книги из ГПНТБ / Кисельников В.Б. Системы автоматизации силового дизельного привода
.pdfВ. Б. КИСЕЛЬНИКОВ, А. Г. ПЛОТКИН
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ
СИЛОВОГО
ДИЗЕЛЬНОГО
ПРИВОДА
1 v.' \
КОНТРОЛЬНЫЙи Э!1К-ЗЕМПЛЯР
ЛЕНИНГРАД „МАШИНОСТРОЕНИЕ" ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ 1973
К44 УДК 62—833.6
К и с е л ь н и к о в В. Б., П л о т к и н А. Г. Системы авто матизации силового дизельного привода. Л., «Машиностроение», (Ленингр. отделение), 1973. 240 с.
В книге рассмотрены задачи и особенности автоматизации сило вых дизельных приводов и технические требования к системам управ ления, регулирования, автоматизации пуска и остановки, контроля и защиты. Представлены результаты теоретического и эксперимен тального исследования переходных процессов управления дизель ными приводами с механической и гидравлической передачами. Освещены принципы построения, структура, параметры и алгоритмы работы отдельных систем. Приведены описания устройства и резуль таты испытаний современных систем автоматизации, применяемых на отечественных дизельных приводах. Показана конструкция вхо дящих в системы узлов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, связанных с разработкой и эксплуатацией силовых дизельных при водов. Она также может быть использована студентами вузов соот ветствующих специальностей.
Табл. 22. Ил. 63. Список лит. 22 назв.
Ре ц е н з е н т канд. техн. наук А. И. Распутине
Ре д а к т о р канд. техн. наук Г. X. Левин
334—161 К 038(01)—73 161—73
© Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Директивах X X I V съезда КПСС указывается, что главная задача новой пятилетки состоит в обеспечении значительного подъема материального и культурного уровня жизни народа на основе высоких темпов развития социалистического произ водства, повышения его эффективности, научно-технического прогресса и ускорения роста производительности труда. В эпоху современной научно-технической революции одним из основных путей совершенствования индустриальной базы и повышения производительности труда является комплексная автоматизация производственных Процессов во всех сферах народного хозяйства.
В новой пятилетке особое внимание уделяется развитию дизелестроения и увеличению ресурса выпускаемых дизелей, который в ближайшие годы должен возрасти в 1,5—2 раза. Для решения этих задач большое значение имеет автоматизация дизельных установок.
Значительное место в производстве занимают дизели для силового привода различных механических агрегатов. Такие дизели широко используются в нефтедобывающей, • газовой, химической, горной, строительной промышленности и в других отраслях народного хозяйства.
На заводах дизельной промышленности создаются и осваиваются новые типы дизелей, специально предназначенные для силового привода.
Расширение сферы применения дизелей силового привода обу словливает необходимость их автоматизации. В первую очередь возникает необходимость в системах дистанционного автоматизи рованного управления (ДАУ) всережимной параллельной работой дизелей, в специализированных системах регулирования скорости вращения дизелей, в системах автоматизации процессов пуска, остановки и обслуживания, в системах контроля и защиты. В перспективе встают задачи создания систем комплексной авто матизации дизельного привода и потребителей мощности, в том числе систем объединенного управления установками по оптималь ным программам и систем централизованного контроля.
Реализация указанных систем связана со специальными ис следованиями силового привода, переходных процессов его ра боты, разработкой принципиальных схем и алгоритмов управле ния, методов анализа и расчета аналоговых и дискретных устройств, составляющих системы автоматизации дизельных при водов.
1* |
3 |
Автоматизация силового привода повышает его производитель ность и снижает затраты на эксплуатацию. Системы автоматиза ции способствуют увеличению коэффициента использования мощ ности дизелей, сокращают время переходных процессов и вспомога тельных операций, ограничивают перегрузку дизелей и элементов передачи к потребителю, сокращают эксплуатационный расход топлива. Все это достигается за счет рациональных методов управ ления и регулирования установок. Вместе с тем повышается надеж ность, ресурс и безопасность работы приводов, уменьшаются расходы на обслуживание и облегчается труд персонала благо даря автоматизации процессов пуска, остановки, контроля и за щиты дизелей. Внедрение комплексных систем автоматизации си лового дизельного привода, наряду с повышением его эксплуата ционных показателей, дает значительный экономический эффект.
Настоящая работа является попыткой систематизировать и обобщить имеющийся опыт автоматизации силового дизельного привода, накопленный в Центральном научно-исследовательском дизельном институте (ЦНИДИ) и на заводах дизелестроительной отрасли.
В основу ее положены, в первую очередь, результаты иссле дований дизельных приводов и работ по созданию систем автома тизации, проводившихся в ЦНИДИ, в которых авторы принимали непосредственное участие. В книге рассматриваются особенности режимов работы силовых дизельных приводов, современное со стояние, структура и задачи создания систем автоматизации и предъявляемые к этим системам технические требования. Особо рассматриваются результаты теоретического, и эксперименталь ного исследования динамики процессов управления силовыми при водами с механическими передачами и гидротрансформаторами и приводятся рекомендации по наиболее целесообразным способам управления.
В книге.приводятся материалы по выбору, проектированию, анализу и расчету отдельных систем автоматизации дизельных, приводов. Описываются существующие и вновь разработанные системы автоматизации, результаты их стендовых и эксплуата ционных испытаний и конструкция входящих в них устройств.
Книга содержит сведения только об отечественных системах автоматизации дизельного привода и не претендует на охват всех
разработок, существующих |
в данной области. |
|
|
Автором гл. I I и I I I является |
В. Б. Кисельников, |
гл. IV — |
|
А. Г. Плоткин. Остальные |
главы |
написаны авторами |
совместно. |
Глава I
ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ СИЛОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ПРИВОДА
1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИЛОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ПРИВОДА
Под силовым дизельным приводом понимается агрегат, состоя щий из одного или нескольких дизелей и сопряженных-с ними элементов трансмиссии, приводящий в действие различные ста ционарные потребители мощности. Такие потребители отличаются большим разнообразием по назначению и характеристикам. Сюда относятся, например, гидравлические насосы, насосы для подачи раствора в буровых установках, поршневые воздушные компрессоры, компрессоры газоперекачивающих станций, роторы буровых установок, бетономешалки,' агломерационные мельницы, различные лебедки и другие агрегаты.
Особенности работы силового дизельного привода требуют применения и создания специальных систем и средств автомати зации, которые во многом отличаются от систем автоматизации судовых, тепловозных, транспортных и дизель-генераторных уста новок.
В настоящее время силовые дизельные приводы находят широ кое распространение в различных областях техники. Для силового привода используется до 30% (по мощности) всех дизелей, выпус каемых отечественной промышленностью. Расширение потреб ности в дизельном приводе вызвало необходимость разработки мощных приводных агрегатов, оснащенных современными систе
мами автоматизации. Выпуск и освоение таких агрегатов |
начат |
на ряде дизелестроительных заводов. В качестве примера |
можно |
отметить силовые дизель-гидравлические агрегаты типа |
СА-6, |
СА-10, АДГ-1000 и др. |
|
Широкое применение силового дизельного . привода |
объяс |
няется рядом известных преимуществ дизелей по сравнению с дру гими первичными двигателями. К числу этих преимуществ отно сится прежде всего полная автономность работы дизелей, их эко номичность, возможность использования дешевых сортов топлива, малые весогабаритные показатели и надежность" в эксплуатации. Однако с точки зрения силового привода дизели обладают и су щественными недостатками, такимикак малый коэффициент за паса крутящего момента по внешней характеристике, ограничен ная способность выдерживать перегрузки, сравнительно узкие
5
Тип
ди з е л я
6415/18
6ЧН15/18
12415/18
12ЧН15/18
Таблица I. Дизели для силовых приводов
Марка д и з е л я |
Назначение |
Номинальнаямощ |
лвность. с. |
Номинальнаяско об/минврость |
Минимальнаяско об/мннврость |
|
|
|
|
У1Д6-С2А |
Для |
лебедок и |
165 |
|
|
других |
механиз |
|
|
||
мов, |
работающих |
|
|
||
в |
условиях низ |
|
|
||
ких |
температур, |
|
|
||
до —60° С |
|
|
|||
|
|
|
|
1500 |
500 |
У1Д6-250ТК-СЗ |
Для |
маневро |
250 |
|
|
У2Д6-250ТК-СЗ вых |
тепловозов, |
|
|
||
дорожных машин |
|
|
|||
и |
лебедок |
|
|
||
2Д12Б |
Для транспорт |
300 1350 |
|
||
ных |
установок, |
|
|
||
дорожных машин |
|
|
|||
и |
лебедок |
|
|
1Д12Б |
Для силовых |
420 |
000 |
— |
|
|
|
дизель-гидравли ческих агрегатов,
|
буровых |
устано |
450 |
|
|
вок БУ-75 |
|
||
В2-400АВ-СЗ |
Для |
привода |
500 |
1800 |
В2-500А-СЗ |
лебедок и насосов |
|
|
|
|
нефтебуровых |
|
|
|
|
установок и ком |
|
|
|
|
прессоров и дру |
|
|
|
|
гих механизмов |
|
|
Габариты (D X L X X В) в м |
Вес в кг |
Моторесурс п ч |
1.756Х |
1350 |
6000 |
Х0.887Х X 1,135
1.82Х |
1.04Х |
1450 |
1000 |
X 1,09 |
|
|
|
2.087Х |
1600 |
8000 |
|
X 1,04Х 1,09 |
|
|
|
2.114Х |
2000 |
7000 для |
|
X I.052X |
|
дорожных |
|
X 1,23 |
|
машин; |
|
|
|
|
4000 для |
|
|
|
экскавато |
|
|
|
ров и |
|
|
|
кранов |
1.59Х |
700 |
6000 |
|
X 1.052Х |
|
|
|
X 1,16 |
|
|
1.818Х |
1350 |
5000 |
X 1.036Х |
|
|
X 1,033 |
|
|
1.573Х |
1300 |
2500 |
X 1.036Х |
|
|
X 0,901 |
|
|
И с п о л н е н и е |
системКлассрегу лированияскорости |
|
|
Арктическое |
III |
Общепромыш |
|
ленное |
|
Общепромыш ленное, экспорт IV
ное и экспортнотропическое
|
В2-ТК-СЗ |
Для |
силовых |
450 |
1250 |
600 |
2,022Х |
|
6000 |
Общепромыш |
|
||
|
|
дизель-гидравли |
|
|
|
X 1,075Х |
|
|
ленное |
|
|
||
|
|
ческих |
агрегатов |
|
|
|
X 0,975 |
|
|
|
|
|
|
|
В2-800ТК-СЗ |
Для |
приводов |
800 |
2000 |
|
2.022Х |
1600 |
1000 |
Общепромыш |
|
||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
насосных агрега |
|
|
|
X 1.075Х |
|
|
ленное, |
экспорт |
|
||
|
|
тов |
|
|
|
|
X 0,975 |
|
|
ное, |
экспортно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тропическое |
|
||
6ЧН21/21 |
2ЮД |
Для |
силовых |
630 |
1200 |
|
3,15Х0,96Х |
4800 |
20 000 |
Общепромыш |
|
||
|
|
дизель-гидравли |
|
|
|
X 1,83 |
|
|
ленное, |
арктиче |
|
||
|
|
ческих |
агрегатов |
|
|
|
|
|
|
ское, |
экспортное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
экспортно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
тропическое |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8ЧН21/21 |
— |
Для |
силовых |
900 |
1500 |
|
— |
— |
— |
|
|
— |
III |
|
|
приводов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8ЧН26/26 |
6Д49 |
Для |
силовых |
1050 |
1000 |
350 |
4.503Х |
8000 |
2500 |
Общепромыш |
|
||
|
|
дизель-гидравли |
|
|
|
X 1,6X2,173 |
|
|
ленное |
|
|
||
|
|
ческих |
агрегатов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
агрегата |
Н а з н а ч е н и е |
М а р к а н тип |
|
|
д и з е л я |
||
Тип |
|
|
|
БУ-75, |
Для |
привода бу |
12415/18 |
силовой |
ровых |
установок |
|
агрегат |
БУ-75 |
|
|
СА-5 |
Для |
привода ле |
12ЧН15/18 |
|
бедок, |
роторов и |
|
|
насосов |
буровых |
|
|
установок |
|
|
СА-6 - |
Для приводов аг |
12ЧН15/18, |
|
|
регатов |
буровых |
В2-ТК-СЗ |
|
установок |
|
|
АДГ-1000 |
Для |
силовых |
8ЧН26/26, |
|
приводов |
6Д49 |
|
СА-Ю |
Для |
силовых |
6ЧН21/21, |
(АДГ-600 |
приводов |
2ЮД |
|
Таблица |
2. |
Дизель- |
||
Марка гидротранс форматора |
Номинальная мощ ность в л. с. |
Номинальная ско рость в об/мнн |
Минимальная ско |
рость в об/мии |
К. п. д. гидротранс форматора |
ТТК-1 |
320 |
1350 |
550 |
— |
|
ТТК-1-К |
|
|
|
|
0,83 |
|
360 |
1500 |
560 |
|
|
ТТК-669 |
|
|
|
|
0,85 |
ТТК-932 |
850 |
880 |
— |
0,835 |
|
ТТК-745 |
480 |
|
|
|
|
пределы изменения скорости вращения, невозможность запуска под нагрузкой, ухудшение пусковых качеств при низких темпера турах окружающей среды.
Многие из этих отрицательных особенностей дизелей преодоле ваются, с одной стороны, за счет использования соответствующих элементов в передачах к потребителю — гидротрансформаторов, электрических передач, гидромуфт и разобщительных фрикцион ных муфт, с другой стороны, отмеченные недостатки компенси руются оборудованием силовых приводов современными систе мами автоматизации.
Что касается пусковых качеств .дизелей при низких темпера турах окружающей среды, то они могут быть улучшены путем предпускового подогрева дизеля или использования специальной пусковой жидкости.
В табл. 1 и 2 представлены параметры основных типов дизелей и дизель-гидравлических агрегатов, изготовляемых нашей про мышленностью для силовых приводов.
гидравлические агрегаты
а |
|
ч |
а |
|
в |
г а |
вВескг |
Моторесурс |
£> |
|
|
Эх |
|
|
3.17Х 3100 6000
X1,6X2,0
—4400 7000
3.935Х |
5615 |
6000 |
X 1.66Х |
|
|
X 2,025 |
|
|
5,542 X |
13 700 |
25 000 |
Х1.906Х |
||
X 2,963 |
|
|
3.950Х |
8000 |
20 000 |
X 1,5X2,640
И с п о л н е н и е
—
Общепромыш
ленное
Общепромыш ленное и экспорт но-тропическое
Общепромыш ленное, арктиче ское, экспортное и экспортно-тро пическое
Система управления
Пневмати
ческая
Электри
ческая
Пневмати
ческая
Класс систем регу лирования скорости
III
IV
III
Система пуска
Электри
ческая
или
пневмати
ческая
Электри
ческая
На рис. 1 в качестве примера показан общий вид современного силового дизель-гидравлического агрегата типа СА-10. Этот агре гат имеет на выходном валу номинальную мощность 480 л. с. и предназначен для силового привода насосов, роторов и лебедок буровых установок, а также других потребителей мощности. Агре гат состоит из дизеля типа 6ЧН21/21 мощностью 630 л. с. при 1200 об/мин, и комплексного гидротрансформатора типа ТТК-745, собранных на общей раме. Агрегат оборудован пневматической системой дистанционного управления, всережимным регулятором скорости прямого действия и электрической системой автоматиза ции пуска, сигнализации и защиты. Все эти системы рассмотрены ниже вместе с системами автоматизации других отечественных дизелей силового привода.
На рис. 2 в качестве примера показаны характеристики ди зеля типа 6ЧН21/21 и выполненного на его основе дизель-гидрав лического агре/ата СА-10. На рис. 2, а представлены регуляторная и внешняя характеристики дизеля. Из этого, рисунка видно,
8 |
9 |
то
Рис. 1. Общий вид силового дизель-гидравлического агрегата СА-10
что скорость вращения дизеля может изменяться в пределах 500— 1200 об/мин (при'номинальной нагрузке). Коэффициент приспособ ляемости дизеля, или коэффициент запаса его крутящего момента по внешней характеристике, составляет 1,12. Это достигается с по мощью системы регулирования скорости вращения со специаль ным корректором статической характеристики. На рис. 2, б дана внешняя характеристика агрегата с гидротрансформатором. Из сопоставления приведенных характеристик видно, что примене ние в трансмиссии гидротрансформатора позволяет получить на выходном валу агрегата крутящий момент, в 3,3 раза превышаю щий крутящий момент самого дизеля на номинальном режиме
а) Мд, кгс-м |
|
|
|
|
njj.ofyhuH' |
|
|
|
МвыхЛС |
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
650 |
800 |
950 |
1100 1250 |
W0 |
600 |
800 |
1000 1200 |
||
|
|
|
|
|
пд,о6/мин |
|
|
|
Я1ых,о5/мин |
|
Р и с . 2 . |
Характеристики |
дизель-гидравлического |
агрегата |
СА-10; а — |
||||||
регуляторная и внешняя |
характеристика дизеля |
6ЧН21/21; |
б — внешние |
|||||||
|
|
|
характеристики агрегата в целом |
|
|
|
Характеристики отдельных потребителей мощности силового дизельного привода весьма многообразны и требуют работы при водов в различных режимах по нагрузке и скорости вращения. В большинстве случаев крутящий момент на валу потребителей мощности является переменным. При отсутствии гидротрансфор матора в трансмиссии все изменения внешней нагрузки передаются на дизель.
Скоростные режимы силового привода также часто бывают пе ременными. При этом в зависимости от назначения потребителя скорость дизеля периодически изменяется либо оператором, либо под действием специальной системы автоматического регулирова ния установки.
В ряде случаев для дизелей силовых приводов характерна так называемая всережимная параллельная работа, при которой группа из двух, трех и более дизелей может работать параллельно на общий потребитель мощности через жесткие или гидравличес кие передачи в широком диапазоне скоростей и нагрузок.
и