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

ние необходимы оператору на случай возникновения какого-либо непредвиденного аварийного режима в работе установки. На бу­ ровых вышках, например, этими кнопками, можно воспользо­ ваться при возникновении опасности повреждения вышки крюкоблоком.

Пост дизелиста имеет второй задатчик для управления ско­ ростью данного дизеля, орган для выключения его разобщитель­ ной муфты, переключатель управления на главный пост, включа­ тель данного дизеля в систему согласования нагрузок, а также датчик блокировки, запрещающей пуск и остановку дизеля после передачи управления на главный пост. На посту располагается

пульт системы контроля с индикаторами аварии дизеля, включе­ ния дистанционного управления и индикаторами расшифровки аварийного сигнала. Здесь же имеются тахометр, указатель на­ грузки дизеля и указатели температур и давлений масла в дизеле и в гидротрансформаторе.

Главный пост может быть удален на расстояние 30—50 м от дизеля. Он позволяет управлять скоростью вращения одного ди­ зеля или группы дизелей, работающих на общую нагрузку, и воз­ действовать на трансмиссию привода. Пост управления дизелиста может находиться непосредственно около дизеля, либо же выно­

22

Исполнительные устройства системы управления на дизеле представляют собой сервомоторы для изменения скорости и согла­ сования нагрузок при параллельной работе. Помимо регулятора скорости, на дизеле монтируется датчик его нагрузки, а также устройства систем сигнализации, защиты и пуска. Сюда отно­ сятся главный пусковой клапан, нормальное и аварийное стопустройства, насос прокачки масла в приводным дизелем, реле ско­ рости вращения, а также датчики параметров дизеля, по которым производится его защита. На дизеле имеются также дополнитель­ ные органы ручного местного управления.

В зависимости от назначения привода, условий его работы, числа используемых дизелей объем автоматизации может меняться, но общая структура системы при этом сохраняется.

К современным системам дистанционного автоматизированного управления — силовым дизельным приводам — предъявляются следующие технические требования. Системы ДАУ должны обе­ спечивать:

плавное бесступенчатое изменение скорости вращения дизелей в диапазоне 40—105% от номинальной скорости;

изменение скорости вращения группы синхронно работающих дизелей с главного поста посредством единого органа управления. При этом каждому положению органа управления должна соот­ ветствовать определенная скорость вращения дизелей;

изменение скорости вращения каждого дизеля с соответствую­ щего поста дизелиста;

переключение управления каждым дизелем с поста дизелиста на главный пост посредством органа, расположенного на посту дизелиста;

пуск и остановку каждого дизеля с поста дизелиста; аварийную остановку дизелей с главного поста.

•В системе ДАУ необходимо предусматривать блокировку пуска и остановки дизеля после переключения управления с поста дизелиста на главный пост (кроме аварийной остановки).

Система управления должна допускать удаление главного поста от дизелей на расстояние до 50 м. Расстояние между дизе­ лями не превышает 5 м.

Быстродействие следящих цепей управления скоростью ди­ зеля (время запаздывания плюс время отработки полного сигнала) должно быть не более 4 с. Время запаздывания не должно пре­ вышать 1 с .

Статическая ошибка установки скорости дизеля должна быть не более 3% от номинальной скорости.

Рассогласование нагрузок дизелей при параллельной работе не должно превосходить 5% от номинальной мощности одного дизеля в диапазоне 50—100% нагрузки. Для получения высокой точности распределения нагрузки в системе ДАУ допускается использование специальных устройств для автоматического со­ гласования нагрузок.

23

Требуемая работоспособность исполнительных устройств управления скоростью составляет до 500 кгс-м в случае регуля­ торов прямого действия и до 50 кгс-м в случае регуляторов не­ прямого действия. Учитывая заданное быстродействие цепей управления, требуемая мощность исполнительных устройств не превосходит .соответственно 20 и 2 Вт.

На случай потери оперативного питания или отказов системы ДАУ необходимо предусматривать аварийные органы для ручного пуска, остановки и изменения скорости вращения, расположенные непосредственно на каждом дизеле.

Во многих случаях системы управления должны надежно работать при температуре от +40 до —40° С, а также в условиях

Рис. 5. Статические характеристики всережимного регулятора скорости дизеля силового привода

высокой влажности и запыленности воздуха. Устройства ДАУ должны также надежно работать в условиях вибраций дизелей.

Системы регулирования скорости дизелей должны быть всережимными с регуляторами прямого или непрямого действия и

институтом Гипронефтемаш, регуляторы должны обеспечивать полную подачу топлива, начиная от 40% номинальной скорости вращения дизеля.

Минимально устойчивая скорость вращения дизеля, поддер­ живаемая регулятором на холостом ходу, не должна быть выше 30% от номинального значения.

Наклон статической характеристики регулирования должен находиться в пределах 8—12%.

Регулятор должен'давать увеличение подачи топлива не менее ' чем на 15% от номинального значения при падении скорости вра­ щения под влиянием перегрузки до 70% от номинала. Такое уве­ личение подачи достигается за счет специального корректора ста­ тической характеристики, встраиваемого в регулятор.

24

На рис. 5 показана область статических характеристик всережимного регулятора дизеля силового привода, соответствую­ щая приведенным техническим требованиям. По оси абсцисс отложена относительная скорость вращения измерителя регуля­ тора (или дизеля), а по оси ординат—относительное установив­ шееся положение выходного органа регулятора (или подача топлива). Здесь линия ab представляет собой номинальную ста­

4.ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

КСИСТЕМАМ СИГНАЛИЗАЦИИ, ЗАЩИТЫ

ИАВТОМАТИЗАЦИИ ПУСКА

Разнообразие дизелей, применяемых для силового привода, обусловливает различные требования к их автоматизации.

Требования к автоматизации дизелей силового привода в первую очередь определяются экономической или технической целесо­ образностью. В последние годы в связи с использованием дизель­ ных агрегатов в отдаленных районах страны остро стоят вопросы об ограничении числа обслуживающего персонала и об увеличении сроков необслуживаемой работы дизелей. Поиски путей повыше­ ния производительности труда, задачи снижения стоимости работ также определяют необходимость автоматизации дизельного привода.

Однако задачи автоматизации дизелей не всегда связаны с соображениями экономической целесообразности. Использова­ ние дизелей для привода оборудования, работающего в аварийных случаях, невозможно без полной автоматизации режимов пуска, исключающей необходимость участия человека.

Примером могут служить аварийные пожарные насосы с авто­ номным дизельным приводом, устанавливаемые на электростан­ циях, пуск которых должен быть обеспечен в ситуациях, когда вмешательство обслуживающего персонала может оказаться не­ возможным.

Необходима автоматизация и в процессах контроля, когда быстротечность развития аварийных режимов намного превышает разрешающую способность действий человека и только специально спроектированные системы автоматизации могут обеспечить обна­ ружение развития таких опасных режимов и защиту дизедьного агрегата от разрушения.

Для удовлетворения различных требований по автоматизации

25

сигнализацию и защиту. Такой объем автоматизации предполагает необслуживаемую работу после запуска и ввода под нагрузку в те­ чение не менее четырех часов.

Вторая степень предусматривает помимо всего объема по пер­ вой степени автоматизацию операций пуска, остановки, групповой работы и дистанционного управления. Объем автоматизируемых операций по второй степени предусматривает обеспечение необ­ служиваемой работы дизелей мощностью до 150 л. с. в течение 16 ч, а дизелей свыше 150 л. с. в течение 24 ч.

Третья степень предполагает полную автоматизацию как ди­ зеля, так и вспомогательных устройств, с тем чтобы исключить участие человека в управлении агрегатом на станциях, работаю­ щих «на замке».

Время необслуживаемой работы агрегатов, автоматизирован­ ных по третьей степени, должно быть не менее 150 ч, где исполь­ зуются дизели мощностью до 150 л. с , и не менее 240 ч для дизе­ лей свыше 150 л. с.

Четвертая степень включает в себя автоматизацию дизельного агрегата и вспомогательного оборудования и возможность под­ ключения систем автоматизации к централизованным системам контроля и управления, обеспечение комплексной автоматизации различного энергетического и технологического оборудования. Время необслуживаемой работы для этого объема автоматизации не менее 240 ч.

Вторая степень применяется в основном для вновь проекти­ руемых агрегатов, в то время как первая степень автоматизации является обязательной и обеспечивается в том или ином объеме на всех выпускаемых дизелях. Третья и четвертая степени авто­ матизации для дизелей силового привода применения пока не нашли.

Независимо от характера и объема автоматизации дизелей к системам автоматизации предъявляется ряд общих требований, выполнение которых является обязательным. К этим требова­ ниям относятся надежность работы в определенных условиях, ресурс, простота обслуживания. Надежность систем автомати­ ческого управления в последнее время стала обязательным норма­ тивным показателем. Исключение человека из участия в контроле и управлении обусловило создание таких систем, которые могли бы выплнять свои функции с вполне определенной надежностью. Одним из наиболее характерных показателей надежности является вероятность безотказной работы за заданное время непрерывной работы.

Для небольших систем автоматизации дизелей, например автоматизация по первой степени, вероятность безотказной работы нормируется величинами 0,90—0,95 за 2000 ч непрерывной ра­ боты. Для систем с большим объемом автоматизируемых операций и, следовательно, с большим числом элементов, этот показатель может быть несколько меньшим.

26

Большое значение имеет величина ресурса устройств автома­ тики дизелей: Этот показатель важен не только для обеспечения одноразового монтажа агрегата на объекте, но и для правильного выбора элементов системы автоматизации. Он может быть задан календарной длительностью эксплуатации, величиной моточасов работы с дизелем или количеством циклов срабатывания.

Календарная длительность эксплуатации систем устанавли­ вается, какправило, в 6—7 лет. Ресурс по моточасам для систем автоматизации в нормативных документах установлен в 10 ООО

моточасов или более. Что касается нормы по количеству циклов срабатывания, то в зависимости от назначения систем она может колебаться от 10 ООО до 3000 срабатываний.

При оценке системы автоматизации дизелей особое внимание следует обращать на простоту обслуживания. Здесь имеются в виду вопросы контроля, поиска неисправностей, демонтажа от­ дельных звеньев системы, возможность использования имеющихся на объекте источников питания. Простоте обслуживания способ­ ствует создание унифицированных средств автоматизации и ти­ повых схем управления. Это облегчает обучение обслуживающего персонала и упрощает вопросы ремонта.

Для обеспечения работоспособности систем в условиях, специ­ фичных для эксплуатации того или другого вида дизельных агре­ гатов, при проектировании задают нормы исходя из этих условий.

Такими нормами являются:

1. Температура окружающей среды. Могут быть установлены три уровня температур. Для дизельных агрегатов, эксплуатируе­ мых в закрытых помещениях +5-f- -{-50° С. Для дизельных агре­ гатов, эксплуатируемых на открытых площадках, — 40н - +50°С .

Идля агрегатов в северном исполнении —50ч--}-40о С.

2.Относительная влажность окружающего воздуха. Норма относительной влажности для дизелей силового привода обычно задается верхним пределом и составляет 95 ± 3% при 25° С тем­ пературы окружающего воздуха.

3. Виброударостойкость. Требования по виброударостойкости в первую очередь направлены на. обеспечение работоспособ­ ности приборов и устройств автоматизации, навешиваемых' на дизель, и в особенности в тех случаях, когда агрегаты работают на объектах, испытывающих ударные сотрясения.

Могут быть предъявлены и специальные требования к системам автоматического управления, такие, например, как взрывобезопасное исполнение, пылезащищенное исполнение и исполнения для эксплуатации на севере или в тропиках.

Для схем автоматического управления дизелями силового дизельного привода свойственны определенные технические реше­ ния, обусловливающие оптимальные пути получения необходимых характеристик.

Рассматривая характер протекания процессов управления раз­ личными дизельными установками силовых агрегатов, можно

27

установить, что схемы управления должны строиться на рефлекс­ ном принципе, т. е. таким образом, чтобы начало каждой после­ дующей операции управления определялось получением доста­ точной информации о завершении предыдущей. Такой путь по­ строения схем помимо отражения специфики работы дизелей обе­ спечивает также гарантию соблюдения технологии операций управ­ ления и надежную работу дизельных агрегатов в различных экс­ плуатационных режимах. Рефлексный принцип построения схем управления становится обязательным припроектировании уни­ фицированных систем, предназначенных для управления дизелями различных типов и назначений.

Одним из существенных условий правильного построения схем является обеспечение консерватизма ряда ответственных для усло­ вий эксплуатации цепей управления. В первую очередь это отно­ сится к цепям управления остановочными и нагрузочными уст-^ ройствами. Консервативность цепей управления в данном случае

защиты.

Анализируя структуру имеющихся систем автоматического управления дизелей, можно определить, что цепи, к которым требование консерватизма является обязательным, будут: цепь управления рабочим стоп-устройством, цепь управления аварий­ ным стоп-устройством, цепь управления нагрузочным устрой­ ством, соединяющим дизель с приводимым оборудованием, и цепи управления работой автономных насосов, обеспечивающих цир­ куляцию в системах охлаждения и смазки работающего дизеля. Естественно, что для каждой из указанных цепей управления харак­ тер консерватизма будет определяться из анализа работы объекта управления. Так, для стоп-устройств при потере оперативного питания и последующем его восстановлении не должно происхо­ дить их срабатывание. В то же время не должно происходить отпускание устройств, включающих дизель под нагрузку или управляющих работой автономных насосов.

Задачи консерватизма могут решаться как за счет построения цепей управления, так и за счет конструкции исполнительных устройств.

Важной характеристикой цепей управления систем атоматизации дизелей является их быстродействие.

Для некоторых цепей эта характеристика является важнейшей при оценке возможности использования тех или иных средств для автоматизации дизелей. Примером может служить цепь защиты дизелей от разноса.

Полное время срабатывания такой цепи tp может быть раз­ бито на три составляющих:

28

от конструкций дизелей может лежать в пределах от долей се­ кунды до нескольких секунд. Допустимые границы превышения номинальной скорости (со' — cog) в зависимости от конструкции дизельного агрегата лежат в пределах 0,25—0,35.

Условия обеспечения необходимого быстродействия цепей защиты дизеля при разносе определяются следующим нера­

венством: ty - f tK +

Анализ работы цепей защиты от разноса различных дизелей позволяет сделать вывод, что быстродействие таких цепей не должно превышать 0,4 с. Распределение времени ^р между состав­

Особого внимания заслуживает вопрос выбора вида оператив­ ной энергии для дискретных схем управления.

Цыбор оперативной энергии обусловлен рядом обстоятельств и в первую очередь обеспечением главных технических характе­ ристик системы, ее экономичностью, удобством эксплуатации. Наибольшее распространение получили электрическая и пневма­ тическая энергии для цепей управления и контроля.

Это объясняется наличием достаточной номенклатуры прибо­ ров, устройств и логических элементов, работающих на электри­ ческой и пневматической энергии. Однако электрические дискрет­ ные схемы управления и в особенности схемы контроля нашли большее распространение и имеют тенденцию к дальнейшему раз­ витию.

Могут„быть определены общие принципы построения си­ стем автоматического управления и найдены решения унификации устройств автоматизации для ряда типов дизелей и для различных областей эксплуатации.

29

Глава II

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ДИЗЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ

5.ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Применение силового дизельного привода связано с частыми

силовые приводы различных лебедок, которым свойственна ци­ кличная работа. В таких приводах в течение каждого цикла ско­ рость вращения дизелей меняется от минимального до номиналь­ ного значения, а уровень нагрузки колеблется от нуля до макси­ мума. В этих условиях производительность привода, экономич­ ность работы дизелей и долговечность всех агрегатов установки существенно зависят от умения оператора правильно изменять ско­ рость дизелей и в то же время подводить к ним внешнюю на­ грузку, управляя муфтой, а иногда и тормозом лебедки.

Изучение переходных процессов при управлении позволяет определить влияние методов управления на показатели работы привода. Такое изучение выявляет необходимые законы измене­ ния скорости и нагрузки дизелей, при которых обеспечивается минимальное время разгона системы и цикла подъема, достигается наиболее экономичная работа дизелей и исключаются недопусти­ мые перегрузки привода. Знание оптимальных законов управления необходимо для создания автоматизированных систем управле­ ния, облегчающих труд обслуживающего персонала и позволяю­ щих получить высокие показатели работы привода даже при недо­ статочной квалификации операторов.

чей.

На рис. 6 показана принципиальная схема трехдизельного силового привода с механической передачей. В данном случае будем рассматривать эту установку как двухмассовую систему, состоящую из ведущей и ведомой частей 1 и 3, соединенных между собой фрикционной разобщительной муфтой 2. Ведущая часть представляет собой дизельный привод, состоящий из дизелей и жестко связанных с ними передач, валов и ведущего элемента муфты. Ведомая часть состоит из ведомого элемента муфты, барабана лебедки, талевой системы и перемещаемой массы (груза).

30

Поскольку параллельно работающие дизели жестко соединены между собой, они всегда будут иметь одну и ту же общую угловую скорость. Управление дизелями ведется через всережимные

пружины регуляторов дизели мгновенно развивают максимальный крутящий момент. Это означает, что на регуляторы подается скач­ кообразный управляющий сигнал, регуляторы не обладают инер­ цией, а дизели развивают максимальный крутящий момент на упоре рейки без какого-либо запаздывания.

Рис. 6. Схема дизельного привода лебедки с механической пере­ дачей

Мя = const. Крутящий момент дизелей на упоре рейки яв­ ляется величиной постоянной и не зависит от скорости вращения.

Мм == kt. Крутящий момент, передаваемый муфтой, нарастает пропорционально времени.

Мн = const. Статический крутящий момент нагрузки является постоянным и не зависит, например, от пути или скорости переме­ щаемой массы. Практически это означает, что груз жестко связан с лебедкой.

На рис. 7 графически представлен общий случай процесса раз­ гона двухмассовой системы при указанных выше допущениях, в случае одновременного начала разгона дизелей и включения муфты. Вверху показано изменение крутящих моментов, дей­

31