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

Для обеспечения всего необходимого рода воздействий на дизель исполнительные устройства, в свою очередь, также могут быть представлены в виде комплекта, в который входят: рабочее стоп-устройство; аварийное стоп-устройство; разрешающий пуско­ вой клапан; клапаны долива; клапан слива воды из системы охлаждения.

Эти устройства могут быть выполнены в различных модифика-

/циях по принципу действия, энергии управления, конструктив­ ного исполнения. Основные требования по техническим характе­ ристикам исполнительных устройств и по возможным видам исполнения даны в ГОСТ 11102—64 *.

Не все типы и модификации приборов и устройств дизельной автоматики выпускаются сегодня промышленностью, поэтому в ряде случаев все-таки приходится пользоваться общепромыш­ ленными приборами. Часто этому способствуют соображения эконо­ мического порядка, поскольку общепромышленные приборы, в особенности автомобильного и транспортного применения, во много раз дешевле специальных дизельных устройств.Однако уве­ личение сроков службы дизелей и повышение требований к надеж­ ности в эксплуатации в последние годыобусловилн более тщатель­ ный выбор приборов и устройств автоматики.

Помимо специальных приборов дизельной автоматики, в схемах управления используется множество устройств общепромышлен­ ного назначения, таких, как электродвигатели, кнопки, тумблеры, сигнализаторы и т. п.

Эти устройства выполняют также задачи формирования необ­ ходимых информационных сигналов и реализации исполнительных воздействий.

Конструкция и принцип действия таких устройств широко известны, их описание можно встретить в многочисленных публи­ кациях по автоматизации промышленных и энергетических объек­ тов, а также в справочниках и каталогах на средства автоматики. Поэтому мы остановимся несколько подробнее только на описании особенностей конструкций и принципа действий специальных средств автоматизации дизелей силового привода, наиболее ши­ роко используемых в серийных и проектирумых в настоящее время дизельных агрегатах.

Приемные реле температуры. Приемные реле температуры под­ разделяются на две группы. В первую входят реле, позволяющие контролировать температуру жидких сред, воздуха и металла в диапазоне 0 —115° С. Нижняя часть диапазона установок исполь­ зуется для контроля температуры воды при низких температурах окружающего' воздуха с целью подачи сигналов о необходимости принятия мер, предотвращающих замерзание воды. Средние зна­ чения диапазона температур для приемных реле первой группы используются для подачи сигналов, управляющих поддержанием дизелей в горячей готовности и разрешающих запуск или прием нагрузки.

224

Верхняя часть диапазона установок необходима для аварийнопредупредительной сигнализации и контроля уровня температур

Таблица 17. Основные характеристики приемных реле температуры

стики этих приемных реле температуры. Секция приемного реле температуры прибора типа КР представляет собой замкнутую систему термобаллон—капилляр—сильфон, заполненную эфиром. Под действием температуры изменяется давление в замкнутой системе, вызывая деформацию сильфона и движение связанного с ним штока. Шток воздействует на микропереключатель, имею­ щий пару перекидных контактов. Для изменения точки сраба­ тывания сильфон нагружен регулируемой пружиной.

Число секций температурного реле в приборе КР может быть 1—3. Для пневматических схем управления разработан вариант приборов КР, в котором используется пневматический переклю­ чатель.

Бесконтактным приемным реле температуры является реле РНТ-1Э, выпускаемое в двух модификациях на диапазон настройки 0—55° С и 55—125° С. Реле состоит из датчика, выходной части

иблока питания.

Вкачестве чувствительного элемента датчика реле исполь­ зован термометр сопротивления, помещенный в специальный бал­ лон. Термометр сопротивления включен в мост, с диагонали кото­ рого снимается сигнал, усиливаемый на двухкаскадном транзи-

225

сторном усилителе. При достижении температуры контролируемой среды заданного уровня выходной полупроводниковый триод открывается и срабатывает электромагнитное реле, контакты которого подают сигналы в схему управления. Выходное электро­ магнитное реле имеет две пары нормально замкнутых и разомкну­ тых контактов.

Приемное реле температуры РНТ-1Э питается через блок пита­ ния, на который подается напряжение постоянного тока 18—30 В.

нием в диапазоне 100—750° С.

Для контроля заданного уровня температуры выпускных газов были разработаны реле с использованием в качестве, датчика тер­ мопары с последующим усилением сигнала на полупроводниковом

надежность работы приемного реле и оно не принято для серий­ ного производства. Следует отметить, что в связи с необходи­ мостью контроля этого параметра для некоторых агрегатов, в частности для газомотокомпрессоров, работы над приемными реле контроля температуры выпускных газов продолжаются как по доводке схем с электрическими датчиками, так и по разра­ ботке приборов, базирующихся на пневматике.

Для контроля температуры коренных подшипников разрабо­ таны приемные реле с использованием в качестве чувствитель­ ного элемента термосопротивленпя. Следует отметить, что для автоматизации дизелей силового привода контроль температуры коренных подшипников в настоящее время не используется.

Для контроля высокого уровня температуры металла головок

В этих реле использованы биметаллические чувствительные элементы, воздействующие на контактную группу, замыкающую электрическую цепь контроля или управления.

Недостатком таких приемных реле является неизменность, нерегулируемость точки срабатывания, малая точность работы приемного реле и ограниченность области применения. Существен­

Вэтом отношении бесконтактное приемное реле, рассмотренное

вгл. V, с использованием термосопротивления в качестве чувстви­ тельного элемента более перспективно. Полупроводниковое при­ емное реле РВТ легко может быть унифицировано с приемным

226

реле РНТ-1Э и отличаться они будут только конструкцией дат­ чика и типом термосопротивлення.

Приемные реле давления. Контроль давления имеет место почти во всех системах автоматизации дизелей.

Характерны два диапазона давлений, контроль которых необ­ ходим для схем управления. Первый диапазон охватывает дав­ ления 0,2—10 кгс/см2 , второй—• 10—200 кгс/см2 . Нижнее зна­ чение первого диапазона давлений контролируется в системах аварийно-предупредительной сигнализации и защиты для опре­ деления аварийного уровня давления смазочного масла и охла­ ждающей жидкости. В этих же пределах лежат контролируемые уровни для схем управления предпусковой прокачки, горячим резервом и рабочими режимами.В табл. 18 приведены основные характеристики приемных реле давления.

Таблица 18. Основные характеристики приемных реле давления

Для контроля давления в этом диапазоне используются прием­ ные реле низкого давления — Р Н Д — как с электрическими, так и пневматическими выходными сигналами. Наиболее распро­ страненными являются приемные реле давления, входящие в ком­ бинированные приборы типа КР. Конструкция узлов приемного

запаянный, а с другой — через штуцер, соединенный с контроли­ руемой средой. Запаянный конец сильфона нагружен пружиной, противодействующей давлению контролируемой жидкости. Вы­ ходным элементом реле является микропереключатель.

Число секций приемного реле давления в комбинированном при­ боре КР может быть от 1 до 3. Для правильного функционирова­ ния приемного реле давления важно, чтобы трубопровод и силь-

227

фон всегда были заполнены контролируемой средой. В против­ ном случае воздух скапливается в сильфоне и значительно изме­ няет характеристику приемного реле.

Имеется ряд приемных реле давления аналогичного принципа действия, отличающихся некоторыми изменениями в кинематике передачи движения чувствительного элемента на выходной ор­ ган приемного реле, а также в кинематике механизма настройки. Примером могут служить приемные реле РДК-3, РДК-53М.

Реле контроля высокого давления — РВД •— предназначаются для контроля давления в пусковых и рабочих баллонах сжатого воздуха. Эти реле должны работать в широком диапазоне давле­ ния 10—200 кгс/см2 . Поскольку такие реле давления устанавли­ ваются вне'дизеля и работают в более благоприятных условиях, чем приборы, навешиваемые на дизель, они выбираются из числа общепромышленных устройств автоматики. Эти приемные реле, как правило, охватывают часть указанного диапазона и выби­ раются в зависимости от типа дизеля и давления в пусковых и ра­ бочих баллонах. Для контроля давления в баллонах наибольшее распространение получили контактные манометры ЭКМ-2У и при­ емные реле СД.

Следует заметить, что для пневматических схем управления на базе приемного реле давления, входящего в комбинированный прибор КР, создано устройство с пневматическим микропереклю­ чателем, коммутирующим пневматическую цепь с давлением до 1,4 кгс/см2 . Помимо контактных электрических приемных реле давления, в последнее время используются транзисторные бес­ контактные реле. Специально для дизелей разработано бескон­ тактное приемное реле давления типа РНД-1Э.

Реле состоит из датчика с усилителем, электронного пре­ образователя, выходного блока и блока питания. Усилитель и электронный преобразователь построены на полупроводниковых приборах. Чувствительным элементом датчика служит емкостной дифференциальный элемент, через который изменение давления преобразуется в изменение емкости. Дифференциальный конден­ сатор включен в мост электронной схемы. Для питания емкостного моста в реле собран преобразователь высокой частоты.

' Изменение емкости, возникающее при определенном давлении, вызывает разбалансировку моста и срабатывание выходного триг­ гера. На выходе приемного реле давления имеется электромаг­ нитное реле с парой нормально открытых и закрытых контактов для стыковки с контактными схемами управления. Питание реле обеспечивается через специальный блок при подаче на него на­ пряжения постоянного тока в диапазоне 18—30 В.

Приемные реле скорости. Для контроля скорости вращения

-используются, как правило, приемные реле, преобразующие угловую скорость вращения в релейные пневматические или элек­ трические сигналы. Однако следует отметить, что в некоторых случаях для контроля скорости вала дизеля используются схемные >

228

решения, позволяющие получать информационные сигналы при контроле параметров, косвенно характеризующих скоростной режим. Так, например, имеются схемные решения, использую­ щие контроль давления воды, напряжение зарядного генератора и т. п. Такие решения характерны для систем АПС, где возникает необходимость контроля только одного уровня скорости вращения. Для большинства схем автоматизации необходим контроль двухтрех точек скоростного режима, а именно — контроль скорости вращения вала дизеля, свидетельствующей о состоявшемся за­ пуске, рабочий скоростной режим и недопустимо высокий уровень скорости вращения (разнос).

Для контроля всех необходимых уровней скорости вращения вала наибольшее распространение получили приемные реле ско­ рости, основные характеристики которых приведены в табл. 19.

Таблица 19. Основные характеристики приемных реле скорости

Приемное реле скорости РС-3-24 центробежного типа является наиболее распространенным в отечественной практике автома­ тизации дизелей. Реле обеспечивает выдачу сигналов для схем управления по трем контролируемым уровням скорости вра­ щения вала. Чувствительным элементом реле является центро­ бежный механизм.

С изменением положения микропереключателей по ходу дви­ жения валика с кулачками изменяется момент переключения контактов. Конструкция рассчитана на монтаж прибора непосред­ ственно на дизеле.

Приемное реле скорости РС-3-1Э является бесконтактным электрическим устройством, обеспечивающим контроль трех уров­ ней, скорости вращения.

229

В приемное реле входят следующие узлы: датчик скорости, электронный релейный преобразователь, выходной блок и блок питания.

построенный на полупроводниковых элементах. Число релей­ ных преобразователей соответствует числу контролируемых уста­ вок. Когда скорость вращения контролируемого вала выше задан­ ной, срабатывает выходное электромагнитное реле, контакты ко^ торого служат для ввода сигналов в схемы управления.

Для обеспечения стабильного основного питания и напряжения смещения приемное реле скорости имеет в своем составе блок питания со стабилизатором, обеспечивающим стабильность вы­ ходного напряжения 10±0,5 В при изменении входного напряже­ ния от' 18 до 30 В.

Можно заметить, что в последнее время появились полупро­ водниковые приемные реле скорости, использующие напряжение, снимаемое с электротахометра переменного тока с последующим выпрямлением и сравнением его с некоторой заданной уставкой срабатывания для выходного элемента (триггера или электромаг­ нитного реле).

Приемные реле уровня. Для контроля уровня воды в расши- - рительных баках, баках подпитки и радиаторах системы охла­ ждения дизелей используются приемные реле уровня, контро­ лирующие определенный уровень заполнения водой данной емко­ сти. Подобными же реле контролируются наличие и уровень масла в картере или расширительном масляном баке и топлива в рас­ ходных баках.

Приемные реле уровня используются для схем автоматического пополнения в расходных баках, а также для сигнализации о низ­ ких уровнях заполнения контролируемых емкостей.

Наиболее простым и универсальным приемным реле для конт­ роля жидких сред (воды, нефтепродуктов) являются поплавковые реле уровня. Однако в последнее время стали использоваться электрические и пневматические приемные реле, в которых ис­ пользуются специфические характеристики контролируемых сред. Все приемные реле уровня, используемые для стационарных и передвижных дизелей, монтируются на боковых стенках баков и позволяют контролировать наличие или отсутствие жидкости на уровне, соответствующем координатам установки датчика реле. Надо отметить, что такие реле позволяют оборудовать ими емкости, различные по габаритам и конфигурации. В табл. 20 приведены основные данные наиболее часто используемых приемных реле уровня.

Приемные реле уровня РУВ-1Э и РУМ-1Э являются электрон­ ными устройствами.

230

•РУВ-1Э предназначено для контроля уровня воды (недистиллированной). Приемное реле состоит из датчика— электрода и измерительной схемы на полупроводниковых элементах. Для сты­ ковки с контактными схемами управления на выходе приемного реле имеется электромагнитное реле с выведенными клеммами от нормально замкнутой и разомкнутой пары контактов.

При наличии воды на уровне установки электрода замыкается цепь между электродом и корпусом датчика, что вызывает скачко­ образное изменение напряжения на выходе измерительной схемы и срабатывание электромагнитного реле. При отсутствии воды схема возвращается в исходное положение с некоторым дифферен­ циалом. Приемное реле РУВ-1Э может быть использовано, в прин­ ципе, для контроля любой неагрессивной жидкости, которая обес­ печивает сопротивление между электродом и корпусом не более 3000 Ом.

Приемное реле РУМ-1Э предназначено для контроля уровня нефтепродуктов и использует эффект разности диэлектрической проницаемости воздуха и нефтепродуктов. Датчик реле выполнен в виде конденсатора, электродами которого являются два концен­ трических цилиндра.

231

Электронная схема реле состоит из двухкаскадного усилителя на транзисторах с непосредственной связью и выходного триода, работающего в ключевом режиме.

Между входом и выходом усилителя включен емкостный мост, куда входит емкость датчика, зависящая от контролируемой среды. При разбалансировке моста появляется сигнал в цепи обратной связи между выходом и входом усилителя. При разбалансировке моста, соответствующей отсутствию нефтепродуктов, обратная связь становится положительной и появляется автоколебательный процесс. Часть колебательной энергии через трансформатор пере­ дается на выходной транзистор, в результате чего выход схемы или контакты выходного реле приходят в положение, соответ­ ствующее сигналу об отсутствии нефтепродуктов на уровне раз­ мещения датчика.

Приемное реле имеет фланец для бокового крепления на уровне контроля жидких сред.

Наиболее распространенным приемным реле уровня является

Чувствительным элементом реле является поплавок, который через разделительный сильфон действует на микропереключатель.

Перемещение поплавка происходит под действием выталки­ вающей силы контролируемой жидкости или силы собственного веса.

Монтаж поплавкового реле уровня осуществляется при помощи специального фланца.

Комбинированные приборы и комплекты приемных реле

Выше упоминалось о том, что в ряде случаев несколько одинаковых или различных приемных реле конструктивно объеди­ няются в один комбинированный прибор. Примером служили приборы типа КР, выпускающиеся с несколькими приемными реле давления и температуры. Унифицированные элементы кон­ струкции приемных реле, а именно преобразователи, узлы наст­ ройки и выходные звенья, позволили создать весьма рациональный прибор, удобный для монтажа на дизеле и для стыковки со схе­ мами управления.

Аналогичные преимущества имеют комплектные релейные уст­ ройства, объединяющие определенный набор приемных реле в единую конструкцию. Такие комплекты приемных реле еозданы на базе бесконтактных транзисторных приемных реле температуры, давления, скорости и уровня. Комплектные устройства приемных реле позволяют сократить вес и габариты комплекта приборов по сравнению с соответствующим количеством самостоятельных кон­ струкций приемных реле. Основными типами комплекта бескон-

232

тактных приемных реле являются РК-ЮМ, РК-11М iu РК-12М. Комплекты этих приборов и некоторые технические показатели даны в табл. 21.

Применение комбинированных приборов и комплектов прием­ ных реле становится особенно выигрышно для унифицированных и типовых систем управления дизелями.

Исполнительные устройства систем автоматизации дизелей

Стоп-устройства. Устройства для остановки дизелей подразде­ ляются на два вида. К первому относятся стоп-устройства, обеспе­ чивающие рабочую остановку, ко второму — стоп-устройства, применяемые для аварийной остановки.

Весьма распространенным является рабочее стоп-устройство с защелкой типа РСУЗ, представляющее собой втягивающий прямоходовой электромагнит с автоматической механической защел­ кой, удерживающей якорь во втянутом положении. Устройство имеет-автоматическое отключение-питания при срабатывании.

233