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

Система управления дизель-гидравлического агрегата СА-10 про­ ста по конструкции, а по показателям не уступает системам, основанным на использовании следящих цепей непрямого дей­ ствия.

Система управления дизелем 8ЧН21/21

Система управления дизеля типа 8ЧН21/21, предназначенного для силового привода различных механизмов, является пиевмогидравлической системой дистанционного всережимного управ­ ления группой дизелей. Особенность этой системы состоит в том, что она воздействует на всережимные регуляторы скорости не­ прямого действия типа РН-30.

Схема системы управления показана на рис. 46. Она состоит из блока питания /, центрального поста управления силовой

и манометр. Питающий воздух давлением не выше 6 кгс/см2 под­ водится на вход стабилизатора, при этом на выходе поддержи­ вается давление 1,2 кгс/см2 . При необходимости осушки воздуха в зимних условиях в системе может быть использован фильтросушитель типа БВ-3101.

Центральный пост управления является составной частью силовой установки. На центральном посту управления имеется групповой задатчик скорости дизелей, используемый также в пневматических системах управления Уралмашзавода и дизельгидравлического агрегата СА-10. Центральный пост может быть удален от дизелей на 30—50 м.

Пост дизелиста состоит из ряда секций по числу дизелей на установке. Секции могут конструктивно объединяться в один общий пост централизованного управления силовым приводом. На каждой секции располагается задатчик управления скоростью данного дизеля, переключатель управления на центральный пост и кран включения шинно-пневматической муфты данного дизеля. Секции имеют блокировки, запрещающие пуск и остановку дизе­ лей с поста дизелиста после передачи управления дизелем на центральный пост.

На каждом дизеле монтируется регулятор скорости непрямого действия типа РН-30. На регулятор навешивается пневмо-гидра- влическое устройство дистанционного управления. Это устройство воспринимает пневматический управляющий сигнал от задатчика и переставляет опору пружины измерителя скорости регулятора посредством следящего гидравлического сервомотора, устанав­ ливая тем самым заданную скорость дизеля. Сервомотор питается от автономного масляного насоса регулятора скорости. На дизеле предусматриваются также органы для ручного изменения его скорости вращения и местного пуска и остановки.

164

Как видно из схемы на рис. 48, исполнительное устройство состоит из сильфонного приемника управляющего сигнала, однополостного поршневого гидравлического сервомотора с силовой обратной связью и управляющего золотника. Сервомотор через двуплечий рычаг переставляет шток и верхний держатель пру­ жины измерителя скорости, изменяя ее затяг. Перемещение поршня сервомотора в сторону увеличения скорости совершается под действием возвратной пружины на штоке, передающем уем- ' лие к измерителю. Связь енльерона с золотником выполнена в виде промежуточного рычага и стальной, жесткой в осевом направле­ нии струны. Силовая обратная связь осуществляется с помощью цилиндрической пружины, которая опирается на конец поршня сервомотора и уравновешивает силу на сильфоне, создаваемую управляющим давлением.

Когда управляющее давление увеличивается, сильфон дефор­ мируется и через рычаг и струну смещает золотник. Масло под давлением поступает под поршень и перемещает его в сторону уве­ личения скорости вращения дизеля. Поршень останавливается, когда сила на сильфоне и усилие пружины обратной связи стано­ вятся равными, и золотник возвращается в исходное положение, соответствующее перекрытию канала для подвода масла к поршню.

Мало к золотнику подводится через трубопровод непосред­ ственно от масляной системы регулятора. Ручное местное управле­ ние обеспечивается вращением маховичка на штоке, связанном с с держателем пружины.

Система управления имеет следующие основные показатели:

Настройка системы управления выполняется следующим обра­ зом. Сначала регулируется задатчик, чтобы при среднем положе­

ческой системы управления приводом лебедки Уралмашзавода. Отрегулированный задатчик подключается к управляющим устройствам на регуляторах дизелей. На работающем дизеле пор­ шень сервомотора каждого устройства устанавливается в среднее положение при управляющем давлении р у — 0,7 кгс/см2 . Для этого регулируется длина струны золотника путем вращения винта, находящегося в месте заделки струны в промежуточный рычаг. После этого настраивается связь сервомотора с опорой пружины измерителя скорости, чтобы при среднем управл-яющем давлении скорость дизеля без нагрузки равнялась 1050 об/мин (при наклоне статической характеристики регулирования б = 10%). Эта на-

166

стройка производится за счет вращения гайки, изменяющей длину штока, связывающего сервомотор и держатель пружины измери­ теля. В заключение следует.убедиться, что в крайних положениях рукоятки задатчика скорость вращения дизеля без нагрузки со­ ставляет требуемые 450 и 1650 об/мин. Порядок наладки самого регулятора описан в следующей главе.

В процессе проведенных испытаний системы управления и ре­ гулирования дизеля 8ЧН21/21 было установлено, что забросы скорости при мгновенных сбросах и набросах 100% нагрузки не превышают 13%. При этом время переходного процесса во всех случаях режима находится в пределах 4 с. Степень нестабиль­ ности скорости вращения дизеля на установившихся режимах составляет 1% при максимальной скорости (без нагрузки) и 0,67% при минимальной скорости холостого хода. Эти параметры уклады­ ваются в нормы I I I класса точности для системы регулирования скорости вращения дизелей со всережимным регулятором непря­ мого действия (ВРН) по ГОСТ 10511—63.

Статические характеристики дистанционного управления в диа­ пазоне 500—1650 об/мин обладают высокой линейностью. Стати­ ческая точность установки скорости дизеля составляет около 2%. Проверка динамики системы управления показала, что на всех режимах и при всех вводимых возмущениях как со стороны задатчика, так и со стороны нагрузки система работает устой­ чиво. Время переходного процесса при изменении скорости вра­ щения дизеля в пределах 540—1550 об/мин в результате резкого перемещения рукоятки задатчика не превышает 4 с.

Электропневматическая система управления

Схема электропневматической системы управления показана на рис. 47. Она предназначена для управления скоростью враще­ ния силовых дизельных приводов в случаях удаления поста управ­ ления на значительное расстояние. Система управления может быть использована для управления дизелями с регуляторами как прямого, так и непрямого действия. Ввод дистанционного управ­ ляющего сигнала здесь осуществляется с помощью сельсинной передачи, 'а отработка сигнала — с помощью пневматического следящего исполнительного устройства.

Особенность исполнительного устройства состоит в наличии кинематической обратной связи, обеспечивающей минимальное

управляющий золотник 3, дифференциальный сервомотор 4, элек­ тропневматический клапан 5, а также элементы кинематической обратной связи: зубчатый сектор, дифференциальный рычаг и кулак. Полость малого поршня сервомотора постоянно соединена

167

с питанием, а полость большого поршня питается от управляю­

Поворот ротора приемника вызывает угловое перемещение зубча­ того сектора, смещение правого конца дифференциального рычага и изменение положения управляющего золотника <3. При этом осу-

Рис. 47. Схема электропневматической системы управления

ществляется наполнение или опорожнение полости под большим поршнем сервомотора 4, который начинает перемещаться и пово­ рачивать выходной вал. Благодаря кулаку поворот вала вызывает перемещение левого конца дифференциального рычага в направ­ лении, компенсирующем первоначальное смещение золотника. При повороте выходного вала в заданное положение золотник закры­ вается и исполнительный механизм останавливается.

Электропневматический клапан 5 служит для подачи питания к сервомотору 4 или для соединения его с атмосферой при вклю­ чении или выключении дистанционной сельсинной передачи.

168

Следящий привод описанной конструкции обеспечивает угло­ вое перемещение выходного вала, упрощающее соединение меха­ низма с приводимыми органами. Механизм позволяет получить любую требуемую форму статической характеристики за счет вы­ бора соответствующего профиля кулака обратной связи. Это необ­ ходимо, например, при дистанционном воздействии на всережим­ ный регулятор скорости с цилиндрической пружиной измерителя для получения линейной зависимости между положением рукоятки управления и скоростью вращения регулируемого объекта. В част­ ности, путем корректировки профиля кулака можно достичь строго линейной статической характеристики привода. Точность действия следящего привода в целом не зависит от нагрузки на выходном валу, поскольку сельсин-приемник разгружен от внешних усилий.

Электропневматическая следящая система имеет следующие конструктивные показатели:

циально оборудованном стенде. Цель испытаний состояла в выяв­ лении статических и динамических показателей системы. Испыта­ ния показали, что-статическая точность системы составляет около 2°Ь. .

Нелинейность статической характеристики при кулаке обрат­ ной связи, выполненном в виде эксцентрика, не превосходит 5%. Время отработки скачкообразного управляющего сигнала при моменте нагрузки 66 кгс/см составляет приблизительно около 1,2 с при наполнении большой полости сервомотора и около 0,8 с — при опорожнении ее.

23. СИСТЕМЫ СОГЛАСОВАНИЯ НАГРУЗОК ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Система управления дизелей по разрежению во всасывающем коллекторе

Описываемая ниже система предназначена для группового всережимного управления и регулирования дизелей типа У1Д6 и Д12Б. В данной системе предусмотрено согласованное нагружение

169

параллельно работающих дизелей. Система основана на измерении и изменении разрежения во всасывающем коллекторе дизеля. На рис. 48 показана схема этой системы применительно к двум

Система управления и регулирования состоит из пневматиче­ ских мембранных регуляторов У и 2 на каждом дизеле, связанных с рейками топливных насосов 7. Она имеет дроссельную за­ слонку 4 в патрубке Вентури 3, расположенном во всасывающем трубопроводе одного из дизелей (ведущего), пневматический мс-

Рис. 48. Схема системы управления по разрежению во всасывающем коллекторе

полнительный сервомотор прямого действия 5, задатчик дистан­ ционного управления типа крана Казанцева 6 и манометр, пока­ зывающие давление в цепи управления и разрежение перед дрос-

.селем.

Разрежение воздуха в вакуумной камере регулятора скорости зависит от скорости вращения дизеля и положения дроссельной заслонки в патрубке Вентури. Изменение скорости вращения ди­ зеля при сбросах или набросах нагрузки вызывает изменение ва­ куума в камере регулятора, в результате чего мембрана переме­ щается и устанавливает соответствующую подачу топлива. Зада­ ние требуемой скорости производится изменением положения дрос­ селя, на который воздействует изображенная на схеме разомкну­ тая пневматическая цепь управления.

Регуляторы имеют устройство для предварительного согласо­ вания режимов работы дизелей путем регулировки затяга пружин и настройки наклона статических характеристик регулирования путем регулировки жесткости пружин.

170

Эта простая по конструкции система может обеспечить всережимное управление и согласование нагрузок при групповой па­ раллельной работе. Однако испытания системы показали, что пнев­ матические регуляторы имеют большую нечувствительность и не­ линейность статических характеристик, которые приводят к зна­ чительному рассогласованию их нагрузок. Управление скоростью вращения через дроссель не позволяет получить линейность ха­ рактеристики управления. Дополнительным недостатком системы управления является также вызываемая ею потеря мощности ди­ зеля, связанная с наличием во всасывающем трубопроводе дрос­ селя, уменьшающего коэффициент наполненияцилиндров.

Пневматическая система управления с автоматическим согласованием нагрузок дизелей

На рис. 49 показана схема системы всереЖимного группового управления дизельными приводами с автоматическим согласова­ нием нагрузок дизелей при параллельной работе. Система управле­ ния построена на промышленных приборах типа УСЭППА (универ­ сальная система элементов промышленной пневмоавтоматики). Число дизелей,. управляемых по этой схеме, не ограничивается. Система питается сухим очищенным воздухом под давлением 1,4 кгс/сма при максимальном расходе воздуха около 1 нм3 /ч. Верхняя часть схемы представляет собой систему управления ско­ ростью вращения дизеля, а нижняя — систему выравнивания на­ грузок. Система управления скоростью — непрямого действия, с одним каскадом усиления. В задатчик управления скоростью 1 встроен датчик пневматический 2 типа ЗУ из комплекта приборов УСЭППА. Давление на выходе датчика пропорционально затягу пружины и положению рукоятки управления и изменяется в пре­ делах 0,2—1 кгс/см2 соответственно пределам изменения скорости вращения дизеля. Такой же датчик 5 имеется в исполнительном блоке 3 системы управления. Здесь он жестко кинематически свя­ зан с поршнем сервомотора 11, воздействующим на опору пружины регулятора скорости 7. Давления от датчиков 2 и 5 сравниваются в двух элементах сравнения 4 типа ЭСГ-3,. также входящих в ком­ плект УСЭППА. При рассогласовании сигналов датчиков в преде­ лах приблизительно до 0,05 кгс/см2 давление на одном из выходов элементов сравнения изменяется от 0 до 1,4 кгс/см2 , а другой выход

Возникновение давления на том или ином выходе элемента сравнения определяется знаком рассогласования сигналов датчи­ ков. Выходы элементов сравнения соединяются с соответствую­ щими полостями исполнительного сервомотора. Такое устройство обеспечивает перемещение сервомотора до тех пор, пока давления датчиков ЗУ не сравняются и он не остановится в заданном поло-

171

женин опоры пружины регулятора. При этом число оборотов ди­ зеля будет соответствовать положению рукоятки управления. Про­ течки воздуха в сервомоторе компенсируются автоматически, без изменения его равновесного положения. Устройство и действие цепи управления скоростью вращения подобно пневматическим цепям управления приводом лебедки Уралмашзавода, рассмотрен­ ным раньше.

Система выравнивания нагрузок служит для точного согласо­ вания нагрузок дизелей при параллельной работе как на устано­ вившихся режимах, так и в процессе изменения скорости. Эта си: стема работает аналогично системе управления скоростью и по­ строена на тех же элементах УСЭППА. С рейками топливных насо­ сов параллельно работающих дизелей кинематически связаны пневмодатчики перемещения типа ЗУ. Один из датчиков 13 выдает сигнал положения рейки ведущего дизеля, по которому регули­ руются положения реек ведомых дизелей. Сигналы давлений от датчика 13 ведущего дизеля и датчика 10 данного ведомого дизеля поступают в сдвоенный элемент сравнения, идентичный элементу сравнения системы управления скоростью. Этот элемент подает воздух в полости дополнительного сервомотора 12. При рассогла­ совании сигналов датчиков сервомотор корректирует положение опоры пружины регулятора и затяг пружины измерителя скорости через дифференциальный рычаг 6 при неизменном положении первого сервомотора 11. Система приходит в равновесное положе­ ние при равенстве положений реек всех дизелей. Особенность сер­ вомотора 12 заключается в наличии специальной пружины, кото­ рая выставляет поршень в среднее положение при отсутствии пи­ тания и придает системе необходимую статическую определенность. В системе имеется блок питания 14.

Пневматические датчики давления типа ЗУ, предусмотренные в схеме, представляют собой нагружаемую пружиной пару типа «сопле—заслонка» и пневматический усилитель мощности сигнала [20]. Элементы сравнения типа ЭСГ — проточного типа, имеющие по торцам сопла, положения которых можно регулировать, изме­ няя зону нечувствительности. Элементы сравнения в широких пре­ делах рассогласования управляющего и обратного сигналов обес­ печивают системе релейную характеристику, а в узких пределах выдают на сервомотор давление, пропорциональное рассогласова­ нию.

Сервомотор управления скоростью при рабочем ходе 40 мм имеет работоспособность 150 кгс>см.' Размеры его выбраны таким образом, чтобы он мог переставлять входной валик регулятора скорости при давлении питания измерительной части системы (датчиков) 1,4 кгс/см2 . Это упрощает систему управления и позво­ ляет избежать двойного питания.

Сервомотор согласования нагрузки дизелей в соответствии со схемой на рис. 51 — неследящего типа. На его штоке имеется цен­ трирующая пружина, стремящаяся возвратить его в среднее поло-

»173