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

в сторону дальнейшего уменьшения скорости подача топлива через регуляторы выключается, а дизели останавливаются.

Исполнительные сервомоторы крепятся на рамах дизельных агрегатов под дифференциальными механизмами с местными штурвалами управления. Они устанавливаются в вертикальном положении на специальных угловых кронштейнах. Каждый сер­ вомотор через промежуточную тягу регулируемой длины дей­ ствует на рычаг, связанный с одним из входов дифференциала. Второй в,ход соединен со штурвалом местного управления. Пере­ дача к регулятору скорости осуществляется от крестовины диф­ ференциала через пружинное звено.

Настройка системы управления включает регулировку вхо­ дящих в нее следящих систем, а также регулировку передач к всережимным регуляторам скорости дизелей.

Регулировка следящих систем, которая может быть выполнена до установки на дизели, заключается в следующем.- Вначале регулируется пост управления. Рукоятка поста выводится в сред­ нее вертикальное положение, а болт на штоке датчика перемеще­ ния регулируется и фиксируется контргайкой таким образом, чтобы на выходе датчика было среднее управляющее давление, равное 1,2 кгс/см2 . После этого регулируются ограничители пере­ мещения рукоятки, чтобы крайние положения рукоятки соответ­ ствовали давлениям 1,8 и 0,6 кгс/см2 .

болт на штоке датчика обратной связи, причем при ввинчивании этого болта шток поршня выдвигается, а при вывинчивании — втягивается. После этого регулируется ход поршня. При крайних значениях управляющего сигнала 1,8 и 0,6 кгс/см2 поршень дол­ жен занимать крайнее выдвинутое и крайнее вдвинутое положения {на упоре в крышку). Для получения этого изменяется длина верхнего плеча рычага обратной. связи путем вращения винта с шаровой головкой. При выворачивании винта ход поршня уменьшается, при вворачивании — увеличивается. Этот винт имеет фиксатор для исключения самопроизвольного отвинчивания (см. рис. 41).

Регулировка передачи к всережимному регулятору скорости каждого дизеля В2-450 производится после монтажа системы на установке. По сигналу с поста управления поршень сервомотора выставляется в среднее положение. Длина тяги от сервомотора к рычагу дифференциального механизма регулируется так, чтобы этот рычаг также находился в среднем положении. Указатель дифференциального механизма устанавливается в свое среднее положение штурвалом, после чего штурвал фиксируется. Прове­ ряется свободное движение системы, затем при работающем ди­ зеле система управления переводится в положение номинальной

154

скорости и за счет регулировки тяги к регулятору устанавливаетсяфактическая номинальная скорость вращения.

После этого проверяются минимальная скорость вращения; дизеля и возможность его остановки с поста управления.

При работе .дизельного привода на лебедку скорость всех дизелей дополнительно выравнивается за счет регулировки длины тяг к регуляторам.

Описанная здесь система управления была подвергнута испы­ таниям с целью определения статических и динамических харак­ теристик входящих в нее следящих цепей. Испытания показали, что автоколебательные режимы работы у всех элементов системы:

отсутствуют. Сервомоторы движутся синхронно, плавно, колеба­ ния и «ползание» в положениях равновесия не наблюдаются.

Статические характеристики сервомоторов имеют высокуюлинейность и по форме идентичны друг другу. - Статическая точность следящих систем (погрешность, отнесенная к полному

вомоторов при скачкообразном изменении управляющего сигнала от 0,6 до 1,8 кгс/см2 и при внешней нагрузке на штоке 0;1 и 20 кгс. Как видно из графиков, такая нагрузка практически не оказываетвлияния на динамику системы. Время запаздывания страгивания сервомотора во всех случаях составляет около 0,6 с при увели­ чении управляющего сигнала (при наполнении трубопровода) и около 1,0. с при стравливании. Время перемещения'поршня при наполнении составляет не более 3,5 с, при стравливании — около- 3 с. Законы движения поршней остальных сервомоторов вполне идентичны рассмотренным.

155.

Система отличается малым расходом воздуха, так как в равно­ весных положениях сервомоторов воздух практически не потреб­

вания система была подвергнута дополнительным испытаниям в процессе эксплуатации дизельного привода на буровой уста­ новке. Испытания проводились по специальной программе в объ­ единении «Пермьнефть». Испытания проходили в зимне-весенний период, когда по климатическим условиям Пермской области были наиболее вероятными возможность замерзания влаги воз­ духа в трубопроводах и отказы в работе системы по этой причине. Температура окружающего воздуха в период испытаний колеба­ лась от —22 до -|-30 С при относительной влажности воздуха до 98%. Один из дизелей В2-450 трехдизельного привода лебедки отработал к моменту испытаний 1190 ч, два других — по 460 ч. Перед началом испытаний система управления была отрегули­ рована в соответствии с приведенными здесь рекомендациями.

В процессе испытаний в условиях промыслового бурения производились подъемные операции на второй, третьей и четвер­ той скоростях лебедки.

На осциллограф типа Н-700 записывались начальное и конеч­ ное положения рукоятки управления скоростью вращения, перемещения сервомоторов и скорости параллельно работающих дизелей.

Кроме того, проверялась синхронность вращения дизелей при изменении скорости вращения от минимального до максималь­ ного значений без нагрузки (при отключенных разобщительных шиннопневматических муфтах дизелей).

Испытания показали, что система управления обеспечивает плавное бесступенчатое изменение скорости вращения трех дизе­ лей при одиночной и параллельной работах. Пределы изменения скорости,650—1700 об/мин (на холостом ходу). В этих пределах можно устанавливать любую промежуточную скорость вращения.

Неустойчивых режимов работы системы, самопроизвольных задержек сервомоторов или забросов скорости вращения при вы-' полнении команд управления в процессе испытаний не наблюда­ лось. Отказов в работе системы управления также не было. Все узлы системы работали надежно, в том числе при низких темпера­ турах. Замерзания влаги в трубопроводах благодаря наличию осушителя не было.

Пользование пневматической системой управления дизельного привода лебедки в процессе спуско-подъемных операций намного удобнее, чем рассмотренной выше тросовой системой буровой установки «Уралмаш-5Д». Благодаря значительно меньшему уси-

J56

лию на рукоятке управления, чем на штурвале тросовой системы, рукоятка допускает плавное перемещение и позволяет останавли­ вать буровую свечу.точно в требуемом положении. Это сокращает вспомогательное время спуско-подъемных операций и предотвра­

системы управления и правильность использования в ней прин­ ципа непрямого действия. В настоящее время начато оборудова-- ние такими системами дизельных приводов лебедок на буровых установках «Уралмаш ЗД-61».

Система управления дизель-гидравлического агрегата СА-10

Дизель-гидравлические агрегаты СА-10, применяемые в ка­ честве силового привода лебедок, насосов и механизмов буровых установок, оборудуются пневматической системой дистанционного

Костальным дизелям установки

Рис. 43. Схема системы управления дизель-гидравлическим агрегатом СА-10

управления и на посту дизелиста, а также из регуляторов ско­ рости дизелей 3 со. встроенными исполнительными сервомоторами управления. Для переключения управления с поста дизелиста на центральный пост и обратно на посту дизелиста предусмотрен двухпозиционный кран 4.

157

Данная система является системой всережимного групповогоуправления силовыми дизельными приводами с гидравлическими, передачами и отвечает современным требованиям к системам управления такого типа. Однако по своему принципу действия и устройству она значительно отличается от систем, рассмотрен­ ных раньше. Система управления работает на давлении питания 1,4 кгс/см2 . Управляющее давление изменяется в_ пределах 0,2— 1,0 кгс/см2 . Диапазон изменения скорости на холостом ходу дизелей (по измерителю регулятора скорости) приблизительно'

стема управления может'также питаться от пневмосети приводимой установки давлением до 10 кгс/см2 (на входе редуктора), если на установке имеется централизованная осушка и очистка воздуха.. Задатчики управления по конструкции аналогичны задатчику пневматической системы управления привода лебедки Уралмашзавода, рассмотренной выше.

Основная особенность данной системы управления заключается в конструкции всережимного регулятора скорости, имеющеговстроенный исполнительный сервомотор управления. Регулятор разработан на базе серийно выпускаемого регулятора скорости прямого действия типа РП-50.

На нижнем корпусе серийного регулятора устанавливается пневмоголовка, представляющая собой небольшой мембранный

с мембра-нно-пружинными сервомоторами прямого действия, ко­ торые при управлении должны фиксировать в заданных положе­ ниях опору пружины измерителя, в принятой схеме усилие. на мембране прямо уравновешивается поддерживающей силой измерителя. Благодаря этому в данной схеме не требуется под­ водить к мембране высокое давление; она имеет небольшие раз­ меры по диаметру и незначительный ход, не превышающий ход муфты регулятора. Кроме того, схема обеспечивает точное и идентичное задание скорости вращения дизелей, поскольку по­

Пружина измерителя скорости в рассмотренной системе со­ храняется, но выполняет вспомогательные функции. Она служит здесь для обеспечения основного наклона статической характе­ ристики регулирования, создавая необходимое переменное усилие по ходу муфты измерителя при перемещении последней в процессе регулирования подачи. Эта же пружина позволяет изменять скорость вращения дизеля вручную при отключении или исчезно­ вении управляющего давления. В этом случае положение опоры пружины задается с помощью вращающейся рукоятки и специаль-

158

ного винтового механизма, а регулятор работает как обычный всережимный регулятор прямого действия.

В конструкции регулятора предусмотрены также корректор внешней характеристики, механизм изменения наклона характе­ ристики регулирования и другие устройства для настройки си­ стемы, которые рассмотрены в следующей главе.

Учитывая новизну и своеобразие конструкции системы управ­ ления, она была подвергнута экспериментальному исследованию на стенде и испытана на дизель-гидравлическом агрегате. Целью исследования явилось изучение устойчивости, статических и дина­ мических показателей системы управления и регулирования при резких сбросах и набросах нагрузки, а также при управлении с дистанции и рукояткой регулятора. Экспериментальный стенд состоял из дизель-генератора мощностью 24 кВт с дизелем 4410,5/13, распределительного щита и охлаждаемых водой сек­ ционных нагрузочных сопротивлений.

В принятой схеме (рис. 43) система управления и система регу­ лирования скорости органически связаны между собой и при работе оказывают взаимное влияние друг на друга. При внешних изменениях нагрузки на дизель муфта регулятора перемещается и изменяет объем цепи управления. В связи с этим давление в цепи управления также может меняться или колебаться, вызывая искажение статической характеристики регулирования или нару­ шение устойчивости работы.

С другой стороны, любые колебания давления, создаваемые задатчиком, будут непосредственно приводить к колебаниям скорости вращения дизеля. Возмущения со стороны задатчика могут вызвать в системе автоколебательные процессы, поэтому при исследовании системы особое внимание было обращено на влияние параметров присоединенной к регулятору цепи управле­ ния. Испытания производились при различных длинах и диаме­ трах дистанционного трубопровода, в частности при механическом управлении с помощью рукоятки на регуляторе.

Статические характеристики регулирования снимались при управлении от рукоятки регулятора, а также с поста управления при дистанциях 1 м (диаметр трубопровода в свету 6 мм) и 30 м (диаметр трубопровода 8 мм). Интервал между замерами точек характеристик составлял около 1 мин. Испытания показали, что статическая характеристика не меняется при подключении ди­ станционной цепи и не зависит от ее длины и диаметра.

Наклон статической характеристики регулирования составлял 8,2%. Степень непрямолинейности статической характеристики равнялась 1,47%, а степень нечувствительности системы регу­ лирования не превышала 0,40%.

Статические характеристики управления (зависимость ско­ рости вращения дизеля от управляющего давления) были сняты при работе дизеля на холостом ходу при тех же длинах и диаме­ трах трубопровода. Замеры скорости производились спустя 1 мин

159

после установки рукоятки задатчика в требуемое положение. Полученные характеристики управления также не зависят от размеров соединительного трубопровода. Характеристика управ­ ления представляет собой отрезок параболы, так как в статике усилие, создаваемое на муфте регулятора управляющим давле­ нием, равно поддерживающей силе измерителя, а последняя пропорциональна квадрату угловой скорости, коленчатого вала (строго говоря, характеристика управления описывается уравне­ нием параболы при постоянной внешней нагрузке на дизель и неизменном положении муфты регулятора, что при данном опыте не выдерживалось). Система управления обладает высокой чув­ ствительностью. Характеристики управления, снятые при уве­ личении и уменьшении давления, практически совпа­ дают.

Для оценки динамических характеристик регулирования про­ изводились мгновенные сбросы и набросы нагрузки на дизель и записывались скорость вращения дизеля и давление в управля­ ющем трубопроводе. Исходная скорость устанавливалась как с помощью ручного механического управления, так и от дистан­

лятора создавалось усилие, эквивалентное управляющему давле­ нию 0,89 кгс/см2 . Наклон статической характеристики регули­ рования лежал в пределах б = 8-4-8,5%. Полученные результаты приведены на рис. 44.

Работа системы управления при всех переходных режимах остается устойчивой. Колебания давления в соединительном

При наличии дистанционной цепи заброс скорости и время

На рис. 44 отражены также сопутствующие процессы в со­ единительном трубопроводе. Во время сбросов и набросов на­ грузки в нем возникают всплески давления, связанные с изме­ нением объема дистанционной цепи, при перемещениях муфты регулятора и мембраны. При уменьшении подачи топлива возни­ кает временное увеличение давления, а при увеличении подачи — уменьшение давления. Продолжительность изменения давления в процессе сбросов нагрузки приблизительно равна времени пере­ ходного процесса по скорости вращения, а при набросе нагрузки — меньше этого времени.

160

В целом отмеченные пики давления незначительны и сглажи­ ваются на установившемся режиме за счет срабатывания задатчика дистанционного управления.

®two -1620

п.

off/мин

1300

1,03

~ 0,92 '

в табл. 11, в которой даны также требования к системам автомати­ ческого регулирования со всережимными регуляторами прямого действия (ВРП) I I I и IV классов точности по ГОСТ 10511—63.

Таблица 11. Показатели системы регулирования скорости дизель-гидравлического агрегата СА-10

Эти требования относятся к объекту регулирования с временем

по скорости вращения, после чего рукоятка задатчика скачко­ образно перемещалась от упора до упора и записывалось давле­ ние в цепи управления и скорость вращения. Испытания произ­ водились на холостом ходу дизеля и под нагрузкой, которая изме­ нялась по мощности пропорционально кубу скорости вращения. Результаты показаны на рис. 45. Время увеличения скорости вра­ щения в диапазоне 700—1500 об/мин лежит в пределах 4—5 с,

Таким образом, проведенные испытания показали, что данная система управления — регулирования обладает качествами, не-

162

обходимыми для управления силовыми дизельными приводами, и отвечает предъявляемым к этим системам техническим требова­ ниям. Аналогичные результаты были получены при испытаниях

Рис. 45. Динамические характеристики системы управления

этой системы на агрегате СА-10. При этом дополнительно были сняты статические характеристики регулирования с корректором внешней характеристики, пример которой был показан на рис. .2.