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

В то же время

где Т0 — температура всасываемого воздуха; АТ 0 — повышение температуры всасываемого воздуха при нагреве о стенки цилиндра; уг — коэффициент остаточных газов; Тт — температура остаточ­ ных газов-

При пусковой раскрутке дизеля можно принять уг = 0, тогда

Выражение (128) показывает, что достижение надежного пуска обусловлено максимально возможными значениями всех входя­ щих в него величин. Степень сжатия полностью определяется конструкцией дизеля и в процессе эксплуатации изменяется незначительно. Следует отметить, что дизели, имеющие более высокие значения е, обладают лучшими пусковыми качествами,

является неуправляемым фактором и зависит от места и времени эксплуатации дизеля. В случае, когда ухудшение условий воспла­ менения рабочей смеси обусловлено низкими значениями величины Т 0 , предусматриваются меры по повышению пусковых качеств дизеля за счет проведения ряда мероприятий, которые не всегда подлежат автоматизации.

Например, использование топлива с более высоким цетановым числом может значительно повысить пусковые качества дизеля

скольку в соответствии с ГОСТ 10150—70 при более высоких тем­ пературах отечественные дизели обладают сравнительно хоро­ шими пусковыми качествами. ,

Вредких случаях для пуска дизеля в условиях низких тем­ ператур окружающего воздуха (—20-f—40° С) могут быть исполь­ зованы специальные стартовые патроны с эфиром. Эти мероприя­ тия по улучшению пусковых качеств дизелей характеризуются эпизодичностью их выполнения, которая определяется временем года эксплуатации агрегата, степенью износа узлов дизеля и дру­ гими обстоятельствами.

Вто же времяимеется ряд операций, выполнение которых необходимо при каждом пуске. В первую очередь к ним относятся операции по предпусковой подготовке дизеля. Для повышения

величины TV а также для обеспечения необходимых зазоров в цилиндро-поршневой труппе и улучшения смазочных свойств, масла организуется предпусковой подогрев дизеля или постоянное поддержание неработающего дизеля в «горячей» готовности.

124

Существующие методы прогрева дизеля перед пуском могут быть разбиты на две группы.

Первая группа характеризуется постоянным поддержанием

постоянный прогрев помещения, в котором установлен дизель, с обеспечением температуры воздуха не ниже заданного уровня;

• постоянный прогрев зарубашечного пространства дизеля мя­ тым паром или горячей водой;

постоянный прогрев зарубашечного пространства дизеля и масла в картере или в расходном баке циркулирующим носителем тепла (горячая вода, пар) или локальным источником тепла (элек­ тронагреватель).

Ко второй группе относятся способы подогрева дизеля, при­ меняемые непосредственно перед очередным пуском. Здесь имеются в виду прогрев масла и воды с принудительной циркуляцией или без нее. Прогрев Масла и воды может быть осуществлен элек­ тронагревателями, горячей водой или при помощи газо-жидкостных подогревателей через специальные теплообменники.

Раскрутка дизеля. Для обеспечения лучших условий самовос­ пламенения рабочей смеси положительную роль играет увеличе­ ние скорости раскрутки при пуске.

Так, по данным [7, 16 ], для быстроходных дизелей (1500 об/мин и выше) при температуре воздуха на всасывании не ниже 0° G и использовании обычных сортов топлива достижение удовлетво­ рительных условий для пуска возможно при следующих уровнях скорости раскрутки:

для дизелей'с непосредственным впрыском 0,08—0,10лн о ы ; для дизелей с вихревыми камерами и предкамерных дизелей

со свечами накаливания 0,10—0,11ян о м ; для предкамерных дизелей, не снабженных свечами накали­

вания, 0,14—0,15лн о м .

Особое значение приобретают повышенные скорости раскрутки для агрегатов, эксплуатируемых в сложных климатических усло­ виях, хотя это и связано со значительным расходом энергии для раскрутки дизеля при пуске. В этих условиях важно обеспечить правильное выполнение необходимого объема предпусковых опе­ раций, таких как прогрев дизеля, предпусковая прокачка маслом, прогрев предкамерных полостей и т. п. Цикл раскрутки жела­ тельно предусматривать возможно большей длительности.

Для дизелей, используемых в качестве силового привода, при­ меняются три вида пусковой раскрутки: вручную, электростарте­ ром и сжатым воздухом.

Ручная раскрутка как основной прием запуска применяется только на дизелях малой мощности •— до 10 л. с. Большинство же дизелей оборудованы электростартером или пневматической си­ стемой запуска.

125.

Раскрутка дизеля электростартером обычно выполняется путем

определяют допустимые для правильной эксплуатации длитель­ ность включения стартеров и время восстановительных пауз.

Практически для дизелей силового привода отечественного производства длительность включения электростартера состав­ ляет 3—10 с в зависимости от потребляемой мощности и емкости аккумуляторных батарейДлительность пауз ограничивается 8—10 с.

Раскрутка дизеля сжатым воздухом связана с оборудованием его специальными устройствами — воздушным распределитель­ ным и пусковым клапанами, трубопроводами и т. п. Сжатый воз- •дух аккумулируется в баллонах, закачка которых производится по мере расхода от автономного компрессора или компрессора,

навешанного на дизель.

При раскрутке дизеля целесообразно ограничиться одной попыткой, длительность которой определяется допустимым вре­ менем раскрутки исправного дизеля или минимально допустимым давлением в пусковых баллонах. В редких случаях для предот­ вращения охлаждения цилиндро-поршневой группы при исполь­ зовании сжатого воздуха высокого давления раскрутку осуще­ ствляют двумя попытками с паузами между ними-

Желательно, чтобы пуск дизеля (его раскрутка) происходил

'при полной подаче топлива. Для этого следует освободить рейку топливных насосов от ограничений со стороны механизмов, воздействующих на подачу топлива (стоп-устройства, ограничи­ тели, сервомоторы), и обеспечить зависимость положения рейки только от регулятора скорости. Здесь следует указать, что для газовых дизелей условия подачи топливного газа при пуске несколько отличны от рассмотренных. Так, для газовых дизелей подача топливного газа происходит через некоторое время после начала предпусковой раскрутки для первоначальной продувки и затем специальным устройством увеличивается подача газа по заданной программе и доводится до уровня, определяемого поло­ жением органа задания на регуляторе скорости.

126

Прием нагрузки. Получение первых устройств вспышек в ци­

что регистрируется приемными реле для автоматического выклю­ чения пусковых устройств.

Скоростной режим холостого хода запустившегося дизеля определяется уровнем затяга пружины регулятора скорости. Могут иметь место два условия пуска: при промежуточном и при

хода при скорости вращения вала ниже номинальной. В зависи­ мости от типа силовой установки эта скорость может составлять 40—70% от номинальной величины. Во втором случае при пуске дизеля скорость возрастает до номинальной величины холостого хода. Темп нарастания скорости в первом и во втором случаях одинаковый и определяется постоянной времени агрегата.

Однако в ряде случаев недопустим разгон дизеля"Д0 номиналь­ ной скорости, в особенности при пуске непрогретого двигателя, в связи с возможностью выхода из строя элементов масляной си­ стемы, из-за возникновения в системе больших давлений.

Возможность приема нагрузки для дизелей силового привода определяется следующими условиями:

прогрев смазочного масла до приобретения им вязкости, обеспе­ чивающей необходимые смазывающие свойства, а также для про­ никновения по всем маслопроводящим каналам к смазываемым точкам и обеспечение достаточного барбатажа для смазывания шатунно-поршневых групп;

прогрев стенок камер сгорания для уменьшения задержки воспламенения и жесткости рабочего процесса;

прогрев дизеля для обеспечения необходимых зазоров в порш­ невой группе.

Готовность к приему нагрузки дизеля является условием для включения агрегата в работу. При наличии системы автоматиче­ ского дистанционного управления выход агрегата на заданный режим работы обеспечивается автоматически. В других случаях после готовности дизеля к приему нагрузки, его нагружение осу­ ществляется обслуживающим персоналом.

Рассмотренная технология режима выхода дизеля под на­ грузку характерна для агрегатов, имеющих разъединительное звено с приводимым оборудованием.

При жесткой связи дизеля с приводимым оборудованием воз­ можность прогрева дизеля на холостом ходу отсутствует. В этом случае большое значение имеет процесс подготовки дизеля к пуску, в период которого должны быть по возможности полно вы­ полнены операции, способствующие созданию условий приема нагрузки в период разгона дизеля.

Остановка. Для сохранения работоспособности дизеля и обе­ спечения заданного моторесурса его рабочей остановке должен

127

предшествовать режим, способствующий снятию тепловых напря­ жений в деталях дизеля. Это достигается переводом дизеля на ре­ жим холостого хода или снижением нагрузки до минимального значения. Выключать топливо следует после достаточного урав­ нивания температур деталей, цилиндро-поршневой группы, что контролируется определенным снижением температуры охлажда­ ющей воды. Выравнивание температур возможно при работе на холостом ходу или малой нагрузке в течение некоторого времени, которое устанавливается опытным путем для конкретных типов дизелей.

После выполнения указанных выше условий возможна оста­ новка дизеля выключением топлива и устройств, обеспечивающих работу дизеля (например, системы зажигания для газовых ди­ зелей, автономных устройств системы охлаждения и т. п.).

Нормальная остановка должна исключать возможность попа­ дания воздуха в топливопровод. В связи с этим используются устройства, действующие непосредственно или через регулятор скорости на рейку топливных насосов, вызывая перемещение ее в положение нулевой подачи топлива. В некоторых случаях при наличии системы дистанционного управления возможна оста­ новка дизеля через цепи дистанционного управления.

Для дизелей силового привода характерны такие условия эксплуатации, когда вывод дизеля из работы осуществляется обслуживающим персоналом, поэтому автоматизация всех опера­ ций для нормальной остановки требуется сравнительно редко.

Более частыми могут быть случаи, когда в процессе эксплуа­ тации возникает необходимость в автоматической экстренной остановке дизеля. При этом необходимость быстрого вывода ди­ зеля из работы не позволяет выполнить режим предварительного охлаждения и сигнал на остановку • в этих случаях подается непосредственно на устройство, останавливающее дизель. Для упрощенных систем автоматического управления при экстренной остановке может быть использовано устройство, применяемое для защиты дизеля в аварийных режимах.

17. ОСНОВНОЙ АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПУСКА И ОСТАНОВКИ

Как было отмечено, дизели силового привода весьма различны по типажу. Многообразны и условия эксплуатации агрегатов с этими дизелями. Поэтому при рассмотрении алгоритмических зависимостей надлежит исходить из максимального охвата основ­ ных режимов работы дизелей, работающих в качестве силового привода.

Рассмотренный ранее характер режимов работы дизеля, позво­ ляет сформулировать алгоритмические зависимости для автомати­ зации операций управления при пуске, приеме нагрузки и оста­ новке.

128

Поддержание дизеля в горячей готовности и предпусковой разогрев

Необходимость режимов горячей готовности или предпуско­ вого разогрева должна определяться обслуживающим персона­ лом, подачей соответствующей команды в системы автоматического управления. Система управления горячей готовностью должна функционировать только при неработающем дизеле. Включение устройств подогрева должно определяться установленным уров­ нем температуры воды или (и) масла. Включению устройств подо­ грева — источника тепла для теплоносителя — должно пред­ шествовать включение прокачивающих автономных устройств. Сигнал о необходимости работы устройств подогрева должен сохра­ няться на весь период его работы. Выключение устройств подо­ грева и автономных прокачивающих устройств должно произ­ водиться после достижения заданного верхнего уровня темпе­ ратуры воды или (и) масла. В случае использования устройств прогрева только непосредственно перед пуском отключение устройств предпускового разогрева может определяться заданным отрезком времени. В период работы системы управления горячей готовностью и предпускового прогрева дизеля должна быть вклю­ чена соответствующая визуальная индикация.

Предпусковые операции

Предпусковые операции выполняются по получении команды на пуск.

Команда на пуск может быть подана в систему автоматиче­ ского управления с дистанционного или местного поста управле­ ния обслуживающим персоналом или автоматически от устрой­ ства, контролирующего необходимость пуска силового агрегата. Команда на пуск не должна восприниматься системой автомати­ ческого управления, если:

дизель остановлен в связи с аварийной ситуацией и ее причины не устранены;

дизель работает; дизель не расцеплен с приводимым механизмом;

нет условий, запрещающих эксплуатацию дизеля или агрегата в целом;

при низких температурах окружающего воздуха дизель не прогрет.

По принятию команды на пуск системой автоматического управ­ ления должны быть включены предпусковая прокачка дизеля маслом и свечи прогрева предкамериых полостей (в случаях экс­ плуатации дизелей с предкамерным смесеобразованием).

По достижении заданного давления масла в системе смазки дизеля должны быть включены устройства пусковой раскрутки и обеспечена полная подача топлива или заданная программа по­ дачи топлива (для газовых дизелей). Время, необходимое для до­ стижения заданного давления смазочного масла, должно быть ограничено. Величина этого времени устанавливается в зависи­ мости от типа дизеля и условий эксплуатации. В случае, если за установленное время давление масла в контролируемой точке системы смазки не достигает заданной величины, операции пуска дизеля должны быть прекращены.

Раскрутка дизеля для пуска

В зависимости от автоматизируемого способа раскрутки дизеля при пуске имеют место два алгоритма управления.

Раскрутка электростартером. Электростартер включается на определенный промежуток времени, после чего следует пауза. Затем следует повторное включение электростартера. Время паузы устанавливается в зависимости от типа дизеля и применяе­ мых стартерных батарей. Число включений стартера или общее время его работы с учетом чередования периодов включений и пауз должно быть ограничено допустимыми пределами. Если за задан­ ное число попыток запуск не произошел, процесс раскрутки дол­ жен быть прекращен.

Раскрутка сжатым воздухом. Подается воздух в двигатель в течение заданного промежутка времени. Если за это время запуска не произошло или давление в пусковых баллонах сни­ зилось до предельного значения, раскрутка дизеля должна быть прекращена. Если в период раскрутки пуск произошел и дизель начал работать на топливе, все пусковые операции должны быть прекращены и должны быть отключены устройства прогрева ка­ мер, раскрутки дизеля, предпусковой прокачки маслом.

Система автоматического управления пуском должна преду­ сматривать возможность подачи следующих сигналов для управ­ ления другими системами или для включения сигнализационной аппаратуры: о периоде пуска дизеля, о состоявшемся пуске, о несо­ стоявшейся предпусковой прокачке масла, о несостоявшемся пуске.

Подготовка дизеля к приему нагрузки

Для систем автоматического управления вводом под нагрузку дизелей силового привода возможны две конечные задачи. Первая состоит в том, что устанавливаются определенные условия и -вы­ полняются операции, подготавливающие дизель к приему нагрузки и заканчивающиеся сигналом о готовности дизеля принять на­ грузку любой величины в пределах допустимой нормы. Включение дизеля под нагрузку в этом случае производится обслуживающим персоналом вручную или автоматически с помощью системы ДАУ.

130

формализованы на базе элементарных логических функций. В верхней части схемы на рис. 38 показан необходимый для управ­

ционные сигналы принимают значение 1, когда контролируемый параметр достиг состояния, принятого для обозначения этой информации.

Например, информационный сигнал о температуре прогрева масла принимает значение 1, когда температура достигла необ­ ходимого контролируемого уровня, разрешающего прием на­ грузки, или выше его. Очевидно, что при температуре ниже кон­ тролируемого уровня этот информационный сигнал принимает значение 0.

Вся логическая схема может быть разбита на функциональные блоки:

горячей готовности — А; предпусковых операций — Б;

пусковой раскрутки для электростартерного варианта — B-I; пусковой раскрутки для'варианта пуска сжатым воздухом —

В-II;

приема нагрузки — Г; остановки — Д; аварии — Е.

Рассмотрим логические операции, характерные для. схемы управления по поддержанию агрегата в горячей готовности.

Сигналы о необходимости режима горячей готовности для агрегата, низкого уровня температуры, требующего включения подогревателей, и инверсный сигнал низкого уровня скорости вращения объединены логической функцией И. Только наличием всех трех сигналов обусловлено срабатывание элемента ПАМЯТЬ, определяющего включение прокачных устройств (если они преду­ смотрены) систем прогрева. После достижения давления в систе­ мах подогреваемых сред при помощи функции И объединяются сигналы команды и исполнения о работе прокачных средств, после чего включаются средства подогрева. При отсутствии про­ качных средств включенное состояние элемента ПАМЯТЬ обус­ ловливает непосредственное включение подогревающих устройств, а также устройств, подающих теплоноситель, или включение

133