книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

б) способом обвода, при котором во внутреннем контуре отсут­ ствуют регулирующие устройства. Количество, воды GB0, посту­ пающей на двигатель, остается постоянным. Изменение величи­ ны 1\ достигается за счет изменения количества тепла, отобран­ ного в теплообменнике. Отбор тепла может осуществляться за счет изменения количества холодной воды, поступающей на тепло­ обменник (рис. 10.20,а), с помощью поворота жалюзи либо пово­ ротом лопаток вентилятора в системах с. воздушным охлажде­ нием (рис. 10.20,6).

Изменение поворота лопаток вентилятора является одним из экономичных способов регулирования .для этих систем.

2-й п р и н ц и п регулирования заключается в изменении рас­ хода воды, подаваемой для охлаждения дизеля. Температура охлаждающей воды на выходе будет изменяться примерно обратно пропорционально количеству подаваемой воды.

При постоянстве числа оборотов охлаждающего насоса расход воды может быть уменьшен способом дросселирования. В этом случае РО изменяет проходное сечение водяного тракта и тем самым увеличивает или уменьшает его гидравлическое сопротив­

вания.

Этот способ регулирования температуры имеет существенный недостаток, состоящий в том, что при малых нагрузках в двига­ тель поступает небольшое количество воды. Вследствие этого

вполостях охлаждения могут образовываться местные перегревы

ипаровые подушки. Данный способ регулирования применяется редко.

Конструкции регуляторов температуры

К регуляторам температуры предъявляют следующие требо­ вания:

1)статическая характеристика терморегулятора должна быть близка к линейной, что облегчает согласование характеристик терморегулятора и объекта регулирования;

2)зона нечувствительности терморегулятора не должна пре­ вышать 1° С;

3)терморегулятор должен иметь орган настройки регулируе­ мой температуры;

4)постоянная времени терморегулятора должна быть воз­ можно меньшей;

5)конструкция терморегулятора должна быть надежной в ус­

ловиях работы на дизеле.

Как правило, применяют регуляторы статического типа, т. е. ре­ гуляторы, обеспечивающие заданный статизм регулирования. Это объясняется тем, что определенная степень неравномерности до­

пускается, а изготовление статических регуляторов проще и работа их надежнее, чем астатических.

Регуляторы могут быть прямого и непрямого действия. В свою очередь регуляторы прямого действия могут быть недистанцион­ ными и дистанционными. По виду рабочего тела чувствительного элемента терморегуляторы подразделяются на парожидкостные и жидкостные. Последние могут иметь как жидкостный, так и твер­ дый наполнитель.

Рис. 10.21. Схема недистанционного регулятора температуры прямого действия

Недистанционный терморегулятор прямого действия представ­ лен на рис. 10.21. Чувствительным элементом его служит силь­ фон 1, в котором имеются термочувствительная жидкость и пру­ жина 2, работающая на растяжение.

В парожидкостном терморегуляторе температура кипения жид­ кости должна быть ниже, чем измеряемая температура tp. С уве­ личением tp увеличивается давление насыщенных паров и пло­ щадь проходного сечения на слив, а площадь проходного сечения на перепуск уменьшается. Недостатком парожидкостных регуля­ торов является сравнительно малая величина давления насыщен­ ных паров и поэтому малая величина усилий, развиваемых силь­ фоном. В результате ухудшается работа регулятора.

В жидкостных регуляторах используют жидкости, имеющие большой коэффициент расширения, при этом температура кипе­ ния жидкости должна быть больше, чем температура tp. В ка­ честве наполнителей парожидкостных и жидкостных регуляторов используют хлористый этил, этиловый эфир, фреон, ацетон, мети­

ловый эфир, этиловый спирт и др.

Разновидностью жидкостных терморегуляторов являются терморегуляторы с твердым наполнителем, в качестве которого применяют воск или церезин. При этом температура плавления

292

должна быть ниже tp. Преимущество таких устройств заклю­ чается в том, что на их работу не влияет давление контролируемой среды.

Рис. 10.22. Схема дистанционного регулятора температуры прямого действия:

1 — чувствительный элемент; 2 — капиллярная трубка; 3 — сильфон; 4 —пру­ жина; 5 — шток; 6 — фланец; 7 — регулирующий орган

На рис. 10.22 представлена схема дистанционного терморегу­ лятора прямого действия. Начало передвижения регулирующего

В регуляторах непрямого действия между чувствительным эле­ ментом, которым служит термобаллон или дилатометр, и регули­ рующим органом имеется усилитель электрического, гидравличе­ ского или пневматического типа. Статические характеристики регу­ ляторов представляют собой линии, близкие к прямым.

Настройка регуляторов температуры

При проектировании, установке или замене терморегуляторов следует ориентироваться на типовые регуляторы, которые пред-

293

to

со

4 *

Рис. 10.23. Схемы автоматического регулирования температуры масла:

назначены, в соответствии с ГОСТ 12709—67, для определенных расходов охлаждающей воды.

ном на рис. 10.22 терморегуляторе дистанционного типа это дости­ гается изменением толщины прокладок под пружиной 4\

— максимального перепада температур Atp на выходе воды из дизеля при изменении нагрузки от холостого хода до номи­ нальной (степени неравномерности регулирования). В РТ на рис. 10.22 это может быть осуществлено путем изменения жест­ кости пружины 4. Так, например, уменьшение степени неравно­ мерности достигается путем уменьшения жесткости пружины 4.

Особенности автоматического регулирования температуры масла

эта температура определяет вязкостные свойства масла. Таким образом, объектом регулирования является не дизель, а водо­ масляный холодильник (теплообменник).

Возможны следующие способы регулирования (рис. Г0.23):

— перепуском охлаждающей воды (рис. 10.23,а). С уменьше­

идущего на перепуск, увеличивается, а количество масла, идущего на теплообменник, уменьшается. Количество охлаждающей воды, идущей на теплообменник, не регулируется (рис. 10.23,6);

— обводом охлаждающей воды (рис. 10.23,в).

Второй из рассмотренных способов менее предпочтителен, так как при пуске дизеля из холодного состояния в теплообменнике образуется «пробка» из холодного масла. Поэтому первый способ нашел более широкое применение.

§ 10.6. Системы автоматического управления ДГ

Общие понятия

САУ дизель-генераторов предназначены для:

—автоматического или дистанционного пуска агрегата с вы­ полнением всех предпусковых и пусковых операций по нормаль­ ной и экстренной технологии пуска;

—автоматического включения агрегата в параллельную ра­ боту с сетью или с другими агрегатами;

295

—автоматической или дистанционной остановки агрегата;

—автоматической сигнализации и защиты агрегата при до­ стижении контролируемыми параметрами дизеля и генератора предельно допустимых значений;

—автоматического обслуживания агрегата во время работы — пополнения запасов воды, масла и топлива в расширительных и

расходных баках из цистерн запаса, а также воздуха в пуско­ вых баллонах и подзарядки аккумуляторных батарей;

— автоматического обслуживания во время стоянки путем поддержания дизеля в состоянии «горячего резерва».

Отличие дистанционного пуска и остановки агрегата от авто­ матического заключается в том, что если первый производится нажатием соответствующей кнопки на пульте (щите) управления, то второе происходит: по сигналу от понижения (потери) напря­ жения на сборных шинах электростанции (или его восстановле­ ния), либо по сигналу аварии или перегрузки работающих агре­ гатов (для агрегатов, находящихся в резерве).

Системы управления ДГ могут быть выполнены на различных элементах, однако логические схемы систем, т. е. схемы, где осу­

ций. Поэтому ниже рассматривается технологическая последова­ тельность, или алгоритм, основных операций, выполняемых САУ ДГ.

Типовая технологическая последовательность выполнения автоматических операций *)

Автоматический пуск и включение нагрузки. При автомати­ ческом и дистанционном пуске необходимо, чтобы:

а) последовательность и продолжительность операций пуска обеспечивали надежность работы дизеля в условиях пуска, без­ аварийность и надежность совершения пуска;

б) пуск и прием нагрузки происходили в кратчайший срок.

Дизель как приводной двигатель для генераторов имеет зна­ чительное преимущество перед двигателями ряда других типов, заключающееся в возможности быстрого пуска и приема нагрузки. В то же время чрезмерно ускоренный пуск является неблагоприят­ ным режимом работы двигателя и может привести к значитель­ ному коксообразованию в цилиндрах, заеданию поршней и задиру втулок.

Условимся понимать под:

— низкотемпературным пуском — пуск при температуре окру­ жающего воздуха, лежащей ниже — (5—8)°С;

*) См. подробнее работы [12, 25].

296

Холодный пуск отрицательно сказывается на износе двигателя, который приблизительно "в четыре раза превышает износ дизеля под нагрузкой за тот же промежуток времени. Причина кроется в плохом проникании смазки в трущиеся детали и попадании топ­ лива в масло. Поэтому в ряде случаев целесообразно, чтобы дизель перед пуском был прогрет, что обеспечивается системой «горя­ чего резерва». Кроме того, при холодном пуске возникают значи­ тельные температурные перепады, которые могут привести к тре­ щинам в крышке и в1улке цилиндров.

Для агрегатов, находящихся в прогретом состоянии, приняты следующие нормы пускового времени: от подачи сигнала на пуск до готовности приема 100% нагрузки для агрегатов до 50 кет—

ный пуск); для агрегатов мощностью свыше 500 кет до 1000 кет— 45 сек (стартерный пуск) и 60 сек (воздушный пуск); для агрега­ тов свыше 1000 кет с воздушным пуском — 80 сек.

Система автоматизации агрегатов со стартерным пуском долж­ на обеспечивать возможность не менее трех попыток пуска двига­ теля с паузами между отключением и повторным включением стартера. При воздушном пуске дизель труднее прогревается, так как расширяющийся пусковой воздух препятствует прогреву дви­ гателя; поэтому нормы на время пуска увеличены.

После того, как дизель запустится и будет готов к приему на­ грузки, дизель-генератор автоматически подключится к нагрузке. В том случае, если на нагрузку уже работает другой дизель-гене­ ратор, должна быть осуществлена синхронизация дизель-генера­ торов. Синхронизация обеспечивается как методом самосинхрони­ зации, так и методом точной синхронизации.

При самосинхронизации генератор включается в сеть без воз­ буждения, затем подается возбуждение и генератор втягивается в синхронизм. В этом случае исключается возможность ошибоч­ ных включений, обеспечивается нужная быстрота включения.

частот при включении в параллельную работу этим способом со­ ставляет 3—5% номинальной. Однако при самосинхронизации возможны значительные провалы напряжения из-за больших токов при включении.

При точной синхронизации на зажимах вводимого генератора устанавливается нужное рабочее напряжение, а частота подрав­ нивается под частоту работающего генератора. При включении необходимо, чтобы разность частот дизель-генератора была бы

297

меньше 0,25; должно быть обеспечено полное совпадение фаз. При этом может быть осуществлено практически безударное вклю­ чение.

Способ точной синхронизации значительно более сложен. Используемые для автоматического выполнения этой операции

Пуск дизеля может осуществляться электростартером или воз­ духом, и в каждом случае имеются свои особенности. Автоматиза­ ция пусковых операций осуществляется при второй и третьей сте­ пени автоматизации. Основным пусковым операциям предшест­ вуют вспомогательные предпусковые. Так, пуску двигателя пред­ шествует автоматическая прокачка масла. Система автоматиза­ ции должна обеспечивать пуск двигателя только при достижении установленной величины предпускового давления масла. Для дизе­ лей мощностью до 80 л. с. допускается автоматический пуск без предварительной прокачки масла.

С целью обеспечения надежности работы дизеля в период пуска необходимо контролировать последовательность операций, по параметрам, дающим наиболее верное представление о состоя­ нии дизеля. Такими параметрами являются, как правило, давле­ ние и температура смазочного масла, температура воды.

Существуют вспомогательные операции, которые можно на­ звать страховочными: они обеспечивают прекращение пуска в слу­ чае неисправности ДГ или его вспомогательных устройств.

Для надежности выполнения пуска следует до минимума со­ кратить число предпусковых операций. Это уменьшает Количество средств автоматики и повышает надежность САУ.

Ниже приведена типовая технология автоматизации пуска ДГ с воздушным пуском.

Технологическая последовательность операций при пуске и вы­

наличие воды, отключение валоповоротного устройства и отсутст­ вие факта предыдущей остановки по аварийной защите.

Несоблюдение одного из этих условий должно блокировать пуск: начальное управляющее воздействие не должно восприни­ маться.

Основные операции:

1.При получении управляющего воздействия «Пуск» вклю­ чаются масло- и топливопрокачивающие насосы.

2.По достижении необходимого давления в системе смазки включается пусковой воздушный клапан и выключаются насосы.

3.При достижении оборотов «подхватывания» пусковой кла­

пан выключается.

4. Двигатель выходит на обороты прогрева и прогревается на холостом ходу.

:298

5.По достижении температуры прогрева включается серводви­ гатель регулятора и дизель начинает увеличивать обороты до зна­ чения оборотов холостого хода //-хх при номинальном Положении регуляторной характеристики.

6.При достижении /гхх дается сигнал на выключение серводви­

гателя регулятора и на включение нагрузки.

В с п о м о г а т е л ь н ы е ( с т р а х о в о ч н ы е ) о п е р а ц и и :

—если не состоится' основная операция 2, то через выдержку времени ti после включения насосов они должны быть выклю­ чены, а алгоритм пуска сорван;

—если не состоится основная операция 3, то через выдержку времени Хг после включения пускового клапана он должен быть отключен, а алгоритм пуска сорван.

При электростартерном пуске последовательность операций

аналогична. В этом случае контролируется время работы стартера и включения свечей накаливания.

Автоматическая сигнализация и защита

На систему автоматики ложится задача обеспечивать автома­ тическую сигнализацию состояния ряда параметров двигателя и защиту двигателя при достижении этими параметрами аварий­ ного значения.

Система сигнализации и защиты должна строиться на следую­ щих принципах:

1.Поскольку агрегат создается для'условий необслуживаемой работы с повышенной надежностью механизмов и систем, в том числе системы автоматики, автоматически контролируется только минимальное число' параметров.

2.В качестве параметров для автоматического контроля выби­

раются такие, которые позволяют наиболее достоверно судить

оработе двигателя.

Кчислу контролирующих аварийных параметров чаще всего

относятся: температура воды, выходящей из двигателя; темпера­ тура масла, выходящего из двигателя; давление масла в главной магистрали; давление (или уровень) воды в системе охлаждения двигателя; число оборотов коленчатого вала двигателя; обратный ток или обратная мощность.

Температуры воды и масла свидетельствуют о тепловом состоя­ нии двигателя. Перегрев трущихся деталей влечет за собой зна­ чительное уменьшение зазоров, задиры, заклинивания. Терморегу­ лирование воды и масла не исключает необходимости контроля и защиты этих параметров, так как регуляторы надежно работают только в определенных пределах.

Температура охлаждающей воды — один из наиболее важных параметров. Температура масла во многих двигателях повышается с запаздыванием. Давление масла измеряется, как правило, в кон­ це главной магистрали. Снижение давления масла может привести к крупной аварии (выплавлению подшипников и др.).

299