Устройство программного управления разогревом и охлаждением судового двигателя

Устройство программного управления разогревом и охлаждением судового двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗОГРЕВОМ И ОХЛАЖДЕНИЕМ СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее задат- . чик оборотов двигателя, программное устройство связанное через следящую систему с регулятором оборотов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью раслшрения функциональных возможностей оно дополнительно снабжено датчиком температуры двигателя, а программное устройство выполнено в виде -двух блоков вычисления соответственно верхней и нижней границ допустимого диапазона изменения температуры двигателя, блока сравнения, блока логики и коммутатора, причем три входа блока сравнения подключены к коммутатору, а также соответственно к задатчику оборотов и через два блока вычисления - к датчику температуры двигателя, а выход блока сравнения через блок логики связан с входом коммутатора, выход которого подключен к следящей системе. а

0 4 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9} 01}

4(st} F 02 D 28 00

®ИСОЩИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3666328/?5-06 (22) 25. 11. 83 (46) 07.06.85. Бюл. Р 21 (72) Я.,И.д>ридман (53) б?9;12.03(088.8) (56) .1. Цыркин М.И. Автоматизированное управление судовыми дизельнымиустановками. Л., "Судостроение",1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ РАЗОГРЕВОМ И ОХЛАЖДЕНИЕМ

СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее задат- . чик оборотов двигателя, программное устройство, связанное через следящую систему с регулятором оборотов, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей оно дополнительно снабжено датчиком температуры двигателя, а программное устройство выполнено в виде двух блоков вычисления соответ- ственно верхней и нижней границ допустимого диапазона изменения температуры двигателя, блока сравнения, блока логики и коммутатора, причем три входа блока сравнения подключены к коммутатору, а также соответственно к задатчику оборотов и через два блока вычисления — к датчику температуры двигателя, а выход блока сравнения через блок логики связан с входом коммутатора, выход которого подключен к следящей системе.

Изобретение относится к автоматизации судовых энергетических установок, в частности к системам и устройствам управления мощностью и оборотами двигателя, и может быть использовано в системах дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) главными судовыми двигателями.

Обеспечение плавного разогрева (охлаждения) двигателя необходимо 1п для уменьшения до допустимой величины термоперегрузок, которые в динамическом режиме набора (сброса) нагрузки могут значительно превышать термические нагрузки, наблюдаемые в ста-1 ционарном режиме работы двигателя. .Известно устройство программного управления разогревом и охлаждением судового двигателя, содержащее задатчик оборотов двигателя, программное устройство, связанное через следящую систему с регулятором оборотов 1) .

Недостатком известного устройства является то, что йрограмма разогре- д ва (охлаждения) выбирается из условия обеспечения разогрева холодного (или охлаждения горячего) двигателя и для частично разогретого двигателя является избыточно замедленной, что ухудшает маневренные качества судна.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

84 2 блока вычислениями на,.фиг,3 — схема блока логики; на фиг.4 — схема коммутатора; на фиг.5 — схема следящей системы.

В состав устройства входят задатчик 1 оборотов, датчик 2 температуры поверхности двигателя, два блока 3 и 4 вычисления, определяющих значения ми"имальных мин H и"ксимальных вм с оборотов, блок 5 сравнения, формирующий сигнал для блока 6 логики, который вырабатывает выходные сигналы, представленные в табл. 1. Коммутатор

7 вырабатывает сигналы для следящей системы 8, представленные в табл.2.

Следящая система 8 связана с регулятором 9 оборотов.

Блоки 3 и 4 вычисления по текущей температуре t внутренней стенки втулки двигателя определяют границы допустимого диапазона скачкообразного изменения оборотов (мо,„,,,ц„„ ).

Блоки вычисления идентичны, каждый блок (фиг.?.) содержит девять резисторов 10-18, два диода 19 и 20, два операционных усилителя 21 и 22. Блок 6 логики содержит три элемента 23-25 типа ?И, причем первый вход элемента

23 и второй вход элемента ?4 — инверсные. Такая схема формирует КоМ бинацию выходных сигналов У1, У2, УЗ в зависимости от входных сигналов

Х1, Х2 согласно табл. 1.

Поставленная цель достигается тем, что устройство программного 35 управления разогревом и охлаждением судового двигателя, содержащее задатчик оборотов двигателя, программное устройство, связанное через следя- щую систему с регулятором оборотов, дополнительно снабжено датчиком температуры двигателя, а программное устройство выполнено в виде двух блоков вычисления соответственно верхней и нижней границ допустимого диапазона изменения температуры двигателя, блока сравнения, блока логики и коммутатора, причем три входа ,блока сравнения подключены к коммутатору, а также соответственно к задатчику оборотов и через два блока вычисления — к датчику температуры двигателя, а выход блока сравнения через блок логики связан с входом коммутатора, выход которого подключен к следящей системе.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — схема

В качестве коммутатора 7 используется многоканальный переключатель аналоговых сигналов. Следящая система

8 содержит (фиг.5) сумматор 26, усилитель 27, электродвигатель 28, редуктор 29, датчик 30 обратной связи.

Элементы устройства соединены следующим образом. Вход регулятора 9 оборотов через следящую систему 8 соединен с выходом коммутатора 7, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока 6 логики, а четвертый, пятый и шестой входы коммутатора 7 соединены с выходами первого 3 и второго 4 блоков вычисления и выходом задатчика 1 оборотов и одновременно с входами блока 5 сравнения, выходы блока 5 сравнения соединены с.входами блока

6 логики, а вход датчика 2 температуры соединен с входами первого 3 и второго 4 блоков вычисления.

Рассмотрим теоретические основы работы устройства.

Термонапряжения в деталях теля определяются градиентом

Bt(x,C ) р а тур ц.ад С =, который п ри ах

1160084 4 двига- можно получить допустимый диапазон темпе- изменения мощностей разогремин 1 г()минl, В установках с винтом фиксированного шага зависимость оборотов вала от мощности двигателя неоднозначна и зависит от загрузки судна, ветроволновых воздействий и т.д. Однако разброс этих зависимостей невелик и, как правило, руководствуются зависи15 мостью h =f(pl) для номинальной загрузки судна. В установках с винтом регулируемого шага, оборудованных регулятором мощности, зависимость

n= f(t4) однозначна. В этом случае можно получить допустимый диапазон изменения оборотов а1(x, )1

= grad t 1 - градиент тем Õ xо

ix-. ь!

Таким образом, способ управления разогревом (охлаждением) двигателя заключается в том, что замеряют те-.

ЗО кущую температуру нагреваемой стенки выбранной детали двигателя, вьтчисляют допустимый диапазон скачкообразных изменений оборотов вала;. заданные обороты подают на регулятор оборотов в качестве сигнала задания, если они лежат в допустимом диапазоне, верхнее (нижнее) значение допустимого диапазона оборотов подают на регулятор оборотов в качестве сигнала задания, если заданные обороты лежат вьппе (ниже) допустимого диапазона, по предварительной оценке время набора нагрузки с 80 до 100 Ж номинальных оборотов и„ для прогретого двигателя уменьшится на порядок по сравнению с временем нормальной программы разогрева, а время разгона судна — на

15-25X.. и для охлаждения (.) Щ(ЬС")-А г мин В

Таким образом, задаваясь абсолют ной величиной максимально допустимого значения градиента А и зная тем- 45 пературу 1 (О, ) нагреваемой поверхности детали, можно определить диапазон температур (Сг()„ „- ()„„„), в котором любое изменение величины „(.") не приводит к недопустимым SO термонапряжениям. Очевидно, что изменением t(0, .") изменяются и значения

-с„(С ) „ и Сг(7), т.е. выбор максимально допустимого воздействия производится в функции от реального те1 плового состояния двигателя. Учитывая, что мощность двигателя пропорциональна средней температуре газов, ве может значительно превыппать заданное допустимое значение(grac t@ „)=А

Известно также, что наибольшие значения градиента температур при разогреве возникают на стороне нагревания детали (Х=О).

Рассмотрим выражение для граничных условий на стороне нагревания, ператур настороне нагревания,t(0,()— температура детали на стороне нагрева;: t (.") — температура среды (средняя результирующая температура горячих газов); К„, 3 — коэффициенты теплоотдачи (осредненный за цикл, максимальный) и теплопроводности.

Заменив величину Ргдд 1 /Х=О на максимально допустимое значение градиента А, обозначив К„ / )l =В и учитывая, что при нагревании градиент считается отрицательным (рл 4 Сдов =-A) а при охлаждении — положительным (grad Сд =+А), можно записать т A,=-.S.t i St(o <) или для нагревания

St.(Î,Я. ) A

< Ю„

Следует отметить что при этом управление разогревом (охлаждением) двигателя не является управлением на основе имитирующей модели, поскольку в процессе управления не решается основное уравнение теплопроводности, т.е. не испопьзуется модель объекта.

Устройство работает следующим образом.

1160084

Блоки 3 и 4 вычисления на основе информации от датчика 2 температуры вырабатывают сигналы, соответствующие границам диапазона максимально допустимого изменения оборотов двига- 5 теля с учетом его реального состояния. Если заданные обороты лежат в диапазоне П„„„, — п„ан блок 5 сравнения через блок 6 логики и коммутатор 7 в соответствии с табл. 1 и 2 подключает к входу следящей системы 8 сигнал „„ от задатчика 1. Если заданные обороты лежат вне диапазонами - то к входу следящей системы

МИ Н макс

8 подключен сигнал с первого 3 или второго 4 блоков вычисления. При этом происходит разогрев ипи охлаждение двигателя и, следовательно, постепенное (в соответствии с разогревом (охлаждением) изменение диапазо- 20 на п„„„-и„„„, . Разогрев (охпаждение) прекращается, когда о „„ оказывается в диапазонен„„„-,щ„,п на вход регулятора 9 подается сигнал п»А

Блоки 3 и 4 вычисления работавт 25 следующим образом.

Совокупность резисторов 10-12 и 14 и усилителя 21 представляют собой сум- . матор, выходной сигнал которого пропорционален сумме сигналов на выво- щ дах резисторов 10 (смещение) и 14 (вход). На вход сумматора подается сигнал от датчика 2 температуры. Величина смещения выбирается таким образом, что на выходе операционного усилителя 21 блока 3 формируется сигнал, пропорциональный величине е (И + с ), и на выходе усилителя 21

1 блока 4 — сигнал, пропорциональный величине (+ c ), где k, c„, с — константы.

Формирователь аппроксимированной монотонной функции работает следующим образом.

При увеличении входного сигнала до4а определенной величины открывается диод 19, что приводит к уменьшению суммарного сопротивления обратной связи операционного усилителя 22 и уменьшению его коэффициента передачи.

Дальнейшее увеличение входного сигнала приводит к открытию диода 20 и дальнейшему уменьшению коэффициента передачи усилителя 22. Величины резисторов 13, 15-18 и напряжения V (фиг.?) выбираются таким образом, что формйрователь реализует функцию g8lv

Сигнал задания подается на сумматор 26, который формирует сигнал разности заданного и действительного угла поворота вала следящей системы.

Сигнал разности усиливается в усилителе 27 и подается на электродвигатель 28, вращение которого приводит к изменению сигнала датчика 30, и при достижении равенства сигнала от датчика 30 и сигнала задания вращение электродвигателя 28 прекращается.

Таким образом достигается разогрев и охпаждение двигателя с учетом его реального теплового состояния, что позволяет улучшить маневренные качества судна без термоперегрузок двигателя. т а б п и ц а

Х2 У1 у2 уЗ

Х1

О

Таблица 2

Сигналы на выходе

У2

УЗ

0 маКс

О мин

1160084 с

У ц 1 мак

Ъ с 1 Ми Я 13ад ъ, 1

4

ВНИИПИ Заказ 3716/30 Тираж 538 - Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4