УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ

Изобретение относится к судостроению, в частности к системам дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) судовыми энергетическими установками (СЭУ). Цель изобретения - повышение надежности и экономичности СЭУ.

Высокие экономические и энергетические показатели дизелей средней и большой мощности привели к их широкому распространению в судовых энергетических установках (СЭУ).

Из-за своих конструктивных особенностей дизель является самым мощным возбудителем крутильных колебаний в системе двигатель - валопровод - движитель.

При резонансных крутильных колебаниях амплитуды переменных механических напряжений в элементах валопровода могут превышать номинальные значения в 5-7 раз [1].

В практике эксплуатации встречаются редкие случаи поломки валов под действием крутильных колебаний.

Основное влияние крутильные колебания оказывают на надежность и долговечность узлов, связанных с валопроводом: зубчатых и цепных передач, распределительных валов, мотылевых и головных подшипников, упругих муфт и т.п.

Повреждения, вызванные крутильными колебаниями, понижают надежность судовой энергетической установки, повышают эксплуатационные расходы и угрожают безопасности плавания.

Значительная часть энергетических установок современных судов имеет запретные зоны частоты вращения для длительной работы.

В кн. авт. Тимофеев Ю.К. Системы управления судовыми энергетическими процессами. - СПб.: Судостроение, 1994., описаны системы дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) главных двигателей СЭУ: FAHM-S, FAMP-M, FAMP-S фирмы ASEA (Швеция), Geamot 90C фирмы SYSTEMTECHNIK NORD (Германия), в которых предусмотрены устройства, не позволяющие работать в зоне критической частоты вращения [2].

Наряду с этим в ДАУ имеются устройства, предохраняющие дизель от перегрузки. Нагрузка дизеля определяется косвенным образом по положению рейки топливных насосов.

Критическое значение частоты вращения определяется расчетным методом и проверяется во время испытаний СЭУ.

Увеличение мощности и сложности СЭУ приводит к появлению резонансных крутильных колебаний в диапазоне рабочих частот вращения [3].

На судах с винтом регулируемого шага (ВРШ) появление крутильных колебаний зависит от нагрузки ДВС СЭУ [4].

Наиболее сильно крутильные колебания проявляются при минимальном значении среднего крутящего момента.

В этом режиме работы механические напряжения от крутильных колебаний, изменяя свой знак, значительно превышают напряжения от среднего крутящего момента.

С ростом угла поворота лопастей ВРШ происходит уменьшение механических напряжений от крутильных колебаний.

При больших углах поворота лопастей ВРШ механические напряжения от крутильных колебаний исчезают.

Появление и исчезновение крутильных колебаний вызваны изменением нагрузки и происходят при постоянном значении частоты вращения гребного вала.

Для предотвращения работы СЭУ при больших значениях механических напряжений, вызванных крутильными колебаниями, и защиты дизеля от перегрузки предлагается использовать магнитоупругий датчик крутящего момента.

1. Авторское свидетельство №669231. Бюллетень №23. 25.06.79. Устройство для измерения крутящего момента на вращающихся валах. Жадобин Н.Е. и др.

2. Авторское свидетельство №1229612. Бюллетень №17. 07.05.86. Устройство для измерения крутящего момента и мощности силовой установки. Жадобин Н.Е. и др.

3. Авторское свидетельство №1527521. Бюллетень №45. 07.12.89. Устройство для измерения характеристик судовой силовой установки. Жадобин Н.Е. и др.

Устройство для управления судовой энергетической установки содержит магнитоупругий датчик крутящего момента, состоящий из двух перекрестных магнитоупругих преобразователей 1, 2; расположенных с двух противоположных сторон вала.

Выходной сигнал магнитоупругого датчика крутящего момента, снимаемый с двух последовательно включенных измерительных обмоток перекрестных магнитоупругих преобразователей, через схему компенсации нулевого сигнала 3 подается на фильтр нижних частот 4, предназначенный для выделения первой гармонической составляющей.

Фильтр нижних частот 4 подключен к синхронному детектору 5, реагирующему на изменение знака механических напряжений, вызванных крутильными колебаниями.

Выходной сигнал синхронного детектора подается на второй фильтр нижних частот 6, служащий для выделения огибающей амплитуды выходного сигнала магнитоупругого датчика крутящего момента. К выходу фильтра нижних частот подключены: фильтр верхних частот 7 и третий фильтр нижних частот 8, который служит для выделения среднего значения механических напряжений.

К выходу фильтра верхних частот 7 подключен четвертый фильтр нижних частот 9, выходной сигнал которого пропорционален механическим напряжениям от крутильных колебаний.

Выходы фильтров нижних частот 8 и 9 подключены к соответствующим пороговым устройствам 10 и 11.

При превышении механическим напряжением от крутильных колебаний заданного значения пороговое устройство 11 изменяет свое состояние, подавая сигнал в систему ДАУ 12.

Аналогично при превышении механическим напряжением от среднего крутящего момента заданного значения пороговое устройство 10 изменяет свое состояние, подавая сигнал в систему ДАУ 12.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет предохранить дизель СЭУ от работы в области механических напряжений от крутильных колебаний, превышающих заданное значение, и защитить его от перегрузки.

Структурная схема устройства показана на чертеже

Литература

1. Г.И.Бухарина, М.Ю.Иванов, В.И.Тимофеев. Анализ существующих методов расчетов и способов измерения крутильных колебаний судовых валопроводов и тенденций их усовершенствования. РМРС НТС №23, СПб., 2000.

2. Ю.К.Тимофеев. Системы управления судовыми энергетическими установками. - СПб.: Судостроение, 1994.

3. А.Г.Агуреев, Ю.С.Баршай. Крутильные колебания и надежность судовых валопроводов. - М.: Транспорт, 1982.

4. Н.Е.Жадобин. Магнитоупругие преобразователи в судовой автоматике. - Л.: Судостроение, 1985.