Устройство управления судовой энергетической дизельной установкой
Владельцы патента RU 2343088:
Федеральное государственное образовательное учреждение Государственная Морская Академия им. адмирала С.О. Макарова (RU)
Изобретение относится к судостроению, в частности к системам дистанционного автоматизированного управления судовыми энергетическими установками (СЭУ). Устройство содержит магнитоупругий датчик крутящего момента, состоящий из двух перекрестных магнитоупругих преобразователей, расположенных с двух противоположных сторон гребного вала и выполненных с измерительными обмотками. Датчик выполнен с возможностью измерения механических напряжений, вызванных крутильными колебаниями и постоянной составляющей крутящего момента. Имеются схема компенсации нулевого сигнала, а также система дистанционного автоматизированного управления главным двигателем судовой энергетической установки. Кроме того, в устройство введены синхронный детектор, фильтры нижних частот, фильтр верхних частот и пороговые устройства. Изобретение позволяет повысить надежность и экономичность судовой энергетической установки за счет предохранения дизеля от работы в области механических напряжений от крутильных колебаний, превышающих заданное значение, и осуществления защиты его от перегрузки. 1 ил.
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.
Устройство для управления судовой энергетической установкой, содержащее магнитоупругий датчик крутящего момента, состоящий из двух перекрестных магнитоупругих преобразователей, расположенных с двух противоположных сторон гребного вала и выполненных с измерительными обмотками, схему компенсации нулевого сигнала, систему дистанционного автоматизированного управления главным двигателем судовой энергетической установки, отличающееся тем, что в него введены синхронный детектор, фильтры нижних частот, фильтр верхних частот и пороговые устройства, а магнитоупругий датчик крутящего момента выполнен с возможностью измерения механических напряжений, вызванных крутильными колебаниями и постоянной составляющей крутящего момента, причем измерительные обмотки перекрестных магнитоупругих преобразователей магнитоупругого датчика крутящего момента включены последовательно и через схему компенсации нулевого сигнала и первый фильтр нижних частот подключены к входу синхронного детектора, выполненного с возможностью реагирования на изменение знака механических напряжений от крутильных колебаний, к выходу синхронного детектора подключен вход второго фильтра нижних частот, выполненного с возможностью выделения огибающей амплитуды выходного сигнала магнитоупругого датчика крутящего момента, к выходу второго фильтра нижних частот подключен вход фильтра верхних частот, выполненного с возможностью выделения переменной составляющей механических напряжений от крутильных колебаний, к выходу фильтра верхних частот подключен вход третьего фильтра нижних частот, выполненного с возможностью усреднения переменной составляющей механических напряжений от крутильных колебаний, к выходу третьего фильтра нижних частот подключен вход первого порогового устройства, выполненного с возможностью подачи сигнала на систему дистанционного автоматизированного управления при превышении заданного значения механическим напряжением от крутильных колебаний, к выходу второго фильтра нижних частот подключен вход четвертого фильтра нижних частот, выполненного с возможностью выделения составляющей механических напряжений от постоянной составляющей крутящего момента, к выходу четвертого фильтра нижних частот подключен вход второго порогового устройства, выполненного с возможностью подачи сигнала на систему дистанционного автоматизированного управления при превышении заданного значения механическим напряжением от среднего крутящего момента.
