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

схемы управления каким-либо автономным устройством для подо­ грева дизеля.

Выключение средств подогрева обусловливается достижением необходимого уровня температуры или заданным временем, после чего соответствующим сигналом сбрасывается ПАМЯТЬ. На пе­ риод включения средств подогрева включается сигнализация.

С другими блоками управления блок А связан только одним информационным сигналом об удавшемся пуске, т. е. сигналом об установлении скорости вращения, близкой к"минимально устой­ чивой.

Блок Б определяет условия пуска дизеля. Различные виды сигналов, обусловливающих команду на пуск, объединяются логической функцией ИЛИ. Такой же логической функцией объеди­ нены все сигналы, запрещающие пуск дизеля. Инверсия их логи­ ческой суммы совместно с пусковым сигналом через элемент И определяет срабатывание элемента ПАМЯТЬ. Этим обеспечи­ вается запоминание командного пускового импульса на время, необходимое для проведения пусковых операций.

Включенное состояние элемента ПАМЯТЬ определяет ввод в действие устройства предпусковой прокачки маслом и при необходимости подачу питания на свечи прогрева предкамерных полостей. Одновременно'вводится в действие временная задержка, контролирующая длительность работы прокачных устройств.

стартером начало раскрутки дизеля обусловлено наличием трех сигналов: сигналом о пуске из блока Б, сигналом о состоявшейся прокачке масла и инверсным сигналом выключения стартера. Эти сигналы, связанные с логической функцией И, определяют воз­ можность включения топлива и начало раскрутки дизеля для пуска. Одновременно включается задержка времени выключения стартера. После прохождения сигнала через элемент временной

Запомнившийся сигнал снимает выходную команду с эле­ мента И, и стертер выключается. Однако работа временных

и на счетный триггер, контролирующий допустимое число вклю­ чений стартера. Снятие памяти снова восстанавливает условия включения стартера на логическом элементе И.

Для случая пуска дизеля сжатым воздухом сигнал с эле­ мента И поступает на включение топлива и пускового разреша­ ющего клапана. При этом поступаетсигнал на временную за­ держку, контролирующую допустимую длительность прокрутки

.134

В блоке Г показаны логические связи условий готовности ди­ зеля к приему нагрузки. Нагрузочный режим обусловливается наличием двух сигналов — о вращении вала дизеля (работа на топливе) и о достижении температуры масла уровня, разреша­ ющего прием нагрузки. Эта задача решается на логическом эле­ менте И, в результате чего подается визуальный сигнал, разре­ шающий вручную вывод дизеля на необходимый рабочий режим под нагрузкой. Для отдельных условий эксплуатации дизелей силового привода предусматривается автоматический вывод его на номинальный скоростной режим. При этом сигнал о готовности к приему нагрузки, инверсия сигнала о достижении необходимой для условия работы дизеля скорости вращения собираются на логическом элементе ИЛИ, определяющем командный сигнал на устройство, обеспечивающее установление заданного скорост­ ного режима. *

Задачи рабочей остановки решаются в блоке Д.- Здесь все остановочные команды объединены логической функцией ИЛИ.

Любой остановочный импульс • запоминается и обусловливает включение сигнализации об остановке. Одновременно этот сигнал объединяется логической функцией И с сигналом о достижении температуры воды, позволяющей выключить топливо и тем самым остановить дизель.

Все сигналы, свидетельствующие о неисправностях дизеля, возникших как в период пуска, так и работы, поступают в блок Г,

сти включается обобщенный световой сигнал и подается запре­ щающий сигнал на пуск в блок Б.

19Е СИСТЕМЫ АВАРИЙНО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И ЗАЩИТЫ

Требования к системам

Системы аварийно-предупредительной сигнализации и защиты (АПС) могут представлять собой либо автономные устройства, либо входить составной частью в системы с более полным объемом автоматизации дизелей. В последнем случае на системы АПС рас­ пространяются требования, предъявляемые ко всему объему авто­ матизации.

Система АПС в настоящее время является обязательным мини­ мальным объемом автоматизации дизелей, позволяющим обеспе-

135

чить сохранность дизеля в случае возникновения аварийных ситуа­ ций. Кроме того, оборудование дизелей такими системами позво­ ляет обслуживающему персоналу отказаться от непрерывного наблюдения за работающим дизелем и высвободить тем самым время для выполнения других работ.

Основными функциями систем АПС являются:

1. Своевременная сигнализация при возникновении наруше­ ний в нормальной работе дизеля, которые могут привести к авариии.

2.Защита дизеля и агрегата в целом в случае возникновения аварийного режима.

3.Выдача необходимой информации о характере возникших нарушений в работе дизеля.

Выполнение системами столь ответственных функций при условии массовости их применения предопределяет такие основ­ ные требования к ним, как надежность и простота эксплуатации.

Надежность систем АПС характеризуется рядом показателей, в том числе вероятностью безотказной работы за заданное число часов эксплуатации. ГОСТ 11928—66 * на системы аварийнопредупредительной сигнализации и защиты установлены мини­ мально допустимые значения вероятности безотказной работы. Так, системы для агрегатов, работоспособность которых особенно важна для ряда условий эксплуатации, должны иметь вероятность безотказной работы за 2000 ч непрерывного включения, равную или большую 0,95. Для систем, устанавливаемых на менее ответ­ ственные агрегаты, допустимый минимум этого параметра опре­ делен в 0,9.

Длительность непрерывного, необслуживаемого цикла работы обусловлена используемыми аппаратурой и источником оператив­ ной энергии для цепей управления. Поскольку одной из функций систем АПС является сигнализация, привлекающая внимание обслуживающего персонала, то, как правило, возникает необ­ ходимость в использовании электрической энергии для световой сигнализации. Использование электрической энергии позволяет сравнительно просто решать задачи дистанционного контроля, обеспечивает малые габариты системы и позволяет легко стыко­ ваться с другими автоматическими системами управления.

Имеются разработки систем с использованием пневматической и механической энергии.

Питание систем АПС может быть предусмотрено либо через соответствующие блоки, либо непосредственно от промышленного источника. В первом случае системы АПС спроектированы таким образом, что требуют определенных ограничений к параметрам оперативной энергии. Это имеет' место для унифицированных си­ стем (при требованиях повышенной точности контроля) в случае использования специальной аппаратуры и т. п.

На схеме 4 представлены две возможные структуры систем АПС по организации оперативного питания их! Для систем АПС, которые не обусловливают специфических требований к параме-

136

трам оперативной энергии, характерны более низкие технические показатели, ограниченность объема функционирования и областей применения.

Характерной особенностью системы АПС является то, что ее функционирование необходимо только в период работы дизеля. Поэтому важна гарантия в том, что система будет включена на период эксплуатации дизеля.

Для дизелей силового привода с точки зрения задач включе­ ния систем АПС в работу все условия эксплуатации могут быть разбиты на две группы.

1. Условия эксплуатации, при которых обслуживающий пер­

рактер. В этих случаях автоматическое включение должно осуще­ ствляться либо при пуске, либо непосредственно после пуска. Примерами для таких случаев могут служить условия эксплуата­ ции агрегатов с жестким звеном связи дизеля и приводимого устройства.

2. Эксплуатация дизелей, при которой обслуживающему пер­ соналу необходимо произвести не только пуск дизеля, но и вести наблюдение за его работой в период подготовки к приему нагрузки, осуществляя и ее включение. В таких условиях обычно работают агрегаты с разобщающим звеном между дизелем и приводимым устройством. В- этих случаях автоматическое или ручное вклю­ чение системы АПС в работу может быть произведено с момента

Выбор того или иного момента для включения системы АПС, помимо указанных соображений, определяется требованиями про­ стоты и удобства эксплуатации.

137

Требования автоматического ввода в действие систем АПС всегда не должны исключать возможности ручного ее включения.

В связи с большой длительностью режимов работы систем АПС стремятся избегать использования постоянно включенной сигнализации, свидетельствующей о нормальном режиме работы дизеля. Пульты должны быть выполнены в так называемом тем­ ном исполнении, т. е. таком, когда сигнализация (лампы, табло и т. д.) не включена при нормальных режимах работы дизеля. Однако часто для обеспечения контроля за исправностью работы системы АПС предусматривается постоянно включенная сигнали­ зация о подаче оперативной энергии, что должно свидетельство­

Для обеспечения необходимой надежности работы, в частности, выполнения системой АПС сигнализационных функций вводится периодическая проверка исправности цепей и устройств сигна­ лизации. Это требование связано также с обеспечением удобства обслуживания.

В случае выполнения темного пульта проверка исправности сигнализации позволяет одновременно убедиться и в наличии опе­ ративного питания. Проверка исправности сигнализационных цепей и устройств должна обеспечиваться без каких-либо наруше­ ний в монтаже системы, а именно манипулятором, располагае­ мым на наружной панели пультов систем АПС.

Существенным для систем АПС является требование к консер­ вативности цепей защиты. Это требование заключается в том, что при исчезновении питания в цепях управления и последующем восстановлении его не должно происходить коммутаций, приводя­ щих к произвольному срабатыванию цепей сигнализации и за­ щиты. Это требование в первую очередь реализуется в конструкции стоп-устройств таким образом, что их срабатывание на остановку дизеля должно быть только при подаче оперативного питания.

Структура систем

Каков бы ни был объем задач, решаемых системами АПС для дизелей силового привода, имеют место следующие три группы элементов.

1. Информационные устройства, к которым относятся прием­ ные реле (датчики) и командоаппараты (кнопки, тумблеры, ключи). При помощи приемных реле осуществляется контроль предупредительных или аварийных уровней параметров, харак­ теризующих состояние дизеля, при котором дальнейшая эксплуа­ тация его может привести к аварии, а потому недопустима или допустима с рядом ограничений'. Для приемных реле специфичны функции преобразования произвольно меняющегося во времени контролируемого параметра различного' вида (температура, ско­ рость, давление, уровень, напряжение, ток и т. п.) в релейный

138

сигнал того вида энергии, на котором работают цепи управления системы АПС. Преобразование аналогового сигнала в релейный определяется моментом, когда контролируемый параметр достиг аварийного уровня. Командные аппараты, как правило, предназ­ начены для задания обслуживающим персоналом необходимых режимов путем коммутации цепей управления АПС.

2.Логическое устройство, обеспечивающее выполнение пред­ писанных для данной системы АПС действий в случае возникнове­ ния режимов работы дизеля, препятствующих его нормальной эксплуатации. В логическом устройстве реализуется (в зависимо­ сти от поступивших команд и сигналов) заданный алгоритм управ­ ления и вырабатываются необходимые исполнительные воздей­ ствия.

3.Исполнительные устройства, защищающие дизель от ава­ рийных разрушений или подающие сигналы обслуживающему персоналу о необходимости принятия тех или других мер для

предотвращения выхода из строя дизеля.

В зависимости от условий эксплуатации и характера дизельной установки объем задач, решаемых системами АПС, будет разли­ чен.

постоянном присутствии обслуживающего персонала. В этом случае задачей системы АПС является привлечение внимания обслуживающего персонала к факту возникновения аварийной ситуации и принятие им соответствующих мер для предотвраще­ ния разрушения узлов или дизеля в целом. При этом сигнализа­ ция устанавливается непосредственно у дизеля в виде обобщен­ ного или расшифровывающих причину аварийной ситуации сиг­ налов, действующих в период выхода контролируемого параметра за допустимый уровень.

2.Дизельные установки и агрегаты, наблюдение за которыми осуществляется из диспетчерских или централизованных постов управления, а также обслуживаемые персоналом, занятым на других работах при совмещении профессий. Для таких дизелей должна быть предусмотрена, помимо расшифровывающей причину аварийной ситуации, и обобщенная сигнализация с сохранением обоих видов сигналов до прихода обслуживающего персонала. Должна предусматриваться возможность выключения устройств защиты дизеля, когда это необходимо по условиям эксплуатации.

3.Дизели в агрегатах и установках, работающих длительное время без обслуживающего персонала, наблюдение за которыми ведется через определенное число часов наработки. В этом случае система АПС должна предусматривать обязательную защиту дизеля и расшифровывающую сигнализацию о причинах аварий­ ной остановки, сохраняющуюся до прихода обслуживающего персонала,

139

Для систем АПС характерны два вида сигнализации: визуаль- • ная и звуковая. Звуковой сигнал, как правило, дублирует рас­ шифровывающий или обобщенный визуальные сигналы и может быть отключен обслуживающим персоналом. Визуальная сигна­ лизация выполняется либо световой, либо блинкерной.

Важное значение для систем АПС имеет выбор вида энергии управления. Постоянная готовность к действию в период работы двигателя и длительный режим включения обусловливают необ­ ходимость выбора автономного источника энергии, наличие ко­ торой обеспечивается регламентным контролем. Источником та-

.кой энергии могут быть стартерные или специальные аккумуля­ торные батареи.

При построении систем АПС для дизелей малой мощности, запускаемых вручную или при помощи так называемых пуска­ чей, может быть использована энергия контролируемых сред.

Алгоритм управления систем

При формировании алгоритма управления систем АПС для дизелей силового привода следует принимать во внимание необ­ ходимость решения следующих задач:

1) защита (остановка) дизеля в случае возникновения аварий­ ных ситуаций;

2) обеспечение сигнализации в необходимом объеме как в слу­

туры схем и высокой надежности в работе включает в себя кон­ троль только минимально необходимого числа параметров. Выбор этот .базируется на степени важности соблюдения нормированного уровня значений параметров, обеспечивающих правильную и безаварийную эксплуатацию дизелей, а также на оптимальной ин­ формационной нагрузке контролируемых параметров и стати­ ческих данных по опыту эксплуатации данного типа дизельных установок.

Существует ряд аварийных режимов, которые возможны при работе дизелей силового привода.

Аварийные режимы, требующие немедленной остановки ди­ зеля. Такие режимы могут возникнуть в результате падения давле­ ния масла или превышения допустимого уровня скорости враще­ ния коленчатого вала (разнос). Быстротечность нарастания ава­ рийной ситуации в этих случаях обусловливает необходимость немедленной и надежной защиты дизеля. Наиболее критическая аварийная ситуация возникает в случае расцепления дизеля с при­ водимым устройством при полной подаче топлива. Темп нараста­ ния скорости коленчатого вала в этом случае будет определяться

140 /

значением постоянной Та. Причинами, вызвавшими разнос, могут явиться также разрегулировка или поломка топливной аппаратуры, выход из строя системы автоматического регулиро­ вания скорости и т. п. Разносу может способствовать засасывание паров масла в цилиндры. Все это предопределяет необходимость использования специальных методов остановки дизеля, например перекрытия всасывающего воздушного тракта.

Другой аварийной ситуацией является падение давления масла, при которой также необходима немедленная и надежная остановка дизеля. Возможны случаи, когда давление масла в дизеле падает в течение 1—1,5 с, например при разрыве маслопроводных трубок, при поломке привода масляного насоса.

В то же время допустимая длительность работы без смазки для быстроходных дизелей лежит в пределах 5—15 с. Таким образом, особенностью этой группы аварийных режимов является обязательная, неотключаемая защита дизеля.

Аварийные режимы, допускающие кратковременную работу дизеля. Примерами таких аварийных режимов могут быть пере­ грев воды, перегрев масла, падение давления охлаждающей воды," перегрузка в пределах, 10—15% сверх номинального зна­ чения и т. п. В этих случаях немедленная остановка не обяза­ тельна и для ряда условий эксплуатации может быть допущена работа дизеля в течение одной-двух минут, с тем чтобы обслужи­ вающий персонал мог закончить выполнение необходимых тех­ нологических операций. В тех же случаях, когда условия эксплуа­ тации допускают остановку дизеля при указанных аварийных режимах, она должна быть осуществлена.

Таким образом, для второй группы аварийных режимов оста­ новка дизеля необходима, но она может быть произведена с неко­ торой задержкой после получения аварийного сигнала. Для ука­ занных режимов, следовательно, допускается отключение защиты при условии, что обслуживающий персонал принимает на себя ответственность за своевременную остановку дизеля после завер­ шения необходимых по технологическому циклу операций.

Аварийные режимы, не требующие остановки дизеля. Такие режимы характерны при выходе из строя обслуживающих систем, когда дизель не работает. Примером могут служить аварийные ситуации при выходе из строя элементов систем горячего резерва, предпусковой прокачки масла, раскрутки дизеля для пуска и т. п. Появление таких режимов свидетельствует о неисправностях, нарушающих нормальную эксплуатацию дизеля, но не требу­ ющих воздействия на исполнительные органы для защиты агре­ гата, поскольку он не введен в работу.

На базе рассмотренных режимов работы системы АПС и харак­ тера задач, возникающих при реализации требований к ним, могут быть сформулированы следующие алгоритмические зави­ симости для полного объема автоматизации операций предупре­ дительно-аварийной сигнализации и защиты.

141

При поступлении сигнала предупредительного уровня должна включаться предупредительная аварийная сигнализация как рас­ шифровывающего, так и обобщенного характера. При исчезнове­ нии предупредительного сигнала, т. е. возвращении контролируе­ мого параметра в зону допустимых для нормальной эксплуатации дизеля значений, сигнализация должна отключаться.

При поступлении сигнала аварийного уровня должна вклю­ чаться аварийная сигнализация расшифровывающего и обобщен­ ного характера, а также устройства защиты дизеля. Сигналы аварийного уровня должны запоминаться схемой системы АПС и сохраняться до прихода обслуживающего персонала. Снятие памяти схемы должно осуществляться вручную обслуживающим персоналом.

Все сигналы, свидетельствующие о выходе за допустимые уровни параметров, функционально зависящие от скоростного режима, следует блокировать в случаях, если скоростной режим не соответствует контролируемым уровням параметров. В цепи защиты должна быть предусмотрена возможность ее отключения вручную с сигнализацией о выключенной защите.

Должна быть предусмотрена обобщенная звуковая сигнализа­ ция при поступлении сигналов предупредительного и аварийного уровней.

Выключение звуковой сигнализации должно осуществляться обслуживающим персоналом одноразовым воздействием на орган управления таким образом, что при поступлении других сигналов предупредительного или аварийного уровней звуковая сигнализа­ ция будет включаться автоматически.

Должна быть предусмотрена возможность проверки исправно­ сти цепей управления и сигнализационных устройств как при работающем, так и неработающем дизеле.

20. ХАРАКТЕР И ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Характер и перечень параметров, контролируемых системами АПС, весьма разнообразен и зависит от совершенства конструк­ ции того или иного типа дизелей, качества технологической отра­ ботки производства, эксплуатационных режимов, квалификации обслуживающего персонала, надежности работы систем автомати­ ческого регулирования. При этом выбор перечня параметров и их значений, при которых эксплуатация агрегата нежелательна или недопустима, для каждого типа дизеля устанавливается от­ дельно. Естественно, что при определении перечня контролируе­ мых параметров выбираются те, по которым имеется практиче­ ская вероятность выхода из строя данного типа дизеля.

Аварийное значение контролируемых параметров — величина случайная, появляющаяся в результате брака производства, не-

правильной эксплуатации или эксплуатации свыше срока, допу­ стимого ресурсом детали, узла или дизеля в целом.

В этом смысле аварийное значение контролируемого параметра может определяться как вероятностная функция

В то же время для некоторых параметров, таких, как давление смазочного масла и охлаждающей воды, превышение допустимой скорости вращения (разнос), давление масла в системе смазки турбокомпрессора и т. п., аварийное значение является также функцией от скорости вращения.

Параметры ana' могут быть включены как в группу преду­ предительного, так и аварийного уровня контроля. Они могут входить в группу параметров, требующих немедленной остановки дизеля, и допускать работу агрегата с выключенной защитой. Однако ввод информационных сигналов а и а' в схеме управления различен и обусловлен соответствующими алгоритмами.

Таблица 10. Диапазоны для предупредительного

иаварийного уровней контролируемых параметров дизелей

Ко э ф ф и ц и е н т ы

143