книги из ГПНТБ / Михайлов В.С. Судовые электростанции и электродвижение судов учеб. пособие

устойчивы при параллельном включении на общую нагрузку. Угло­ вая скорость турбин регулируется изменением количества или ка­ чества пара в пределах от 30 до 100% номинального значения. Поскольку турбины не работают с предельной подачей пара, их перегрузки могут достигать 25—40%. Эффективный к.п. д. паротур­ бинных установок невысок и составляет 23—27%. Экономичность их еще более уменьшается при работе на нерасчетных режимах ма­ лой мощности. К недостаткам паровых турбин относится также не­

в цилиндры топлива и воздуха (у двигателей с наддувом). Пере­ грузочная способность и максимальная угловая скорость дизеля не превышают ПО—115% его номинальных значений. Работа при более высоких параметрах не допускается, так как это приводит к повышенному износу и механическим поломкам подвижных ча­ стей двигателя, а также является причиной неполного сгорания топлива в цилиндрах.

Неравномерность вращающего момента дизеля вызывает вибра­ цию корпуса судна и затрудняет параллельную работу дизель-гене­ раторов. Дизели устанавливаются на судах вертикально и поэтому отрицательно влияют на остойчивость судна. Они имеют большое количество трущихся частей, износ которых вызывает необходи­ мость частых ремонтов. Существенным недостатком дизелей яв­

Они не требуют применения конденсаторов и экономайзеров, весьма усложняющих установку с паровыми турбинами, и системы водяного охлаждения, без которой не могут работать дизели. Рас­ ход смазочного масла для газотурбинного двигателя ГТД в десятки раз меньше, чем для дизеля. В отличие от дизелей газовые тур­ бины могут развивать большие угловые скорости и создавать боль­ шие мощности в одном агрегате, имея при этом значительно боль­ шие (около 20 000 ч) сроки службы.

30

достичь, увеличивая температуру и давление газа на входе тур­

компактны, достаточно экономичны, не требуют установки котлов, могут работать на любом жидком топливе и имеют длительный срок службы. Это позволяет сделать вывод о возможности их быстрого распространения в качестве первичных двигателей судо­ вых синхронных генераторов в будущем.

§ 8. Дистанционное автоматическое управление дизель-генераторами

Процесс автоматизации судовых механизмов и производствен­ ных процессов на судах можно разбить на два этапа. Первый этап характеризуется созданием отдельных автоматизированных уста­ новок, таких, как устройство удержания судна на заданном курсе (авторулевой), система автоматического регулирования на­ пряжения судовых генераторов и др. На втором этапе обеспечи­ вается комплексная автоматизация судна, позволяющая уменьшить численность судовой команды, улучшить работу судовых систем и устройств и повысить технико-экономические показатели эксплуа­ тации судна.

В процессе комплексной автоматизации судов наряду с приме­ нением систем дистанционного автоматического управления элек­ троэнергетическими установками (ДАУ ЭЭУ) является внедрение и использование схем дистанционного автоматического пуска из ЦПУ главных и вспомогательных дизель-генераторов с дальней­ шим автоматическим управлением их работой. С этой целью раз­ работаны специальные системы дистанционного автоматизирован­ ного управления дизель-генераторами (ДАУ ДГ) с двух постов: основного, расположенного в машинном отделении, и дистанцион­ ного, находящегося в ЦПУ. Система управления включает в себя щит мнемонических схем, стыкуемый со щитом ДАУ ЭЭУ. На па­ нели мнемосхемы располагаются переключатели, электроизмери­ тельных приборов, ключи изменения частоты вращения дизель-

31

генераторов (с указателем «больше—меньше»), сигнальные табло,- тумблеры и кнопки дистанционного управления отдельными эле­ ментами. Табло красного цвета сигнализируют об аварийном со­ стоянии системы или срабатывании защиты. Табло белого цвета несут информацию об определенном рабочем режиме системы и отдельных его элементов. Управление дизель-генераторами обычно производится из ЦПУ, а в случае необходимости — из основного поста в машинном отделении.

Дистанционный пульт управления каждым дизель-генератором включает в себя следующие элементы:

ключи задания резервного дизель-генератора (на три положе­ ния: «Резерв», «Отключено», «Работа»);

обобщенную аварийную сигнализацию о состоянии дизель-

табло «Пуск», «Готов к приему нагрузки», «Нагрузка включена». Разработанные системы автоматизации управления первичными двигателями судовых дизель-генераторов осуществляют подготовку к пуску, пуск, изменение угловой скорости и остановку дизеля, а также контроль за состоянием и поддержание нормальных усло­ вий его работы. Эти операции сводятся к предварительной прокачке масла с последующей подачей топлива и включением стартера или подачей сжатого воздуха с автоматическим переходом к работе на топливе, после чего производится прогрев двигателя с последую­ щим приемом нагрузки. Контроль за состоянием дизеля осуще­ ствляют датчики температуры масла и охлаждающей воды, датчики

давления масла и угловой скорости дизеля.

На рис. 5 в качестве примера приведена одна из схем дистан­ ционного автоматизированного пуска дизель-генератора и автома­ тического управления его работой [6]. Система обеспечивает про­ граммный пуск, аварийно-предупредительную сигнализацию, нор­

32

Последовательность выполняемых схемой операций иллюстри­ руется представленной на рис. 6 диаграммой, которая помогает в чтении схемы.

Управление работой дизеля с помощью изображенной на рис. 5 схемы производится следующим образом. Для осуществления пуска дизель-генератора нажимается кнопка пуска КнП, благодаря чему на управляющий электрод тиристора 77 подается положительный потенциал. Тиристор 77 открывается и реле Р2, получив питание, срабатывает и закрывает свои замыкающие контакты, причем кон­ такт Р2/1 замыкает цепь контактора включения маслопрокачйвающего агрегата МПА, контакт Р2/2 замыкает цепь полупроводнико­ вого реле времени РВ-30, ограничивающего работу насоса предва­ рительной маслопрокачки до 30 с, включает белую сигнальную лампу ЛБ, установленную в ЦПУ для сигнализации о пуске дизеля, и подает напряжение на замыкающий контакт реле давления РД1. При повышении давления масла до 29,42104 Па реле РД1 сраба­ тывает и в результате подачи положительного потенциала на уп­ равляющий электрод открывает тиристор ТЗ. Благодаря этому по­

таким образом -запуск дизеля. Реле времени РВ-5 контролирует время подачи воздуха в дизель и ограничивает его значением 5 с.

Если запуск дизеля состоялся и дизель разогнался до частоты вращения 500 об/мин, срабатывает реле РС1 и отключает рассмот­ ренную схему пуска. Если пуск не состоялся, то отключение схемы пуска произойдет через 30 с после включения реле времени РВ-30 или через 5 с после включения реле РВ-5. Во всех трех случаях подается положительный потенциал на управляющий электрод ти­ ристора Т2, который при этом открывается, а тиристор 77 закры­ вается. Реле Р2 теряет питание и в результате вызывает отключе­ ние насоса МПА и прекращение подачи воздуха в дизель.

В случае состоявшегося запуска при разгоне дизеля до частоты вращения /г д н з =1350 об/мин срабатывает реле скорости РС2, при давлении масла р= 16,67• 104 Па — реле РД2 и при температуре масла 35° С — реле РТ1. Три перечисленных реле замыкают в ЦПУ цепь зеленой сигнальной лампы ЛЗ, разрешающей загрузку пущен­ ного дизель-генератора.

При снижении давления масла или превышении частоты враще­ ния дизеля схема обеспечит аварийную остановку дизеля с выда­ чей сигнала о причине остановки. При увеличении температуры воды в системе охлаждения дизеля схема выдает звуковой и све­ товой сигналы. Так, если упадет давление масла ( р < 16,67-104 Па), разомкнётся замыкающий и замкнется размыкающий контакты реле РД2. При этом в ЦПУ загорается красная лампа ЛК1 и сра­ батывает реле Р4, которое своим замыкающим контактом Р4/2 замыкает цепь катушки контактора КЗ. Контактор КЗ срабатывает

33

S s «

I•a.P5i en

«У Rs Ö

Рис. 6. Диаграмма последовательности операций при дистанционном пуске дизель-генератора

и замыкает цепь электромагнита аварийной остановки. Недопу­ стимое увеличение частоты вращения дизеля ( я д и з > 1 7 0 0 об/мин) вызывает срабатывание реле предельной скорости РСЗ, которое при

сигнал о необходимом изменении режима работы дизеля. Звуковой сигнал можно снять нажатием кнопки снятия звукового сигнала

КнС в цепи катушки контактора К2, который, срабатывая, замы­ кает цепь электромагнита нормальной остановки дизеля.

В рассмотренной и других применяющихся до последнего вре­ мени системах дистанционного управления судовыми дизель-гене­ раторами большую роль играют элементы релейно-контакторной автоматики. Однако в настоящее время контактные аппараты все чаще заменяются бесконтактными (например, полупроводнико­ выми) . Это позволяет упростить обслуживание судовых установок и обеспечить бесперебойность снабжения энергией ответственных судовых потребителей.

В настоящее время на базе использования унифицированных электрических элементов разработана и внедряется в эксплуата­

тором 3, самого дизель-генератора 4, основного 2 и выносных 5 пультов управления (рис.7). На пульте 2 расположены органы управления системой и табло световой сигнализации. Пульты 5 предназначены для дублирования основного пульта, но содержат меньшее количество органов управления и световых табло. На основном пульте имеется переключатель постов. В блоке управле­ ния дизель-генератором сосредоточены логические функциональ­ ные элементы, коммутационные элементы для приема сигналов от пультов управления и датчиков дизеля, элементы для выдачи

35

сигналов на исполнительные устройства дизель-генератора, а так­ же на электростанцию и ЦПУ.

Вместо релейно-контакторных аппаратов управления в системе ДАУ СДГ-Т применены бесконтактные логические элементы, объе­ диненные в сменные функциональные блоки: стабилизированного питания, пуска, остановки, аварийной защиты, контроля времени

идр.

Блок.стабилизированного питания предназначен для обеспече­ ния логических блоков системы стабильным питающим напряже­ нием. Блок пуска осуществляет предпусковое проворачивание двига­ теля и прокачку его маслом, пуск, прогрев, вывод на подсинхронную угловую скорость и прием нагрузки с соответствующей сигнали­ зацией о состоянии дизель-генератора. Блок контроля времени обеспечивает контроль за длительностью операций, выполняемых автоматизированным дизель-генератором. При возникновении аварийной ситуации блок защиты производит экстренную оста­ новку дизеля, а также включает аварийно-предупредительную сиг­ нализацию, что дает возможность быстро заменить неисправный функциональный блок.

Система ДАУ СДГ-Т может быть использована для управления работой агрегатов мощностью от 100 до 1000 кВт. С ее помощью могут быть выполнены следующие операции:

—автоматическое проворачивание дизеля;

—автоматическое поддержание дизель-генератора в прогретом состоянии и в готовности к немедленному запуску;

—автоматический запуск;

—нормальная и экстренная остановки;

—повторные запуски;

—автоматическая остановка дизель-генератора в случае па­ дения давления масла, воды и топлива, перегрева масла и воды,

—ручная остановка;

—ограничение продолжительности подачи пускового воздуха и подкачки масла перед пуском;

—включение аварийного стоп-устройства при затянувшейся остановке;

—выдача сигнала на прием и распределение нагрузки после выхода дизель-генератора на эксплуатационный режим;

—предупредительная и аварийная сигнализация.

§9. Автоматический пуск аварийного дизель-генератора

Аварийные дизель-генераторы, предусмотренные Правилами Ре­ гистра СССР на большинстве судов, при исчезновении напряже­ ния на шинах ГРЩ должны в возможно более короткий период времени автоматически включиться и принять на себя нагрузку, обеспечив электроэнергией жизненно важные судовые потребители. Последовательность операций в этом процессе такова:

36

— исчезновение напряжения на фидере, связывающем ГРЩ с шинами щита аварийного дизель-генератора, вызывает немедлен­ ное его размыкание и выдачу сигнала к пуску аварийного дизель- - генератора;

—в течение 3 с производится предварительная прокачка масла;

—серводвигатель топливного насоса обеспечивает подачу топ­ лива, после чего включает стартер, работающий до тех пор, пока

дизель-генератор не разгонится до частоты вращения 500—

600об/мин;

—серводвигатель продолжает перемещать рейку топливоподачи до положения, соответствующего номинальной частоте вра­ щения д=1500 об/мин, после чего в результате срабатывания ко­ нечного выключателя отключается от питающей сети;

—последовательным включением секций щита дизель-генера­ тора частями принимается электрическая нагрузка.

В схему автоматического запуска аварийного дизель-генератора (рис., 8, а) входит следующее основное оборудование:

— аккумуляторная батарея АБ на 24 В, питающая стартёр Ст

ицепи управления;

—навешенный генератор Г для подзарядки аккумуляторной батареи;

—двигатель предварительной маслопрокачки ДМ;

—серводвигатель ДТ, обеспечивающий подачу топлива в ди­

зель;

—кулачковый программный механизм с серводвигателем ДКМ на пять цепей, замыкающихся в соответствии с диаграммой замы­ кания, представленной на рис. 8, б (темные полоски соответствуют замкнутому положению данной цепи);

—реле, аппараты сигнализации и другие элементы.

Представленная на рис. 8, а схема работает следующим об­ разом.

При исчезновении напряжения на шинах ГРЩ теряют питание подключенные через трансформатор Трі к фидеру, идущему от ГРЩ, реле контроля напряжения РНК и времени РВК, а также контактор КЗ, Контактор КЗ своими главными контактами раз­ мыкает кабельную перемычку между ГРЩ и щитом аварийного дизель-генератора. При этом, потеряв питание, размыкают свои контакты контакторы К1 и К2, разделив таким образом щит ава­ рийного дизель-генератора на отдельные секции. Сигнальные лампы ЛС1—ЛСЗ, сигнализирующие о положении контакторов, гаснут.

Реле контроля напряжения замыкает размыкающие контакты РНК в цепи реле Р31 и ревуна Ре, а также через остающийся в те­ чение 3 с замкнутым замыкающий контакт РВК1 включает двига­ тель предварительной маслопрокачки ДМ. По истечении 3 с кон­ такт РВК1 размыкается и двигатель ДМ останавливается. В это же время ^замыкается контакт РВК2, подавая напряжение на осталь­ ную схему автоматического пуска дизеля. Это напряжение посту­ пает через контакт / / кулачкового механизма на серводвигатель

37

ложение, соответствующее частоте вращения дизеля 800—900 об/мин. Придя в движение после включения двигателя ДКМ, кулачковый

ного механизма (б).

механизм замыкает контакт /, что вызывает срабатывание реле пуска РП, которое с помощью промежуточного реле стартера РСт включает стартер Ст, обеспечив запуск дизеля.

Из диаграммы замыкания контакта / кулачкового механизма видно, что при неудавшемся первом запуске стартер повторит его

38

В случае удавшегося запуска после разгона дизеля до частоты

при размыкании контакта //, и серводвигатель будет работать, уве­ личивая подачу топлива.

При положении рейки топливного насоса, соответствующем но­ минальной частоте вращения дизель-генератора 1500 об/мин, за­ мыкается контакт конечного выключателя топлива КВТ, вклю­ чающий реле номинальной скорости РИС. При этом отключается серводвигатель ДТ и реле приема нагрузки РПН, а также размы­ кается контакт РНС в цепи двигателя ДКМ, что обусловливает его работу, пока замкнут контакт V, и не позволяет кулачковому меха­ низму продолжать движение по достижении им исходного поло­

генератору одну секцию шин с присоединенной к ней 50%-ной на­

чает оставшуюся секцию, а следовательно, и всю нагрузку к ши­ нам аварийного дизель-генератора, о чем сигнализирует загорев­ шаяся лампа ЛС2.

Контакт реле обратного тока РОТ в цепи подзарядного генера­ тора Г служит для отключения генератора при переходе его в дви­ гательный режим.

В схеме предусмотрены кнопки ручного включения двигателя предварительной маслопрокачки ДМ — КнМ; стартера Ст — КнП и КнСт; двигателя ДКМ с целью доводки кулачкового программного механизма в исходное положение — КнВ.

Если после трех попыток запуск дизеля не удастся, контакт IV кулачкового механизма разомкнётся, двигатель ДКМ после дости­ жения кулачковым программным механизмом исходного положе­ ния остановится, ревун Ре, включенный через контакт несработавшего реле успешного запуска РУЗ, будет подавать звуковой сигнал.

При восстановлении напряжения на ГРЩ получают питание катушки реле РНК и РВК, которые снимают напряжение со схемы управления, а также размыкают цепь катушки реле Р31. Это вы­ зывает обесточивание катушки контактора К1 и отключение от аварийного дизель-генератора всей нагрузки.

39