта — краны переключения реверса, включения муфт барабана и штурвал механического управления дизелями. На отдельный щиток выведены тахометры трехдизельного блока. Система дистанционного управления ди­ зелей— тросового типа. От штурвала на пульте бурильщика

с дифференциальными механизмами трехдизельного блока. При зафиксированном штурвале на дизеле движение тросов переме­ щает рычаг всережимного регулятора скорости дизеля. Положе­ ние этого рычага определяет затяг пружины регулятора и тем самым заданную скорость вращения дизеля. При этом подача топлива устанавливается самим регулятором в зависимости от нагрузки на дизель. Дифференциальный механизм позволяет также изменять скорость вращения дизеля независимо от дистан­ ционного управления с помощью штурвала.

Промежуточный вал разделен на секции с помощью фланцевых муфт. Развинчивая или свинчивая болтами эти муфты, дизелист подсоединяет к главному штурвалу тросы управления дизелей, работающих на лебедку. Дополнительный пульт дизелиста на каждом дизеле имеет тахометр, термометр воды и масла, манометр давления масла и кнопку' пуска. В качестве указателя нагрузки

148

отдельных дизелей при их параллельной работе используются поплавковые индикаторы расхода топлива. Этот прибор пред­ ставляет собой коническую вертикальную трубку, перекрываемую поплавком, который поднимается на большую или меньшую ве­ личину в зависимости от количества протекающего по трубке к дизелю топлива. Уровень поплавка, наблюдаемый по шкале, будет приблизительно пропорционален нагрузке дизеля. При неодинаковом расходе топлива во время параллельной работы дизелист может подрегулировать нагрузку на соответствующий дизель, воздействуя через дифференциальный механизм на пружину регулятора.

. Описанная система управления дизелями имеет ряд существен­ ных недостатков. Прежде всего, она не обеспечивает точной уста­ новки скорости дизелей и поэтому не позволяет полностью ис­ пользовать мощность дизелей при параллельной работе. Это приводит к необходимости снижать расчетную суммарную мощ­ ность дизелей на 5—10% [8].

Опыт эксплуатации системы показывает, что тросы требуют частой регулировки и согласования звеньев системы.

Усилие на штурвале управления велико и не позволяет оста­ навливать поднимаемый груз (буровые трубы) в строго заданном положении, что необходимо по условиям работы установки. Затруднительно переключение управления при изменении по­ рядка работы дизелей, поскольку это связано с разборкой проме­ жуточного вала и последующим согласованием дистанционного и местного управления. При параллельной работе возможна пере­ грузка одних и недоиспользование мощности других дизелей, так как расходомеры являются грубыми приборами, не позволя­ ющими надежно судить о нагрузке дизеля. Это особенно прояв­ ляется в случае работы дизелей с разной степенью износа, разной, регулировкой и т. п. Очевидно, что такая система требует пере­ хода на более современную систему управления.

Пневматическая система управления дизельного привода буровых установок БУ-75

На рис: 40 показана схема пневматического дистанционного управления дизелями 1Д12В, применяемыми в качестве силового привода с гидравлической передачей в буровых установках БУ-75.

Основными элементами системы являются задатчик управле­ ния 1 в виде крана системы Казанцева [8] и исполнительные сервомоторы прямого действия 2. Система управления позволяет изменять скорость вращения дизель-гидравлических агрегатов в пределах 700—1600 об/мин при одиночной и параллельной работе.

Из воздушного коллектора пульта управления сжатый воздух входит в золотниковый питательный клапан, предусмотренный для снижения и поддерживания постоянного давления на входе

149

Из этого баллона воздух проходит через волосяной масляный фильтр и поступает в кран системы Казанцева. При повороте рукоятки крана давление воздуха на его выходе может изменяться в пределах 0,8—2 кгс/см2 .

От управляющего крана воздух через отсечные краны направ­ ляется в сервомоторы двух дизель-гидравлических агрегатов.

Отсечные краны служат для перекрытия воздуха при выклю­ чении одного из дизелей. Сервомоторы представляют собой поршни, постоянно находящиеся под действием уравновешивающих пру­

Т У

Рис. 40. Пневматическая система управления буровой уста­ новки БУ-75

жин. Штоки поршней соединены с рычагами регуляторов скоро­ сти. Для местного управления скоростью дизелей на них имеются рукоятки, жестко связанные с рычагами регуляторов.

При изменении заданного давления поршни сервомоторов пере­ мещаются, воздействуют на регуляторы скорости и устанавли­ вают требуемую скорость вращения дизелей. Параллельная работа дизелей обеспечивается за счет согласования минимальных скоростей холостого хода, путем регулировки длины штоков

Данная система проста по устройству, более удобна в эксплуа­ тации, чем рассмотренная выше и обладает достаточным быстро^ действием при нормальных условиях работы. Однако и она не свободна от недостатков. Как во всякой системе прямого дей­ ствия, положение ее выходных органов зависит от величины внешних сил. Поэтому в такой системе трудно обеспечить одина­ ковое перемещение поршней и равномерную загрузку дизелей при параллельной работе. Это особенно проявляется в условиях низких температур.

J 50

В эксплуатации известны случаи примерзания поршней к ци­ линдрам, вызываемого недостаточно совершенной осушкой воздуха в системе. Конструкция узлов этой системы управления описана в следующей главе.

Пневматическая система управления дизельного привода лебедки Уралмашзавода

Данная система управления предназначена для управления силовым приводом лебедки, являющейся составной частью буро­ вой установки «Уралмаш ЗД-61». Силовой привод лебедки состоит из трех дизелей типа В2-450 с механическими передачами. Система управления собственно лебедкой — также пневматическая, ана­ логичная системе управления лебедкой на установках «Урал- маш-5Д».

Технические данные системы управления дизельным приводом представлены ниже:

на входные органы регуляторов скорости. Сервомоторы дей­ ствуют на регуляторы через дифференциальные механизмы, бла­ годаря чему скорость вращения каждого дизеля при необходимо­

давления. В систему входят выключающие краны и манометры,, показывающие давление питания и давление в линии управления.

При оснащении буровых установок централизованным блоком подготовки осушенного и очищенного воздуха для нужд всех ее

151

•агрегатов система управления сможет питаться от этого блока. Принципиальная схема управления одним из дизелей изобра­ жена на рис. 41. Задатчик / представляет собой кулак в виде архимедовой спирали, действующий на пневмодатчик перемеще­ ния. Пневмодатчик — мембранный, прямого действия, с односедельным клапаном. Исполнительный сервомотор 2 состоит из собственно поршневого сервомотора двойного действия с рычаж­ ной механической обратной связью, пневмодатчпка обратной связи 3 и двух элементов сравнения 4, управляющих подачей

воздуха в полости сервомотора.

Система управления работает следующим образом.

При повороте рычага управления задатчика в сторону повыше­ ния скорости вращения дизелей увеличивается усилие на пружине пневмодатчика и давление на его выходе соответственно возрастает. Датчик ' работает как регулятор давления, и принцип его дей­ ствия ясен из схемы.

Давление от задатчика, а также давление питания вводятся в элементы сравнения на сервомоторе, верхний из которых (на схеме) управляет левой, а нижний — правой полостью сервомо­ тора. При увеличении давления от задатчика сердечник верхнего элемента сравнения сдвигается вправо и подает питание в левую полость*сервомотора, а сердечник верхнего элемента сдвигается

152

Движение поршня вызывает через рычаг обратной связи уве­ личение усилия пружины и давления на выходе пневмодатчика обратной связи, установленного на сервомоторе и аналогичного управляющему датчику. Это давление также вводится в элементы сравнения и стремится вернуть их сердечники в исходное положе­ ние. При выравнивании управляющего давления и давления обратной связи подача воздуха к сервомотору прекращается и он останавливается в положении, определяемом давлением от задатчика. В результате затяг пружины регулятора и скорость, вращения дизеля будут соответствовать положению рукоятки поста управления.

Данная система управления представляет собой замкнутую: следящую систему непрямого действия. В такой системе на протя­ жении почти всего хода в сервомотор подается полное давлениепитания. Положение поршня при остановке определяется только равенством управляющего и обратного сигналов и не зависит от величины изменений внешней силы на штоке. Благодаря этому достигается более высокая точность, быстродействие и компакт­ ность конструкции сервомотора по сравнению с системами прямогодействия.

В следящей системе применены .непроточные управляющиеэлементы (датчики перемещения и элементы сравнения) клапан­ ного типа, обеспечивающие минимально необходимый расход воз­ духа при работе. Все управляющие элементы состоят в основном из одинаковых деталей.

Отличительная особенность данной системы управления за­ ключается в устройстве элементов сравнения. В широких преде­ лах изменения управляющего сигнала они обеспечивают релейную характеристику системы, т. е. подводят к сервомотору полное давление, необходимое для достижения его высокого быстродей­ ствия. В то же время в узких пределах изменения управляющего сигнала (приблизительно на 3%) эти элементы^придают системепропорциональную характеристику. В этих пределах они подводят к сервомотору давление, пропорциональное рассогласованию задаваемого и фактического положений сервомотора. Это спо­ собствует плавной остановке поршня в заданном положении и от­ сутствию его колебаний относительно положения равновесия.

Наличие участка пропорциональности в характеристике си­

Задатчик управления монтируется на боковой стороне цен­ трального пульта управления лебедкой и дизелями. Задатчик имеет фрикционный тормоз, фиксирующий его рукоятку в любом, промежуточном положении, а также дополнительный шариковый стопор, отмечающий минимально устойчивую скорость вращения дизелей. При переводе рукоятки управления через этот стопор-

153'.