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

Глава VI

УЗЛЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СИЛОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ПРИВОДА

26. УЗЛЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ Устройства подготовки воздуха

В пневматических системах управления дизельных приводов, основными устройствами подготовки воздуха являются редукторыстабилизаторы давления, фильтры и осушители воздуха. Одно­ ступенчатый редуктор давления воздуха типа РДВ-1 предназначен для преобразования переменного высокого давления на входе в постоянное низкое давление на выходе и имеет следующие тех­ нические данные:

Работа редуктора основана на уравновешивании сил упругой деформации пружины и давления сжатого воздуха во внутренней полости редуктора, действующих во встречных направлениях на мембрану, связанную с регулирующим подачу воздуха золотником.

' Аналогичное устройство имеет применяемый в системах управ­ ления редуктор давления РДФ-ЗМ со встроенным фильтром для

204

механических частиц осуществляется при прохождении двух слоев стекловолокна — грубого и более тонкого. Окончательная филь­ трация (отделение частиц — аэрозолей) осуществляется при про­ хождении воздуха через специальную ткань ФПП, обладающую хорошими фильтрующими свойствами. Срок службы фильтрую­ щих элементов зависит от степени загрязненнности поступающего воздуха и для воздуха средней загрязненности составляет около 3000 ч.

Эффективность фильтрации, определяемая степенью очистки воздуха, равняется 99,95%. Степень очистки определяется раз­ ностью между абсолютной (100%) очисткой воздуха и коэффи­ циентом «проскока» К, который является процентным отношением концентрации примесей в воздухе, прошедшем фильтр, к концен­ трации примесей в воздухе, поступающем в фильтр.

В системах управления может быть использован также блок типа МН 2733—61, включающий рассмотренные выше стабили­ затор и фильтр.

При работе дизельных приводов в условиях низкой темпера­ туры и высокой влажности окружающей среды необходимо обеспе­ чивать принудительную осушку воздуха, поступающего в систему управления. В ряде случаев, например на буровых установках, воздух для всех агрегатов подвергается централизованной осушке л система управления в специальной осушке воздуха не нуждается. При отсутствии общего осушителя для систем управления может быть использован групповой фильтр-осушитель типа БВ-3101. Конструктивное устройство его показано на рис. 57.

Фильтр'может обслуживать одновременно несколько пневма­ тических систем с суммарным расходом воздуха до 30 нм3 /ч. При­ менение группового фильтра не исключает необходимости уста­ новки индивидуальных фильтров типа МН 2732—61 как фильт­ ров окончательной очистки воздуха.

Техническая характеристика фильтра-осушителя следующая:

205

Групповой фильтр-осушитель выполнен в виде полого цилиндра, разделенного на два отсека, образующих три ступени ОЧИСТКИ воздуха. Воздух из сети поступает через кран к влагоотделителю /„

в воздухе во взвешенном состоянии крупные частицы пыли и ме­ ханические примеси. Затем воздух поступает в отстойник фильтра, где резко меняется скорость и направление движения потока

•206

воздуха, что способствует дальнейшему выпадению осадка. В ниж­ ней части отстойника расположен кран, предназначенный для удаления скопившегося конденсата. Во избежание захвата кон­ денсата струей проходящего воздуха, нижняя часть отстойника изолируется от остальной части фильтра с помощью отражателя 2.

Второй ступенью очистки воздуха служит фильтрующий патрон 3, заполненный высокоэффективным материалом — цео­ литом марки 4А или 5А. Цеолит хорошо адсорбирует влагу, нахо­ дящуюся в воздухе в парообразном состоянии. Освобожденный таким образом от влаги воздух поступает в последнюю ступень очистки 4, которой является высокопроизводительный фильтр тонкой очистки воздуха типа ФА-100. В верхней части группового фильтра расположены манометр 6, служащий для определения давления воздуха после фильтра, и индикатор влажности 5, по­ зволяющий судить (по изменению цвета наполнителя) о влажности воздуха, выходящего из фильтра-осушителя.

При эксплуатации воздушного группового фильтра необходимо периодически, не реже одного раза в сутки, производить спуск конденсата из влагоотделителя и отстойника. По мере насыще­ ния влагой наполнителя второй ступени очистки (цеолита) последний должен быть заменен сухим наполнителем. Сухой

Для удобства эксплуатации систем управления фильтр-осуши­ тель, фильтр тонкой очистки, редуктор-стабилизатор, манометры, краны и т. д. обычно монтируются в общем шкафу, представляю­ щем собой единый блок питания. Такой шкаф имеет окна для наблюдения за цветом индикатора влажности и манометрами и на­ ружные штуцеры для подключения питающего и управляющего воздушных трубопроводов. Иногда шкаф выполняется из термоизо­ ляционных материалов и снабжается спиралью электроподогрева для поддержания внутри шкафа положительной температуры.

Задатчики.дистанционного управления

В пневматических системах управления скоростью многих дизельных приводов используются задатчики дистанционного

207

выходе переменного давления воздуха, пропорционального поло­ жению рукоятки управления.

Результаты эксплуатации и поверочных испытаний задатчика показали, что, несмотря на сравнительную сложность конструк­ ции, он отличается надежностью в работе и большим сроком службы.

для непосредственной подачи воздуха в крупные оперативные муфты лебедок. Высокой точностью и линейностью задатчик не обладает, но • при наличии точных исполнительных устройств может обеспечить необходимые показатели управления при груп­ повой работе дизельных приводов.

На рис. 58 изображен задатчик пневматических систем управ­ ления дизельным приводом лебедок Уралмашзавода, систем управления дизель-гидравлическими агрегатами СА-10 и дизе­ лями типа 8ЧН21/21. Задатчик одноступенчатый, мембранный, с односедельным клапаном.

Основными элементами задатчика являются корпус 1, рукоятка управления 2 с насаженным на ее оси кулаком 3 в виде архиме­

Корпус задатчика состоит из трех частей, стянутых шпиль­ ками. В нижней части корпуса высверлены подводящий (нижний) и отводящий (верхний) каналы, а также находится неподвижное и подвижное сопла и клапан с пружиной. Подвижное сопло задат­ чика укреплено на мембране, зажатой между нижней и средней частями корпуса. В нижней части корпуса имеются также отвер­ стия для крепления задатчика к пульту управления дизельным приводом. В средней цилиндрической части корпуса расположена пружина и регулируемый толкатель. Здесь имеются отверстия для выпуска воздуха в атмосферу.

Верхняя часть корпуса имеет стойки для подшипников руко­ ятки управления. В крайних положениях рукоятки кулак са­ дится на регулируемые упоры. На боковую поверхность кулака действует шариковый фиксатор, заскакивающий в гнездо при установке рукоятки управления в положение минимальной ско­ рости вращения дизелей.

Мембрана задатчика выполняется из специальной резины тол­ щиной 0,2—0,4 мм, армированной капроновой тканью. Такая мембрана отличается высокой механической прочностью и стой­ костью к вибрациям и низким температурам.

Увеличение управляющего давления для увеличения скорости вращения дизелей достигается поворотом рукоятки задатчика против часовой стрелки, т. е. «на себя», при установке задатчика с правой стороны пульта управления. При этом усилие пружины увеличивается, мембрана перемещается вниз, и воздух из подво­ дящего трубопровода поступает к исполнительным сервомоторам. Одновременно давление подается под мембрану. При уравновеши-

208

вании усилия пружины давлением воздуха клапан закрывается, а в отводящем трубопроводе устанавливается давление, соответ­ ствующее положению рукоятки управления и заданной скорости вращения дизелей.

Особенность конструкции данного задатчика состоит в том, что подвижное сопло входит в направляющее отверстие нижнего корпуса с ограниченным зазором (не более 0,08 мм на диаметре 8 мм). Этот зазор затрудняет проход воздуха от выходного канала в подмембранную полость, что способствует повышению устойчи­ вости работы задатчика (отсутствию автоколебаний мембраны

и«гудения» задатчика).

Взависимости от, модификации задатчик питается воздухом давлением либо 1,4, либо -2,0 кгс/см2 . Управляющее давление

изменяется соответственно в пределах 0,2—1,0 кгс/см2 и 0,6— 1,8 кгс/см2 . Модификации задатчиков различаются в основном жесткостью установленных в них пружин. Габариты задатчика составляют 95x95x280 мм (по корпусу). Размеры сопла подби­ раются экспериментально для обеспечения наибольшего быстро­ действия системы. Диаметр неподвижного сопла равен 8 мм, а диаметры подвижного сопла: наружный — 6,3 мм, внутренний 4,5 мм.

Описанный задатчик имеет простую конструкцию и обладает необходимыми статическими и динамическими характеристиками

вниверсальную систему элементов промышленной автоматики уУСЭППА) [20]. От задатчика ЗУ данная модификация отли­ чается расположенным в верхней части толкателем, заменяющим маховичок и винтовой механизм. Толкатель имеет сверху регу­ лировочный болт и позволяет воздействовать на задатчик посред­ ством кулачка или рычажного механизма, находящегося' на посту управления.

Задатчик .предназначен для установления стабильного пневма­ тического сигнала в диапазоне 0,2—1,0 кгс/см2 . Он позволяет передавать управляющий сигнал на расстояние до 150 м при диаметре трубопровода 4 мм. Габаритные размеры задатчика

Статическая характеристика задатчика имеет высокую линейность; статическая погрешность, отнесенная к диапазону изменений управляющего давления, составляет ± 1 , 2 5 % . Время изменения давления на выходе в диапазоне 0,2—1,0 кгс/см2 при стравли­ вании и наполнении, в случае работы на /тупиковый трубопровод длиной 50 м с оптимальным диаметром 4 мм, не превышает 3,5 с.

Недостаток задатчика заключается в том, что, являясь задатчиком проточного типа, он работает с постоянным расходом

'210

воздуха. По данным завода-изготовителя, собственный расход воздуха задатчиком на установившемся режиме доходит до 100нл/ч.

Исполнительные устройства управления скоростью вращения

Конструкция исполнительного сервомотора прямого действия представлена на рис. 59. Здесь изображен мембранный сервомотор, отличающийся наибольшей простотой конструкции. Основными его деталями являются гофрированная мембрана 1, уравновешивающая

ружного диаметра мембраны.

Поэтому работоспособность таких сервомоторов ограничена. Нечувствительность сервомотора прямого действия при данном

управляющем давлении и приведенной к оси штока силе внешнего сопротивления Q составляет 8 =

Отсюда видно, что применение такого простейшего сервомо­ тора обоснованно только в том случае, если его располагаемое

211

усилие в десятки раз превосходит силы сопротивления. При управ­ лении дизелями с регуляторами прямого действия это приводит к неоправданно большим размерам сервомотора, что является основным недостатком такой конструкции.

Пневматический исполнительный сервомотор, применяемый для управления дизельным приводом буровых лебедок Уралмашзавода, изображен на рис. 60.. Схема этого сервомотора, его основ­ ные параметры и результаты испытаний приведены в гл. V. Дан­ ный сервомотор свободен от недостатков сервомоторов, рассмот-

1

Рис. 60. Пневматический следящий сервомотор непрямого действия

ренных ранее. Он представляет, собой двухполостной следящий сервомотор непрямого действия. Основными деталями сервомо­ тора являются корпус /, поршень со штоком 2, промежуточная плита 3, рычаг обратной связи 6, пневмодатчик обратной связи 5 и два одинаковых управляющих элемента 4..

Корпус сервомотора представляет собой обработанную по­ ковку из алюминиевого сплава АК-4, в которую запрессована бронзовая втулка. Поршень состоит из трех стальных дисков, насаженных на шток и стянутых гайкой, между которыми распо­ лагаются угловые резиновые манжеты. На среднем диске имеется фетровый сальник для смазки цилиндра. Шток поршня в цилиндре уплотняется с помощью воротниковой манжеты.

Промежуточная плита притянута болтами к верхней части корпуса. Датчик обратной связи и управляющие элементы кре­ пятся к этой плите. Воздействие поршня на датчик обратной связи осуществляется с помощью вильчатого рычага обратной связи, в верхнюю часть которого ввинчен толкатель с шаровой головкой. Цвинчивая или вывинчивая этот толкатель, можно менять соот-

212

ношение плеч рычага обратной связи и тем самым регулировать ход поршня при данном диапазоне управляющего давления.

Соединительные каналы между датчиком, управляющими эле­ ментами и полостями сервомотора выполнены в виде фрезерован­ ных ручьев на обращенных друг к другу плоскостях корпуса й плиты. Плита отделена от корпуса прокладкой из резины тол­ щиной 1,5 мм, в которой имеются соответствующие соединитель­ ные отверстия. В местах, где верхний и нижний ручьи пересе­ каются, в корпус под прокладкой заложены отрезки трубок квадратного сечения, чтобы избежать выдавливания резины. Уплотнение между выходными каналами датчика и управляющих элементов и плитой выполнено с помощью заглубленных в плиту резиновых шайб.

Пневмодатчик обратной связи сервомотора — мембранный, одноступенчатый, с односедельнйм клапаном. Его принцип дей­ ствия и устройство подобны большому управляющему задатчику данной системы управления, описанному раньше.' Датчик имеет корпусные детали из алюминиевого сплава размером 40x40 мм.

Управляющий элемент выполнен из аналогичных корпусных деталей.Нижняя часть корпуса элемента с односедельным клапаном полностью взаимозаменяема с нижней частью корпуса пневмодатчика обратной связи. Давления от управляющего задатчика и датчика обратной связи подаются в средние одинаковые полости сравнения управляющего элемента. Выходное давление элемента, направляемое в полость сервомотора (из-под нижней мембраны), заводится также в разгрузочную полость над верхней мембраной.

и верхней мембран рассчитывается таким образом, чтобы полу­ чить необходимую пропорциональность выходного давления раз­ ности управляющего и обратного сигналов.

Все элементы следящего сервомотора являются непроточными, поэтому на установившихся режимах воздух практически не расходуется.

Известна чисто электрическая система управления перемен­ ного тока на сельсинах, принципы построения которой были рассмотрены в гл. I I I . Блок имеет следующую техническую харак­ теристику:

Исполнительный блок состоит из сервомотора типа АДП-362 мощностью 19 Вт при 1950 об/мин, редуктора с передаточным

213