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

бранных по схеме ИЛИ, запитываются электромагнитное реле выключения зажигания РВЗ и клапан выключения газа КВГ, оста­ навливающие дизель.

При аварийном заклинивании штанги насоса несртекачалки или обрыве приводного ремня зарядного генератора и вентилятора охлаждающего воздуха схема работает следующим образом. При пуске дизеля с зарядного генератора на схему подается отрица­ тельный потенциал, величина которого будет расти пропорцио­ нально увеличению скорости вращения вала дизеля. Этот потен­ циал подается на обмотку реле Р5 через его нормально замкнутые контакты, шунтирующие установочное сопротивление R. При на­ пряжении 10,5—11 В реле Р5 срабатывает и удерживается в рабо­ чем состоянии током, определяемым сопротивлением обмотки реле и величиной настройки установочного сопротивления R. Нор­ мально замкнутый контакт реле Р5 подготавливает цепь включе­ ния реле Р4 к шине /. После включения выключателя ВС реле Р4, контролирующее рассматриваемую аварийную ситуацию, готово к действию. Если теперь произойдет заклинивание штанги насоса несртекачалки, обрыв или ослабление натяжения приводного ремня, величина напряжения, снимаемого с зарядного генератора, сни­ зится в связи с уменьшением скорости вращения вала дизеля (для случая заклинивания штанги).

Так как последовательно с обмоткой реле Р5 включено сопро­ тивление, то достаточно незначительного уменьшения напряжения, снимаемого с зарядного генератора, чтобы реле Р5 отпустило, и тогда его нормально замкнутый контакт включит цепь питания реле Р4, которое встанет на самоблокировку через свой контакт, подключенный к шине / / . Нормально разомкнутыми контактами реле Р5 подготовит цепи питания сигнальной лампы и устройств остановки РВЗ и КВГ. Для выяснения причины аварийной оста­ новки обслуживающий персонал, нажимая кнопку К, подает питание на шину III, в результате чего запитывается та сигнальная

при этом падении напряжения на зарядном генераторе не проис­ ходит запитывания реле Р4 и включения цепей контроля аварии.

Рассмотренная система АПС обладает рядом качеств, отличаю­ щих ее от других тем, что она может быть использована на дизелях, длительно эксплуатируемых после пуска дизеля и ввода его под нагрузку без обслуживающего персонала. Кроме этого, рассма­ триваемая система АПС включает в себя контроль основных ава­ рийных ситуаций, возникающих не только в дизеле, но и в приво­ димом дизелем механизме.

184

Для дизель-компрессоров и дизель-насосов, работающих в ши­ роком диапазоне температур (—40° С -н—(-40° С) или используе­ мых на передвижных устройствах, была разработана бесконтакт­ ная система АПС, удовлетворяющая основным требованиям как по условиям работы, так и по необходимому минимуму контролируе­ мых параметров. Система обеспечивает контроль высокой темпе­ ратуры охлаждающей воды, высокой температуры и низкого дав­ ления смазочного масла. Питание системы •— 12 В постоянного тока, которое может быть подано либо от стартерных батарей дизеля, либо от батарей транспортного устройства, на котором установлен ' дизельный агрегат. Вибростойкость всех элементов системы в диапазоне частот 30—150 Гц обеспечивает возможность их монтажа непосредственно на дизеле. Система состоит из бес­ контактных приемных реле температуры и давления, датчики ко­ торых устанавливаются непосредственно' на дизеле в точках кон­ троля, пульта, содержащего схемы приемных реле, схемы управле­ ния, сигнализационную и командную аппаратуру, а также устрой­ ства для остановки дизеля в случае аварийной ситуации. При вы­ ходе контролируемых параметров за допустимые нормы запоми­ нается причина аварии и через схему ИЛИ включается аварийное стоп-устройство.

Электрическая принципиальная схема системы представлена на рис. 55. Проследим работу схемы при поступлении аварийного температурного сигнала. Схема реле температуры А состоит из измерительной схемы, включающей в себя приемный чувствитель­ ный элемент, усилитель; релейный элемент, собранный потриггерной схеме с двумя устойчивыми состояниями, и выходного блока. Выходной блок во всех приемных реле идентичный и представляет собой усилитель, собранный на полупроводниковом триоде типа П202. В качестве коллекторной нагрузки для усилителя исполь­ зуется сигнальная лампа накаливания. Датчиком температурного реле служит термосопротивление, помещенное в специальный баллон, устанавливаемый в контролируемой среде.

При повышении температуры контролируемой среды умень­ шается омическое сопротивление термосопротивления, которое служит бесконтактным приемным элементом. В данной схеме при­

тивление Яэ в цепи эмиттера.

Датчик температуры с термосопротивлением включен в базо­ вую цепь усилительного триода 77. Уменьшение сопротивления термосопротивлення приводит к увеличению положительного сигнала на базе 77, в результате чего ток в первом каскаде умень-

1S5

лов. Схема допускает также снятие выходного напряжения при подаче сигнала на кнопку Сброс. При подаче управляющего сиг­ нала на вход ПАМЯТЬ первый триод ТЗ открывается, второй Т4 закрывается. Это устойчивое состояние будет сохраняться до тех пор, пока не будет подан отрицательный импульс. Сброс на вход второго триода Т4 элемента ПАМЯТЬ, после чего Т4 откроется, а триод ТЗ закроется и схема придет в исходное состояние. Работа схемы Б контроля температуры перегрева масла аналогична ранее рассмотренной. Схемы А и Б позволяют регулировать точку на­ стройки срабатывания приемных реле в диапазоне 50—100° С Регулировка обеспечивается переменным сопротивлением R.

Схема приемного реле давления В (см. рис. 55) включает в себя датчик давления, устанавливаемый в главной масляной маги­

В качестве приемного чувствительного элемента применен ин­ дуктивный датчик с разомкнутой магнитной цепью. Датчик предт ставляет собой катушку, питаемую переменным током высокой ча­ стоты. В катушке находится сердечник, положение которого зави­ сит от давления контролируемой среды. Источником переменного напряжения высокой частоты служит симметричный мультивибра­ тор; мультивибратор вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой 10 кГц. Катушка индуктивности включена как нагрузка мультивибратора. При понижении давления сердечник выходит из катушки, понижая ее индуктивность и вызывая рост тока. Этот сигнал подается на базу усилительного триода ТЗ, после чего триод закрывается. Затем сигнал с усилительного каскада подается на триггер с двумя устойчивыми состояниями, представляющий собой элемент ПАМЯТЬ, собранный на двух триодах типа П13. При подаче запоминаемого сигнала на вход ПАМЯТЬ триод Т4 откры­ вается, а Т5 закрывается. Для того чтобы снять выходной сигнал, нужно подать на базу Т5 (сброс) отрицательный импульс.

На выходе ПАМЯТЬ как в реле температуры, так п в реле дав­ ления включён выходной блок, представляющий собой два парал­ лельно соединенных усилительных каскада — сигнальный и за­ щитный.

В начальный момент триоды закрыты. В рабочий момент сиг­ нал с коллектора выходного каскада релейного элемента ПА­ МЯТЬ подается одновременно на оба входа усилителей: сигналь­ ного, вызывая его открытие, и, следовательно, загорание сигналь­ ной лампочки, и защитного, также открывая его, при этом коллек­ торным током запитывается катушка стоп-устройства, вызывая его срабатывание и, следовательно, остановку дизеля.

187

Приемное реле давления позволяет обеспечивать регулировку точки срабатывания в диапазоне 1—6 кгс/см2 путем изменения затяга пружины, действующей на сердечник датчика. При сраба­ тывании любого из рассмотренных приемных реле через схему ИЛИ, собранную на диодах, сигнал поступает на схему выходного усилителя, собранного на триоде типа П202 (схема Г). Нагрузкой для триода схемы Г является катушка электромагнита стоп-уст- ройства, воздействующего на рейку топливных насосов, или элек­ тромагнит привода воздушной захлопки, останавливающих ди­ зель. Для исключения ложного срабатывания схемы по низкому давлению при неработающем дизеле или в период его пуска пита­ ние на систему должно подаваться выключателем К только после выхода дизеля на рабочий режим.

Упрощенным вариантом рассмотренной бесконтактной системы АПС является система для аварийно-предупредительной сигна­ лизации дизелей малой и средней мощности с воздушным охлажде­ нием. Эта система включает в себя два приемных реле: приемное реле температуры перегрева цилиндров и приемное реле низкого давления'смазочного масла. Схемное решение обоих приемных реле аналогично рассмотренным выше, однако в качестве чувстви­ тельного элемента приемного реле температуры применяется вме­ сто термосопротивления типа ММТ-1 термосопротивление типа КМТ-14. Термосопротивление заключено в датчике, имеющем кон­ тактную шайбу, прижимаемую к металлу головок цилиндров в ме­ сте контроля температуры. Схема приемного реле температуры поз­ воляет обеспечивать настройку точки срабатывания реле в диапа­ зоне 150—220° С. Упрощенная схема АПС не имеет цепи защиты (остановки дизеля) и обеспечивает только световую сигнализацию при выходе одного из двух контролируемых параметров за допу­ стимые нормы. Эта система применяется для дизелей силового привода, эксплуатирующихся при систематическом Контроле со стороны обслуживающего персонала.

Особенностью транзисторных бесконтактных схем АПС яв­ ляется органическая связь цепей приемных реле с цепями управле­ ния, решающими логические задачи. Так, выходные преобразова­ тели релейных сигналов в приемных реле используются в случае необходимости как ПАМЯТЬ, а разделительные диоды в выход­ ных цепях — как логические сумматоры. Отечественный опыт раз­ работки и использования бесконтактных транзисторных систем АПО, в том числе бесконтактных приемных реле контроля основ­ ных параметров дизелей, показал, что их положительные качества полностью могут проявиться в случае использования простейших схемных решений для ряда модификаций устройств автоматизации.

188

требованиям ГОСТ 11928—66 *. В настоящее время ведутся ра­ боты по созданию новых систем. В частности, проектируется си­ стема по алгоритму, отвечающему полному объему задач для си­ стем АПС.

25. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ПУСКА, ОСТАНОВКИ И АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ .

Требования к полной автоматизации режимов работы дизелей силового привода выдвинуты потребителями в последние годы для вновь создаваемых агрегатов. В основном они относятся к дизелям, используемым в буровых установках, и к дизель-компрессорам. В качестве примера рассмотрим системы автоматики, созданные для буровых агрегатов с дизелем типа ЧН21/21 и газомотокомпрессоров.

Автоматизация дизелей типа ЧН21/21

Одним из основных применений дизелей типа ЧН21/21 является использование их в качестве силового привода нефтебуровых агрегатов.

Автоматизация дизелей типа ЧН21/21, входящих в состав нефтебуровых агрегатов, включает следующий комплекс задач: автоматический пуск дизеля с выполнением необходимых предпускввых операций; автоматизацию вывода дизеля на режим го­ товности к приему нагрузки; контроль за работой дизеля и его защиту при наступлении аварийного состояния; автоматизацию остановки дизеля.

Автоматическое выполнение всех необходимых операций по управлению дизелем производится при получении определенных

.сигналов либо от приемных реле (датчиков) давления, температу­ ры, скорости вращения, либо при сигналах на пуск или оста­ новку дизеля, подаваемых оператором через ключи управления.

Система автоматики включает в себя: приемные реле и исполни­ тельные механизмы, монтируемые на дизеле и агрегате, пульт моториста, с входящими в него элементами схемы автоматического управления и приборами текущего контроля, и дистанционный щиток контроля и управления. Данные о приемных реле, об испол­ нительных механизмах и приборах текущего контроля, входящих в систему, приведены в табл. 12—14.

Схема управления разбита на функциональные блоки, выполня­ ющие определенные операции управления. Схема имеет три блока:' блок пуска и приема нагрузки, блок остановки и блок аварийной защиты и сигнализации. Такое разделение схемы управления облегчает обслуживание в эксплуатации и обеспечивает сравни­ тельно быстрое обнаружение и устранение неисправностей.

189

Таблица 12. Приемные реле контроля за состоянием дизеля Номинальное рабочее напряжение 24 В

выполнение заданного алгоритма, оборудован сигнальными уст­ ройствами, ключами и кнопками, посредством которых осуществ­ ляется управление и наблюдение за состоянием дизеля.

1

Таблица 14. Приборы текущего контроля основных параметров дизелей буровых установок

лизация, необходимые для удобства эксплуатации дизелей. К ней относятся: сигнализация о наличии питания в цепях управления, расшифровывающая сигнализация при аварийных состояниях дизеля (разнос, перегрев смазочного масла, перегрев охлаждаю- , щей воды, падение давления смазочного масла, несостоявшаяся предпусковая прокачка дизеля маслом, несостоявшийся пуск дизеля) и сигнализация о готовности дизеля к приему нагрузки.

Кроме устройств сигнализации, пульт бурильщика снабжен показывающими приборами контроля текущих значений основных параметров дизеля. Приборы включены в схему управления и обес­ печивают контроль температуры охлаждающей воды на выходе из дизеля, температуры смазочного масла на входе в холодильник, давления смазочного масла в главной масляной магистрали, давле­ ния охлаждающей воды за насосом, количества проработанных моточасов и скорости вращения вала дизеля. Пост моториста мо­ жет быть установлен непосредственно около дизеля или отнесен в удобное для данных условий эксплуатации место, но не далее чем на 20—30 м по трассе прокладки проводов, соединяющих его с дизелем. Дистанционный щиток, как правило, монтируется на пульте управления бурильщика. В связи со спецификой труда на буровой, требующего большого внимания оператора к процессам бурения, дистанционный щиток снабжен минимумом аппаратуры сигнализации и управления, позволяющим судить об основных состояниях работающего дизеля. К ним относятся световая сигна-

191

лизация о готовности дизеля к приему нагрузки и об аварийном состоянии дизеля, а также кнопка экстренной остановки. По­ скольку управление с дистанционного щитка осуществляется через слаботочные цепи, он может быть отнесен от поста моториста иа расстояние до 150 м.

Схема управления системы автоматизации реализует следую­ щий алгоритм управления.

Автоматический пуск дизеля происходит после разового воз­ действия на кнопку пуска. Запрещающими условиями пуска яв­ ляются: аварийное состояние дизеля, вращение вала дизеля (ра­ бота дизеля на топливе), включенное состояние шинно-пиевмати- ческой муфты, низкая температура масла, несоответствие органа задания на регуляторе скорости вращения пусковому положениюПри пуске дизеля обеспечивается следующая очередность операций управления:

включение двигателя насоса предпусковой прокачки масла; освобождение рейки топливных насосов от воздействия на нее стоп-устройства, удерживающего его в положении нулевой подачи

после предыдущей остановки; трехкратное включение стартера после состоявшейся предпус­

Схемой предусмотрены три попытки включения стартера для запуска дизеля с заданными длительностями включений и пауз между ними. При безрезультатном использовании всех трех попы­ ток или отсутствии необходимого давления масла перед пуском за ограниченный по времени период пусковые операции прекра­ щаются и включается сигнализация об аварийном состоянии ди­ зеля.

Готовность дизеля к приему нагрузки определяется установ­ ленным значением температуры масла. Цепь контроля готовности дизеля к приему нагрузки включается только при работающем дизеле. Световая сигнализация о возможности нагружения дизеля включается как на посту дизелиста, так и на дистанционном щитке.

Остановка дизеля производится одноразовым нажатием кнопки остановки, находящейся на посту дизелиста. Рабочая остановка дизеля производится после выключения шинно-пневматической муфты. При рабочей остановке включается стоп-устройство, воз­ действующее на рейку топливных насосов в период работы дизеля.

Экстренная остановка дизеля производится с дистанционного щитка одноразовым воздействием на кнопку. При этом включается как .рабочее стоп-устройство, обеспечивающее выключение подачи топлива через рейку топливных насосов, так и аварийное стоп-уст­ ройство, перекрывающее подачу воздуха в дизель или действующее на устройство, фиксирующее толкатели топливных насосов в верх­ нем положении.

192

Аварийная защита дизеля в схеме автоматики обеспечивается экстренной остановкой при возникновении следующих аварийных ситуаций: падение давления смазочного масла; повышение темпе­ ратуры смазочного масла; перегрев охлаждающей воды; превыше­ ние допустимой скорости вращения (разнос).

При падении давления и перегреве смазочного масла и воды остановка дизеля предусмотрена через рабочее стоп-устрой- ство. Имеется возможность выключения указанных защит с поста моториста в случае проведения ответственных работ, возника­ ющих по условиям эксплуатации буровой установки.

При разносе защита производится одновременным включением рабочего и аварийного стоп-устройства. Во всех случаях аварийной остановки схема блокируется, исключая возможность автомати­

сигнализация на посту моториста и обобщенная световая или зву­ ковая сигнализация на дистанционном щитке.

На рис. 56 представлена принципиальная электрическая схема автоматизации дизелей ЧН21/21. Питание на схему подается вы­

пуска РП) возможно только при следующих условиях:

1.Замкнут контакт регулятора скорости — регулятор ско­ рости находится в пусковом положении;

2.Замкнут контакт шинно-пневматической муфты ШПМ — муфта отключена.

3.Разомкнут контакт РЦ1 приемного реле скорости — дизель не работает;

4.Замкнут контакт РБ реле, блокировки пуска — дизель не находится в аварийном состоянии;

5.Замкнут контакт приемного реле температуры масла 1РТ — дизель находится в прогретом состоянии (для зимнего времени) или включен переключатель К-

При нажатии кнопки КП запитывается реле пуска РП, само­ блокируясь через свой нормально открытый контакт РП. Этим обеспечивается запоминание сигнала «Пуск».

Замыканием нормально открытого контакта РП (реле пуска) запитывается пусковая часть схемы и включаются: контактор на­ сосе предпусковой прокачки масла КМ (запускается насос);, полу­ проводниковая схема III контроля времени прокачки масла через