АВТОМАТИЗАЦИЯ
СУДОВЫХ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

УСТАНОВОК

И СИСТЕМ

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено Управлением кадров и учебных заведений

। Департамента судостроительной промышленности
' в качестве учебника для судостроительных
техникумов

С.-ПЕТЕРБУРГ
„СУДОСТРОЕНИЕ"
1993


ББК 39.455

А18

УДК 629.12.03- 52(078.5)

Федеральная целевая программа книгоиздания России

Авторы: В. А. Андрезен, М. Э. Гольдберг, В. Н. Городущенко,|ю, Н. Уваров]

Рецензенты: инж. Ю. С. Немокаев, В. М. Строгецкий

А18 Автоматизация судовых энергетических установок и систем/
В. А. Андрезен, М. Э. Гольдберг, В. Н. Городущенко, |Ю. Н. Уваров!:
Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. ~сПб-: Судостроение, 1993. -
278 с.: ил.

ISBN 5-7355-0253-0

В учебнике приведены основы теории автоматического регулирования,
описания и характеристики элементов судовых автоматизированных систем
управления (АСУ). Рассмотрены последовательность проектирования АСУ,
примеры статических и динамических расчетов. В отличие от первого изда-
ния книги (выходило в 1973 г.) представлены более современные схемы АСУ
судовыми энергетическими установками и системами, необходимые сведе-
ния по их наладке, монтажу и испытаниям.

Учебник предназначен для студентов судостроительных и судомехани-
ческих техникумов, может быть полезен инженерам и техникам судострои-
тельных специальностей.

2705140300-017

А	Без объявл.	ББК 39.455

048(01)—93

ISBN 5-7355-0253-0	© Издательство „Судостроение”, 1993

© В. А. Андрезен, М. Э. Гольдберг

В. Н. Городущенко,|Ю. Н. Уваров],1993,

с изменениями
© Обложка художника А. А. Парушкина, 1993
ОТ АВТОРОВ

Современный этап развития судостроения характеризуется широ-
кой автоматизацией производственных процессов на судах. Создание
автоматизированных систем управления (АСУ) судовыми энергетиче-
скими установками (СЭУ) и другими техническими средствами - одно
из основных направлений повышения эффективности эксплуатации
морских судов. Рост объема автоматизации, усложнение систем и
средств автоматизированного управления, регулирования и контроля
требуют от специалистов, проектирующих и внедряющих эти системы
и устройства, знаний основ теории построения АСУ, методов обеспече-
ния и повышения их надежности.

Настоящий учебник предназначен студентам судостроительных
средних специальных учебных заведений, обучающихся по специаль-
ностям „Судовая автоматика” и „Судовые машины и механизмы”.
Его также могут использовать инженеры и техники судостроительных
Специальностей, начинающие работать в области автоматизации систем
•управления. При изложении материала авторы стремились к рацио-
нальному сочетанию объема теоретической и практической частей,
к более четкому выделению основных направлений автоматизации
СЭУ и других судовых систем.

.,, Используемый математический аппарат доступен учащимся тех-
никумов.

В гл. 8 и 9 содержится материал, который обычно служит основой
курсовогеи дипломного проектирования учащихся.

Гл. 1,% 3, 5 написаны В. А. Андрезеном; гл. 9, § 4.2 - М. Э. Гольд-
бергом; г£ 6, 7, 8 - Ю. Н. Уваровым; гл. 10 и § 4.1, 4.3 - В. Н. Городу-
щенко. ’

Авторы считают своим долгом выразить признательность Г. А. За-
харову, Б. Д. Ремизову, А. А. Лапковской и др., оказавшим помощь
в подборе и оформлении материалов книги.

Отзывы и замечания следует направлять по адресу: 191065, С.-Пе-
тербург, ул. Гоголя, 8, издательство „Судостроение”.
ВВЕДЕНИЕ

Современные транспортные суда оснащены множеством различных
по назначению агрегатов, механизмов, приборов и устройств, которые
в совокупности составляют технические средства судна. В комплекс
основных технических средств судна входят главная и вспомогатель-
ная энергетические установки, судовые системы, электроэнергетиче-
ская установка, палубные механизмы и устройства, грузовые средства
судна с приборами и устройствами их автоматизации.

'"Энергетическая установка и судовые системы занимают важней-
шее место в комплексе технических средств, обеспечивая движение
и живучесть судна, использование остальных технических средств
по прямому назначению, создание необходимых условий работы и бы-
та экипажа. По составу оборудования и характеру протекающих про-
цессов энергетическая установка и судовые системы представляют
наибольшую сложность в обслуживании и управлении^ак, в паротур-
бинную установку (ПТУ) входят паровые котлы, турбины, конденсато-
ры, десятки различных теплообменных аппаратов, насосов, емкостей
и другого оборудования. Температура и давление генерируемого
в котле и поступающего в турбину пара достигают соответственно
500. . . 520 °C и 5... 8 МПа; чрезвычайно высоки скорости протекаю-
щих в ПТУ процессов.

Механизмы и агрегаты судовых систем также достаточно сложны
по устройству, а кроме того, рассредоточены по всему судну. Специ-
фические условия эксплуатации судового оборудования (качка, повы-
шенные температура и влажность, ограниченные габариты помещений)
усложняют работу обслуживающего персонала. В этих условиях непо-
средственное участие человека в рабочих процессах снижает эффек-
тивность эксплуатации судна, требует значительных затрат физическо-
го труда, увеличивает возможность возникновения аварийных ситуа-
ций по вине обслуживающего персонала.

Повышение эффективности эксплуатации судовых технических
средств и особенно СЭУ и других судовых систем неразрывно связано с
механизацией и автоматизацией производственных процессов,
операций обслуживания и управления. Механизация позволяет облег-
чить труд человека, освободить его от тяжелых физических нагрузок
посредством применения различного рода механизмов и приспособле-
ний, оставляя за человеком функции непосредственного управления
оборудованием. Примером таких устройств служат механизмы подачи
топлива в топки котлов, очистки сажи, перемещения тяжелых грузов
ит. д. Автоматизация производственных процессов и операций позво-
ляет возложить функции непосредственного управления оборудова-
нием и контроля за протекающими процессами на автоматические
устройства и системы.

р Внедрение автоматических устройств управления СЭУ и судовыми
системами происходило постепенно по мере их развития и совершен-
ствования. На первом этапе автоматизировали только отдельные агре-
гаты и механизмы судовых установок, автоматические устройства не
были связаны между собой, управление оборудованием осуществля-
лось с местных постов силами экипажа судна. По мере накопления
опыта эксплуатации были созданы более совершенные автоматические
устройства и системы, что позволило перейти к централизации контро-
ля за рабочими процессами, к дистанционному управлению отдельны-
ми механизмами с изолированных постов, автоматическому регулиро-
ванию большей части непрерывных процессов^суда типа „Ленинский
комсомол”, „Прага”).

Наиболее интенсивное развитие процесс автоматизации СЭУ и су-
довых систем получил в 1960-х гг. Этот период характеризуется пере-
ходом к комплексной автоматизации судовых технических средств,
обеспечивающей значительное повышение эффективности эксплуата-
ции судов. В результате централизации контроля и управления обору-
дованием СЭУ и судовыми системами, оснащения их совершенными
АСУ, применения устройств автоматического контроля и регистрации
Появилась возможность значительно сократить численность машинной
команды, обслуживающей установку. Так, на многих судах зарубеж-
ной постройки в результате внедрения комплексной автоматизации
сокращение численности экипажа составило 15. . .50%, а на некото-
| рых высокоавтоматизированных японских судах - до 70 %. Внедрение
автоматизации на судах речного флота СССР дает ежегодный экономи-
ческий эффект, достигающий около 4,5 млн руб. Комплексная автома-
тизация технических средств морского сухогрузного судна дедвейтом
около 20 тыс. т позволяет увеличить годовую провозоспособность
судна на 3. . . 5 % при одновременном уменьшении эксплуатационных
расходов на 3... 4 %, а также высвободить для использования в дру-
гих отрафях народного хозяйства от 7 до 12 чел. Немаловажное зна-
чение имеет и социальный аспект автоматизации, учитывающий суще-
ственное Облегчение труда моряков, приближение условий их работы
к береговым.

Регистром СССР введено два основных класса автоматизации:
класс А] - суда с безвахтенным обслуживанием машинного отделе-
ния; класс А2 - суда с сокращенной вахтой в машинном отделении
на ходу и стоянке (например, вахтенное обслуживание машинного
отделения одним человеком из центрального поста управления).

Достигнутые практические успехи во внедрении автоматизации
позволяют в настоящее время строить и эксплуатировать суда с клас-
сом автоматизации А1. На многих судах управление всеми техниче-
скими средствами на ходовом режиме осуществляет один оператор из
центрального поста управления (суда типов „Победа”, „Харитон
Греку”, „Бухта Русская” и др.).

Важнейший этап развития автоматизации СЭУ и судовых систем -
это внедрение электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ)
для комплексного оптимального управления судном и его энергети-
ческой установкой.

Широкая автоматизация производственных процессов на судах
была бы невозможна без создания научно-технической базы, разработ-
ки теории автоматического регулирования и управления. Большой
вклад в их развитие внесли русские ученые, специалисты и изобрета-
тели. Первый автоматический регулятор питания котла водой, прин-
цип действия которого лежит в основе большинства современных ре-
гуляторов, был сконструирован в 1765 г. И. И. Ползуновым. Научно
обоснованные методы создания работоспособных регуляторов были
в 1876 г. впервые сформулированы проф. И. А. Вышнеградским в рабо-
те „Об общей теории регуляторов”. Важное значение имели труды рус-
ского математика А. М. Ляпунова (1867-1918), создавшего общую
теорию устойчивости равновесия и движения. Большую роль в разви-
тии теории автоматического регулирования сыграли работы члена-
корреспондента Академии наук СССР И. Н. Вознесенского (1887-1946).

Применение средств вычислительной техники в новейших автома-
тизированных системах в значительной мере основано на работах
советских ученых А. Н. Колмогорова, В. А. Котельникова, В. А. Тра-
пезникова, В. М. Глушкова, М. Ш. Шифрина.

Прочная теоретическая и производственная база, замечательные
традиции, опыт и знания коллективов судостроительных и приборо-
строительных предприятий позволили добиться определенных успе-
хов в строительстве автоматизированных судов. Полностью автомати-
зируются все речные суда новой постройки, достигнута высокая сте-
пень автоматизации технических средств атомных ледоколов типа
„Арктика”, „Россия”. Комплексы автоматизации технических средств
„Залив” и „Залив-М” установлены на большинстве морских сухогруз-
ных судов и танкеров отечественной постройки. Эти достижения слу-
жат залогом того, что поставленные перед судостроителями задачи
по созданию современного морского флота, оснащенного высокоэко-
номичными комплексно-автоматизированными судами, будут успеш-
но выполнены.
Раздел I.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

Г лава 1.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

§ 1.1. Классификация автоматизированных
систем управления (АСУ)

Судовые энергетические установки (СЭУ) и их системы являются
сложными устройствами, которые состоят из большого количества
отдельных механизмов, агрегатов и устройств, связанных между собой
и управляемых человеком в процессе работы. Управление СЭУ озна-
чает ее пуск и остановку, перевод с одного режима работы на другой,
поддержку с заданной точностью определенного режима работы и
предотвращения аварийных состояний. Так, управление дизелем заклю-
чается в его пуске, поддержании требуемой частоты вращения, ревер-
се, остановке. Кроме того, нельзя допускать аварийных ситуаций при
работе дизеля, например, при пониженном давлении масла, смазки
(при отсутствии или малом количестве масла, подаваемого к подшип-
никам, возможно их выплавление и выход дизеля из строя). Все опе-
рации, осуществляемые в процессе управления, должны выполняться
в заданной последовательности. Специальные предписания, опреде-
ляющие содержание, последовательность и условия выполнения опе-
раций, которые должны быть совершены для обеспечения требуемого
энергетического процесса, получили название алгоритма управления.
Так, например, подача воздуха для пуска некоторых типов дизелей
должна производиться только после появления давления масла, пода-
ваемого маслопрокачивающим насосом, а уровень воды в паровом
котле для обеспечения его нормальной работы должен находиться
в определенных пределах.

Для выполнения функций управления необходимо контролиро-
вать отклонения процессов преобразования энергии от требуемых
условий? получая и обрабатывая должным образом соответствующую
информацию. Кроме того, необходимо воздействовать на процессы
преобразования энергии, регулируя их интенсивность или производя
нужные переключения технических средств.

Автоматизированная СЭУ состоит из объекта управления (ОУ) и
АСУ. Отдельные механизмы, устройства и агрегаты или их совокуп-
ность, в которых осуществляется определенный энергетический про-
цесс, нуждающийся в специальных воздействиях для обеспечения его
нормальной работы, получили название объектов управления.

- 7-
Судовое оборудование, обеспечивающее движение (главные дизе-
ли, паровые и газовые турбины и др.), выработку и распределение раз-
личных видов энергии (турбо- и дизель-генераторы, компрессоры
и др.), создание условий обитаемости для экипажа (системы кондицио-
нирования, питьевой воды и др.) и условий для нормального функцио-
нирования судового оборудования (масляная и топливная системы
и др.), получило название технических средств (ТС) судна.

Под автоматизированной системой управления понимают систему
человек-машина, обеспечивающую эффективное функционирование
ОУ, в которой сбор, обработка, представление информации и формиро-
вание управляющих воздействий, необходимых для реализации алго-
ритма управления, производятся средствами автоматизации и вычи-
слительной техники (термины и определения АСУ регламентируются
государственными общесоюзными стандартами). Таким образом, АСУ
состоит из двух основных частей - эргатической (человека-оператора)
и технической (средств автоматизации, обеспечивающих деятельность
человека-оператора). АСУ можно разделить на подсистемы или она
сама будет подсистемой АСУ более высокого уровня. Так, АСУ СЭУ
является подсистемой АСУ автоматизированного судна, а АСУ главно-
го двигателя - подсистемой АСУ автоматизированной СЭУ.

Средствами автоматизации могут быть как отдельные регуляторы,
поддерживающие постоянное значение какой-либо величины, так
и системы регулирования и управления, которые автоматически регу-
лируют процесс работы ОУ и контролируют его состояние. Такие сред-
ства, если они входят в состав отдельного судового оборудования,
называют локальными системами управления (ЛСУ). Важнейшей осо-
бенностью средств автоматизации является их прямое воздействие
на ОУ и обратное воздействие ОУ на средства автоматизации через
соответствующее изменение контролируемой величины. Из сказанного
следует, что работу ОУ и средств автоматизации нельзя рассматривать
отдельно.

В зависимости от характера выполняемых функций различают сле-
дующие виды средств автоматизации: системы автоматического регу-
лирования, дистанционного автоматизированного или программного
управления, автоматической защиты и блокировки, автоматической
сигнализации и контроля.

Для преобразования энергии ОУ необходимо поддерживать неко-
торые величины либо постоянными, либо изменяющимися по опреде-
ленным зависимостям. Для этого используют специальные средства,
которые выполняют свои функции без участия человека-оператора
и называются системами автоматического регулирования (САР). Систе-
мы автоматического регулирования, предназначенные для поддержа-
ния одной величины в заданных пределах, получили название автома-
тических регуляторов. Примерами могут служить автоматические
регуляторы частоты вращения вала дизель-генератора, уровня воды
в барабане котла, давления в паровой магистрали и т. п.

Системы дистанционного управления позволяют оператору на рас-
стоянии включать и выключать отдельные механизмы, части установки
или установку в целом, менять режимы их работы, воздействовать
на регулирующие и запорные клапаны. Если оператор последовательно
выполняет все операции с пульта управления, расположенного на рас-
стоянии от ОУ, то такую систему называют системой дистанционного
управления (системой ДУ). Если же человек-оператор лишь задает нуж-
ный режим с пульта управления, а все промежуточные операции
управления осуществляются автоматически по заданному алгоритму,
такую систему называют системой дистанционно-автоматизированного
управления (ДАУ). Примером системы ДАУ служит система управления
главным судовым дизелем. С помощью рычага управления, располо-
женного на пульте в рулевой рубке или в центральном посту управле-
ния (ЦПУ), производят пуск, изменение режимов работы, реверс и оста-
новку дизеля.

Автоматическое предотвращение аварийных ситуаций обеспечи-
вают системы автоматической защиты и блокировки. Эти системы
предназначены для остановки механизмов при достижении контроли-
руемыми величинами установленных предельных значений (отключе-
ние подачи топлива в газовую турбину происходит при превышении
определенного значения температуры газа), а также для предупрежде-
ния возможных нарушений последовательности переключений, спо-
собных привести к аварии (нельзя произвести реверс дизеля, пока
рукоятка управления подачей топлива не поставлена в положение
{.Стоп”). Кроме того, системы автоматической защиты и блокировки
включают резервные технические средства, например, при падении
давления масла на линии нагнетания масляных насосов дизеля вклю-
чаются резервные электронасосы. Применение таких систем повышает
надежность установки и упрощает ее обслуживание.

Получение информации о внешней обстановке, состоянии ОУ, опре-
деление на основе обработки полученных данных необходимых
управляющих воздействий на объект - основные функции систем
автоматизированного контроля и сигнализации. Измерение текущих
значений контролируемых величин (давления, температуры и т. п.),
объективно характеризующих ход процесса, сравнение их с допусти-
мыми значениями составляют информационное обеспечение систем
автоматизированного контроля. Для наблюдения за абсолютным зна-
чением контролируемых величин в состав систем автоматизированно-
го контроля входят различные показывающие приборы, обегающие
устройства, последовательно подключающие эти приборы к разным
датчикам, устройства регистрации текущих значений контролируемых
величин (вамописцы, печатающие устройства), преобразователи и дру-
гие устройства. Система автоматической сигнализации является
частью системы автоматизированного контроля. В ее состав входят
различные датчики и приборы сигнализации (световые табло, лампоч-
ки, мнемосхемы, звуковые приборы), оповещающие обслуживающий
персонал о достижении заданных либо предельных значений контро-
лируемых величин.

В зависимости от алгоритма управления АСУ подразделяют на ста-
билизирующие, программные и следящие системы.
Алгоритм работы стабилизирующей автоматической системы пред-
писывает поддерживать контролируемую величину постоянной или
не выходящей за определенный диапазон, независимо от времени.
К стабилизирующим системам относят автоматические системы под-
держания давления пара в котле, давления топлива перед газовой
турбиной и др.

Алгоритм работы программной автоматической системы предпо-
лагает изменение управляемой величины по заранее заданному во вре-
мени закону или в зависимости от изменения другой величины. При-
мером служит система регулирования давления воздуха, подаваемого
в топку котла. При этом управляемая величина - давление воздуха -
изменяется в зависимости от количества топлива, подаваемого к фор-
сункам.

С помощью следящей автоматической системы управляемую вели-
чину изменяют в зависимости от поступающего на вход системы задаю-
щего воздействия, произвольно меняющегося во времени. Название
системы говорит о том, что управляемая величина должна непрерыв-
но следить за задающим воздействием. Следящие автоматические
системы широко используют в системах ДАУ главных двигателей
и в системах ДУ различной арматуры.

Комплексные системы управления (КСУ) являются разновидно-
стью АСУ, построенных как единые системы, обеспечивающие коорди-
нированное управление техническими средствами судна в нормальных
условиях эксплуатации и при аварийных ситуациях. Они связывают
в единое целое системы автоматизированного контроля и управления,
освобождают человека от многих операций воздействия на установку
и позволяют отказаться от постоянной вахты в машинном отделении.
Для выполнения этих операций в состав КСУ вводят управляющие
электронно-вычислительные машины на основе микропроцессорной
элементной базы. Количество обслуживающего персонала на судах,
оборудованных КСУ, значительно меньше, чем на неавтоматизирован-
ных судах.

§ 1.2.	Структурные схемы АСУ

Автоматизированная система управления обычно состоит из не-
скольких частей. Для рассмотрения взаимодействия этих частей со-
ставляют структурные схемы АСУ.

Задача управления в ее простейшей форме заключается в обеспе-
чении заданного режима работы ОУ путем поддержания постоянной
или изменяющейся по определенному закону некоторой физической
величины (давление, температура, частота вращения и т. п.). Эту физи-
ческую величину называют регулируемым параметром. Для контроля
значения регулируемого параметра устанавливают контрольно-изме-
рительные приборы. На ОУ влияет ряд факторов, изменение которых
вызывает отклонение его режима работы от нормального, т. е. оказы-
вает на него возмущающее воздействие. Примерами внешних
а) Контрольно-измерительный
прибор

Информация об
объекте

Регулируемый
параметр

Внешняя

Оператор

информация

\ Управляющее

I Воздействие

Объект
управления

Управляющее

. .	Органы ручного

Воздействие управления

т Возмущающее
I Воздействие

Регулируемый

параметр

Объект Управляющее Автоматический
управления ^действие регулятор

f Возмущающее
Воздействие

Внешняя

информация

Информация об объекте

t Задающее

Рис. 1.1. Структурные схемы систем ручного (о) и автома-
тизированного (б) управления

-^змущающих воздействий служат оголение винта судна для системы
Автоматического регулирования заданной частоты вращения винта,
увеличение отбора пара при открытии маневрового устройства для си-
«темы автоматического регулирования давления пара в котле и т. д.
Процесс управления заключается в компенсации влияния возмущаю-
щих воздействий на значение регулируемого параметра введением
управляющего воздействия, восстанавливающего заданный режим.

На рис. 1.1, а приведена структурная схема ручного управления
(неавтоматического). При работе по этой схеме отклонение регулируе-
мого параметра, вызванное какими-либо возмущающими воздействия-
' ми, фиксируется человеком-оператором по контрольно-измеритель-
ным приборам. На основании полученной информации об ОУ и о внеш-
ней обстановке оператор осуществляет вручную воздействие на ОУ
перемещением ручного привода. При управлении режимом работы
главногс|цвигателя внешней информацией служит, как правило, ука-
зание опЛатору о переводе установки с одного режима работы на дру-
гой. Например, указание машинного телеграфа об изменении частоты

Вращения гребного винта. Контроль за выполнением процесса управ-

ления оператор осуществляет по тем же контрольно-измерительным
приборам.

В приведенной на рис. 1.1,6 схеме автоматического управления
роль оператора по поддержанию заданного режима выполняет
автоматический регулятор. Он воспринимает сигналы об отклонении
регулируемого параметра и преобразует его в управляющее воздей-
ствие на ОУ. Для перестройки регулятора на поддержание различных
режимов (значений регулируемого параметра) служит задающее воз-
действие, формируемое оператором, в соответствии с внешней инфор-
мацией и информацией об ОУ. При несовпадении значения регулируе-
мого параметра с заданным (их разность называют рассогласованием)
автоматический регулятор оказывает управляющее воздействие на ОУ
до тех пор, пока последний не будет выведен на заданный режим.

В процессе проектирования автоматических систем для более пол-
ного представления об их работе может потребоваться составление
подробных структурных схем, в которых автоматическую систему раз-
деляют на отдельные устройства. Однако и такая схема не является
окончательной, так как каждое устройство путем построения фун-
кциональной схемы можно разделить на отдельные элементы, имею-
щие самостоятельное функциональное значение. Необходимая степень
детализации зависит от сложности автоматической системы.

Важнейшая особенность систем автоматического регулирования -
замкнутость цепи, по которой передаются воздействия. Автоматиче-
ский регулятор воздействует на ОУ, в свою очередь ОУ через измене-
ние регулируемого параметра оказывает обратное влияние на регуля-
тор. При этом воздействие по замкнутой цепи передается только
в одном определенном направлении.

В качестве прймера системы автоматического регулирования рас-
смотрим систему поддержания давления топлива в напорной топлив-
ной магистрали. На рис. 1.2 показана ее принципиальная схема. Объек-
том регулирования служит напорная топливная магистраль 1. Регули-
руемым параметром является давление топлива в магистрали р0, кото-
рое поддерживается на определенном уровне путем слива излишнего
топлива. К внешним воздействиям, влияющим на регулируемый пара-
метр, относят изменение расхода топлива и, следовательно, давления

Рис. 1.2. Принципиаль-
ная схема САР давления
топлива

топлива, поступающего от топливного на-
соса. Это влияние компенсируется регуля-
тором давления, состоящим из поршня, 2,
перемещающегося в цилиндре 3, настроеч-
ной пружины 4 и регулирующего сливного
клапана 5. Принцип действия такого ре-
гулятора заключается в перемещении под-
пружиненного поршня при изменении дав-
ления топлива. В случае если из-за внеш-
них воздействий в магистрали 1 повышает-
ся давление топлива, поршень 2 регулято-
ра перемещается вниз и открывает на опре-
деленную величину сливной клапан 5,
оказывая тем самым регулирующее воз-
действие. При этом часть топлива из на-
порной магистрали пойдет на слив и дав-
ление в ней понизится до требуемого.
ли внешние воздействия понизят давление топлива в магистрали 1,
зршень 2 под действием пружины 4 переместится вверх, клапан 5
Прикроется и слив топлива из магистрали уменьшится. Давление при
$том возрастет до заданного. Задающее воздействие - перестройка
регулятора на поддержание нового давления топлива - осуществляет-
ся изменением начального (установочного) натяжения пружины 4.

§ 1.3.	Статика и динамика АСУ

Каждая АСУ представляет собой комплекс взаимодействующих
.элементов, поэтому только на основе совместного количественного
ализа характеристик всех элементов можно выбрать их параметры,
озволяющие поддерживать работоспособность систем.

Исходя из своего назначения, АСУ, САР и системы ДУ должны обе-
чивать поддержание заданного значения регулируемого парамет-

или заданного положения управляемого органа. Такой режим при
утствии изменений внешних возмущений, т. е. при условии, что все
енья системы находятся в относительном покое, получил название
навившегося режима.

Свойства АСУ на установившихся режимах рассматриваются в раз-

е теории, называемом статикой.. Основной показатель работы
м на этих режимах - точность поддержания заданного значения
лируемого параметра или заданного положения управляемого
ана. Отклонение регулируемой величины х от заданного для дан-
установившегося режима значения х0, возникшее вследствие
явления нечувствительности системы либо влияния малых случай-
изменений внешних воздействий, не должно превышать установ-
ок) предела: lx-xol < €. Это требование означает, что в течение
атриваемого времени значение регулируемой величины укла-
ается в поле допуска ± е (рис. 1.3, а).

В случаях изменения нагрузки ОУ или нарушения нормального
а его работы объект и АСУ переводятся из одного равновесного
ЭСтояния в другое. Этот перевод называют переходным процессом.
данном режиме элементы системы выходят из равновесного состоя-
и параметры ОУ и системы изменяются. Переходные процессы рас-
С Смотрены в разделе теории построения АСУ, называемом динамикой.
ШД&сновной количественный показатель переходного процесса - время
’.в^Явреходного процесса tn, т. е. время, в течение которого значение регу-
лируемоы) параметра войдет в поле допуска относительно нового
7 ЭаданноЛ значения. Кроме того, переходные процессы характеризуют-
ся динак&ческим забросом, или перерегулированием. Обычно задают
максимально допустимые значения времени переходного процесса
я динамического заброса Дхп.

Для наглядности зависимость величины х от времени t принято
изображать графически. На рис. 1.3, б, в приведены примеры переход-

ных процессов. В зависимости от вида различают колебательные и апе-
риодические (без колебаний) переходные процессы. Свойство системы
Рис. 1.3. Режимы в САР: а — установившийся режим; б, в — переходные про-
цессы

1 — затухающий колебательный; 2, 3 — апериодические; 4 — незатухающий колеба-
тельный; 5 — расходящийся; Дхп — динамический заброс; tn — время переходного про-
цесса

после снятия возмущений возвращать регулируемый параметр под
действием внутренних сил к исходному значению называют устойчи-
востъю, а переходные процессы в этом с?.у чае - сходящимися. Сходя-
щиеся процессы могут быть колебательные и апериодические (см.
рис. 1.3, б). Возможны также расходящиеся переходные процессы, ког-
да после отклонения от установившегося режима под действием внеш-
них возмущений и снятия этих возмущений регулируемый параметр не
возвращается к исходному значению, т. е. система будет неустойчивой
(см. рис. 1.3, в). В случае если переходный процесс представляет собой
установившиеся движение в виде гармонических незатухающих коле-
баний с большой амплитудой (см. рис. 1.3, в), такой переходный про-
цесс называют незатухающим колебательным процессом . На практи-
ке могут использоваться только устойчивые системы.

Для исследования статических и динамических характеристик ОУ
и АСУ разбивают на отдельные звенья, которые на структурных схе-
мах имеют вид прямоугольников. Каждое звено осуществляет направ-
ленную передачу воздействия, и следовательно, его можно охаракте-
ризовать входной величиной хвх и выходной хВЫх- Зависимость выход-
ной величины хВых от входной хвх называют характеристикой звена.
Она полностью определяет свойства звена как элемента АСУ.

На установившемся режиме входная и выходная величины не ме-
няются. Зависимость выходной величины от входной на установив-
шихся режимах называют статической характеристикой звена. Для ис-
следования АСУ важное значение имеет вид статической характери-
стики звена. Если она построена в координатах хвх, хвых и представ-
ляет собой прямую линию, такую характеристику называют линейной
(рис. 1.4, а), во всех остальных случаях характеристика звена будет
нелинейной (рис. 1.4, б). Обычно в составе АСУ предпочтение отдают
звеньям с линейными характеристиками, так как в этом случае суще-
ственно упрощается статический и динамический анализ системы.
Поэтому широкое распространение получил способ линеаризации
статических характеристик звеньев, когда нелинейную характеристи-
ку звена заменяют прямой линией - касательной (рис. 1.4, в), или
хордой (рис. 1.4, г).
а — линейная; 6 —
нелинейная; в — линеаризация касательной; г — линеаризация хор-
дой; д — характеристика в отклонениях; е — характеристика астати-
ческого звена



 При построении статической характеристики звена обычно за нача-
№ отсчета принимают значения хВЫХ0 и хВХ0, соответствующие одному
* установившихся режимов. Такую характеристику называют харак-
теристикой в отклонениях, так как все значения координат этой
рактеристики представляют собой отклонения от выбранных началь-
значений. Аналитическое выражение для случая линейной харак-

Рристики может быть записано в виде

Ж11 ХВЬ1х ~Хвыхо - к(ХВХ ~Хвхо)>

(1.1)

ШЛ’- Величину к называют коэффициентом усиления звена. Он равен
«Июнгенсу угла наклона и статической характеристики звена к оси
ЖвВСцисс (рис. 1.4, д). Коэффициент усиления звена с линейной стати-
й'Жйской характеристикой постоянен для всех установившихся ре-
Я ЖИМОВ.

Ж В ряде случаев статическая характеристика звена представляет
«Шбой прямую, параллельную оси ординат (рис. 1.4, е). Это означает,
тЙо одному определенному значению входной величины соответству-
яЕJW Любые значения выходной величины. Примером такого звена, назы-
ИНЙемого астатическим, служит электродвигатель. Его ротор может
ж Занимать фюбое положение при отсутствии входного напряжения.
Ш * Статическую характеристику звена можно определить либо расчет-
рЬым путфи, либо экспериментальным. Методика аналитического
 Определения статических характеристик будет рассмотрена в гл. 9,
* Экспериментальные статические характеристики - в гл. 3.

Зависимость выходной величины хВых от изменения входной
Ж Жйшчины хвх во времени на неустановившихся режимах называют
Д динамической характеристикой звена. Динамические характеристики
Рис. 1.5. Переходные функции колебательного (а), усилительного
(6), апериодического (в), интегрирующего (г) звеньев

могут быть различными в зависимости от характера изменения вход-
ной величины. Динамические характеристики определяют эксперимент
тальным или расчетным путем.	и!

Наиболее простой вид динамической характеристики - это перег-
ходная функция звена, которая показывает характер изменений
выходной величины хвых во времени при мгновенном изменении вход»
ной величины Дхвх (рис. 1.5). Величину Дхвх можно выбирать произ-Я
вольно. Переходные функции могут быть нелинейными (рис. 1.5, а, е).'Я
и линейными (рис. 1.5, б, г). Линейные звенья всегда имеют линейныеЦ
статические характеристики.	J

Динамические характеристики звеньев определяются также отста-Я
ванием во времени выходного сигнала от входного. В зависимости !
от вида переходной функции различают безынерционные и инерцион- Я
ные звенья. Звенья, у которых выходной сигнал не отстает во време- и
ни от входного (см. рис. 1.5, б), называют безынерционными, или я
усилительными. Чаще встречаются звенья с заметной инерционностью. 1
В зависимости от вида переходной функции различают также аперио- |
дические (см. рис. 1.5, в), колебательные (см. рис. 1.5, о), интегрирую’ .1
щие (см. рис. 1.5, г) и другие звенья.	|

Существуют и иные формы представления динамических харак- |
теристик. Среди них наиболее распространены уравнения динамики

и частотные характеристики. Уравнения динамики имеют аналитиче* |
скую форму и связывают между собой во времени не только входную I
и выходную величины, но также скорости и ускорения их изменения. ]
Уравнения динамики получают в результате исследования неустано-
вившихся процессов в звеньях. Так как скорости и ускорения
изменения величин представляют собой их производные во времени,
то соответственно уравнения динамики инерционных звеньев будут
дифференциальными.

Динамические характеристики звеньев можно также получить
в виде частотных характеристик, представляющих собой зависимость
параметров изменения выходного сигнала от частоты изменения вход-
ного. Частотные характеристики определяют следующим образом.
На вход звена подается входной сигнал, изменяющийся по синусои-
дальному закону с различной частотой и единичной амплитудой,
xBX = sinut. На выходе звена устанавливаются синусоидальные колеба-
ния, причем амплитуда изменения выходного сигнала А зависит
от частоты и. Зависимость А (о) называют амплитудно-частотной
характеристикой звена. С ростом частоты функция А (о) для реальных
звеньев уменьшается, что объясняется инерционностью звена. Для
каждого звена существует определенное значение частоты ы0, выше
которого колебания выходной величины не фиксируются. Это свиде-
тельствует о том, что звено „гасит” высокочастотные колебания.
Примерный вид амплитудно-частотной характеристики приведен
на рис. 1.6. Частотные характеристики можно определить эксперимен-
тальным или расчетным путем.

Необходимо отметить, что перечисленные динамические характе-
ристики являются различными формами представления одних и тех же
свойств звена. Соответственно от одной формы характеристики можно
переходить к любой другой на основе использования специальных
вычислительных приемов.

Основной статической характеристикой АСУ является зависимость
регулируемого параметра х от нагрузки объекта А.. Она определяется
совокупностью статических характеристик всех звеньев, образующих
контур управления, включая и ОУ.

На практике наибольшее распространение получили АСУ, обеспе-
чивающие поддержание регулируемой величины во всем диапазоне
нагрузок с определенной степенью точности, т. е. значения регулируе-
мых величин изменяются от режима к режиму в определенных преде-
лах. Характеристики таких систем, называемых статическими, имеют
вид, показанный на рис. 1.7, а. Разность между наибольшим хтах и наи-
меньшим xmin значениями регулируемой величины, поддерживаемы-
ми на установившихся режимах, при изменении нагрузки от нулевого
значения до номинального А.ном называют неравномерностью регули-
рования.

Рис. 1.7. Статические характеристики статической
(а) и астатической (6) АСУ

Рис. 1.6. Амплитудно-ча-
стотная характеристика
звена
В ряде случаев к АСУ предъявляют требования поддержания пв|
стоянного значения регулируемой величины на всех нагрузках. ТакиЙ
системы называют астатическими, и их статическая характеристики
имеет вид горизонтальной прямой линии (рис. 1.7, б). Астатические
системы иначе называют системами с нулевой неравномерностью!
Устойчивость систем с нулевой неравномерностью хуже, чем систем!
имеющих неравномерность регулирования. .	.1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ	I

1.	Что такое алгоритм управления?	®

2.	Дайте определение средств управления и перечислите их виды.

3.	Чем отличается ручное управление от автоматического?

4.	Как работает автоматический регулятор давления топлива?

5.	Что такое динамическая характеристика звена?

6.	Чем отличается статическая система регулирования от астатической?

Глава 2.

ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ

§ 2.1.	Объекты управления и их свойства

Знание свойств ОУ является необходимым для правильного 1
расчета автоматизированных систем. Сущность процессов, происхо- 1
дящих в ОУ, сводится к различным преобразованиям потока энергии: I
превращению энергии из одного вида в другой, передаче энергии от 1
одних тел к другим, сохранению необходимых запасов энергии. Поэто- |
му такие объекты принято называть энергетическими объектами- 1
Судовые энергетические установки состоят из большого количества 1
энергетических объектов разного назначения и конструктивного 1
исполнения, и для большинства из них процесс преобразования потока 1
энергии сопровождается накоплением (аккумуляцией) определенного 1
ее количества. Схема простейшего энергетического объекта представ- 1
лена на рис. 2.1. К объекту подводится энергия Qn от источника энер- !
гии или от другого энергетического объекта, накапливается (аккуму- 1
лируется) в нем в количестве Q^, а затем расходуется в количестве 1
Qp на другие энергетические объекты или преобразуется в другой вид

энергии.

Рис. 2.1. Схема энергетического объ-
екта

Режим работы энергетиче-
ского объекта является уста-
новившимся, если поток энер-
гии через него неизменен, т. е.
количество подводимой энер-
гии Qn в единицу времени рав-
но расходу Qp отводимой энер-
гии: Qn = Qp. В этом случае
количество накопленной энергии в аккумуляторе (?ак не меняется
tn = const) и объект находится в состоянии динамического равнове-
сия. Задача управления энергетическим объектом заключается в обе-
спечении равенства расхода подводимой и отводимой энергии при
любом значении Qn (или Qp).

В качестве примера энергетического объекта рассмотрим судовую
паротурбинную установку. Химическая энергия топлива в паровом
котле превращается в тепловую энергию продуктов сгорания, которая
передается металлическим трубкам, а от них - водяному пару. По па-
ропроводу пар от котла направляется к турбозубчатому агрегату, где
тепловая энергия преобразуется в кинетическую энергию вращения
гребных винтов, которая, в свою очередь, превращается в механиче-
скую работу движения судна. Для нормальной работы парового котла
в его барабане должен поддерживаться определенный уровень, т. е.
в котле должен находиться определенный объем пароводяной смеси.
Этот объем является аккумулятором тепловой энергии.

За регулируемый параметр в АСУ принимают величину, изменяю-
щуюся при нарушении энергетического баланса. Такой величиной
обычно является запас накопленной в аккумуляторе энергии, так как
он изменяется при нарушении условия равенства подводимой и отво-
димой энергии. В связи с тем что непосредственный контроль за коли-
чеством накопленной энергии затруднен, измеряют некоторую харак-
теризующую его физическую величину (температуру, давление и т. п.).
Средства автоматизации воспринимают изменение этой физической
величины и компенсируют возникшую разницу между количеством
подводимой и отводимой энергии. Такой способ управления называют
регулированием по отклонению параметра. В этом случае АСУ начи-
нает действовать только после того, как параметр получит некоторое
изменение, т. е. когда на ОУ уже некоторое время воздействует внеш-
нее возмущение. Компенсирующее влияние на объект АСУ оказывает
сначала в небольшой степени, поскольку начальное отклонение пара-
метра невелико. Указанная АСУ построена по замкнутой схеме (см.
рис. 1.1, б). Изменение потока энергии вызывает отклонение величины
Сак и характеризующего ее регулируемого параметра. В результате
АСУ, воспринимая реакцию объекта, компенсирует возникшее откло-
нение регулируемого параметра от требуемого значения.

Кроме способа регулирования по отклонению параметра применя-
ют регулирование по скорости изменения параметра. При этом способе
АСУ реагирует не на величину отклонения, а на скорость отклонения
параметра. При резких изменениях регулируемого параметра АСУ
интенсивнее воздействует на объект. Используют еще один способ, при
котором АСУ реагирует непосредственно на изменение количества
подводимой и отводимой энергии, упреждая отклонение какого-либо
другого параметра. Оба последних способа применяют в качестве
Дополнительных к основному способу регулирования по отклонению
Регулируемого параметра.

Физическая природа регулируемого параметра определяется
видом аккумулируемой в данном объекте энергии. На рис. 2.2
Рис. 2.2. Основные виды аккумуляторов энергии: а — гидравлический; б —
механический; в — тепловой; г — пневматический

изображены простейшие виды аккумуляторов СЭУ: гидравлический,
механический, тепловой и пневматический.

Гидравлическими аккумуляторами (рис. 2.2, а) служат различные
резервуары - цистерны и расходные баки масла, топлива, воды и дру-
гих жидких сред. Количество аккумулированной жидкости зависит от
площади поперечного сечения аккумулятора и от уровня жидкости
в нем

GaK=pFH,	(2.1)

где р - плотность жидкости; F - площадь поперечного сечения емко-
сти; Н - высота уровня жидкости.

Площадь F и плотность р являются в каждом конкретном случае
величинами неизменными, поэтому количество аккумулированной
жидкости в емкости зависит от высоты уровня жидкости, а регулируе-
мым параметром является высота уровня И.

Механическими аккумуляторами - аккумуляторами кинетиче-
ской энергии - являются подвижные части машин. Это ротор паровой
или газовой турбины, коленчатый вал дизеля и валы различных вспо-
могательных механизмов. В судовых объектах чаще всего аккумули-
руется кинетическая энергия вращения. На рис. 2.2, б изображен ротор
турбины как механический аккумулятор, к которому подводится
энергия пара или газа. Подвод кинетической энергии характеризуется
крутящим движущим моментом Мдв. Отвод кинетической энергии
идет на преодоление крутящего момента сопротивления Мс, создавае-
мого потребителями (винт, ротор электрической машины и т. д.). Коли-
чество аккумулированной кинетической энергии Мак зависит от мае-.
сы и геометрических размеров аккумулятора, а также от угловой ско-
рости вращения

Мак=№>	(2-2)
eJ~ момент инерции вращающихся частей; о - угловая скорость.
гя м0Мент инерции - величина постоянная, поэтому количество
ккумулированной кинетической энергии зависит от угловой скорости
вращения <о, которая в данном случае является регулируемым пара-
метром.

Тепловыми аккумуляторами являются различные теплообменные
аппараты - пароводяной объем котла, паровой объем пароперегрева-
теля, металл водогрейных труб котла, топливоподогреватель, зару-
башечное пространство дизеля, по которому проходит охлаждающая
вода и т. д. На рис. 2.2, в схематично изображен такой аккумулятор.
Тепло, отводимое в единицу времени из аккумулятора потоком жид-
кости 2отв, зависит от количества жидкости бр и разности температур
жидкости на выходе и входе

Qotb =0дв = с^р £вых ~ fBX )>	(2.3)

где(?дв _ количество тепла, подводимого к аккумулятору; с - тепло-
емкость жидкости; fBbix - температура жидкости на выходе из емкости;
tBX - температура жидкости на входе в емкость.

В некоторых случаях регулируемым параметром является темпе-
ратура жидкости на выходе из аккумулятора 18ЫХ • Примером служит
система охлаждения двигателя водой. Температура воды поддержива-
ется постоянной за счет изменения количества прокачиваемой через
двигатель охлаждающей водыбр или18Х.

Пневматическими аккумуляторами служат участки паровых и воз-
душных магистралей, баллоны, ресиверы и т. п. На рис. 2.2,г показан
баллон со сжатым газом как пневматический аккумулятор. бп означа-
ет количество подводимого газа, бак - накапливаемого в аккумулято-
ре, бр - отводимого к потребителю. Количество аккумулированного
газа определяют по уравнению Клапейрона:

6ак = рУ/т	(2.4)

гдер - давление газа; V - объем аккумулятора; R - газовая постоян-
ная; Т - абсолютная температура.

Обычно величины V, R и Т постоянные, следовательно, количество
аккумулированного газа зависит только от его давления р, которое
и будет регулируемым параметром.	v

Рассмотренные простейшие объекты, имеющие в своем составе
только один аккумулятор энергии, называют одноаккумуляторными.
В СЭУ встречаются сложные многоаккумуляторные энергетические
объекты, имеющие по две емкости и более с параллельным, последо-
вательным и смешанным их соединением. На рис. 2.3, а показана схема
топливоподогревателя. Подогреватель имеет три аккумулятора, сое-
диненных последовательно: паровой объем, металл трубок и топлив-
ный объем внутри трубок. В паровом объеме аккумулируется тепло-
вая энергия Оп.ак с температурой tn. Она передается в следующий
аккумулятор - металл трубок, где аккумулируется в количестве
Рис. 2.3. Схемы многоаккумуляторных объектов: а — топливоподо-
греватель; б — паровой котел

См.ак с температурой tM. Далее тепло поступает в топливный объем
в количестве Ст.ак с температурой tT. К топливоподогреватепю подво-
дятся пар в количестве Gn п и холодное топливо 6п.т> отводятся кон-
денсат 6р.п и подогретое топливо 6р.т. Паровой объем в таких подогре-
вателях обычно очень мал, влиянием его как аккумулятора тепла 1
на работу топливоподогревателя можно пренебречь. Регулируемым
параметром для такого многоаккумуляторного объекта будет темпе- i
ратура топлива ?т. Управляют этим параметром, изменяя количество !
подводимого пара бп.п.

На рис. 2.3, б изображена схема парового котла как пример много-
аккумуляторного объекта с параллельным соединением емкостей.
В данном случае подводятся два вида энергии: сгораемого топлива QT
и питательной воды в барабан котла Сп.в- Отводимая энергия - расход
пара Qn. Регулируемыми параметрами являются уровень воды Нъ
и давление пара Рп; управляющие воздействия оказывают на подвод
питательной воды и на подвод топлива.

На ОУ влияют различные внешние и внутренние факторы, которые
нарушают равенство подводимой и отводимой энергии и приводят
к изменению значения регулируемого параметра. К этим факторам
относят изменения отводимой энергии, вызванные потребителями;
отклонения характеристик источников энергии, приводящие к изме-
нению количества подводимой энергии; изменения характеристик
самого объекта и др. Эти воздействия могут меняться плавно или
Рис. 2.4. Способы управления потоком энергии: а — воздействием
на подвод энергии; б - воздействием на отвод энергии; в — рецирку-
ляцией

мгновенно (скачкообразно). Чтобы сохранить требуемое значение регу-
лируемого параметра, необходимо воздействовать на объект измене-
нием количества подводимой и отводимой энергии или рециркуляци-
ей энергии.

Рассмотрим каждый способ в отдельности. Отклонение регулируе-
мого параметра - уровня питательной воды 'Нв в барабане котла
(рис. 2.4, а) - вызвано изменением внешнего воздействия, которым
является открытие маневрового клапана, изменяющего расход пара
из котла в турбину. Для восстановления значения регулируемого пара-
метра открывают питательный клапан R, изменяя количество посту-
пающей в котел питательной воды. Такой способ управления объекта-
ми наиболее распространен в СЭУ и получил название управления воз-
действием на подводимую к объекту энергию.

Отклонение регулируемого параметра - уровня воды в конденса-
торе Нк (рис. 2.4, б) - вызвано изменением расхода отработавшего пара
из турбины в конденсатор. Для восстановления значения регулируемо-
го параметра Нк изменяют производительность конденсатного насоса
R, меняя его частоту вращения. Такой способ называют управлением
воздействием на отводимую от объекта энергию.

Отклонение регулируемого параметра - температуры охлаждаю-
щей воды на выходе из дизеля /8ЫХ (рис. 2.4, в) - в первую очередь
вызывается изменением количества тепла, поступающего от дизеля
2дв- Кроме того, на величину /ВЬ1Х влияют и другие внешние измене-
ния: режима работы охлаждающего насоса, приводящие к изменению
количества подводимой охлаждающей воды в двигатель GB; темпера-
туры охлаждающей воды на входе в систему охлаждения tBX; характе-
ристик отвода и др. Задача управления заключается в поддержании
температуры воды на выходе из дизеля t8bIX в определенных пределах
с помощью перепуска охлаждающей воды R со стороны отвода на сто-
рону подвода - рециркуляцией. Изменением количества перепускаемой
бопее теплой воды с выхода на вход поддерживается температур
воды на выходе и, следовательно, температурный режим дизеля в о,
ределенных пределах.

СЭУ как объекты управления обладают следующими специфич
скими особенностями по сравнению со стационарными установкам!
Основные требования, предъявляемые к СЭУ и АСУ, - это минимал
ные масса, габариты и обеспечение высокого быстродействия. Так ка
ОУ имеют низкую инерционность, содержат малые количества аккуму
лированной энергии, они при высокой интенсивности процессов очен]
чувствительны к внешним воздействиям. Небольшие изменений
нагрузки вызывают значительные отклонения регулируемых парамет
ров. Это обстоятельство значительно усложняет задачи управленш
и контроля.

В процессе эксплуатации судна СЭУ должна обеспечивать его дви
жение с различными скоростями, одновременно выполняя и другой
рода задачи; многие судовые ОУ должны эффективно работать на раз
ных режимах, т. е. быть всережимными. Решение задач всережимногс
управления и контроля судовых ОУ также представляет известные
трудности.

В зависимости от назначения все составные элементы СЭУ можнс
подразделить на группы.

К первой группе относят главные двигатели, обеспечивающие.;
движение судна. Это паровые или газовые турбины и дизели. В зави-
симости от типа главного двигателя СЭУ подразделяют на паротур-;
бинные (ПТУ), газотурбинные (ГТУ), дизельные и комбинированные!
(дизель-газотурбинные установки, а также установки с электродви-!
жением, турбо- или дизель-электрические). Основной задачей, решав-1
мой при управлении объектами этой группы, является поддержание
заданной частоты вращения гребного винта с требуемой точностью и;
дистанционное управление изменением частоты вращения гребного
винта в широких пределах.

Во вторую группу входят вспомогательные двигатели и механиз-
мы, выполняющие различные задали, направленные на обеспечение
нормальной работы СЭУ. К этой, группе относят турбо- или дизель-
генераторы, компрессоры, различные насосы, вентиляторы и т. д. При
управлении этими объектами обычно поддерживают частоту вращения :
постоянной (с требуемой точностью).

Третью группу составляют различные теплообменные аппараты.
К ним относят главные и вспомогательные паровые котлы, конденса-
торы, топливоподогреватели, масляные и водяные холодильники,
деаэраторы и т. д. Задача управления теплообменными аппаратами
заключается в поддержании определенной температуры, давления
и уровня рабочей среды при изменении нагрузки.

В четвертую группу входят вспомогательные системы, обеспечи-
вающие транспортировку и хранение различных сред. Это паровые,
топливные, масляные, водяные, воздушные и другие магистрали,
цистерны и баки, ресиверы, смесители, воздушные баллоны и гидро-
аккумуляторы. В этих объектах при колебаниях нагрузки в определенных
пределах поддерживаются давление в магистралях, а также уповень
и давление жидкости в емкостях.	уровень

§ 2.2.	Статические и динамические
характеристики объектов управления

Объекты управления описывают статическими и динамическими
характеристиками. Статические характеристики - это зависимости
установившихся значений регулируемой величины х от количества
подводимой Qt или отводимой Q3 энергии. Рассмотрим в качестве
объекта управления бак с водой. Статическая характеристика подво-
димой энергии - зависимость уровня воды в баке Н от количества
подводимой воды - определяется открытием регулирующего клапа-
на, установленного на магистрали подвода воды. Статическая харак-
теристика отводимой энергии - зависимость уровня воды в баке Н
от количества отводимой из бака воды при определенном количестве
подключенных к баку потребителей.

Обычно статические характеристики ОУ выражают в виде графи-
ческих зависимостей регулируемого параметра х от величины Q.
На рис. 2.5, а изображены статические характеристики подводимой
x(Qi) и отводимой x(Q2) энергии. Статические характеристики ОУ
определяют экспериментальным или расчетным путем. В первом

Рис. 2.5. Статические характеристики объекта
случае соответствующие значения регулируемой величины, характ<
ризующие работу объекта, и количества подводимой или отводимое
энергии могут быть получены в результате испытаний объекта на раз*
личных нагрузках. Во втором случае необходимо использовать данные
расчета работы объекта на ряде режимов, выбранных из диапазона во>,
можных эксплуатационных режимов.

На основании совместного изучения статических характеристик
подводимой и отводимой энергии можно определить установившийся^
режим работы объекта. Наиболее простой способ определения устано?;
вившихся режимов работы - изображение статических характеристик
подводимой x(Qi) и отводимой x(Q2) энергии на одном графике
(см. рис. 2.5,а). Точка пересечения указанных характеристик М опре^
деляет значения регулируемой величины х0 и количества энергии Qtt,
при которых обеспечивается энергетический баланс в рассматриваемом

объекте, т. е. Q1 = Q2 = Qo> что является обязательным условием суще*
ствования установившихся режимов. Во всех остальных случаях
равенство расходов подводимой и отводимой энергии отсутствует,
и режим работы оказывается неустановившимся.

В случае каких-либо изменений со стороны подвода или отвода

энергии изменяются статические характеристики объекта. Так, при
изменении нагрузки на объект, т. е. количества подключенных к
объекту потребителей, статическая характеристика сети преобразует-
ся в семейство статических характеристик отводимой энергии
(рис. 2.5, б). В сочетании с характеристикой подводимой энергии x(Qt)
получается ряд возможных установившихся режимов работы рассмат-
риваемого объекта (точки М1г М2,. . ., Мп). Таким образом, при изме-
нении нагрузки, подключенной к объекту, изменяется установивший-
ся режим работы. Вместо одного режима получается линия установив-

шихся режимов, причем в рассматриваемом случае она совпадает
с характеристикой подводимой энергии.

В случае изменения характеристики подводимой энергии при
постоянной нагрузке, что возможно при различных положениях регу-
лирующего органа, установленного на линии подвода энергии к объек-
ту, наблюдается обратная картина. Вместо одной характеристики под-
водимой энергии образуется семейство характеристик (рис. 2.5, в).
В сочетании с неизменной характеристикой отводимой энергии полу-
чаются ряд установившихся режимов работы объекта (точки Nlt
N2t. . ., N„) и линия установившихся режимов NjNn, совпадающая
с характеристикой отводимой энергии.

Как правило, потребителей энергии не удовлетворяют естествен-
ные характеристики объектов. На основании предъявляемых ими тре-
бований устанавливают допустимые пределы изменения параметров
ОУ, которые исключают возможность работы, например, по характе-
ристике подводимой энергии (см. рис. 2.5, б). Это приводит к необходи-
мости предусматривать для каждого значения нагрузки (каждой ста-
тической характеристики отводимой энергии) соответствующую стати-
ческую характеристику подводимой энергии, обеспечивающую значе-
ние параметра х в диапазоне установленного техническими
ебованиями допуска (рис. 2.5, г). В результате получается семейство
Статических характеристик подводимой и отводимой энергии, огра-
ничивающих поле возможных установившихся режимов работы
бъекта. Задачу обеспечения требуемой линии установившихся режи-
мов в этом поле можно решать вручную или автоматически. В первом
случае человек-оператор, наблюдая визуально за показаниями прибо-
ов воздействием на регулирующий орган поддерживает регулируе-
мую величину в требуемых пределах. Во втором случае применяют
АСУ, которая без участия человека-оператора "измеряет регулируемую

величину, изменяет статические характеристики и тем самым автома-
тически поддерживает требуемое значение регулируемого параметра.
Динамические характеристики объекта описывают зависимость регу-
лируемого параметра х от значений подводимой и отводимой энергии
на неустановившихся режимах. При изучении динамики объекта необ-

ходимо, в первую очередь, расчленить его на отдельные аккумулято-
ры, оказывающие существенное влияние на динамические характе-
ристики объекта в целом, а также установить характер их взаимодей-
ствия между собой. Соответственно может быть изображена структур-
ная схема рассматриваемого объекта. Например, структурную схему
турбогенератора можно представить в виде двух звеньев (рис. 2.6):
аккумулятора механической энергии 1, состоящего из вращающихся
роторов турбины и генератора, и. аккумулятора электрической энергии
2, состоящего из обмоток генератора. Для исследования динамики
объекта необходимо определить динамические характеристики каж-

дого аккумулятора.

Для определения динамических свойств аккумулятора находят
его характеристики при изменении управляющего и возмущающего
воздействий. Такие характеристики называют динамическими. Рас-
смотрим динамические характеристики ОУ на примере бака с жидко-
стью. На рис. 2.7 показаны схемы различных конструкций бака. Во всех
случаях подвод жидкости Gn производится под постоянным давле-
нием. Возмущающее воздействие изменяют регулированием открытия
клапана расхода N, а управляющее воздействие - регулированием
открытия клапана подвода R. Все обозначения с индексом 0 относятся
к установившемуся режиму. При мгновенном открытии клапана
подвода от Ro до R10 измеряют уровни жидкости в течение переходно-
го процесса. По полученным данным строят динамическую характе-
ристику.

На рис. 2.7, а изображена схема бака, у которого подвод и расход
жидкости происходят в донной части. В промежутке времени до t = t0
будет установившийся режим. Он характеризуется энергетическим
балансом Gno = Gp0 и постоянным уровнем Но. В момент времени t0

Подвод пара	1	Угловая скорость роторе	2	Напряжение
		и>		И

Рис. 2.6. Динамическая структурная схема трубогенератора
энергетический баланс нарушается: Gn > Gp - и уровень жидкости и
чинает увеличиваться Н > Но. Так как на количество подводим*
и расходуемой жидкости влияет изменение гидростатического стол
жидкости //, то в момент времени t10 энергетический баланс восст
навливается: Gni0 = Gpi0 - при новом значении уровня Н10 и наступа
новый установившийся режим. Анализируя такой ОУ, можно опре^
лить следующие его свойства:

так как уровень в баке изменяется не мгновенно, а плавно,
такой ОУ обладает инерционностью, т. е. способностью накаплива
жидкость; величина инерционности зависит от геометрических р:
меров бака и гидравлических сопротивлений трубопроводов подво.
и расхода жидкости;

так как уровень жидкости в баке с течением времени устанавл
вается постоянным, т. е. объект под действием внутренних сил прих
дит к новому установившемуся режиму, то ОУ обладает способность,
к саморегулированию.

Саморегулированием (самовыравниванием) называют свойство О
приходить к новому установившемуся режиму под действием внутре
них сил после того, как он был выведен из установившегося режиь
под действием внешнего возмущения. Такие объекты управленй
обладают устойчивостью. На рис. 2.7, б жидкость подводится в вер:
нюю часть бака. Это значит, что количество подводимой жидкости
единицу времени Gn не зависит от гидростатического столба жидю
сти Н. При изменении внешнего воздействия (уменьшении нагрузк
отАГо до Nl0) уровень будет увеличиваться до тех пор, пока колич*
ство вытекающей из бака воды снова не станет равным количеств
поступающей воды, т. е. Gpi0 = Gni0. Расход воды, вытекающей из бака
будет увеличиваться за счет повышения уровня воды в баке. Так как
восстановление нового установившегося режима происходит здесь
только вследствие отвода жидкости, то по сравнению со схемой объек-
та, приведенной на рис. 2.7, а, переходный процесс будет более про-
должительным.
На рис. 2.7, в изображен бак, у которого подвод Gn и расход Gp
зависят от гидростатического столба Я. Расход жидкости Gp зави-
н только от подачи насоса GHac Уровень жидкости при уменьшении
Сасхода будет увеличиваться с постоянной скоростью, установивше-
гося режима не будет, и через определенное время бак переполнится.
Это значит, что такой объект не обладает свойством саморегулирова-
ния, т. е. не может сам восстанавливать регулируемый параметр, и для
поддержания уровня должна быть применена система управления,
обеспечивающая устойчивость объекта.

При исследовании динамических характеристик ОУ на основе рас-
четных данных широкое распространение получили уравнения дина-
мики, которые аналитически выражают зависимости отклонения пара-
метров во времени в переходных режимах. Обычно уравнение дина-
мики представляют в виде линейного дифференциального уравнения,
которое может быть записано в размерной или безразмерной форме.
Например, для любого одноаккумуляторного объекта с одним регу-
лируемым параметром и одним регулирующим органом уравнение ди-
намики имеет вид

Tad<f/dt + z<f = ± и ± к,	(2.5)

где Та - постоянная времени объекта (время разгона) - характеризует
его инерционные свойства; z - безразмерный коэффициент саморегу-
лирования (самовыравнивания); ф = (х - х0)/хтах - относительное
отклонение регулируемого параметра; ц = (т - т0)/ттах “ относитель-
ное изменение положения регулирующего органа (управляющего воз-
действия); A = (L - Ь0)/£тах - относительное изменение нагрузки
объекта (внешнего воздействия).

Знаки перед ц и А зависят от того, каким образом производится
управление. Если орган управления R установлен на подводе энергии,
то перед ц должен быть знак „+”, а перед А знак „- ”. Физически это
означает, что знак перед ц должен совпадать со знаком перед ф, в слу-
чае если увеличению ц соответствуют увеличение значения регулируе-
мого параметра. Аналогично следует выбирать и знак перед А. Уравне-
ние динамики может быть преобразовано в уравнение статики, если
положить первое слагаемое левой части равным нулю (dq/dt = O).
В этом случае правило выбора знаков перед управляющим и внешним
воздействием становится более наглядным. Величина имеет размер-
ность времени, называется временем разгона объекта и представляет
собой время, которое требуется для возрастания регулируемого пара-
метра от Хд = О (Ф = 0) до х0 = хтах (ф = 1) при максимальном открытии
управляющего органа т = ттах, а также при условиях £ = 0иц-А = 1.
Применительно к гидравлическому баку время разгона - это время
наполнения (или опорожнения) емкости при максимальном поступле-
нии (или отборе) жидкости, т. е.

Ta=G™*/G™\	(2.6)
Величина z - безразмерная и зависит от статических характер
стик подводимой и отводимой энергии. Если z > 0, объект будет ад
риодическим звеном и его переходная функция представляет соб|(
затухающую экспоненту. Если z = 0, объект оказывается интегриру]
щим звеном, т. е. при разности подвода и отвода энергии регулиру
мый параметр будет изменяться с постоянной скоростью. При z<
объект становится^ неустойчивым звеном, его переходная функщ
представляет собой кривую, отклоняющуюся о| установившегося р
жима теоретически до бесконечности. Выражение для определен*
коэффициента саморегулирования имеет вид

z ~	~ Qix^max^fllm mrnax)’	(2.

где q2x - безразмерный коэффициент, равный тангенсу угла накло*
касательной к характеристике отводимой энергии в точке установи
шегося режима; qlx - безразмерный коэффициент, равный тангеж
угла наклона касательной к характеристике подводимой энерп
в точке установившегося режима.

Так как остальные величины в выражении для коэффициента сам
регулирования z положительные, то его знак совпадает со знаком ра
ности q2x - qlx. Факт наличия саморегулирования можно наглядно пр
иллюстрировать на анализе статических характеристик подводимс
и отводимой энергии (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Статические характеристики объекта при различных зна-
чениях коэффициента саморегулирования: а — z >0; б, в — z <0;
г —z=0
Пусть, например, статические характеристики объекта имеют вид,
поиведенный на рис. 2.8, а. В этом случае при возникновении отклоне-
ния регулируемой величины х от значения х0, соответствующего уста-
новившемуся режиму, возникает рассогласование между значениями
подводимой и отводимой энергии, которое обеспечивает восстановле-
ние исходного значения регулируемого параметра х0. При увеличении
х до значения Xi количество отводимой энергии Q2 начинает превы-
шать количество подводимой энергии Qt и создаются условия для
уменьшения значения регулируемого параметра. Объект со статиче-
скими характеристиками, показанными на рис. 2.8, а, обладает саморе-
гулированием. При уменьшении значения регулируемой величины
до х2 количество подводимой энергии Q, становится больше количе-
ства отводимой энергии Q2, что обеспечивает увеличение регулируе-
мого параметра до х0.

В случае если статические характеристики рассматриваемого
объекта имеют вид, показанный на рис. 2.7, б, в, то при отклонении
регулируемого параметра от значения х0 на установившемся режиме
возникает рассогласование в количествах подводимой и отводимой
энергии, которое увеличивает отклонение х от исходного значения х0.
Если характеристики подводимой и отводимой энергии имеют в точке
пересечения общую касательную, то отклонение значения регулируе-
мого параметра (при малых изменениях) не вызывает рассогласования
между подводом и отводом энергии и не создает условий для восста-
новления значения регулируемого параметра (рис. 2.7, г).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Что такое установившийся режим работы ОУ?

2.	Какие ОУ относят к одноаккумуляторным, какие — к многоаккумулятор-
ным?

3.	Перечислите способы воздействия на ОУ.

4.	Какие ОУ входят в состав СЭУ?

5.	Что такое саморегулирование?

6.	В чем заключается способ построения линии установившихся режимов ра-
боты?

Глава 3.

ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ
РЕГУЛЯТОРОВ И АСУ

§ 3.1.	Классификация элементов и устройств

В состав автоматизированных систем управления, обеспечиваю-
Щих работу СЭУ, входит большое количество разнообразных по слож-
ности и выполняемым функциям элементов и устройств. Роль и зна-
чение этих элементов и устройств во многом зависят от назначения
Элементы и устройства автоматических регуляторов и АСУ	—	Устройства ввода информации			—	Датчики	
				Сигнализаторы	
				Командные органы	«	
					
		Ре тающие устройства	—	г.	$  Дискретные элементы	
				Аналоговые элементы	
					
		Усилительные устройства	—	Золотниковые усилители	
				f'-груйные усилители	?	
				Дроссельные усилители	
				Щриковыс усилители	
			—		
				Двухкаскадные усилители	
				Магнитные усилители	
				Транзисторные усилители	
					
		Исполнительные устройства	—	Электрические	
				Пневматические	
				Гидравлические	
					
				Дозирующие	
		Регулирующие устройства			
			— 1	Дросселирующие	
				Управляющие рециркуляцией	
					
		Стабилизирующие устройства	•		Жесткая обратная связь	
				Гибкая обратная связь	
					
		Преобразующие устройства	—	Выпрямители	J
				Нормирующие преобразователи	
				Модуляторы	
				Демодуляторы	
			—	Аналого-цифровые преобразователи	
				Цифроаналоговые преобразователи	
				Электрогидравлическис преобразователи	
				Электропнсвматическис преобразователи	
					
		Устройства отображения информации		Индикаторы	
				Регистраторы	
					
		Коммутирующие устройства	—	Дешифраторы	
				Распределители	
				Переключатели	
				Ключи	
			—		Тумблеры	
				Кнопки	

Рис. 3.1. Классификация элементов и устройств АСУ	<

системы, в которой они работают. Однако многие элементы и устрой;
ства являются общими для различного вида систем. На рис. 3.1 привв!
дена одна из возможных общих классификаций элементов и устройств
автоматических регуляторов и АСУ. Под устройствами ввода инфо;
мации понимают различные устройства, которые измеряют значе!
параметров и выдают соответствующие сигналы в цепи автоматичеа
пегуляторов и АСУ. К устройствам ввода информации относят также
командные органы, при воздействии оператора на которые производит-
ся перестройка регулятора, изменяется задание режима работы АСУ
или величина уставок. Поступающие от устройства ввода информа-
ции сигналы обрабатываются в решающих устройствах и после усиле-
ния передаются: в автоматических регуляторах в исполнительные
устройства, предназначенные для преобразования энергии в механи-
ческую работу, а в АСУ в исполнительные устройства и устройства
представления информации. Исполнительные устройства связаны с ре-
гулирующими устройствами, непосредственно воздействующими на
подвод или отвод энергии от объекта. Для обеспечения устойчивой ра-
боты в некоторые системы могут вводиться специальные стабилизирую-
щие устройства. Для преобразования сигналов и энергии из одного ви-
да в другой широко используются различного вида преобразующие
устройства. Коммутирующие устройства предназначены для измене-
ния направления и величины сигналов, идущих по цепям АСУ, они
могут также выполнять функции устройства ввода информации.

Автоматические регуляторы можно классифицировать по различ-

ным признакам.

По принципу действия автоматические регуляторы делят на регу-
ляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого дей-
ствия регулирующее устройство перемещается за счет энергии, разви-
ваемой измерительным устройством. Применение таких регуляторов
целесообразно во всех случаях, когда не требуется больших усилий
для перемещения регулирующего устройства и когда не предъявляют
особых требований к точности поддержания регулируемого парамет-
ра и качеству переходного процесса. Регуляторы прямого действия
просты по конструкции, надежны в работе и имеют невысокую стои-
мость. В регуляторах непрямого действия регулирующее устройство
перемещается за счет постороннего источника энергии, подводимой
к усилительному устройству. Регуляторы непрямого действия исполь-
зуют в тех случаях, когда требуется получить значительные усилия
для перемещения регулирующего устройства при сохранении малой
нечувствительности и высокого качества переходного процесса. Такие
регуляторы имеют компактную конструкцию, обеспечивают более
точное поддержание регулируемого параметра и легко приспосабли-
ваются для дистанционного управления. Однако они более сложны
и имеют большую стоимость, чем регуляторы прямого действия. В за-
висимости от вида используемой вспомогательной энергии регуляторы
непрямого действия делят на гидравлические, пневматические,
электрические и комбинированные. Вид используемой вспомогатель-
ной энергии в значительной мере зависит от ОУ, так как обычно стре-
мятся использовать тот вид энергии, который имеется в объекте и без
которого он не может работать. Однако в некоторых случаях на выбор
вида энергии влияют требования к быстродействию регулятора и усло-
вия его работы. В комбинированных регуляторах в разных каскадах
усиления используются различные виды энергии.

По способу обеспечения задачи регулирования автоматические
Регуляторы делят на астатические, статические, программные и
позиционные. Астатические регуляторы поддерживают на всех ус
новившихся режимах заданное значение регулируемого парамет]
Статические регуляторы поддерживают на установившихся режим
заданное значение регулируемого параметра с заранее предусмотренн
неравномерностью регулирования, величина которой связана с пе|
мещением регулирующего устройства. Такие регуляторы могут бь
как прямого, так и непрямого действия. Программные регуляторы ol
спечивают изменение заданного значения регулируемой величин
по требуемому закону в зависимости от изменения другой величи
(нагрузки, времени и т. п.). Статическая характеристика программно
регулятора при фиксированном задатчике может быть астатическо
или статического типа. При воздействии программного устройства :
задатчик получается семейство статических характеристик. Примет
ние таких регуляторов повышает точность ведения процесса и улу
шает экономичность ОУ со сложной программой. Позиционные регул
торы работают по принципу „включено-выключено”, и их делят i
импульсные и релейные.

В импульсных регуляторах перемещение регулирующего устро
ства происходит только в период воздействия управляющего сигнал
измерительного устройства. В состав таких регуляторов входит сп
циальное устройство, периодически прерывающее управляют*
сигнал. Для работы импульсного регулятора требуется меньше всп<
могательной энергии, и его можно использовать для управления н
сколькими ОУ. В релейных регуляторах перемещение регулирующе1
устройства происходит только при отклонении регулируемого пар
метра на определенную величину. К релейным относят двухпозицио:
ные регуляторы и регуляторы с постоянной скоростью перемещен®
регулирующего устройства.

Двухпозиционные регуляторы имеют два положения - „открыто
и „закрыто”, их используют для поддержания регулируемого парам®
pa, который может изменяться в широких пределах. Они просты п
конструкции, их часто применяют для пополнения расходных емкс
стей, для выполнения функций защиты и дистанционного управления
Регуляторы с постоянной скоростью перемещения регулирующею^
устройства работают по принципу „включено в одном направлении
выключено - включено в другом направлении” и могут достаточнее
точно поддерживать регулируемый параметр. Такие регуляторы обыч.'
но делают электрическими и для обеспечения устойчивости переход
ных процессов в них вводят обратную связь и гидравлическое устрой
ство, замедляющее движение релейного измерительного устройств*

В зависимости от области применения регуляторы делят на инда
видуальные, специализированные и универсальные. Индивидуальны
регуляторы предназначены для автоматизации конкретного объект
и обычно входят в его конструкцию в виде отдельного узла. Специал
зированные регуляторы предназначены для поддержания конкретнь
регулируемых параметров в различных ОУ и в зависимости от вщ
регулируемого параметра их делят на регуляторы давления, уровн
температуры, скорости и т. п. Универсальные регуляторы обеспечива*
пержание различных регулируемых параметров при автоматизации
° ных ОУ путем замены измерительных и регулирующих устройств.
Р83 Конструктивно регуляторы могут быть построены по базовому,
одульно-агрегатному или элементному принципу. У регуляторов,
Мостроенных по базовому принципу, все элементы контура регулиро-
ания выполнены в виде единой конструкции. Их обычно используют
как индивидуальные или как специализированные регуляторы. Регу-
ляторы, построенные по модульно-агрегатному принципу, состоят из
отдельных устройств (по возможности - стандартных модулей),
выполняющих определенные законченные функции. В регуляторах
этого типа все входящие сигналы преобразуются в сигналы, изменяю-
щиеся в стандартном диапазоне, а затем они обрабатываются в унифи-
цированных узлах. Регуляторы, построенные по элементному принци-
пу, содержат отдельные ячейки-элементы, выполняющие определен-
ные логические функции. В этом случае элементы имеют стандартные
входные и выходные сигналы и обычно объединены в функциональные
или унифицированные блоки. В некоторых случаях в одном и том же
регуляторе могут быть использованы различные конструктивные
принципы. Например, в регулятор, построенный по базовому принци-
пу, могут входить агрегатные узлы. Эти же принципы используются
и при построении АСУ.

По конструктивному оформлению регуляторы могут быть отдель-
ными устройствами или их объединяют в блоки, размещаемые в при-
борах или пультах управления. В ряде случаев регуляторы входят
составной частью в конструкцию ОУ. Такие регуляторы получили наз-

вание навешенных или встроенных.

Регуляторы, выполненные в виде отдельной конструкции, назы-
вают автономными и используют для ряда однотипных ОУ, имеющих
близкие характеристики.

Элементы обычно представляют собой элементарные конструк-
тивные ячейки, из которых собирают автоматические регуляторы или
АСУ. Эти элементы могут быть совсем простыми (сопротивление,
дроссель) или более сложными, состоящими из нескольких про-
стых элементов. У всех элементов выходной сигнал зависит от
одного или нескольких входных сигналов. В зависимости от вида
используемой энергии элементы и устройства бывают пневмати-

ческие, гидравлические и электрические. По характеру изменения
выходного сигнала элементы и устройства делят на дискретные и ана-
логовые. В дискретных (релейных) логических элементах сигнал на
выходе изменяется скачком при достижении входным сигналом опре-
деленного значения. В аналоговых элементах выходной сигнал меня-
ется плавно в зависимости от изменения входного сигнала.

Работа пневматических и гидравлических элементов и устройств
основана на следующих принципах: компенсации сил, компенсации
перемещений, взаимодействия струй.

Принцип компенсации сил позволяет создавать приборы высокой
точности при весьма незначительных перемещениях подвижных дета-
лей. Принцип компенсации перемещений предусматривает заметные

з*
перемещения, что приводит к дополнительным погрешностям в
зультате появления сил трения, инерционных сил и т. п. Принцип в
модействия струй позволяет строить приборы, не имеющие движуи
ся частей, что значительно повышает их надежность, но снижает
ность преобразования аналоговых сигналов. Для устранения э'
недостатка используют принцип взаимодействия струй с твердой
верхностью, имеющей незначительные перемещения.

Для построения автоматических регуляторов и АСУ в отдель
случаях используют пневматические элементы (м узлы в комбина!
в основном, с электрическими элементами. Широкое распространи
получили различные исполнительные механизмы, основанные
использовании энергии сжатого воздуха для перемещения регулир
щего органа. Ранее в АСУ, особенно дизельных установок, шир<
использовались пневматические логические элементы как аналого
го, так и дискретного типов (элементы сравнения, задатчики, уси
тели, пневмореле и др.). В настоящее время в АСУ дизельных уста
вок применяют электрические элементы, которые имеют меныц
стоимость и выполняют те же логические функции.

В гидравлических системах логические функции выполняют
с использованием золотников, дросселей, невозвратных клапан
и других элементов. Конструкции этих элементов в каждой систе
зависят от условий работы. В системах с аналоговыми сигнала
применяют гидравлические устройства струйного, дроссельного и
потникового типов.

Электрические элементы и устройства автоматических регуля
ров аналогичны элементам и устройствам, используемым в АС
и будут подробно рассмотрены далее.

§ 3.2.	Элементы и устройства автоматических
регуляторов

Разделение автоматического регулятора на элементы и устройстг
основано на их целевом назначении в схеме регулятора. Исходя
этого положения к типовым узлам-звеньям автоматических peryJ
торов относят датчик, состоящий из чувствительного элемента, зада
щего и решающего устройств, усилительного, исполнительного, pei
пирующего и стабилизирующего устройств. Структурная схема ав’
магического регулятора приведена на рис. 3.2.

Датчики. Датчики осуществляют непосредственное измерен!
регулируемого параметра (физической величины) и от их характер
стик в значительной степени зависит качество работы всего автомат
ческого регулятора. Измеряя регулируемый параметр, датчик преО
разует его изменения в форму, удобную для передачи в цепях per
пирования. Для пневматических и гидравлических регуляторе
выходными сигналами датчика могут быть усилие, перемещение Ш
давление рабочей среды. Для электрических регуляторов на выхо;
датчика изменяется сопротивление, напряжение или сила ток
Рис. 3.2. Структурная схема автоматического регулятора

В зависимости от вида регулируемого параметра различают следующие
датчики: давления, расхода, уровня, температуры, частоты вращения,
крутящего момента, солености, газового состава, перемещения и т. п.
Конструктивные схемы датчиков могут быть основаны' на различных
физических явлениях в зависимости от области их применения,
условий работы и т. п. В данном случае рассматриваются только те дат-
чики, которые получили наибольшее распространение в судовых АСУ.

В качестве чувствительных элементов датчиков давления, воспри-
нимающих изменение давления и преобразующих его в перемещение,
служат мембраны и сильфоны. В датчиках, измеряющих давление
от 0,147 МПа (1,5 кгс/см2), применяют гибкие мембраны из прорезинен-
ной ткани. Для уменьшения влияния жесткости мембран на работу
датчики на них делают гофры, высота которых в 2...3 раза превышает
рабочий ход мембраны. Шток присоединяют к мембране путем уста-
новки в середине мембраны жесткого центра. Основные характеристи-
ки мембран - активная площадь, допустимый ход и допустимое зна-
чение измеряемого давления. Активная площадь не равна всей площа-
ди мембраны, так как необходимо учитывать влияние заделки ее
краев. Для мембраны с жестким центром (рис. 3.3) активную площадь
^а определяют по формуле

Fa = (n/12)(O=+OM<Vd2),

(3.1)

Рис. 3.3. Мембрана с
гофром и жестким
центром

где Ом - наружный диаметр мембраны по заделке; - диаметр
жесткого центра.

Данная формула справедлива в случае, если жесткий центр распо-
положен в плоскости заделки мембраны. При
перемещении жесткого центра в сторону гофра
активная площадь мембраны уменьшается,
а при перемещении в противоположную сторо-
ну _ увеличивается. Чтобы уменьшить влияние
изменения активной площади мембраны на ра-
боту датчика, ход мембраны ограничивают до
(0,015. . . 0,002)DM.

В чувствительных элементах датчиков, из-
меряющих давление свыше 0,147 МПа, приме-
няют гармониковые мембраны, которые
Рис. 3.4. Сильфон с внут-
ренней отбуртовкой

Dc — наружный диаметр;
dc — внутренний диаметр;
dt — посадочный диаметр;
t — шаг гофров; s — толщина
стенки; L — общая свободная

Подвод импульса | Подвод импульса,
а) |	2	“ 6)	| к S

Рис. 3.5. Схемы датчиков давления мембранного^
и сильфонного (6) типов	>

1, 3 — пружина (задающее устройство); 2 — мембрана^!

рычаг; 5 - сильфон

длина

получили название сильфоны. Они представляют собой гофрировЛ
ные металлические тонкостенные трубки (рис. 3.4) из томпака, пой
томпака, бронзы или нержавеющей стали. Жесткость сильфона зав
сит от материала, толщины стенки и числа гофров. Все необходим*
данные для выбора сильфонов приведены в соответствующих норм
тивах и ГОСТах, которые используют при проектировании регуля*
ров. К основным характеристикам сильфона относят активную пл
щадь, допустимое давление, максимальный ход и жесткость. Акти

ную площадь сильфона Fa определяют по формуле

Fa = (л/4)[Ос + dc)/2]2,

где Dc - наружный диаметр сильфона; dc - внутренний диаметр сий
фона. Для повышения надежности регуляторов рабочий ход сильф
нов принимают приблизительно 0,1 мм, что значительно меньше, чё
допускают нормативы на сильфоны. К недостаткам сильфонов относ!
наличие внутреннего трения, значительную жесткость и малый доп*
стимый ход.

Схемы датчиков мембранного и сильфонного типов приведи
на рис. 3.5.

В электрических регуляторах давления широкое применен
находят индуктивные датчики, принцип действия которых основ
на изменении индуктивности обмотки электромагнитного дроссе.
в зависимости от перемещения его подвижной части. Схема индукт»
него датчика показана на рис. 3.6. Индуктивность меняется вспедств
изменения воздушного зазора а. Достоинствами индуктивных датчик
являются простота и надежность, однако они
имеют небольшой линейный участок на ста-
тической характеристике и их точность за-
висит от постоянства частоты переменного
тока.

Работа чувствительных элементов дат-
чиков расхода обычно основана на принци-
пе измерения перепада давления на участке
трубопровода. Поскольку при постоянной
площади проходного сечения расход зависит
только от перепада давления, то, измеряя
перепад, получаем значения расхода. При
незначительном сопротивлении трубопрово-

№8од импульси

Рис. 3.6. Схема индуктив-
ного датчика

да для увеличения перепада давления в нем устанавливают дроссель-
ные шайбы или трубы Вентури. В узком сечении возрастает скорость
движения жидкости и в соответствии с уравнением Бернулли умень-
шается давление.

Схемы датчиков расхода и график распределения давления в ме-
сте их установки приведены на рис. 3.7. Из графика видно, что в узком

сечении давление падает на р, - р2, а затем частично восстанавливает-
ся. Величина Aft, характеризует невосстанавливаемую потерю давле-
ния. Для дроссельных шайб Арп составляет 0,25(р, - р2), а для труб
Вентури 0,1 (р, - р2), так как они имеют плавный вход и выход потока.
Датчики расхода, основанные на размещении крыльчатки в потоке
жидкости, имеют меньшие потери давления и большую точность. Наи-

меньшие потери давления дает использование ультразвуковых датчи-
ков расхода, принцип действия которых основан на замере времени
прохождения ультразвукового сигнала от излучателя до приемника,

Рис. 3.7. Схемы датчиков расхода: о — с дроссельной шайбой и двумя силь-
фонными датчиками давления; б — с трубой Вентури и мембранным датчи-
ком; в — эпюра давлений

А 7 — пружина (задающее устройство); 2 — рычаг (решающее устройство); 3 — датчик
давления до шайбы р,; 4 — дроссельная шайба; 5 — датчик давления после шайбы р2;

6 — труба Вентури; 8 — мембрана
Рис. 3.8. Датчики уровня мембранного (а) и поплавкового (6) типов
1 — конденсационный сосуд; 2 — пружина; 3 — рычажная система; 4 — мем-
брана; 5 — гру4; 6 — импульсные трубки; 7 — уравнительная трубка; 3 — кол-
лектор котла; 9 — паровая трубка; 10 — поплавок; 11 — рычаг; 12 — сильфон-
уплотнитель

размещенных на участке трубопровода. Это время меняется пропо
ционально скорости протекания жидкости на участке от излучатет
до приемника.

Измерение уровня жидкости в судовых резервуарах усложняете
из-за влияния качки и изменения давления в резервуаре. В судовь
регуляторах уровня используют поплавковые и мембранные датчик
(рис. 3.8). При изменении уровня поплавок, перемещаясь, сдвигам
рычаг, который соединен с усилительным устройством или непосредд
ственно с регулирующим клапаном. Такие датчики просты по кон*
струкции, их обычно используют в тех случаях, когда не требуется
высокой точности поддержания уровня. Поплавковые датчики широко
распространены в регуляторах уровня прямого действия. При необхо-
димости более точного поддержания уровня применяют датчику
мембраного типа, которые измеряют разность уровней Н = Н1 - Н*
в конденсационном сосуде (где поддерживается постоянный уровень^
и в резервуаре. На одну сторону мембраны действует постоянный гид*
ростатический столб воды Hlt а на другую сторону - столб воды H2t
определяющий высоту уровня воды в резервуаре. Изменение давлений
в резервуаре действует на мембрану одновременно с обеих ее сторон,
и не сказывается на работе датчика. Для устранения влияния качки
гидростатическое давление столба воды Н уравновешивается в основ?
ном при помощи груза 5, а пружина 2 служит только как задатчик, обе*
спечивающий подстройку требуемого уровня.

Датчики, применяемые в регуляторах температуры, делят на мано-
метрические, дилатометрические и электрические. Манометрические,
датчики преобразуют температуру в давление какой-либо среды,.
Рис. 3.9. Датчики температуры: а - парожидкостный; б - газовый; в - дила-
тометрический

которое затем измеряется обычным датчиком давления. В зависимо-
сти от вида наполнителя манометрические датчики бывают парожид-
костными и газовыми. Принцип действия парожидкостных датчиков
температуры (рис. 3.9, а) основан на изменении давления насыщенного
пара жидкости при изменении температуры. После заполнения систе-
мы, состоящей из ампулы 5, капилляра 1 и сильфона 2, необходимо
обеспечить ее герметичность. Паровой объем 3 должен быть только
в верхней части ампулы 5, а нижняя часть ампулы, капилляр и силь-
фон должны быть заполнены жидкостью 4, для этого конец капилляра
проходит почти до дна ампулы. При таком заполнении датчика на его
работе не сказывается изменение температуры окружающей среды при
условии, что она не превышает измеряемую температуру и что при
расширении жидкости из-за увеличения температуры окружающей
среды не исчезнет весь паровой объем. В качестве жидкости-наполни-
теля в зависимости от диапазона измеряемой температуры используют
хлористый этил (10... 80 °C), этиловый эфир (40. .. ПО °C), ацетон
(60. . .120 °C), октан (140. . . 210 °C) и анилин’(200. . . 270 °C). При выбо-
ре жидкости исходят из того, что давление в системе не должно пре-
вышать 0,588. . . 0,785 МПа (6... 8 кгс/см2). Для уменьшения влияния
запаздывания длину капилляра делают не более 5 м. На парожидко-
стные датчики не оказывает влияния изменение температуры окру-
жающей среды; они работают при сравнительно небольших давлениях
в герметичной системе. Однако из-за высокой инерционности они не
могут передавать сигнал на значительные расстояния и при нарушении
герметичности не поддаются ремонту в судовых условиях. Кроме того,
их нельзя использовать для измерения температуры, которая меньше
температуры окружающей среды.

Работа газового датчика температуры (рис. 3.9, б) основана на изме-
нении давления газа, находящегося в замкнутом объеме, при откло-
нении температуры. В качестве наполнителя обычно используют азот,
изменение температуры окружающей среды, в которой находятся
капилляр 7 и сильфон 8, сказывается на работе газового датчика. Для
уменьшения этого влияния стремятся увеличить объем термобаллона
° по сравнению с объемом газа, находящегося в капилляре и сильфоне.
1 азовые датчики, наполненные азотом, можно применять в широком
Диапазоне температур; при нарушении герметичности системы ее
сравнительно легко заполнить азотом в судовых условиях. Од
давление в герметичной системе газовых датчиков достаточно в®
и достигает 1,47. . .1,96 МПа (15. . .20 кгс/см2), работа датчика зав
от колебаний температуры окружающей среды, термобаллон и
сравнительно большие размеры.

Принцип действия дилатометрического датчика темпера",
(рис. 3.9, в) основан на различном удлинении корпуса 9 и стержн
при изменении температуры. Корпус датчика г&готовляют из Mart
ла с высоким коэффициентом линейного расширения (латунь, м<
а стержень - из материала с малым коэффициентом линейного ра
рения (инвар). При изменении температуры конец стержня перем
ется и воздействует на усилительное устройство. Для обеспечь
постоянного контакта стержень прижимается к корпусу пружина
Дилатометрические датчики имеют высокую точность и большое i
становочное усилие. Вследствие большой инерционности их не
использовать для регулирования процессов в объектах с малой а:
мулирующей способностью и резко изменяющейся температурой. !

В электрических датчиках температуры с использованием те]
метров сопротивления при отклонениях температуры меняется со
тивление платиновой или медной проволоки, намотанной на ка]
из изоляционного материала. Медные термометры сопротивле
используют для измерения температуры в пределах 50. . . 150 ’С,.
тиновые - в пределах 150. . . 500 °C. Вместо платиновой и медной ;
волоки в плечо измерительного моста может быть включено специ.
ное полупроводниковое сопротивление - термистор. Для восприя
изменения сопротивления и преобразования его в электрический 1
нал, идущий к усилителю, широко применяют мостовые схемы. Ха[
терные особенности таких схем - повышенная чувствительно
линейность и точность преобразования входного воздействия в э/
трический сигнал.

Для измерения температуры в пределах от 200 до 1300 °C приме
ют термоэлектрические чувствительные элементы - термопары.1;
принцип действия основан на возникновении электродвижущей с;
(ЭДС) при нагревании места спая двух проводников из различ!
материалов. В качестве материалов для проводников используют :
мель и копель или хромель и алюмель. Отсюда термопары получ
название хромель-копелевые или хромель-алюмелевые. Термоп
обеспечивают широкий предел измерения температуры, они облад
большой чувствительностью и сравнительно малой инерционное
Термопары используют для измерения температур перегретого г
в котлах и газа в газовых турбинах. Для усиления сигнала и yepej
ния значения измеряемой температуры устанавливают несколько
мопар, которые соединяют последовательно. В схему регуля,
термопары включают по компенсационному методу. При этом 3
развиваемая термопарой, компенсируется равной по значению и т
тивоположно направленной ЭДС от постороннего источника, кото]
можно измерить с большой точностью.

В качестве датчиков частоты вращения используют центробежн
гидродинамические и электрические датчики.

Центробежные датчики (рис. 3.10, а) измеряют центробежную си
возникающую вследствие вращения какого-либо груза вокруг с
Рис. 3.10. Датчики частоты вращения: а — центробежный; б — гидродинами-
ческий; в - индуктивный

проходящей на некотором расстоянии от центра тяжести груза. При
изменении частоты вращения изменяется центробежная сила, разви-
ваемая вращающимися грузами 2. Это приводит к перемещению муфты
3. Изменение центробежной силы компенсируется изменением натя-
жения пружины 1. Центробежные датчики имеют различное конструк-
тивное исполнение и широко применяются для регулирования частоты
вращения дизелей, паровых и газовых турбин. При конструировании
этих датчиков с целью обеспечения требуемой чувствительности

необходимо обращать особое внимание на уменьшение сил трения
в подвижных частях. При регулировании малоинерционных процессов
центробежные датчики из-за своей инерционности не всегда обеспе-
чивают необходимое быстродействие.

В качестве гидродинамических датчиков (рис. 3.10, б) используют
объемные или центробежные насосы с приводом от вала, частоту вра-
щения которого требуется измерить. При использовании объемных

насосов отклонение частоты вращения вала определяют по изменению
подачи насоса. Если датчиком служит центробежный насос, изменение
частоты вращения вала находят по колебаниям напора, развиваемого
насосом. Датчик состоит из крыльчатки 7, корпуса 8, сильфона 6, пред-
назначенного для измерения давления, дросселя 5, обеспечивающего
слив жидкости в цистерну 4 датчика. Такие датчики имеют малую

инерционность, высокую точность и нашли широкое применение в ре-
гуляторах частоты вращения дизель-генераторов, турбогенераторов,
а также главных двигателей различных типов. Недостаток этих датчи-
ков - нелинейность статических характеристик, что не позволяет
использовать их при регулировании механизмов с большим диапазо-
ном изменения частоты вращения.

Электрическими датчиками частоты вращения служат импульсные
генераторы (рис. 3.10, в). Чувствительный элемент такого датчика
состоит из трансформатора 9, обмотки которого включены по схеме
индукционного моста, и зубчатого диска 10, насаженного на вращаю-
щийся вал, скорость которого необходимо измерить. При прохождении
зубцов диска мимо сердечника трансформатора нарушается баланси-
ровка моста и на его выходе появляются импульсы переменного
напряжения, частота которых пропорциональна частоте вращения
вала. Эти импульсы поступают в счетно-сравнивающее устройство,
которое вырабатывает сигнал при отклонении частоты от заданной.
Наряду с импульсными тахогенераторами в системах автоматики при-
меняют тахогенераторы постоянного тока.
2

1
Р
Т
М

Г1

во

4

b~Un

~Ugwx

Ugux



Рис. 3.11. Схемы индукционных датчиков с перемещающимся яко- Ж
рем (й), с перемещающейся обмоткой (б) и с вращающейся обмот-
кой (в)

2 - якорь; 2 — катушки с обмотками; 3 — перемещающаяся вторичная об-
мотка; 4 — катушки с первичной обмоткой; 5 — статор с первичной обмот-
кой; 6 — ротор с вторичной обмоткой

Кроме ранее рассмотренных электрических датчиков испольдИ
потенциометрические, индукционные (трансформаторные) и емдЯ
ные датчики.	Я

Потенциометрический датчик представляет собой перемем
сопротивление, движок которого механически связан с чувствияИ
ным элементом. Такие датчики обеспечивают высокую точней
имеют линейную статическую характеристику, не чувствитейЯ
к помехам от электромагнитных полей, имеют малую массу и небе
шие размеры. К недостаткам потенциометрических датчиков отнСИ
наличие механического контакта между неподвижной и движуще
частями, чувствительность к нагрузке и сложность технологии иВ
товления датчиков высокой точности. Все это ограничивает их 
менение в судовой автоматике.	

Индукционные (трансформаторные) датчики представляют ся
трансформаторные устройства с переменным значением взаиьЯ
индуктивности. По конструкции такие датчики бывают с перемеи
щимся якорем, с перемещающейся обмоткой и с вращающейся обм
кой. В датчике с перемещающимся якорем (рис. 3.11, а) при отклоня
якоря на угол авх от среднего положения нарушается симмея
магнитного потока в магнитопроводе и изменяется выходное ная
жение 1/Вых в результате изменения индуктивности в половинах I
ричной обмотки. В датчике с перемещающейся обмоткой (рис. З.Ц

НЕ. имении вторичной обмотки в прорези магнитопровода изменя-
ЕвдгДО итнЫй поток, сцепленный с различными ее частями и в ней
ется ма тсЯ ЭДС с напряжением ивых . В датчиках с вращающейся
| ^к^^кой (рис. 3.11, в) взаимная индуктивность между первичной
типичной обмотками изменяется благодаря повороту вторичной об-
f *лтки относительно первичной на угол авх. Принцип работы таких дат-
М°ов по существу, не отличается от принципа работы вращающегося
' ^Реформатора; отличие заключается только в конструктивном испол-
’Р8 ф Все датчики этого типа получают питание переменным током
Спряжением 17=40 В и частотой 400. . . 1000 Гц. Достоинства индук-
ционных датчиков - сравнительная простота изготовления и линей-
ность статической характеристики в значительных пределах. Недостат-
ки - наличие сигнала при нейтральном положении датчика и подвер-
женность помехам от внешних магнитных полей.

Принцип действия емкостного датчика основан на преобразовании
изменения контролируемого параметра в изменение емкости конден-
сатора. Емкостный датчик представляет собой плоский или цилиндри-
ческий конденсатор, емкость которого меняется при изменениях рас-
стояния между пластинами плоского конденсатора, диэлектрической
проницаемости вещества, заполняющего пространство между пласти-
нами конденсатора, или рабочей площади конденсатора при повороте
подвижных пластин. К достоинствам емкостных датчиков относят
высокую чувствительность, простоту конструкции, малую массу и не-
большие размеры. Однако емкостные датчики имеют и ряд существен-
ных недостатков, ограничивающих их применение. Они отличаются
большим внутренним сопротивлением, а следовательно, малой мощ-
ностью. Для обеспечения высокой чувствительности необходимо пита-
ние их током высокой частоты (от нескольких килогерц и выше). Боль-
шое влияние на работу этих датчиков оказывают паразитные емкости и
посторонние электрические поля, вследствие чего их надо экраниро-
вать. Изменение внешних условий (влажности и температуры) приво-
дит к отклонению статической характеристики емкостных датчиков.

Кроме чувствительного элемента в состав датчика входит задаю-
щее устройство, или задатчик. Задающее устройство предназначено
для настройки регулятора на поддержание определенного значения
регулируемого параметра. В механических регуляторах в качестве
задающих устройств обычно используют различного вида пружины
с натяжным устройством. Изменяя предварительное натяжение пру-
жин, производят перестройку измерительного устройства регулятора
|в требуемом диапазоне.

В пневматических регуляторах широкое распространение в каче-
стве задающих устройств, выдающих аналоговые сигналы, получили
задатчики дроссельного типа, работающие по принципу компенсации
сил или взаимодействия струй, а также задатчики с дроссельными
золотниками.

Для преобразования сигнала, поступающего от чувствительного
элемента, сравнения его с другими сигналами, поступающими от
задающего и стабилизирующего устройств, и для других операций
с сигналами, выдаваемыми датчиком, в состав регулятора вв
решающее устройство. Частным случаем решающего устройства м<
служить сравнивающее устройство, являющееся выходным зв<
некоторых датчиков. В задачу сравнивающего устройства входит
мирование сигналов, поступающих от чувствительного элем
и задающего устройства, и выдача сигнала, пропорционального от
нению регулируемого параметра от заданного значения, в усилит
ное устройство. Разность сигналов от чувствительного элемента i
дающего устройства определяет величину отклфения регулируе!
параметра от заданного значения. Величина сигнала, идущего на
лительное устройство, тем больше, чем больше отклонение регули]
мого параметра от нормы. В качестве сравнивающих устройств в м

нических регуляторах часто используют рычажные системы, кото
соединяются с входом усилительного устройства (см. рис. 3.5, i

3.7, а). Для уменьшения трения опоры делают на шариковых или ро

ковых подшипниках или выполняют их в виде трехгранных пр?
с опорой по линии. Такие призматические опоры получили назва
ножевых опор. Наилучшая конструкция сравнивающего устройс
предполагает исключение рычажных передач и ножевых опор. В э1
случае сравнение усилий задающего и измерительного устрой
производится на одной продольной оси, перемещение которой прог
ционально отклонению регулируемого параметра (см. рис. 3.5,

Усилительное устройство. Усилитель является обязательн
узлом любого регулятора непрямого действия. В задачу усилитель»
устройства входят преобразование и усиление слабого сигнала, и,
щего от измерительного устройства, до величины, способной обес
чивать перемещение исполнительного устройства. Для этого к уси.
тельному устройству подводят энергию от постороннего источни
и оно управляет подводом этой энергии к исполнительному устр
ству в зависимости от величины сигнала измерительного устройст
По виду используемой вспомогательной энергии усилительные устр

ства делят на гидравлические, пневматические и электрические.

В настоящее время в регуляторах судовых паротурбинных ус
новок получили широкое распространение гидравлические усилите;
использующие в качестве рабочей среды питательную воду или мае
из системы смазки. По принципу действия гидравлические усилите
можно разделить на золотниковые, струйные и дроссельные.

Схема золотникового усилителя изображена на рис. 3.12. Зол
ник 1 усилителя жестко связан с измерительным устройством и пе
мешается им в золотниковой втулке 3, заключенной в корпусе 4. П
движении исполнительного устройства золотниковая втулка 3 чер
рычаг 2 перемещается в обратном направлении. В среднюю полос
золотниковой втулки подается вода или масло под давлением. Сл1
осуществляется с обеих сторон золотниковой втулки. В равновесие
состоянии золотник находится в нейтральном положении и его пояс!
перекрывают окна в золотниковой втулке. При этом поршень исполу
тельного устройства неподвижен. При отклонении золотника от hi
трального положения одна из полостей исполнительного устройс;


Рис. 3.12- Схема золотникового усили-
тельного устройства

соединяется со средней полостью
(напорной) золотника, а другая -
со сливной полостью. Рабочая сре-
да, поступая под давлением в
одну из полостей исполнительного
устройства, перемещает его пор-
шень, выталкивая среду из дру-
гой его полости на слив через
сливную полость золотника. При
движении исполнительного меха-
низма золотниковая втулка так-
же перемещается, устанавливая
окна против поясков золотника.
В зависимости от соотношения
ширины поясков золотника и окон
втулки золотниковые усилители
бывают с положительным, нуле-
вым и отрицательным перекры-

шем. При положительном перекрыше ширина пояска золотника боль-
ше, чем окон втулки. При этом обеспечивается надежное отключение
полостей исполнительного устройства от напора и слива, однако при
малых отклонениях золотника (в пределах перекрыта) исполнитель-
ное устройство не перемещается, что ухудшает чувствительность регу-
лятора. При нулевом перекрыше ширина поясков золотника равна
ширине окон втулки, а при отрицательном перекрыше окна втулки
шире, чем пояски золотника. При отрицательном перекрыше будет
постоянный расход рабочей среды на слив, что ухудшает экономич-
ность усилителя. Усилители должны иметь нулевой перекрыш, но фак-
тически их выполняют с небольшим отрицательным перекрышем, так
как в процессе изготовления добиться нулевого перекрыта достаточ-
но трудно.

Золотниковые усилители обеспечивают значительную мощность
выходного сигнала и быстродействие исполнительных устройств.
Однако они обладают повышенным сопротивлением перемещению
золотника во втулке из-за наличия сил трения, что снижает чувстви-
тельность золотниковых усилителей. Для уменьшения трения пары
золотник-втулка золотники делают стальными, а втулки - бронзовы-
ми» разгружают их от боковых неуравновешенных сил и устраняют
возможные причины перекосов, уменьшают поверхности трения, про-
тачивая канавки на поясках золотника и др. Иногда золотники делают
вращающимися или вибрирующими.

Струйный принцип усиления основан на управлении процессом
преобразования кинетической энергии струи жидкости в давление.
На рис. 3.13, а представлена схема двухпроточного усилительного реле
с заслонкой. Рабочая вода давлением 0,588. . . 0,785 МПа (6... 8 кгс/см2)
подводится к напорным соплам 1. Соосно напорным соплам установ-
лены приемные сопла 4. При среднем положении заслонки 3 давления
в приемных соплах одинаковые. При появлении сигнала от
измерительного устройства рычаг
2 поворачивается, отклоняя за-
слонку от среднего положения
и изменяя давление в приемных
соплах, что вызывает перемеще-
ние исполнительного устройства.
Для уменьшения расхода рабочей
воды применяют однопро'точное
реле со струйной трубкой, схе-
ма которого изображена на
рис. 3.13, б. В этом реле рабочая
вода из приемного сопла 5 попа-
дает в качающуюся струйную

Рис. 3.13. Схемы струйных усилите™
а — двухпроточного с заслонкой; I
однопроточного со струйной трубя

трубку 7, связанную рычагом 6
с измерительным устройством.
При отклонении струйной трубки
от среднего положения меняется

давление в каналах приемника 8 и перемещается исполнитель,
устройство. Характеристики струйных усилителей приведены)
рис. 3.14.	»

Коэффициент усиления струйных усилителей меньше, -чем з<

никовых, так как мощность на выходе усилителя определяется д|
лением рабочей среды и площадью сопла. Чувствительность струйи
усилителей выше, чем золотниковых, так как в них отсутствуют Tfl
щиеся детали. В САР, где требуется сохранять высокую чувствитеЙ
ность при большой мощности на выходе усилителя, применяют да|
каскадные усилители (рис. 3.15). В первом каскаде усиления пример
на струйная трубка, во втором - золотниковый усилитель, имеювЙ
на выходе большую мощность.	я

В последнее время получили распространение дроссельные гидм
лические усилители, конструкция которых близка конструкции дау
проточного струйного усилителя с заслонкой.	]

К достоинствам гидравлических усилителей относят/возможнда
безынерционной передачи сигнала, мгновенной остановки испода
тельного устройства при отсутствии сигнала на входе в усилите!
получения большой мощности на выходе, а также плавность двия|
ния, надежность в работе и простоту конструкции. Одновременно нев
ходимо отметить, что применение гидравлических усилителей требу
двойных коммуникаций (напорных и сливных) и делает невозможен
работу регуляторов в воде с отрицательной температурой. На рабЙ|
гидравлических усилителей большое влияние оказывают наличие в!
душных мешков и нарушение сплошности потока рабочей сред!
Использование масла в качестве рабочей среды повышает пожау
опасность, а вода оказывает корродирующее воздействие на дет&1
регулятора.

В качестве электрических усилителей в автоматических регул!
рах широкое распространение получили магнитные усилители, исп<
зуемые в сочетании с электрическими измерительными устройств!
G

двухпроточное реле c dH * 1,5 мм; 2 — двухпроточное реле cdH« 3,0 мм; 3 — однопроточное реле с dH= 1,5 мм; 4 — однопроточное реле
.= 3,0 мм
Рис. 3.15. Двухкаскадный гидравличе-
ский усилитель

1 — струйная трубка; 2 — золотниковый уси-
литель

Рис. 3.16. Схема магнитного усилив
с положительной обратной связью

(термопарами, термометрами сопротивления и термисторами). Магн
ные усилители отвечают судовым условиям эксплуатации, прос
и надежны в работе, не боятся влажности и вибрации, допускают а
чительные перегрузки и не требуют времени для подготовки к рабо
Однако магнитные усилители большой мощности имеют значительн
инерционность, что необходимо учитывать при проектировании ре
ляторов. Схема магнитного усилителя приведена на рис. 3.16. Магн
ный усилитель состоит из трехстержневого сердечника из листов
трансформаторной стали, на стержни которого намотаны управляю!!
обмотка постоянного тока L? и выходные обмотки переменного т<:
Ьв- При изменении силы постоянного тока, поступающего на вход из!
рительного устройства, меняется магнитная проницаемость сердеч:
ка и, следовательно, индуктивное сопротивление обмоток перем
кого тока. При этом изменяется сила переменного тока, проходящ!
через сопротивление R, включенное на выходе усилителя. Для уве.
чения коэффициента усиления в схему магнитного усилителя ввод
положительную обратную связь. При этом переменный ток на выхр
выпрямляется диодным выпрямителем VD1. . . VD4 и подается в <
мотку обратной связи L0.c, создавая дополнительное подмагничи!
ние, пропорциональное значению выходного тока, которое, в св<
очередь, увеличивает выходную силу тока. Для питания усилите#
используют переменный ток напряжением Un = 110 или 220 В ча<
той 400 Гц.

Наряду с магнитными в автоматических регуляторах находят г
менение транзисторные усилители. В этих усилителях транзист<
могут быть включены по схеме с общей базой (рис. 3.17, а), с обл
эмиттером (рис. 3.17, б) и с общим коллектором (рис. 3.17, в). Схе
с общей базой чаще используют в выходных каскадах мощных уси:
телей, так как эта схема обладает значительно большим линейн:

участком характеристики, имеет хорошую тепловую

стабильно!

и позволяет получить на выходе большую мощность. Схемы с общ»
эмиттером дают максимальное усиление по току, и, следователь^
a)

У ex

^8ЫХ

5)

Я ^вых

6)

U вх

...	рис. 3.1п. Схемы включения транзисторов в усилителях

о мощности. Схему с общим коллектором удобно использовать в ка-
честве согласующего элемента. К достоинствам транзисторных усили-
телей относят малую массу и небольшие размеры, значительный срок
службы, высокий КПД, высокую механическую прочность, к недостат-
кам - низкую температурную стабильность и невозможность исполь-
зования их для усиления сигналов любого вида.

В случае необходимости перехода от одной рабочей среды к дру-
гой используют электрогидравлические и электропневматические
усилители. Электрогидравлический усилитель представляет собой
гидравлический струйный усилитель, в котором отклонение струйной
трубки или заслонки от среднего положения передается от якоря поля-
ризованного реле. Направление движения якоря поляризованного
реле зависит от полярности подаваемого сигнала. Электропневмати-
ческие усилители состоят из пневматического золотника, перемещае-
мого электромагнитом.

Исполнительные устройства. Исполнительные устройства автома-
тических регуляторов в виде различных сервомоторов предназначены
для преобразования вспомогательной энергии, подводимой от усили-
тельного устройства, в работу по перемещению регулирующего орга-
на. Сервомоторы могут быть гидравлическими, пневматическими
и электрическими. По виду движения, совершаемого сервомотором, их



Рис. 3.18. Основные типы сервомоторов: а — поршневой двустороннего дей-
ствия; б _ поршневой одностороннего действия; в — мембранный двусторон-
него действия; г - мембранный одностороннего действия; д - шатунно-кри-
вошипный; е — лопастной; ж — лопастной многобортный; з — шестеренчатый
делят на сервомоторы поступательного (рис. 3.18, а-г) и вращате;
го (рис. 3.18, д-з) движения. По воздействию рабочей среды на под
ные элементы гидравлические и пневматические сервомоторы ь
быть одностороннего (рис. 3.18, б, г) и двустороннего (рис. 3.18,
д-з) действия. В сервомоторах одностороннего действия обратное
жение осуществляется пружинами. По конструкции сервомо
делят на поршневые (рис. 3.18, б, в, д.), мембранные (рис. 3.18, в, г'
пастные (рис. 3.18, е, ж), шестеренчатые (рис. 3.J8, з) и коловратные»

Гидравлические поршневые сервомоторыкобеспечивают бощ':
перестановочные усилия при малых габаритжс, имеют высокий^
и большую надежность, отличаются плавностью действия и и>
больший ход, чем мембранные сервомоторы. Поршневые сервомо
широко применяют в гидравлических регуляторах. Лопастные,
ренчатые и коловратные сервомоторы характеризуются линейно®
висимостью скорости вращения от количества подаваемой раба
жидкости, их используют для перемещения регулирующих устроив
имеющих винтовой привод.

В пневматических регуляторах обычно применяют мембра!
подпружиненные сервомоторы и поршневые сервомоторы с возя
распределителями, работающими по принципу компенсации сил.

В качестве электрических сервомоторов с поступательным дв
нием применяют электромагниты, которые управляют регулирую
устройством по двухпозиционному принципу „открыто-закрь
В электрических регуляторах в качестве сервомоторов исполь
двухфазные асинхронные двигатели переменного тока, у которых ।
фаза обмотки статора сдвинута конденсатором по отношению к др}
Скорость и направление вращения такого двигателя определяют (
чение и знак напряжения, поступающего от магнитного усилит!
В случае необходимости плавного изменения скорости перемеще
регулирующего устройства в качестве сервомоторов использу
электродвигатели постоянного тока или шаговые двигатели, ynpafi
ние которыми осуществляется импульсными сигналами. При неоС
димости получения большей выходной мощности в качестве серва
торов используют трехфазные электродвигатели. Реверсирование э
двигателей производят переключением двух фаз. Такие двиган
имеют постоянную скорость вращения, и для уменьшения влиЯ1
инерции их ротора необходимо устанавливать специальные тормоз
устройства.	;

Статические характеристики гидравлических сервомоторов Я
стороннего действия строят в координатах скорость сервомотору
перепад давлений на поршне Ар. Перепад давлений, при котором иГ
нается движение поршня, называют страгивающим перепадом А|
Его величина определяет нечувствительность сервомотора и завися
неуравновешенных усилий Арн и усилий Артр, которые трап
на преодоление сил трения:

Арстр = Артр i Арн.

Так как при разном направлении движения неуравновешенные J
лия действуют в разные стороны, то перед Дрн стоит знак „+”, a q
гивающие перепады на статической характеристике, изображен
Рис. 3.19. Статические характеристики сервомоторов двустороннего действия
с переменной скоростью (а), электрического с постоянной скоростью (6) и од-
ностороннего действия (в)

на рис. 3.19, а, будут различны. Страгивающий перепад регулирующего
клапана с гидравлическим двухполостным сервомотором не превы-
шает 0,04 МПа (0,4 кгс/см2). Скорость движения поршня сервомотора ws
переменна, она зависит от расхода рабочей среды в сервомотор Gs и его
площади Fs, ее определяют по формуле

»s = Gs/Fs.

(3.4)

Статическая характеристика электрического асинхронного двига-
теля приведена на рис. 3.19, б. Страгивающий пёрепад такого сервомот-
тора с постоянной скоростью движения регулирующего органа опреде-
ляет величина нечувствительности измерительного и усилительного
устройств.

Для пневматических и гидравлических сервомоторов односторон-
него действия статические характеристики строят в координатах дав-
ление на входе р15 перемещение штока тг или as (рис. 3.19, в). Страги-
вающий перепад этих сервомоторов, как и для гидравлических серво-
моторов двустороннего действия, зависит от неуравновешенных уси-
лий и сил трения. Уравнение равновесия для сервомотора односторон-
него действия имеет вид

PiFs = m1k+fnpk,

(3.5)

где к - жесткость пружины; Д™ - предварительное натяжение пру-
жины.

Отсюда получим

= p1Fs/k-fnp.

(3.6)

1 0 и Pi -pljn.n, равном минимальному давлению на входе,
Уравновешивающему предварительное натяжение пружины, уравне-
ние (3.6) примет вид

tap = Pi Fs/k.

(3.7)
Время движения поршня или мембраны сервомотора из одного
конечного положения в другое при максимальном расходе рабочей
среды от усилителя Gs max называют временем сервомотора Ts и опре-
деляют по формуле

Ts = V/Gs max,	(3.8)

где V- объем сервомотора.	|

Диаметр поршня или активную площадь мембраны сервомотора
определяют, исходя из давления рабочей среды и Усилия, необходимо-
го для перемещения регулирующего устройства. Конструкции серво-
моторов будут приведены при рассмотрении конструкций соответ-
ствующих регуляторов.

Регулирующие устройства. Они предназначены для изменения ко-
личества подводимой или отводимой энергии от объекта регулирова-
ния или для изменения характеристик объекта. Подвод или отвод
энергии измеряют регулированием расхода рабочей среды, являющей-
ся носителем энергии, или режима работы агрегатов, обеспечивающих
подачу этой рабочей среды (например, регулированием частоты вра-
щения топливного или питательного насоса). При изменениях характе-
ристик объекта (например, режима работы главного двигателя) или
режима работы агрегатов, обеспечивающих подачу рабочей среды
к объекту, исполнительные устройства непосредственно воздействуют
на входящие в состав самих объектов или агрегатов регуляторы или
специальные регулирующие устройства.

Регулирование расхода рабочей среды производят дозировкой,
дросселированием или рециркуляцией. При дозировке на регулирую-
щем устройстве поддерживается постоянный перепад давления,
и расход рабочей среды в этом случае определяет только площадь про-
ходного сечения регулирующего устройства. В некоторых случаях
дозировка производится по сигналу от датчика расхода. Дросселиро-
вание осуществляется регулирующим устройством при переменном
перепаде, и расход рабочей среды при этом зависит как от площади
проходного сечения, так и от перепада давления на регулирующем
устройстве. При регулировании расхода способом рециркуляции часть
отводимой рабочей среды перепускается на сторону подвода.

Зависимость расхода рабочей среды G от хода регулирующего
устройства гп называют его рабочей характеристикой G(m), а зависи-
мость между площадью проходного сечения F и ходом регулирующего
устройства т - конструктивной характеристикой F(m).

По конструкции регулирующие устройства делят на клапаны,
золотники и заслонки (рис. 3.20). Клапаны и золотники применяют для
регулирования относительно небольших расходов жидкостей и пара.
Односедельные клапаны имеют большие неуравновешенные усилия
на штоке, их используют при малых перепадах давления и диаметрах
трубопроводов. Золотники обеспечивают меньшие протечки, чем кла-
паны, но наличие трущейся пары втулка-золотник приводит к повы-
шенному износу и перемещение их требует дополнительных усилий.
Рис. 3.20. Основные типы регулирующих устройств: а — односедельный кла-
пан; б — двухседельный клапан; в — поворотный золотник; г — поворотная
заслонка

Заслонки обычно применяют при регулировании больших расходов
жидкости и газов с малыми перепадами давлений.

Стабилизирующие устройства. В случае если объект регулирования
не обладает саморегулированием, устойчивость контура обеспечивает
автоматический регулятор, в состав которого входят специальные кор-
ректирующие звенья, стабилизирующие работу объектов. Чаще всего
в конструкцию регулятора вводят отрицательную обратную связь.
Обратной связью в автоматическом регулировании называют воздей-
ствие выходного сигнала последующего звена на любое предыдущее
звено. В случае применения отрицательной обратной связи это воздей-
ствие направлено в сторону, противоположную действию основного
входного сигнала. Стабилизирующее действие отрицательной обратной
связи заключается в том, что она приостанавливает действие регуля-
тора, несмотря на то что регулируемый параметр еще не вернулся
к первоначальному значению. Обратные связи бывают жесткие и гиб-
кие (изодромные). Если воздействие обратной связи зависит только
от выходной величины какого-либо звена регулятора и не зависит от
времени, то такую обратную связь называют жесткой. При введении
жесткой обратной связи регулятор приходит в равновесное состояние
при различных значениях регулируемого параметра, причем эти зна-
чения связаны с ходом регулирующего устройства. Величину измене-
ния регулируемого параметра в зависимости от хода регулирующего
устройства называют неравномерностью регулятора или САР. Такие
регуляторы и системы имеют наклонную статическую характеристику.
Абсолютное значение неравномерности Дх определяют по формуле

Дх = xmax ~ xmjn,	(3.9)

где хтах - наибольшее значение регулируемого параметра при стати-
ческом режиме; xmjn - наименьшее значение регулируемого параметра
при статическом режиме.

Воздействие гибкой (изодромной) обратной связи полностью сни-
мается после окончания переходного процесса, т. е. влияние этой
обратной связи изменяется во времени и происходит только в дина-
мике, не оказывая влияния на статическую характеристику регуля-
тора (статическая характеристика изодромных регуляторов горизон-
тальна). Гибкая обратная связь осуществляется введением в конструк-
цию регулятора специального устройства - изодрома.
§ 3.3. Элементы и устройства АСУ

В АСУ широко применяют те же элементы и устройства, что в ав-
томатических регуляторах, поэтому здесь будут рассмотрены только
специфические элементы и устройства, используемые в этих системах.

В состав АСУ входят задающие устройства, усилительные, испол-
нительные, регулирующие устройства, сигнализаторы, датчики, логи-
ческие элементы, коммутирующие устройства и ^тройства представ-
ления информации.

Логические элементы в АСУ обеспечивают выполнение определен-
ных функций в соответствии с заданным порядком работы ОУ. В
устройствах дискретного действия для реализации логических функ-
ций используют два значения сигнала; „Есть сигнал” - условно обоз-
начают „1”, „Нет сигнала” - условно обозначают „О”. Это представле-
ние положено в основу теории релейных устройств, а математический
метод двузначных логических сигналов получил название алгебры
логйки.

Основными операциями алгебры логики являются логические
умножение, сложение и отрицание.

Элементы, реализующие функцию логического умножения, назы-
вают элементами И, или элементами совпадения. Сигнал на выходе
такого элемента будет появляться лишь в том случае, когда на всех
его входах будут сигналы.

Элементы, реализующие функцию логического сложения, назы-
вают элементами ИЛИ. Сигнал на выходе такого элемента будет появ-
ляться при наличии сигналов хотя бы на одном из его входов.

Элементы, выполняющие операцию отрицания, называют элемен-
тами НЕ. Сигнал на выходе элемента будет появляться только при
отсутствии сигнала на его входе. Эту операцию иногда называют инвер-
сией.

Кроме основных рассмотренных элементов широкое распростра-
нение в логических схемах получили более сложные элементы, осу-
ществляющие запоминание сигнала (элементы памяти), деление часто-
ты (триггеры), функцию ИЛИ-НЕ.

Под делением частоты в триггере понимают появление сигнала
на выходе после подачи на вход последовательно двух сигналов. При
реализации функции ИЛИ-HE сигнал на выходе появляется тогда
и только тогда, когда на всех входах элемента нет сигналов.

В логической части электрических АСУ применяются релейные,
транзисторные и магнитные логические элементы.

В качестве дискретных логических элементов широко используют
обычные электромагнитные многоконтактные реле. В случае если
необходимо фиксировать полярность входного сигнала, применяют
поляризованные реле с двумя независимыми магнитными потоками -
поляризующим и рабочим. При изменении полярности рабочего пото-
ка реле замыкает различные пары контактов. Недостатками релейных
схем являются ограничение числа срабатываний реле, возможность
„залипания” контактов, их окисление и размыкание при вибрационных
Название
элемента

Логическая Математическое
операция^ обозначение Схема элемента
выполняемая логической
элементом операции

Обозначение
контактов

	? -		
Элемент Дизъюнк- >> = xIVx2 ИЛИ	иия (логи-	.	• Г4  2 10.,		
			х	2 — вход 1  3 — вход№3  4 — вход № 4  -“У	5—выход №1  6 — выход № 2
ческое	- K1VJ	Е  93  6	
сложение)	х з	* 10		
X 4**			

Элемент

И

Конъюнк-
ция (логи-
ческое
умножение)

у = л

Лх4ЛХз X,

-12 В -12В у

1 — вход № 1
2— вход №2
3 — вход№3
4—(—12)В

5 —(—12)В
6 —выход

Элемент Дизъюнк-
ИЛИ-НЕ ция отрица-
ний (логи-
ческое сло-
жение с ин-
версией)

y=Xi Vх2Лх

1 - ,Земля”
2 — контрольная
точка (КТ)
3-(-12) В
4—(+3)В
5 — вход № 1
б — вход № 2
7 — вход № 3
12 — выход

Усилитель То же

y = Xi Vx2

1 —,Земля"
2 — контрольная
точка (КТ)

Э —(—12)В
4-(+3)В
5-(-12) В
6 - вход К0 1
7 — вход № 2
12 — выход

Усилитель
мощный

УМ

y~xr Vx2

X, О

1 —,Земля”
2 — вход № 2
(диодный)
3-(+3)В
4 — вход№ 1
5 —(—24) В
12 — выход
и ударных нагрузках, а также ограниченное время включения или чис-
ло переключений.

В АСУ широкое распространение получили бесконтактные транзи-
сторные логические элементы. Схемы и основные данные некоторых
видов транзисторных логических элементов приведены в табл. 3.1.

За сигнал „1” в этих элементах принято напряжение от - 9 до
- 12 В, а за сигнал „О” - напряжение от 0 до 0,3 В. Для надежного запи-
рания триодов и получения минимального тока мгечки при повышен-
ной температуре в элементах предусмотрено введение напряжения
смещения + 3 В. Диодная приставка ИЛИ позволяет увеличить число
выходов других логических элементов. Она состоит из двух незави-
симых цепей, каждая из которых имеет два входа и один выход. При
поступлении отрицательного потенциала на один или на оба входа при-
ставки на выходе соответствующей цепи появляется сигнал. Диодная
приставка И может работать только в сочетании с элементами ИЛИ-НЕ
и У. Сигнал на выходе диодной приставки появится только в том слу-
чае, если на все три входа поступят отрицательные сигналы. Элемент
ИЛИ-HE реализует различные функции: И, ИЛИ, НЕ. Реализация логи-
ческой функции ИЛИ осуществляется во входных цепях элемента,
а усиление и инвертирование производятся с помощью полупроводни-
кового усилителя на триоде, работающем в режиме „открыт-закрыт”.
При наличии сигнала на любом из трех входов триод открыт и сигнал
на выходе равен нулю. Для усиления сигналов в схемах используются
усилители У и УМ. Схема усилителя У аналогична схеме элемента
ИЛИ-HE. Контрольная точка служит для проверки напряжения база-
эмиттер при настройке системы. Усилитель УМ обладает большей
нагрузочной способностью, чем усилитель У, и служит для управления
сигнализацией и исполнительными механизмами мощностью не выше
12 Вт при напряжении 24 В. Он является вторым каскадом усиления
после усилителя У. В составе этой системы элементов имеется счетный
триггер, осуществляющий деление частоты и функцию „памяти”.

К достоинствам рассмотренных транзисторных элементов относят
нечувствительность к вибрационным и ударным нагрузкам и много-
кратность срабатывания. Недостатками этих элементов являются
чувствительность к повышению температуры и влажности и отсутствие
развязок электрических цепей.

В ряде судовых электрических АСУ нашли применение магнитные
логические элементы с тороидальными сердечниками из феррита,
имеющими прямоугольную петлю гистерезиса. На выходе таких эле-
ментов включается диод или транзистор, поэтому они получили назва-
ние феррит-диодных или феррит-транзисторных элементов. К достоин-
ствам этих элементов относят развязку электрических цепей, нечув-
ствительность к ударам и вибрации, сохранение „памяти” при отклю-
чении питания и большое число срабатываний. Трудность подбора фер-
ритовых сердечников по характеристикам несколько ограничивает
распространение этих элементов. В качестве выходных элементов
в АСУ при необходимости включения мощных потребителей использу-
ют управляемые диоды, которые также могут осуществлять логические
операции. Они хорошо стыкуются с транзисторными и магнитными эле-
ментами и обеспечивают возможность получения полностью бескон-
тактных схем управления.

В электрических АСУ для выдачи аналоговых сигналов применяют
вращающиеся трансформаторы и сельсины, а в качестве дискретных
задающих и коммутирующих устройств используют различные кнопки,
тумблеры и переключатели. В гидравлических АСУ в качестве анало-
говых задатчиков служат игольчатые дроссельные клапаны и золот-
ники, а в качестве коммутирующих устройств - золотниковые и кла-
панные распределители и манипуляторы.

Для информации оператора о прохождении поданных команд и о
состоянии ОУ в состав АСУ включаются устройства представления
информации. К ним относят различного рода приборы, показывающие
положение органов управления и значения параметров, характеризую-
щие процесс управления, а также табло, лампы и звуковые сигналы,
информирующие оператора о прохождении поданной команды, о
выбранном режиме работы, об аварийном состоянии ОУ и т. п. В каче-
стве. показывающих приборов используют различного рода стрелочные
приборы (манометры, тахометры, указатели положения и др.). Сигналь-
ными приборами служат отдельные сигнальные лампы с цветными кол-
пачками и ламповые табло с цветными светофильтрами. Для повыше-
ния надежности на табло устанавливают по две лампы, включенные
параллельно, или используют светодиоды и предусматривают контроль
исправности сигнализации. Конструкция ламповых табло должна обе-
спечивать возможность быстрой замены вышедших из строя сигналь-
ных ламп. При аварийном состоянии объекта или при срабатывании
защиты включаются одновременно световая и звуковая сигнализации.
Средствами звуковой сигнализации служат ревуны и звонки, причем
нужно стремиться к тому, чтобы их звук отличался от других звуко-
вых сигналов. Звуковой прибор устанавливается один на группу пара-
метров и включается при получении любого аварийного сигнала или
при срабатывании любой защиты. Расшифровка аварийного сигнала
и вида защиты производится световыми табло. При необходимости
оператор может контролировать работу звукового сигнала или отклю-
чать его. Отключенный оператором звуковой сигнал при появлении
повторного аварийного сигнала вновь включается. Все устройства
управления, коммутации и представления информации вместе с логи-
ческими элементами устанавливают в пультах управления, отдель-
ных блоках, стойках и щитах сигнализации.

Для выполнения функций контроля используют такие элементы
и устройства, как датчики, преобразователи, обегающие и коммути-
рующие устройства, дешифраторы, устройства индикации и реги-
страции.

В случае необходимости преобразования сигналов в состав АСУ
вводят специальные устройства-преобразователи, получающие различ-
ные сигналы от датчиков и преобразующие их в стандартные сигналы
напряжением 0. . .10 или 0. . .5 В. К таким устройствам относят раз-
личного типа выпрямители, преобразующие переменный ток
в постоянный. Выпрямление обеспечивается использованием герма-
ниевых или кремниевых диодов или селеновых вентилей. В состав
выпрямителей входят силовой трансформатор на входе, мостовая
схема выпрямления и согласующий фильтр, устанавливаемый на вы-
ходе.

Одним из методов усиления слабых входных сигналов постоян-
ного тока является их преобразование в сигналы переменного тока
постоянной частоты (модуляция) и усиление пфледних усилителя-
ми переменного тока. Усиленные сигналы перемрнного тока преоб-
разуются в выходные сигналы постоянного тока (демодуляция).
Устройства, служащие для преобразования медленно изменяющихся
сигналов постоянного тока в сигналы переменного тока постоянной
частоты, огибающая амплитуды которых изменяется по такому же
закону, что и входной сигнал, называют модуляторами. Устройства,
обеспечивающие восстановление формы усиленного входного сигнала,
называют демодуляторами. В этих устройствах используют электро-
магнитные вибраторы, магнитные усилители, диоды, триоды и другие
элементы.

Для преобразования аналогового сигнала в двоичный код исполь-
зуют аналого-цифровые преобразователи. В системах контроля широ-
кое распространение получили преобразователи аналогового сигнала
напряжения в двоичный код с промежуточным преобразованием
напряжения во временной интервал (метод временного кодирования)
и последующим преобразованием этого временного интервала в двоич-
ный код. Для преобразования напряжения во временной интервал
определяют время между началом измерения и моментом, когда изме-
ряемое напряжение (входное) станет равным эталонному пилообраз-
ному, поступающему от генератора пилообразных импульсов. Для
дальнейшего преобразования полученного временного интервала
в двоичный код подсчитывается число импульсов, прошедших от гене-
ратора импульсов, имеющего стабильную частоту, на двоичный счет-
чик за преобразуемый временной интервал.

В аналого-цифровых преобразователях могут использоваться тран-
зисторные, феррит-диодные и релейные элементы. В случае необходи-
мости преобразования сигнала из двоичного кода в аналоговый ис-
пользуют цифроаналоговые преобразователи, работа которых основана
на таких же принципах.

В АСУ основные устройства работают в определенной временной
последовательности, причем в системе каждого типа свой порядок
работы устройств, который устанавливается в соответствии с теми
задачами, которые она одолжна решать. В качестве устройства, обеспе-
чивающего принятую очередность функционирования отдельных
устройств, чаще всего применяют бесконтактные распределители
импульсов - устройства, поочередно распределяющие импульсы по от-
дельным электрическим цепям. Исходя из назначения распределите-
ли импульсов должны работать по принципу шаговых устройств, т. е.
на каждом такте должен срабатывать только один элемент распреде-
лителя, коммутируя только одну выходную цепь. В зависимости
от вида использованных элементов распределители бывают феррит-
диодные, феррит-транзисторные и транзисторные. В настоящее время
известно большое количество различных схемных решений таких рас-
пределителей, рассматриваемых в специальной литературе.

Неотъемлемой частью АСУ являются многопозиционные переклю-
чатели, которые называют дешифраторами. Их назначение состоит
в том, чтобы распознать ту или иную команду, зашифрованную двоич-
ным кодом, и выработать управляющий сигнал только на одном из вы-
ходов соответствующего устройства. Наибольшее распространение
получили дешифраторы, выполненные на полупроводниковых диодах
и на магнитных элементах.

Счетчики импульсов служат для сложения и запоминания числа
поступивших входных сигналов дискретного типа. В зависимости от
принципа построения схемы счетчики можно разделить на две группы.
В счетчиках первой группы производится отсчет каждого отдельного
импульса. Такие счетчики состоят из последовательно соединенных
элементов, имеющих два устойчивых состояния. Переход из одного
состояния в другое происходит при появлении сигнала на входе эле-
мента. Примером таких элементов могут служить электромагнитные
реле, транзисторные триггеры, бесконтактные магнитные реле и др.
В счетчиках второй группы входные импульсы накапливаются в эле-
менте и изменяют его состояние. Например, в счетчике с накопитель-
ным конденсатором поступающие импульсы заряжают его так, что
напряжение на нем увеличивается пропорционально числу импульсов.
Измеряя напряжение на конденсаторе, получают представление о ко-
личестве поступивших входных импульсов.

Для информации оператора о состоянии ОУ в состав АСУ для целей
контроля входят различного типа индикаторы и регистраторы. К ним
относят все стрелочные показывающие приборы, которые устанавли-
вают для контроля за наиболее важными параметрами.

В качестве регистраторов информации служат устройства, печа-
тающие на бумаге в виде чисел значения контролируемых параметров.
Широкое распространение получили штанговые печатающие устрой-
ства электромеханического типа, которые печатают значения парамет-
ров в строку. Такие печатающие машины состоят из электромеханиче-
ского печатающего устройства и электронного блока управления.
В состав электромеханического печатающего устройства входит меха-
нический дешифратор, преобразующий при помощи электромагнитов
электрические импульсы двоичного кода в соответствующие переме-
щения, которые воспринимаются механизмом печати. Печатание соот-
ветствующих цифр в необходимой последовательности обеспечивается
приводом управления. Электронный блок управляет подачей сигналов
на электромагниты и привод управления. Более быстро печатают зна-
чения контролируемых параметров печатающие машины барабанного
и матричного типов.

Для построения логических схем разветвленных АСУ (особенно
для комплексных систем), имеющих большое количество объектов
управления и сложный алгоритм, в последнее время в качестве
элементов стали использовать операционные усилители, большие ин-
тегральные схемы (БИС) и микропроцессоры (МП).

Под операционными усилителями понимают маломощные универ-
сальные усилители, имеющие в своем составе инвертируемые и неин-
вертируемые входы, один выход и два-три промежуточных (коррек-
тирующих) входа. В этих схемах легко образуются обратные связи,
которые позволяют выполнить желаемое преобразование сигнала.

Операционный усилитель состоит из входного одно- или двух-
каскадного дифференциального усилителя, имеющего высокий коэф-
фициент усиления и повышенное входное сопротивление, схемы сог-
ласования входной и выходной частей и выходного усилителя мощно-
сти с малым выходным сопротивлением. Развитие техники сделало
возможным размещение ОУ в одном корпусе микросхемы.

Дальнейшее развитие технологии производства интегральных схем
дает возможность изготовлять микросхемы, содержащие в одном кор-
пусе несколько тысяч элементов. Такие микросхемы получили назва-
ние больших интегральных схем. Эти элеме. ты обладают повышенной
надежностью за счет исключения разъемных соединений, позволяют
значительно сократить габариты аппаратуры и расширяют возможность
применения вычислительной техники в АСУ.

Микропроцессоры в отличие от элементов, построенных на БИС
и имеющих жесткий алгоритм, позволяют изменять алгоритм в процес-
се управления под действием набора команд и адресов, вводимых
в устаройство памяти. Эта гибкость алгоритма определяет универсаль-
ность и широкое поле применения МП. Использование МП вместо обыч-
ных управляющих логических схем целесообразно в случаях, когда
для реализации схемы требуется большое количество БИС или когда
необходимо многорежимное функционирование АСУ (гибкий алгоритм)
или выполнение арифметических либо алгебраических вычислитель-
ных операций. Микропроцессор - это дискретное программно-пере-
страиваемое логическое управляющее устройство, структурная схе-
ма которого показана на рис. 3.21. В состав МП входят:

блок входных и выходных устройств БВ, осуществляющий связь
МП с источниками информации ИИ и управляющими органами УО;

блок памяти БП, содержащий программы и алгоритм управления
и регистрирующий управляющие сигналы и сигналы от ИИ и к УО,
а также результаты работы других блоков МП; этот блок имеет по-
стоянную и оперативную память;

арифметико-логическое устройство АЛУ, которое выполняет
по управляющим сигналам в соответствии с программой решение
арифметических и алгебраических задач;

блок управления БУ, производящий дешифорвку управляющих
сигналов и распределение их по другим блокам МП.

Рис. 3.21. Структурная
схема микропроцес-
сора
Микропроцессор конструктивно может быть реализован на не-
скольких БИС или на одной сверхбольшой интегральной схеме.
Структура МП может меняться за счет введения дополнительных
внешних блоков: дисплеев, печатающих устройств, устройств магнит-
ной записи и др., превращаясь в микроЭВМ. Современные МП пред-
назначены для решения сложных задач управления, имеют достаточно
простое программное обеспечение, большую гибкость алгоритмов,
высокие быстродействие, точность обработки информации и надеж-
ность.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Каково назначение регулирующих устройств?

2.	Чем различаются конструкции регуляторов прямого и непрямого дей-
ствия?

3.	На каких принципах работают гидравлические и пневматические элемен-
ты и устройства?

4.	Из каких элементов состоит автоматический регулятор?

5.	Перечислите типы чувствительных элементов.

6.	Каковы достоинства и недостатки магнитных и транзисторных усили-
телей?
Раздел II.

АСУ СУДОВЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ
УСТАНОВКАМИ И СИСТЕМАМИ

I

Глава 4.

АСУ СУДОВЫМИ ПАРОСИЛОВЫМИ
УСТАНОВКАМИ

§ 4.1. АСУ котельными установками

Котельная установка производит пар определенных параметров,
т. е. определенных давления и температуры. Пар может быть насыщен-
ным и перегретым. Тепловая энергия пара преобразуется в механиче-
скую энергию вращения главного турбозубчатого агрегата и исполь-
зуется для привода различных вспомогательных механизмов: турбо-
генераторов, турбопитательного и циркуляционного насосов и др.
Вспомогательная котельная установка на судне производит пар для
обогрева помещений, подогрева топлива, для работы системы конди-
ционирования воздуха, бани и т. д. Вспомогательные котельные уста-
новки используют на судах с дизельными и ядерными энергетически-
ми установками, а также в качестве стояночных на некоторых судах
с обычными паросиловыми главными установками.

В современных судовых установках наибольшее распространение
получили вертикальные водотрубные котлы с естественной циркуля-
цией на мазутном отоплении.

Котельная установка (рис. 4.1) состоит из одного или нескольких
котлов и обеспечивающих их работу вспомогательных механизмов
и аппаратов. Питательный насос 1 подает воду в пароводяной барабан 4
через экономайзер 2, где питательная вода подогревается теплом
газов, уходящих из топочного пространства 3 котла. За счет подвода
к питательной воде тепла, получаемого в результате сжигания в топке
топлива, вода испаряется и образуется насыщенный пар, собирающий-
ся в паровом пространстве пароводяного барабана. В пароперегрева-
теле 6 насыщенный пар нагревается до требуемой температуры и отво-
дится из котла к потребителям. Топливо к форсункам 5 подается топ-
ливным насосом 8 через нефтеподогреватель 9. Необходимый для горе-
ния воздух подается в топочное пространство котла вентилятором 7.

Для генерации в котле требуемого количества пара определенных
параметров необходимо подавать в котел такое же количество пита-
тельной воды и соответствующее количество топлива и воздуха. При
автоматизации котельной установки необходимо регулировать три
основных тракта котла: питательный, топливный и воздушный. В свя-
зи с этим основными регулируемыми параметрами, характеризующими
работу котла, будут уровень воды в пароводяном барабане котла, дав-
ление пара и соотношение между количеством сжигаемого топлива
и воздуха (соотношение топливо-воздух, определяемое коэффициен-
том избытка воздуха а).

Уровень воды в барабане характеризует материальный баланс меж-
ду подводимой к котлу питательной водой и отводимым паром. Дав-
ление и температура пара определяют его энтальпию, т. е. потенциаль-
ную энергию, которая в дальнейшем в других элементах установки
превращается в другие виды энергии: механическую, электрическую
ит. д. Соотношение топливо-воздух - один из важнейших показате-
лей экономичности работы топки котла.

Автоматизация котельной установки сводится к автоматическому
поддержанию указанных параметров в заданных пределах. Темпера-
туру перегретого пара в большинстве случаев в судовых котлах не ре-
гулируют, так как она изменяется в допустимых пределах за счет
внутренних свойств самого котла. Однако для работы вспомогатель-
ных механизмов и устройств на судне всегда нужен охлажденный пар,
который получают в специальных пароохладителях, располагаемых
внутри котла или на паропроводе между котлом и турбиной, с помо-
щью котловой воды или впрыском в пар питательной воды.

Для обеспечения качественного распыла топлива необходимо под-
держивать его температуру в определенных пределах. Регулятор тем-
пературы воздействует на подвод пара к нефтеподогревателю. Строго
говоря, качество распыливания зависит не от температуры топлива,
а от его вязкости. Применение в котельных установках регуляторов
вязкости предопределяет ряд эксплуатационных удобств: в частно-
сти, не требуется перенастройки регулятора в зависимости от сорта
топлива (см. гл. 5).
В котельной установке регулируются также некоторые вспомога-
тельные параметры, например давление пара, идущего на распылива-
ние топлива, и др.

В последнее время на основе усовершенствованных тепловых схем
установок и более совершенного вспомогательного оборудования
спроектированы, построены и эксплуатируются судовые пароэнерге-
тические установки (ПЭУ) со значительно более высокими по сравне-
нию со старыми установками показателями экономичности.

Автоматическое регулирование питания котлф Процесс питания
котла регулируют автоматическим поддержанием уровня вбды в
барабане котла - важнейшего параметра котельной установки, от
которого зависит безаварийная работа котла. Снижение этого уровня
влечет за собой тяжелую аварию, связанную с пережогом котельных
трубок, чрезмерное его повышение может вызвать заброс воды в паро-
перегреватель и даже в турбину, что также повлечет за собой аварию.

На положение уровня воды влияют1 изменение паропроизводитель-
ности, определяемое главным образом открытием маневрового клапа-
на главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА), изменение подачи пита-
тельной воды, а также давление в барабане котла и качка судна.
Тесная взаимосвязь этих параметров делает поддержание уровня в ба-
рабане котла очень сложной задачей.

Наибольшее распространение в судовых котельных установках
получили двухконтурные схемы автоматического регулирования
питания (рис. 4.2), содержащие два регулятора: регулятор уровня 1,
воздействующий на перемещение регулирующего питательного клапа-
на, и регулятор 4, воздействующий на привод питательного насоса 3.

На практике встречаются три способа управления приводом пита-
тельного насоса: поддержание постоянной частоты вращения
(рис. 4.2, а), поддержание постоянного давления в трубопроводе
за насосом (рис. 4.2, б) и поддержание постоянного перепада давлений
на питательном клапане (рис. 4.2, в). Сравним эти схемы, рассмотрев
характеристики питательного насоса и его сети.

Заштрихованная площадь, ограниченная кривыми и р2, харак-
теризует перепад давлений, срабатываемый на питательном клапане.
Нетрудно заметить, что наиболее экономична схема с поддержанием
постоянного перепада давлений на питательном клапане. Кроме того,
эта схема создает оптимальные условия для работы питательного кла-
пана, так как позволяет выбирать и поддерживать на нем оптимальный
и постоянный на всех нагрузках перепад давлений (обычно 300. . .
500 кПа).

В других схемах этот перепад может колебаться от 300. . . 500 кПа
при максимальной нагрузке до 2... 3 МПа при малых нагрузках.
Столь большие перепады давлений вызывают высокие скорости потока
в клапане и, как следствие, повышенный эррозионный износ деталей
проточной части и недопустимый уровень шума.

При условии постоянного перепада, кроме того, облегчается проек-
тирование профильной части питательного клапана, что немаловажно
для сложного в отношении динамики контура регулирования питания.
Рис. 4.2. Двухконтурные схемы автоматического регулирования пи-
тания котлов: а — с регулятором частоты вращения питательного
насоса; б — двухконтурная с регулятором давления питательной
воды; в — двухконтурная с регулятором перепада давлений на пи-
тательном клапане

1 — регулятор уровня; 2 — пароводяной барабан котла; 3 — питательный на-
сос; 4 — регулятор питательного насоса; рк — постоянное давление пара
в котле; рх и р2 — давление питательной воды соответственно за питатель-
ным клапаном и за насосом в зависимости от способа управления приводом
(п = const, р2 - const; р2 ~ Pi- cosnt)

Процессу поддержания уровня в котле свойственна следующая
особенность. Быстрое увеличение нагрузки вызывает падение давления
пара в котле, при этом теплосодержание котловой воды повышается
и начинается интенсивное парообразование. Количество пузырьков
пара в воде под зеркалом испарения увеличивается, что вызывает
„набухание” уровня в барабане котла. При снижении нагрузки про-
исходит обратное.

В связи с описанным явлением автоматическое регулирование
уровня на маневрах с помощью одноимпульсного регулятора будет
характеризоваться большим перерегулированием, при котором уро-
вень может уйти за пределы видимости по водомерным колонкам.
В этом случае возникает опасность пережога трубок котла или забро-
са воды в проточную часть турбины.
По этой причине одноимпульсные регуляторы уровня воды уста-
навливают на малонапряженных котлах с большим относительным во-
досодержанием; при изменениях нагрузки котла паросодержание
котловой воды меняется мало. Для автоматического регулирования
уровня в современных главных котельных установках, отличающихся
высокой тепловой напряженностью топочных объемов и поверхностей
нагрева и малым относительным водосодержаниеА, используют двух-
импульсные регуляторы уровня, где второй импульс - это импульс
по паровой нагрузке, т. е. по расходу пара. Если дбгулятор с импуль-
сом по уровню вступает в работу лишь после того, как изменится
уровень, и при быстром его изменении не может предотвратить значи-
тельного рассогласования между требуемой паропроизводительностью
и количеством подаваемой питательной воды, то двухимпульсный
регулятор, реагируя на изменение расхода пара даже при неизменном
уровне в котле, способен свести это рассогласование к минимуму или
исключить его совсем.

Так как объект управления (пароводяное пространство котла)
не обладает самовыравниванием, у регуляторов питания всегда
должна быть обратная связь. Обычно применяют жесткую обратную
связь по положению питательного клапана, причем для стабилизации
контура регулирования уровня, особенно у высоконапряженных
котлов, приходится вводить достаточно сильную обратную связь.
В одноимпульсном регуляторе обратную связь можно увеличивать
до известных пределов изменения уровня, ограниченных конструктив-
ными размерами барабана котла. Наличие второго импульса обуслов-
ливает любую по величине и знаку неравномерность регулирования
уровня.

Действительно, изменение уровня в барабане котла от нагрузки -
неравномерность - при совместном действии обоих импульсов

ft = fty-hp.	(4.1)

где hy и hp - неравномерности, обусловленные действием обратной
связи по положению питательного клапана и действием импульса
по расходу пара, мм вод. ст.

Из формулы (4.1) следует, что желательную неравномерность при
любом требуемом по условиям устойчивости значении hy можно обе-
спечить, приняв соответствующую неравномерность hp. В этом и состо-
ит главное преимущество двухимпульсного регулятора перед одно-
импульсным, у которого h = hy.

Кроме импульсов по уровню и паровой нагрузке в системах регу-
лирования уровня используют иногда дополнительные импульсы
по расходам питательной воды и топлива.

Каждый новый импульс дает добавочную информацию о состоянии
котла, и система автоматического регулирования при этом более каче-
ственно регулирует питание. Однако использовать многоимпульсные
регуляторы следует только в случаях крайней необходимости, так как
введение дополнительных импульсов усложняет конструкцию регуля-
торов и повышает их стоимость.
Рассмотрим схемы термогидравлического одноимпульсного регу-
лятора уровня и двухимпульсного регулятора с мембранным датчи-
ком уровня.

Термогидравлический регулятор уровня (рис. 4.3) состоит из изме-
рителя уровня в барабане котла, представляющего собой трубку 3, сое-
диненную с паровым и водяным пространством барабана котла. В ниж-
ней (водяной) части трубка имеет оребрение 1 для более интенсивного
охлаждения; верхняя часть трубки (паровая) должна быть покрыта
изоляцией. К трубке 3 приварен кожух 2. При заполнении барабана
котла водой в трубке устанавливается уровень, соответствующий
уровню в барабане. Пространство 4 между трубкой 3 и кожухом 2
соединено трубкой 4 с герметичной полостью сильфона 5 питательного
клапана 6. При этом пространствб А, трубка 4 и полость сильфона 5

должны быть полностью за-
полнены конденсатом при
закрытом питательном кла-
пане.

Степень открытия кла-
пана определяется равно-
весием между усилием пру-
жины 6 клапана и усили-
ем, развиваемым давлением

Рис. 4.4. Схема двухимпульсного регуля-
тора уровня в барабане котла

Рис. 4.3. Схема термогидравли-
ческого регулятора уровня в
барабане котла
конденсата в герметичной полости А на сальфон 5. Чем выше давление
в этой полости, тем больше будет сжата пружина 6 и тем больше откро-
ется клапан 7. Количество тепла, воспринимаемого конденсатом в по-
лости А, зависит от длины трубки 3, заполненной в пределах кожуха 2
паром. Изменение уровня в барабане котла и в трубке 3 приводит
к изменению давления в полости А, которое через сильфон 5 вызывает
соответствующее перемещение питательного клапана 7.

Достоинство термогидравлического регулятора уровня - простота
и высокая надежность благодаря отсутствию в еко конструкции под-
вижных соединений для передачи импульса от твмерителя на испол-
нительный механизм. В процессе эксплуатации необходимо обратить
внимание на обеспечение плотности соединения элементов системы,
заполненной конденсатом, и на отсутствие в ней воздушных мешков.
Все соединения трубок, кожуха и сильфона желательно выполнять
сварными и спаянными без разъемов. Недостатком термогидравличе-
ских регуляторов является их большая инерционность, вследствие
чего их можно применять в основном на малонапряженных котлах.

Двухимпульсный регулятор уровня (рис. 4.4) состоит из измери-
тельного органа 8, струйного усилительного реле 5, сервомотора 22,
питательного клапана 21, мехнизма обратной связи 3 и импульсного
устройства, содержащего конденсационный сосуд 15 и трубопроводы
12,13,14, 16, 17.

Мембраны 10 и 19 разделяют измеритель на три полости. В верхнюю
полость через трубопровод 16 поступает импульс давления пара. Сред-
няя полость соединена трубопроводами 12 и 13 с водяной частью бара-
бана котла, а в нижнюю полость по трубе 17 подается импульс от по-
стоянного столба воды в конденсационном сосуде.

Постоянный уровень воды в сосуде обеспечен благодаря соедине-
нию его трубопроводами 13 и 14 с паровой и водяной полостями бара-
бана котла и отсутствию на нем тепловой изоляции, в результате чего
пар, поступающий в конденсационный сосуд, будет постоянно конден-
сироваться. Образующийся конденсат заполняет сосуд до верхней
кромки сливной трубы, после чего сливается через нее в котел. Кроме
мембран уровня 19 и расхода 10 в состав измерителя входят груз 20,
комплект пластинчатых пружин 11, импульсная пружина 18 и рычаг 9.
Мембрана уровня 19 находится под воздействием столба воды, высота
которого h равна разности уровней в сосуде 15 и котле. Усилие, раз-
виваемоме мембраной под действием столба воды, уравновешивается
подвешенным к ней грузом 20, импульсной пружиной 18 и пружиной
обратной связи 4. Импульсная пружина связана верхним концом
с мембраной расхода, а нижним - с мембраной уровня. Мембрана рас-
хода нагружена сверху комплектом пластинчатых пружин.

Принцип действия регулятора состоит в следующем. При отсут-
ствии расхода пара из котла перепад давлений на мембране расхода
равен нулю, и мембрана под действием пластинчатых пружин находит-
ся в крайнем нижнем положении, при этом импульсная пружина сжа-
та. С увеличением расхода пара из котла возрастает перепад давлений
на мембране 10, что вызывает ее перемещение вверх и ослабление
импульсной пружины. Поскольку влияние ослабления импульсной
пружины на равновесие мембраны 10 аналогично действию импульса
снижения уровня в барабане котла, мембрана уровня сместится вверх,
воздействуя через рычаг 9 и валиковую передачу 7 на трубку 6 струй-
ного усилительного реле 5. В результате этого сервомотор, связанный
с реле силовыми трубками 1 и 2, увеличивает открытие питательного
клапана 21. Уменьшение расхода пара вызовет сжатие импульсной пру-
жины и обратное действие регулятора. Нетрудно видеть, что при отсут-
ствии импульса по расходу пара, а следовательно, при отсутствии
в конструкции регулятора мембраны расхода, а также пластинчатых
и импульсной пружин регулятор с увеличением нагрузки котла вслед-
ствие „набухания” уровня в барабане прекратит питание котла водой,
т. е. закроет питательный клапан.

Двухимпульсные регуляторы питания с мембранными измерителя-
ми, установленные на главных котлах танкеров типа „Крым” и др.,
хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации.

Автоматическое регулирование процесса горения. САР процесса
горения управляет расходом топлива в зависимости от количества
отбираемого от котла пара и поддерживает такое соотношение топли-
во-воздух, при котором топливо в топке котла сгорает наиболее эко-
номично и бездымно. Задача регулирования подачи топлива сводится
к регулированию давления пара, изменяющегося при нарушении
баланса между теплом, отводимым с паром, и теплом, выделяющимся
при сжигании топлива.

Критерием экономичного процесса горения служит химический
состав дымовых газов, поэтому оптимальным было бы управление
подачей воздуха в котел по отклонению компонентов, входящих
в состав дымовых газов, например кислорода и углекислого газа.
Однако приборы, анализирующие состав дымовых газов, обладают
большой инерционностью и их нельзя использовать в качестве основ-
ных датчиков системы регулирования. По этой причине основной прин-
цип регулирования подачи воздуха - программное поддержание опре-
деленного соотношения расходов топлива и воздуха.

По способу осуществления регулирующего воздействия на подачу
топлива и воздуха схемы регулирования горения можно разделить
натри основные группы: воздух по топливу, топливо по воздуху
и с параллельным заданием топлива и воздуха.

На рис. 4.5,.а приведена схема, в которой регулятор 2, восприни-
мающий изменение давления пара в котле 1, непосредственно управ-
ляет расходом топлива на форсунки. Регулятор 3, управляющий под-
водом воздуха к котлу, является программным. Задающим воздей-
ствием для него служит расход топлива в котел, для замера которого
используют давление топлива или перемещение топливного регули-
рующего органа. Такую схему называют схемой с последовательным
включением контуров „воздух по топливу”.

Недостаток подобной схемы состоит в трудности обеспечения при
маневрах бездымного горения в котельной установке, особенно при
быстром изменении нагрузки. Вследствие значительной инерционности
Рис. 4.5. Схемы автоматического регулирования горения: о — воздух по топ-
ливу; б — топливо по воздуху; в — с параллельным заданием топлива и воз-
духа

системы подачи воздуха, обусловленной главным образом инерцион-
ностью котельных вентиляторов, и безынерционное™ системы подачи
топлива при маневрах существенно изменяется требуемое соотноше-
ние топливо-воздух, что можно устранить введением специальных
корректирующих звеньев, учитывающих, например, скорость переме-
щения топливного регулирующего органа. В схеме автоматического
регулирования процесса горения с последовательным включением
контуров „топливо по воздуху” (рис. 4.5, б) изменение давления пара
воспринимает регулятор 3, который управляет расходом воздуха.
Расход воздуха в топку определяют по перепаду давления на газовом
тракте котла с помощью регулятора соотношения расходов воздуха
и топлива 4. С изменением расхода воздуха регулятор приводит в дей-
ствие топливный регулирующий орган. При маневрах бездымность
горения осуществляется без каких-либо специальных мер, так как
контур регулирования расхода топлива безынерционен. Однако обе-
спечить устойчивость контура регулирования при использовании тур-
бовентилятора, гарантирующего достаточно высокую экономичность
котельной установки, трудно, что ограничивает применение этой
схемы.

В приведенной на рис. 4.5, в схеме автоматического регулирования
процесса горения с параллельным заданием топлива и воздуха регу-
лятор давления пара 2 одновременно осуществляет задающее воздей-
ствие программным регулятором подачи топлива 4 и воздуха 3. Прог-
раммы обеспечивают регулирование необходимого соотношения рас-
ходов топлива и воздуха.

Схема с параллельным заданием топлива и воздуха сочетает поло-
жительные маневренные качества двух других описанных схем и по-
лучила наибольшее распространение на отечественных судах.

В системах автоматического регулирования процесса сжигания
топлива необходимо вводить стабилизирующие средства, поскольку
объект регулирования - паровое пространство котла - обладает незна-
чительным самовыравниванием, особенно на малых нагрузках.
В качестве стабилизирующих средств применяют жесткие обратные
связи, иногда изодромные. В установке с несколькими котлами, рабо-
тающими на общую паровую магистраль, можно использовать один
регулятор давления пара, воспринимающий усредненный сигнал
по отклонению давления пара.

Чтобы обеспечить минимальные потери давления пара в рацио-
нальной схеме автоматического регулирования, необходимо правиль-
но выбрать место отбора импульса к регулятору.

Для регулятора давления пара с жесткой обратной связью и падаю-
щей статической характеристикой импульс целесообразно отбирать
в таком месте, где гидравлические потери парового тракта от барабана
котла до места отбора импульса будут равны принятой неравномерно-
сти регулирования. В этом случае давление в барабане котла на всех
режимах работы установки будет поддерживаться практически по-
стоянным.

Автоматическое регулирование подачи топлива. В каждой из опи-
санных схем регулирования процесса горения топливо в котел можно
подавать различными способами в зависимости от вида форсуночного
устройства. Существуют следующие типы форсунок: механические,
сливные (со сливом топлива из вихревых камер распылителя) и паро-
механические.

Основная характеристика форсуночного устройства - глубина его
регулирования, т. е. отношение минимального расхода топлива через
форсунку к максимальному.

У механических форсунок, расход топлива в которых регулирует-
ся изменением давления перед ними, диапазон изменения расхода
ограничен и определяется напором топливного насоса и минимальным
давлением топлива перед форсункой, необходимым для качественного
распыливания. Например, при напоре насоса р = 3,2. МПа и минималь-
ном давлении pmjn = 800 кПа глубина регулирования форсунки соста-
вит к = ^/р /pmin = 2. Учитывая, что в топке I форсунок, минимальная
нагрузка котла Вщщ = Bmax/(fc0- Если котел оборудован тремя механи-
ческими форсунками, его минимальная нагрузка составит примерно
16% максимальной. Схема подачи топлива в котел, оборудованный
механическими форсунками (рис. 4.6), работает по принципу количе-
ственно-качественного изменения расхода топлива.

Каждая последующая форсунка 6 включается автоматически при
повороте очередного включающего золотника 5 в момент достижения
максимального Давления топлива перед форсунками. При снижении
нагрузки форсунки последовательно автоматически отключаются.
Одновременно с отключением какой-либо из форсунок специальный
форсуночный сервомотор прекращает подачу воздуха к данной фурме.

Непрерывность и плавность подачи топлива обеспечиваются еди-
ным регулирующим золотником 2, образующим вместе с включающи-
ми золотниками топливный регулирующий блок 4, управляемый сер-
вомотором регулятора давления пара 3. Для получения однозначной
зависимости между положением топливного регулирующего золотни-
ка и нагрузкой, чтобы можно было согласовать его положение с точками
Рис. 4.6. Схема автоматического регулирования подачи топлива
с двумя параллельно работающими котлами и общей топливной
системой с механическими форсунками

включения форсунок и программой подачи воздуха, на золотнике 2
поддерживают постоянный перепад давлений с помощью регулятора 1,
настройка которого зависит от числа параллельно работающих котлов.

Если топливная система обслуживает один котел, перепад давле-
ний на топливном регулирующем золотнике поддерживают регулято-
ром 1, сливая топливо из напорной магистрали топливного насоса
в топливоподогреватель 7, а затем в расходную цистерну, и никаких
других регуляторов для управления подачей топлива не требуется.
Если одна топливная система обслуживает несколько котлов, постоян-
ный перепад давления на золотнике 2 обеспечивается дросселирова-
нием топлива в напорной магистрали перед регулирующим золотни-
ком каждого котла. В этом случае в топливной магистрали перед регу-
лирующим органом регулятора перепада давлений 1 постоянное дав-
ление топлива поддерживают с помощью регулятора 8.
Рис. 4.7. Схемы автоматического
регулирования подачи топлива
с паромеханическими форсун-
ками

1 — форсунки; 2 — регулятор давле-
ния распиливающего пара; 3 — регу-
лятор давления пара; 4 — регулятор
давления топлива

По сравнению с механическими сливные форсунки со значительно
большей глубиной регулирования требуют слива горячего топлива
в расходную цистерну в больших количествах, особенно на малых
нагрузках. Поэтому на котле обычно устанавливают лишь одну-две
сливные форсунки, а остальные - нерегулируемые механические.
Плавного изменения расхода топлива достигают изменением числа
включеных нерегулируемых форсунок и изменением с помощью слива
топлива производительности форсунок.

Конструктивно топливный регулирующий орган, которым управ-
ляет регулятор давления пара, выполняют в виде блока с включающи-
ми и сливным золотниками.

На рис. 4.7 приведена схема САР подачи топлива с паромеханиче-
скими форсунками. Поскольку распыливание топлива у этих форсунок
осуществляется с помощью пара и не зависит от давления топлива
перед ними, глубина регулирования паромеханическйх форсунок
составляет не менее 1:10. Это обстоятельство позволяет обеспечить
весь диапазон нагрузок котла всеми включенными форсунками, что
существенно упрощает схему регулирования подачи топлива и кон-
струкцию топливной аппаратуры. Расход топлива в подобной схеме
регулируется программным регулятором 4, воздействующим на слив
топлива из напорной магистрали топливного насоса.

Регулятор давления пара 3 задает программу регулятору 4 и одно-
временно регулятору расхода воздуха. Давление распыливающего
пара перед форсунками 1 поддерживается регулятором 2. Однако при
постоянном давлении пар? в котле необходимое давление распыли-
вающего пара можно обеспечить без специального регулятора с помо-
щью дроссельной шайбы или набора дроссельных шайб.

Автоматическое регулирование подачи воздуха. Регулируемый
параметр системы подачи воздуха в котел - это расход воздуха, для
измерения которого чаще всего используют перепад давлений на
топочном фронте котла (реже давление воздуха в коробе котла).

Перепад давлений воспринимается регулятором расхода воздуха,
который управляет или подачей пара к турбоприводу котельного вен-
тилятора, или поворотной заслонкой, установленной на линии всасы-
вания электровентилятора.
Из-за значительной инерционности турбовентилятора для стабили-
зации контура регулирования расхода воздуха приходится вводить
обратную связь, обычно изодромную, чтобы исключить влияние нерав-
номерности регулирования на вид программной зависимости соотно-
шения топливо-воздух. При использовании электровентилятора пода-
чу воздуха можно регулировать регулятором без обратной связи.

Рассмотрим реальную САР котельной установки одного из судов
отечественной постройки (см. форзац в начале к^иги).

Каждый из двух параллельно работающих котлов котельной уста-
новки оборудован четырьмя паромеханическями форсунками 11.
В состав котельной установки, кроме того, входят два топливных
электронасоса 1 шестеренчатого типа, два электровентилятора 14 (по
одному на каждый котел), два паровых подогревателя топлива 21.

Пульт системы регулирования расположен в посту управления
СЭУ. В состав пульта управления горением входят регулятор давления
пара, измерительные устройства регуляторов расхода воздуха (по од-
ному на котел) и регулятор давления топлива. Остальные элементы
системы регулирования расположены вне пульта в непосредственной
близости от объектов регулирования.

Автоматическое регулирование давления пара осуществляется
с неравномерностью 8... 10 % номинального. Система построена по
принципу регулирования процесса горения с параллельным управле-
нием подачей топлива и воздуха. Регулятор давления пара 19, изме-
ряющий усредненное давление пара от паровых магистралей котлов
и управляющий сервомотором 18, выполнен с жесткой обратной свя-
зью. Сервомотор регулятора задает положение распределительному
валу 17, на котором расположены программные кулачки-задатчики,
осуществляющие задающее воздействие на регуляторы расхода воз-
духа 9 и регулятор давления топлива 4, а также на переключатель 6
скоростей электроприводов котельных вентиляторов.

Регулятор расхода воздуха выполнен без обратной связи, состоит
из мембранного измерителя, струйного усилительного реле и располо-
женного вне пульта сервомотора, управляющего заслонкой на линии
всасывания вентилятора, и поддерживает постоянный перепад давле-
ний воздуха на фронте котла в соответствии с программой. Программа
регулятора расхода воздуха определяется профилем кулачка 8.

Регулятор давления 4 с изодромной обратной связью поддержива-
ет давление топлива перед форсунками по программе, задаваемой
кулачком 5. Регулятор состоит из сильфонного измерителя, струйного
усилительного реле и сервомотора, управляющего клапаном слива
топлива в расходную цистерну. Сервомотор и регулирующий клапан
регулятора расположены вне пульта управления горением.

Регулятор перепада давлений топлива 20 создает перед сливным
клапаном регулятора 4 давление, обеспечивающее слив топлива через
клапан в расходную топливную цистерну.

Выключатель 6 с помощью кулачка 7 переключает частоту враще-
ния электроприводов вентиляторов через магнитные пускатели 13,
когда нагрузка котла изменяется до определенного уровня.
Для управления котельной установкой в режиме разводки котлов
и при выходе из строя отдельных элементов системы подачи топлива
или регулятора давления в конструкции пульта предусмотрена руко-
ятка. С помощью этой рукоятки части распределительного вала 17,
которые соединены с элементами системы, управляющими подачей
воздуха и топлива, отключают от той части вала, которая всегда связа-
на с регулятором давления пара. В этом случае режим горения с помо-
щью маховиков 10 можно задавать вручную, причем для ручного
управления подачей воздуха на пульте установлены два крана 3
гидромуфт 12, дистанционно включающие ручной привод.

В состав АСУ котельной установкой входят также два регулятора
питания (на схеме не показаны), регулятор температуры топлива 2
и регулятор давления распиливающего пара 15.

Регулятор температуры топлива 2 с жесткой обратной связью
состоит из измерительного органа, в качестве чувствительного элемен-
та которого использована газовая ампула с азотным наполнителем,
струйного усилительного реле и сервомотора, управляющего клапаном
подвода пара в нефтеподогреватель. Регулятор давления распиливаю-
щего пара поддерживает постоянным давление пара в коллекторе 16
перед форсунками. Он выполнен без обратной связи с регулирующим
органом в виде золотника.

В качестве регулятора температуры топлива также широко приме-
няют электрогидравлический регулятор, чувствительным элементом
которого служит термометр сопротивления.

Необходимый для работы системы автоматики напор воды созда-
ется специальным электронасосом, общим для автоматики всей СЭУ.

Защита, контроль и дистанционное управление в котельных уста-
новках. В состав АСУ котельной установки входит система защиты,
которая отключает котел при отклонении за допустимые пределы наи-
более важных параметров установки. Наиболее распространены сле-
дующие виды защиты: по уровню воды, исчезновению факела, обе-
сточиванию вентилятора. Иногда предусматривают также защиту
по предельному давлению пара и исчезновению питания АСУ.

Наиболее важна защита по уровню воды. Обычно выполняют защи-
ту по нижнему уровню: при падении уровня воды в барабане котла
ниже предельного защита должна отключить подачу топлива в котел
во избежание пережога котельных трубок. Реже осуществляют защиту
по верхнему предельному уровню в барабане котла; такая защита
выключает систему горения для предотвращения заброса воды в паро-
перегреватель или даже в трубопровод подвода пара к ГТЗА.

Система автоматической сигнализации и защиты по уровню воды
с дистанционным электрогидравлическим указателем уровня (рис. 4.8)
обеспечивает возможность дистанционного непрерывного наблюдения
за уровнем в барабане котла, подачу светозвуковых сигналов при
достижении крайних допустимых положений уровня, а также автома-
тическое прекращение подачи топлива в котел и формирование сигна-
ла на закрытие стопорного клапана на отборе пара при аварийном
положении уровня воды в барабане котла.
Рис. 4.8. Схема системы автоматической сигнализации и защиты по уровню
в барабане котла

В состав системы входят дистанционный электрогидравлический
указатель уровня 6, показывающий прибор 2, блок питания 14, топлив-
ный быстрозапорный золотник 7. Дистанционный указатель уровня
включает в себя измерительное устройство 5, усилительное реле 4,
сервомотор 3 и включающее устройство 1. Топливный быстрозапорный
золотник состоит из распределительного устройства 9, сервомотора 10
и собственно золотника 13.

Измерительное устройство 5 по конструкции аналогично описан-
ному выше одноимпульсному регулятору питания. Изменение уровня
воды в барабане котла вызывает перемещение мембраны измерителя и
соответствующий поворот валика, на котором укреплена струйная
трубка усилительного реле 4. Перепад давлений воды, возникающий
вследствие поворота струйной трубки на приемных соплах усилитель-
ного реле, вызывает перемещение сервомотора 3. В корпусе включаю-
щего устройства 1 расположены микровыключатели. Шток сервомотора
3 при движении воздействует на микровыключатели, включающие
или выключающие лампочки указывающего прибора 2. Один из микро-
выключателей, соответствующий нижнему аварийному уровню в бара-
бане котла, включен в цепь питания электромагнита 8 и предназначен
для размыкания этой цепи при аварийном понижении уровня.

Указывающий прибор 2 представляет собой колонку с лампочка-
ми. Горящие лампочки показывают соответствующий уровень в кот-
ле. Для дистанционного указания уровня этот прибор можно вынести
в ЦПУ, если там отсутствуют световая и звуковая сигнализации ава-
рийных отклонений уровня.
Распределительное устройство 9 быстрозапорного топливного
золотника 7 состоит из подпружиненного двухседельного клапана,
который соединяет одну из полостей сервомотора 10 с напором рабочей
воды или со сливом. Другая полость сервомотора всегда соединена
со сливом. Рычаг, связанный со штоком сервомотора, перемещает
топливный золотник, открывая или закрывая его. При нормальном
уровне воды в котле электромагнит 8, находясь под током, удержива-
ет клапан распределительного устройства в положении, при котором
полость сервомотора соединяется с напорной магистралью рабочей
воды, обеспечивая открытие золотника и подачу топлива к форсункам
котла. При аварийном понижении уровня цепь питания электромагни-
та 8 размыкается, обе полости сервомотора оказываются соединенны-
ми со сливом, и под действием пружины поршень перемещается в дру-
гое крайнее положение, закрывая золотник и прекращая подвод
топлива к форсункам.

Для взвода (открытия) золотника необходимо подвести питание
к электромагниту, что осуществляют нажатием кнопки 11, расположен-
ной на распределительном устройстве. В конструкцию топливного
золотника входят два микровыключателя 12, которые обеспечивают
„память” при срабатывании защиты путем вторичного разрыва цепи
питания электромагнита, что исключает автоматическое открытие
топливного золотника после срабатывания защиты и при некотором
повышении уровня сверх аварийного. Защита по исчезновению факела
предназначена для прекращения подачи топлива в котел после пога-
сания факела. В противном случае при попадании топлива в горячую
топку образуются газы, значительная концентрация которых может
вызвать взрыв. В качестве датчика наличия факела в топке использо-
вано фотореле, принцип действия которого основан на изменении
электрического сопротивления фотоэлемента при изменении его осве-
щенности факелом. Датчик (рис. 4.9) состоит из корпуса 4, в котором
размещена текстолитовая панель 3. В гнездо панели вставлены два
фотосопротивления 2, которые защищены стеклом 1. Через сальник 5
к датчику подведен электрокабель.

Рис. 4.9. Датчик факела
Датчик закреплен на фронте котла так, чтобы световые лучи факе-
ла падали на фотосопротивления 2. При этом электрическое сопротив-
ление его оказывается очень малым и ток вызывает срабатывание
электромагнитного реле, включенного в цепь фотосопротивления. При
исчезновении факела сопротивление фотоэлемента увеличивается
и контакты электромагнитного реле размыкаются, обесточивая
электромагнит и закрывая быстрозапорный золотник.

Защита по обесточиванию вентилятора и предельному давлению
пара в котле также прекращает подачу топлива к форсункам. Следует
отметить, что защиту по предельному давлению пД>а применяют срав-
нительно редко, так как во всех случаях на котле устанавливают пре-
дохранительные устройства, стравливающие пар в атмосферу при
достижении в барабане котла аварийного значения давления.

Контроль и управление котельными установками можно обеспе-
чивать как с местного поста, так и централизованно из ППУ.

Подготовку к вводу в действие, вывод котлоагрегата на режим
и вывод из действия производят только с местного поста. На пульте
или щитах в ЦПУ размещены мнемосхемы котельной установки, пока-
зывающие приборы для контроля наиболее важных параметров (уров-
ня и давления в барабане, состава дымовых газов и др.), соответствую-
щие органы управления, исполнительная и аварийно-предупредитель-
ная сигнализация.

С помощью средств автоматизации из ЦПУ выполняют резервное
дистанционное управление регулирующими органами наиболее от-
ветственных регуляторов котельной установки (уровня воды, дав-
ления пара, расхода воздуха); коррекцию соотношения топливо^-воз-
дух; дистанционное зажигание факела; дистанционный запуск и
остановку питательного, топливного насосов и других вспомогатель-
ных механизмов котельной установки; управление процессом обдув-
ки сажи.

К резервному дистанционному управлению регулирующими орга-
нами регуляторов уровня воды, давления пара и расхода воздуха
прибегают при внезапном выходе регуляторов из строя. В этом случае
требуется немедленное вмешательство оператора в процесс управле-
ния установкой, иначе тот или иной параметр отклонится за пределы
аварийных значений и сработает защита. Схема системы дистанционно-
го управления питательным клапаном приведена на рис. 4.10. Схемы
систем управления другими регулирующими органами могут быть
выполнены аналогично.

В состав системы дистанционного управления питательным кла-
паном входят электрогидравлические блоки дистанционного управле-
ния 10 и отключения 9, датчик уровня 1, располагаемые в ЦПУ перек-
лючатели 4, указатель 3 положения питательного клапана, показываю-
щий прибор уровня воды в барабане котла 2. Блок управления 10
состоит из двух гидравлических клапанов с подпружиненными серво-
моторами 8, двухпозиционного реле 5 со струйным усилителем и по-
ляризованного реле 11 со струйным усилителем. Блок отключения 9
в отличие от блока 10 реле не имеет.
Рис. 4.10. Схема системы дистанционного управления питательным кла-
паном

При исправном состоянии регулятора рабочая вода от усилитель-
ного реле регулятора поступает к сервомотору питательного клапана
через открытые гидравлические клапаны блока 9, поскольку реле
блока обесточено, заслонка 6 находится в крайнем положении и вода
через струйную трубку 7 поступает под поршни сервомоторов 8, откры-
вая клапаны. В это же время гидравлические клапаны блока 10 закры-
ты, а электромагниты двухпозиционного и поляризованного реле обе-
сточены.

При отказе регулятора и при необходимости перехода на резервное
дистанционное управление питание подают с помощью переключате-
ля 4 Авт.-Дист. на электромагнит двухпозиционного реле, при этом
заслонка 6 возвращается в среднее положение, перекрывая отверстие
струйной трубки. В результате в полостях под поршнями сервомоторов
8 устанавливается давление слива и под действием пружин клапаны
закрываются, отсекая сервомотор питательного клапана от усилитель-
ного реле регулятора. Переключателем 4 Б-М (больше-меньше)
клапан перемещают в сторону открытия или закрытия. При этом одно-
временно подается питание на электромагниты реле 5 и 11 блока 10,
в результате чего заслонка 6 и струйная трубка 7 отклоняются в край-
нее положение. Через открытые клапаны блока вода от струйной
трубки 12 поступает в ту или иную полость сервомотора питательного
клапана, вызывая соответствующее перемещение. Когда уровень воды
в барабане котла по показывающему прибору 2 установится в преде-
лах требуемого, переключатель Б-М ставят в среднее положение. При
этом элементы блока 10 возвращаются в исходное состояние, т. е. кла-
паны блока закрываются, а струйная трубка 12 и заслонка 6 занимают
среднее положение. Указатель 3 положения питательного клапана сиг-
нализирует об исполнении задаваемых команд и обеспечивает удоб-
ство дистанционного поддержания уровня. Коррекжртю соотношения
топливо- воздух осуществляют с помощью дистанционного изменения
программы регулятору расхода воздуха или регулятору давления
топлива в соответствии с показаниями прибора анализа дымовых
газов.

Дистанционное зажигание факела производится с помощью элек-
трозапального устройства (рис. 4.11), состоящего из корпуса 3, крышки
7, электродов 1, штока 8 с поршнем 9, платы с микровыключателем
(на рисунке не показан) и подвижной части 2. В качестве управляющей
среды можно использовать воздух или воду при давлении 600 кПа.
Управляющая среда подводится к поршню через штуцер 10. Электро-
питание (10 кВ) через сальник 5 поступает к прибору, затем на клеммы
6 и через пружины 4 на электроды 1.

При подаче управляющего сигнала поршень со штоком перемеща-
ются влево, увлекая за собой подвижную часть запального устройства
вместе с размещенными на ней электродами; при этом растягиваются
пружины 4. При выдвижении электродов на определенное расстояние
шток 8 своей конусной частью А вызывает срабатывание микровыклю-
чателя, включенного в цепь высоковольтного питания запального
устройства. Возникающая в зазоре между электродами электрическая
дуга зажигает топливо. После снятия управляющего сигнала поршень
со штоком и подвижная часть с электродами под действием силы
растяжения пружин 4 возвращаются в исходное состояние; микро-
выключатель разрывает цепь питания прибора.

Размещение электрозапального устройства на фронте котла отно-
сительно конуса распыленного топлива регулируют таким образом,
чтобы при выдвинутом положении электродов электрическая дуга
зажигала топливо, а при снятом управляющем воздействии электроды
были выдвинуты из зоны факела во избежание их обгорания и зашла-
ковывания.

Важная задача, решаемая с помощью средств автоматизации, - это
обдувка поверхностей нагрева котла паром для удаления сажи и дру-
гих отложений продуктов сгорания. Обдувка поверхностей нагрева
улучшает теплопередачу и является одним из основных условий обе-
спечения высокой экономичности работы котельной установки. Про-
цессом сажеобдувки управляют из ЦПУ или с местного поста управле-
ния котельной установки. Обдувку производят периодически, обычно
один раз в сутки, и необходимость ее автоматизации обусловливается
большой трудоемкостью из-за значительного числа сажеобдувочных
устройств, располагаемых к тому же в труднодоступных местах котла.
л^ис. 4.11. Конструкция (а) и внешний вид (б) электроэа-
пального устройства
Особенности автоматизации вспомогательных котельных устано-
вок. Назначение вспомогательной котельной установки зависит от ти-
па судна. Производительность вспомогательных котлов танкеров
обычно должна быть высокой, поскольку они обеспечивают работу
турбоприводов грузовых насосов и, кроме того, необходимо большое
количество пара для обогрева груза. Производительность вспомога-
тельных котельных установок рыбопромысловых баз также должна
быть высокой, так как они обеспечивают паром мужды рыбозавода
и работу электростанции. Системы управления и ретупирования таких
вспомогательных котлов мало отличаются от систем регулирования
главных. Вспомогательные котлы сухогрузных судов предназначены
для удовлетворения паром хозяйственно-бытовых нужд судна (баня,
обогрев жилых помещений, подогрев топлива в расходной топливной
цистерне и т. д.). Расход пара на эти цели, как правило, не превышает
1. . . 4 т/ч в зависимости от размеров судна. Характер потребителей
определяет и низкие параметры пара - обычно вспомогательный котел
в таких случаях вырабатывает насыщенный пар с давлением около
500. . .700 кПа.

В состав вспомогательной энергетической установки современного
сухогрузного судна с главной дизельной установкой входят, как пра-
вило, вспомогательный котел с нефтяным отоплением и утилизацион-
ный котел, использующий тепло отработавших газов главного дизеля.
При этом на ходовых режимах работает утилизационный котел, а на
стояночных - вспомогательный на топливе. Поскольку при маневри-
ровании судна паропроизводительность утилизационной установки
может оказаться недостаточной для обеспечения судовых нужд паром,
системы регулирования утилизационного и вспомогательного котлов
обычно выполняют с учетом возможности их параллельной работы.
Задача регулирования утилизационного котла сводится к поддержа-
нию уровня в сепараторе и давления пара в паропроводе за котлом
(рис. 4.12). Особенностью утилизационной установки является то, что
снижение уровня в сепараторе влечет срыв работы циркуляционного
насоса, но не вызывает пережога трубок утилизационного котла вслед-
ствие низкой температуры подводимых к котлу газов.

Схемы АСУ вспомогательных котлов гораздо сложнее и характе-
ризуются следующими особенностями:

всережимностью, т. е. способностью регулирования котла во всем
диапазоне паровых нагрузок от 0 до 100 % (включая режим „горячего

Рис. 4.12. Схема автоматическо-
го регулирования утилизацион-
ной котельной установки:

1 — регулятор давления; 2 — котел;
3 — сепаратор; 4 — регулятор уровня;

5 — питательный насос; 6 — цирку-
ляционный насос
резерва” - без отбора пара на внешние потребители), поскольку на-
грузка этих котлов может колебаться в широком диапазоне по произ-
вольному во времени закону (возможны также короткие и длительные
перерывы в расходе пара к потребителям);

высокой степенью автоматизации, обеспечивающей регулирование
основных параметров котельной установки, контроль за состоянием
котла и обслуживающих механизмов и дистанционный автоматизиро-
ванный запуск котлоагрегата из ЦПУ энергетической установки или из
местного поста.

АСУ вспомогательных котлов должны обеспечивать надежную ра-
боту без постоянной вахты у котлоагрегата в течение длительного вре-
мени. Схемы таких систем можно разделить на два типа: позиционные
и комбинированные.

Наиболее просты позиционные схемы, которые применяют для ре-
гулирования котлов с большим относительным водосодержанием,
т. е. с большой аккумулирующей способностью. В таких схемах при до-
стижении в барабане некоторого заданного давления пара горение
прекращается, и пар отбирается за счет тепла, аккумулированного
в пароводяном пространстве котла. При снижении давления пара
до предельно допустимого значения автоматически зажигается факел
и котел включается в работу.

Комбинированные схемы применяют на котлах сравнительно не-
большого водосодержания. Комбинированная схема работает в диапа-
зоне малых нагрузок как позиционная („включено-выключено”),
а на остальных нагрузках котла - по принципу пропорционального
ретуширования горения. Комбинированные схемы можно реализовать
по-разному в зависимости от числа форсунок в котле. При наличии
двух форсунок одну из них рассчитывают на большую производитель-
ность, другая является запальной и имеет меньшую производитель-
ность. Паропроизводительность в такой схеме регулируется на малых
нагрузках котла включением и выключением запальной форсунки при
неработающей основной, а на больших нагрузках - подачей топлива
через основную форсунку.

Комбинированная схема АСУ вспомогательного котла показана
на рис. 4.13.

Розжиг котла происходит на легком (дизельном) топливе, не тре-
бующем подогрева. Топливо к форсунке 2 через невозвратный клапан
3 подается растопочным насосом 7 с постоянным давлением, соответ-
ствующим 20 %-й нагрузке котла. При автоматическом запуске котло-
агрегата включаются вентилятор 8 и мазутный насос 12 (холодный
мазут прокачивается по линии рециркуляции через клапан 10). По
окончании вентиляции топки котла и прикрытии воздушной заслонки
9 на электроды запального устройства 1 подается ток высокого напря-
жения, включается растопочный насос и происходит воспламенение
топлива. В качестве распыливающей среды при розжиге котла исполь-
зуется воздух от судовой сети.

При повышении давления в барабане 6 котла пар поступает на
подогреватель основного тяжелого топлива (на схеме не показан),
I

I

Рис. 4.13. Схема АСУ горением
однофорсуночного вспомогатель-
ного котла

а также на форсунку для распиливания топлива. При достижении уста-
новленного значения вязкости мазута, обеспечивающей его качествен-
ное распиливание (контур регулирования вязкости на схеме не пока-
зан), по команде из блока управления 4 закривается клапан 3, регуля-
тор вязкости переключается на форсунку и отключается насос дизель-
ного топлива. При достижении установленного давления пара дается
сигнал разрешения на отбор пара к потребителям. Если в процессе
розжига котла на дизельном топливе вязкость тяжелого топлива по ка-
кой-либо причине не достигнет установленного значения, а давление
пара повисится до верхнего 'значения, то разрешения на отбор пара
не поступит и котел выключится. Повторный запуск котла произойдет
при достижении нижнего заданного давления пара. При появлении
в блоке управления сигнала разрешения на отбор пара включается
в работу регулятор давления пара, состоящий из регулирующего топ-
ливного клапана 11 и датчика давления пара 5, и после подключения
внешних потребителей расход мазута устанавливается пропорциональ-
но нагрузке котла.

Сигнал с датчика давления поступает в блок управления, сравни-
вается с сигналом задания, усиливается и поступает на привод регули-
рующего топливного клапана. Привод перемещает клапан и кулачок
воздушной заслонки 9, обеспечивая расход топлива и воздуха в соот-
ветствии с нагрузкой котла. На топливном клапане в процессе работы
котла поддерживается постоянный перепад давлений, необходимый
для получения линейной зависимости расхода топлива от перемещения
топливного клапана. Этот перепад регулируется регулятором, состоя-
щим из датчика перепада 13 и регулирующего сливного клапана 10.

§ 4.2.	АСУ паротурбинными установками

Особенности турбозубчатого агрегата как объекта управления.
Паротурбинная установка состоит из ГТЗА и обслуживающих его вспо-
могательных механизмов и систем. ГТЗА преобразует энергию пара,
поступающего от парового котла, в энергию упора гребного винта
и далее в энергию поступательного движения судна и обеспечивает
возможность маневрирования судна. Во всех случаях движение судна
характеризуется скоростью хода, которая с достаточной для практики
точностью определяется частотой вращения гребного винта. При оди-
наковых условиях плавания (загрузка судна, сила и направление вет-
ра и др.) скорость хода изменяется прямо пропорционально частоте
вращения гребного винта.

В состав паротурбинной установки кроме ГТЗА входят также вспо-
могательные турбогенераторы, конденсатные и питательные насосы,
масляная система, система отвода пара из концевых уплотнений тур-
бин и камер штоков сопловых и маневровых клапанов, главный кон-
денсатор с циркуляционной системой и другое вспомогательное обо-

рудование и системы.

Характеристика паровой турбины (характеристика подвода энер-
гии) - зависимость движущего момента Мдв от частоты вращения греб-
ного винта и (при постоянном количестве подводимого пара или,
что то же самое, при фиксированном открытии парового регулирующе-
го клапана т) - приведена на рис. 4.14. Там же приведены характери-
стики гребного винта (характеристика отводимой энергии) - зависи-
мости момента сопротивления вращения гребного винта Мс от частоты
его вращения ы при различной загрузке судна, представляющие собой
кривые, близкие к квадратичным параболам. При увеличении загруз-
ки происходит увеличение момента Мс и уменьшение частоты враще-

ния о), при уменьшении загруз-
ки - уменьшение Мс и увеличе-
ние ы. Из рис. 4.14 видно, что при
изменении загрузки судна при
неизменных открытиях маневро-
вого клапана т2 и т. д. ча-
стота вращения гребного винта
изменяется по характеристике
турбины.

Необходимо отметить, что су-
ществует целый ряд факторов,
таких, как обрастание корпуса
судна, изменение направления и
силы ветра, действующих на объ-
ект регулирования и управления

Рис. 4.14. Статические характеристики
паровой турбины, работающей на
гребной винт
аналогично изменению загрузки судна. Для их компенсации, т. е. для
поддержания заданного хода, необходимо изменять мощность паровой
турбины.

Судовой двигательно-движительный комплекс (главная турбина -
валопровод - гребной винт) обладает значительной инерционностью,
которая характеризуется временем разгона - временем возрастания
частоты вращения до номинальной при скачкообразном подводе к тур-
бине номинального расхода пара. Время разгона?составляет обычно
несколько секунд и существенно влияет на выбор|схемы регулирова-
ния частоты вращения ротора турбины.

Способы управления мощностью паровых турбин. Мощность паро-
вой турбины (л. с.)

2V = Gn//aT|/632,	(4.2)

где Gn ~ расход пара, кг/ч; На - располагаемый теплоперепад, сраба-
тываемый на турбине, кДж/кг; г] - КПД турбины.

Мощность можно изменять в основном за счет двух величин: рас-
хода пара сп и теплоперепада Н„, что определяет следующие способы
управления паровбй турбиной: 1) изменением расхода пара при сохра-
нении его теплоперепада (изменением площади сечения сопел регу-
лирующей ступени); такой способ называется количественным, или
сопловым; 2) дросселированием пара, подводимого к турбине, с соот-
ветствующим изменением теплоперепада Яа (качественный, или дрос-
сельный, способ).

При количественном способе необходимо менять число сопел пер-
вой - регулирующей - ступени, сохраняя параметры пара перед сопла-
ми неизменными, что приводит к ступенчатому изменению количества
подводимого к турбине пара. Число сопловых клапанов и их пропуск-
ную способность определяют исходя из обеспечения основных эк-
сплуатационных режимов судна при полностью открытых сопловых
клапанах; при этом гидравлические сопротивления будут минималь-
ными и, таким образом, экономичность турбины не снижается.

В действительности реализовать в чистом виде какой-либо из ука-
занных способов не представляется возможным. При качественном
способе изменяется не только качество, но и количество пара. При
количественном регулировании и ограниченном числе сопловых кла-
панов приходится прибегать к дросселированию пара за счет неполно-
го открытия одного из сопловых клапанов, т. е. одновременно с изме-
нением количества подводимого к турбине пара будет изменяться его
качество.

Регулируемые параметры ПТУ. Основные параметры, характери-
зующие работу паротурбинной установки, - это давление и темпера-
тура пара, частота вращения гребного винта, температура и давление
смазочного масла, давление масла в системе защиты, давление пара
в концевых уплотнениях, давление (вакуум) пара в главном конден-
саторе.

Изменить ход судна можно, воздействуя на подвод энергии к
главной турбине. Режим работы турбины контролируют по частоте
вращения гребного винта. И при количественном и при качественном
регулировании конечной целью будет обеспечение заданной частоты
вращения винта. На практике применяют два способа управления
режимами работы главных турбин: задания и автоматического поддер-
жания частоты вращения гребного винта; задания положения маневро-
вого клапана, регулирующего количество и качество подводимого
пара.

Ряд параметров, таких, как давление в системе смазки, осевое
положение роторов, давление пара в конденсаторе, требуют постоян-
ного измерения и в случае их отклонения за допустимые пределы -
немедленного прекращения подачи пара к турбине. Эти функции вы-
полняются системой защиты.

Однорежимные автоматические регуляторы частоты. По целевому
назначению различают однорежимные и всережимные регуляторы
частоты вращения гребного вала.

Однорежимными называют регуляторы, которые предназначены
для поддержания постоянного значения частоты вращения независи-
мо от нагрузки. Такие регуляторы применяют для ПТУ, работающих
на гребные винты через электрическую передачу (генератор перемен-
ного тока - двигатель). В этом случае регулятор автоматически под-
держивает на всех эксплуатационных режимах постоянную частоту
вращения якоря генератора (частоты генерируемого тока). Однорежим-
ный регулятор, используемый в качестве ограничительного, настраи-
вают на поддержание частоты, превышающей на 3... 4 % номиналь-
ную. При нормальной работе основного регулятора турбины ограни-
чительный регулятор в работу не вводится. В случае повышения часто-
ты сверх настроечной (при оголении гребного винта в условиях кач-
ки) ограничительный регулятор предотвращает дальнейшее ее уве-
личение.

Частоту вращения можно измерить с помощью центробежного
измерительного устройства. Ход муфты такого устройства пропорцио-
нален частоте вращения приводного вала. Однако ввиду конструктив-
ной сложности (наличия большого числа трущихся деталей, шарниров,
рычагов, шарнирных соединений пружин) центробежные устройства
в судовых ПТУ не применяют.

Для регулирования частоты вращения главных судовых паровых
турбин широко используют системы гидродинамического регулирова-
ния, в которых центробежный измеритель частоты заменен центробеж-
ным масляным насосом и измерителем давления за ним. Давление
за насосом при постоянном сопротивлении сети изменяется пропорцио-
нально квадрату частоты.

В схеме ограничительного регулятора частоты вращения гребного
вала главных турбин транспортных судов (рис. 4.15) регулирующим
органом служит быстрозапорный клапан 4, измерителем частоты -
центробежный масляный насос 1. Напорное давление измерителя 1
подводится под нижний поршень подпружиненного золотника 2 и к его
дросселирующим окнам. На золотнике 2 происходит сравнение давле-
ния напора центробежного насоса, определяемого частотой вращения
Рис. 4.15. Принципиальная схема однорежимного ограничитель-
ного регулятора частоты вращения гребного вала

гребного вала, и натяжения пружины 3, определяющей настройку ре-
гулятора. Дроссельные окна золотника 2 профилируют таким образом,
чтобы обеспечить линейную зависимость между частотой вращения
и давлением масла, выходящего из подпружиненного золотника и воз-
действующего на нижний поршень золотника 6. Последний управляет
однополостным подпружиненным сервомотором 7: от штока сервомо-
тора 7 на золотник 6 предусмотрена жесткая обратная связь 5 силового
типа.

При повышении частоты вращения сверх номинальной давление
масла преодолевает усилие пружины 3, золотник 2 поднимается и пе-
рекрывает сливные окна, благодаря чему повышается давление в ма-
гистрали, подводящей масло к золотнику 6. Последний смещается
вверх и сообщает верхнюю полость сервомотора 7 со сливной маги-
стралью, обеспечивая прикрытие клапана до тех пор, пока натяжение
пружины обратной связи 5 не вернет золотник 6 в исходное состояние.
Регулирующий орган ограничительного регулятора 4 используется
и в качестве исполнительного органа системы защиту, прекращающе-
го в аварийных ситуациях подвод пара к турбине.

К турбогенераторам предъявляют жесткие требования по погреш-
ности автоматического поддержания частоты вращения ротора гене-
ратора. Регистром СССР регламентированы на установившихся режи-
мах допустимые отклонения частоты генерируемого тока или, что
то же самое, частоты вращения ротора генератора в пределах ± 5 %.
В переходных процессах допускаются кратковременные отклонения
частоты до 10 % на время не более 5 с. Необходимо отметить также, что
САР должна обеспечивать требуемую точность поддержания регули-
руемого параметра при резком изменении электрической нагрузки
от минимальной до полной и обратно.
Исходя из предъявляемых требований САР частоты вращения тур-
богенераторов выполняют с высоким быстродействием. Время полного
хода сервомотора парового регулирующего клапана составляет менее
1 с. Расходные характеристики паровых регулирующих клапанов при-
нимают линейными. Для уменьшения динамических отклонений регу-
лируемого параметра при наборе нагрузки целесообразно пропускную
способность регулирующего органа принимать с запасом, составляю-
щим 10. . . 20 % номинального расхода пара на турбогенератор.

Регуляторы частоты вращения роторов турбогенераторов выпол-
няют обычно с жесткой обратной связью, что позволяет обеспечить
устойчивость регулятора и требуемое качество переходных процес-
сов. Учитывая допустимые пределы изменения частоты генерируемого
тока, коэффициент неравномерноети регулятора принимают неболь-
шим (примерно 3... 4 %). Для улучшения качества переходных про-
цессов в схеме предусмотрен дополнительный корректирующий
импульс по электрической нагрузке.

Всережимные автоматические регуляторы частоты. Всережимными
называют регуляторы, которые предназначены для автоматического
поддержания частоты вращения гребного вала во всем диапазоне
эксплуатационных режимов. В такие регуляторы входят задатчики
частоты вращения. По сравнению с однорежимными функции всере-
жимных регуляторов значительно сложнее. Как видно из рис. 4.14, раз-
ные режимы характеризуются различной крутизной характеристики
отвода энергии. Это означает, что в зависимости от заданного режима
для компенсации различных возмущений, приводящих к одинаковым
отклонениям регулируемого параметра, расход пара необходимо
изменять по-разному. К всережимным регуляторам предъявляют ряд
дополнительных требований. Устанавливают два регулирующих орга-
на - маневровые клапаны турбин переднего и заднего хода. Схема
регулятора должна предусматривать распознавание заданного направ-
ления вращения и подвод управляющего воздействия к соответствую-
щему регулирующему органу; измеритель частоты вращения должен
работать при любом направлении вращения. Все эти требования услож-
няют схему и конструкцию регулятора.

В связи с тем что характеристики управляемого объекта и ряда
элементов САР нелинейные, для обеспечения устойчивости контура
регулирования надо выбирать настроечные параметры исходя из
наиболее тяжелых режимов - режимов малых ходов. Однако тогда
не удается выполнить требования по точности поддержания частоты
вращения гребного вала на средних и полных ходах. В случае если
увеличить коэффициент усиления регулятора, точность поддержания
частоты вращения повысится, но на малых ходах регулятор может
стать неустойчивым. Для того чтобы работа регулятора была устойчи-
вой, характеристика измерителя частоты должна быть линейной, что
обеспечит необходимую точность поддержания регулируемого пара-
метра в широком диапазоне эксплуатационных режимов.

На рис. 4.16 показана схема всережимного автоматического гид-
родинамического регулятора частоты вращения гребного вала.
Маневровые клапаны, конструкция которых в основном аналогична
приведенной на рис. 4.16, состоят из собственно клапана с подпружи-
ненным однополостным сервомотором 5 и золотника 4. Под золотник 4
подводится мдсло от всережимного регулятора частоты. При увеличе-
нии частоты вращения давлени масла повышается и золотник 4 под
действием пружины из среднего положения перемещается вверх,
соединяя полость сервомотора со сливом. Поршень вместе со штоком
клапана под действием пружины перемещатся вверх, уменьшая доступ
пара в турбину. Клапан будет закрываться до тех пор, пока рычаг не
вернет золотник 4 в среднее положение, при котором полость сервомо-
тора будет отсечена от силового масла и от слива. Таким образом,
каждому значению давления масла, подводимого под золотник 4,
соответствует определенное открытие маневрового клапана, обеспе-
чивающее заданный режим работы ГТЗА.

Измерителем частоты вращения гребного винта на режимах перед-
него и заднего хода ГТЗА служит шестеренчатый насос 2. При измене-
нии направления вращения гребного винта на задний ход изменяется
и направление нагнетания масла (показано на рис. 4.16 штриховыми
стрелками). Поэтому для работы шестеренчатого насоса 2 на всасыва-
ние и нагнетание предусмотрены невозвратные клапаны 1, пропускаю-
щие поток масла только в одном направлении. К золотнику 8 регуля-
тора подводится масло, давление которого возрастает с увеличением
частоты вращения гребного винта независимо от направления его
вращения, что вызывает необходимость установки специальных
отсечных золотников, обеспечивающих в зависимости от задаваемого
режима подвод масла к соответствующему маневровому клапану.

Управляют ГТЗА с помощью задатчика частоты 7. Вращение руко-
ятки задатчика перемещает золотник, верхний поясок которого в сред-
нем положении перекрывает профильные окна и изменяет их проход-
ные сечения при отклонении от среднего положения. Это, в свою
очередь, приводит к уменьшению давления масла в напорной линии
маслопровода импульсного масляного насоса 2 и движению подпру-
жиненного золотника 8 регулятора вниз. Перемещение золотника 8
изменяет давление масла в линии маслопроводов, подводящих масло
от регулятора к золотникам маневровых клапанов переднего 3 или
заднего 6 хода в зависимости от положения золотника задатчика часто-
ты вращения.

При изменении давления масла под золотниками 4 маневровых
клапанов перемещаются сервомоторы 5 клапанов, меняются расход
пара и частота вращения агрегата.

При среднем положении золотника задатчика должно обеспечи-
ваться четкое закрытие маневровых клапанов. Для этого к напорной
магистрали имульсного масляного насоса 2 дополнительно подводится
масло через дроссельную шайбу 9; в результате при среднем положе-
нии задатчика давление под золотником 8 становится равным 1,2. . .
1,3 МПа. Золотник 8 поднимается, давление масла в полости золотни-
ка уменьшается и маневровые клапаны закрываются.

Таким образом, последовательность работы всережимного регу-
лятора частоты следующая: при наличии каких-либо возмущений изме-
няется частота вращения ротора ГТЗА и жестко связанного с ним изме-
рителя - импульсного масляного насоса 2. При изменении частоты вра-
щения насоса меняется давление в его напорной магистрали и смеща-
ется золотник 8 всережимного регулятора частоты, изменяется также
давление между его дроссельными окнами и регулируется открытие
соответствующего маневрового клапана.

Автоматическое регулирование температуры смазочного масла.
В целях поддержания температурного режима работы подшипников
турбины, редуктора и валопровода на мощных паровых турбинах пре-
дусмотрены контроль и автоматическое поддержание температуры
смазочного масла. Масляные насосы принимают масло из расходной
масляной цистерны, прокачивают его через фильтр и маслоохладитель
и подают на смазку и охлаждение трущихся поверхностей. Давление
масла в системе смазки поддерживается специальными редукционны-
ми клапанами. Количество выделяемой в подшипаниках теплоты зави-
сит от режима работы установки, поэтому необходимо предусматри-
вать специальные устройства, автоматически поддерживающие темпе-
ратуру смазочного масла на выходе из маслоохладителя. На рис. 4.17
приведены схемы регулятора температуры смазочного масла. Масло
поступает в маслоохладитель 1 по трубопроводу 2 и охлажденное отво-
дится по трубопроводу 3. Температура охлажденного масла измеряет-
ся измерителем 4, воздействующим на регулирующий клапан 5.
Рис. 4.17. Схемы регуляторов температуры смазочного масла

Охлаждающая вода подводится по трубопроводу 6 и отводится по тру-
бопроводу 7.

Автоматическое регулирование температуры смазочного масла
обеспечивает воздействие охлаждающей среды, прокачиваемой через
холодильник (рис. 4.17, а), или перепуском части масла помимо холо-
дильника (рис. 4.17, б).

Автоматическое регулирование давления пара в концевых уплот-
нениях. Для исключения возможности проникновения пара в машин-
ное отделение и в систему смазки, а также смазочного масЛа в паровые
полости уплотнений турбин предусмотрены специальные системы
трубопроводов, соединяющие полости концевых уплотнений всех кор-
пусов турбин и камеры уплотнений паровых клапанов. В такой систе-
ме необходимо обеспечивать автоматическое поддержание постоян-
ного давления пара, близкого к атмосферному (рис. 4.18).

При отсутствии регулятора давление в концевом уплотнении тур-
бины определяется, в первую очередь, давлением пара в корпусе

Рис. 4.18. Схема автоматического регулирования давления
пара в концевых уплотнениях
турбины. Поэтому в турбинах высокого давления возможно парение
в отсек, а в турбинах назкого давления многокорпусных агрегатов
давление в уплотнениях может оказаться ниже атмосферного, что при-
ведет к подсосу воздуха. Для выравнивания давления в концевых
уплотнениях турбин отводы пара от них направляют в общий уравни-
тельный бачок 4, в котором поддерживается постоянное давление,
незначительно превышающее атмосферное, за счет подвода дополни-
тельного количества пара из магистрали отработавшего пара 10 либо
сброса избытков пара в конденсатор 9.

Расходы пара через уплотнения 3 турбины высокого давления ТДВ
GB , уплотнения штоков 5 паровых клапанов и уплотнения 6 турби-
ны низкого давления ТНД GH определяются давлениями пара в корпу-
сах турбин 2 и 7, корпусах паровых клапанов 5 и в уравнительном бач-
ке 4. Величина G = GB + 6^-6^ представляет собой расход пара, необ-
ходимый для поддержания постоянного давления в бачке 4. Регуля-
тор давления 1 измеряет давление пара в бачке, воздействует на регу-
лирующий клапан 8 и обеспечивает подвод необходимой добавки пара
из магистрали отработавшего пара или сброс избытков пара в конден-
сатор.

Регулятор давления вследствие малого изменения регулируемого
параметра зачастую выполняют с двумя каскадами усиления. В ряде
случаев давление пара в системе концевых уплотнений можно под-
держивать, не используя специальный регулятор, а подпитывая тру-
бопровод вспомогательным паром через дроссельную шайбу.

Система автоматической защиты турбозубчатого агрегата. При
эксплуатации паровых турбин отклонения от нормальных условий
работы возникают вследствие неудовлетворительного функциониро-
вания отдельных элементов турбинной установки или из-за неправиль-
ной ее эксплуатации и могут стать причинами аварий турбины. Для
предотвращения аварий каждую паровую турбину оснащают системой
защиты, которая должна остановить турбину при значительных откло-
нениях от нормальных условий ее работы.

Основные требования, предъявляемые к системе защиты, - высо-
кая надежность и исключение возможности ложных срабатываний -
вытекают из назначения системы защиты: при ее отказе может произой-
ти авария паровой турбины, а при ложном срабатывании судно теряет
ход, что также может привести к аварии.

В современных судовых паровых турбинах предусмотрены следую-
щие защитные устройства:

предельный регулятор, полностью прекращающий подвод пара
к турбине при недопустимом повышении ее частоты вращения;

масляное реле, прекращающее подвод пара к турбине при недо-
пустимом падении давления масла в системе смазки подшипников
и в системе защиты;

реле осевого сдвига, прекращающее подвод пара к турбине в слу-
чае смещения ротора на величину, превышающую допустимую;

вакуумное реле, прекращающее подвод пара к турбине при недо-
пустимом повышении противодавления в конденсаторе.
Все перечисленные устройства компонуют в специальную систе-
му защиты, исполнительным органом которой является паровой регу-
лирующий клапан. В отдельных случаях на линии подвода пара к тур-
бине последовательно с маневровыми клапанами устанавливают
отдельный быстрозапорный клапан. Сигнал от любого из перечислен-
ных выше датчиков системы защиты должен в конечном счете преоб-
разовываться в гидравлический импульс, обеспечивающий соединение
полости сервомотора клапана со сливной магистралью. При этом кла-
пан под действием пружины закрывается и предотвращает подачу пара
к турбине.	®

После срабатывания защиты некоторые датчики (например, пре-
дельный регулятор) возвращаются в исходное состояние. При этом
включаются командные сигналы на закрытие клапанов специальных
устройств, разрывающих цепи управления, и подача пара на турбину
не возобновляется. Повторно турбину запускают вручную или дистан-
ционно после устранения причины аварийной ситуации.

Защита от повышения частоты вращения ротора турбины. Совре-
менные паровые турбины работают при высоких параметрах пара.
В этих условиях отдельные конструктивные узлы и детали находятся
под высокими напряжениями, обусловленными нагрузками от разви-
ваемого турбиной движущего момента, а также центробежными уси-
лиями. При увеличении частоты вращения напряжения от центробеж-
ных сил возрастают пропорционально квадрату частоты вращения:
например, при повышении частоты на 22 % напряжения возрастают
в 1,5 раза. Если учесть, что в некоторых деталях при спецификацион-
ном режиме запас прочности по отношению к пределу текучести
составляет всего лишь 1,6. . . 1,8, то становится очевидной опасность
повышения частоты вращения. Аварии паровых турбин из-за значи-
тельного превышения номинальной частоты вращения приводят к зна-
чительным разрушениям, необходимости капитального ремонта или
полной замены турбины.

Как следует из статической характеристики турбины (см. рис. 4.14),
при полностью открытом маневровом клапане и значительном умень-
шении момента нагрузки (оголении или обрыве гребного винта) часто-
та вращения может достигнуть приблизительно 200 % спецификацион-
ного значения. В этих условиях САР частоты вращения паровых тур-
бин должны поддерживать частоту вращения в переходных процессах
и на установившихся режимах в пределах до ПО % спецификационного
значения. Аналогичные требования записаны в инструкции по обслу-
живанию турбин, режим работы которых задается и поддерживается
управлением маневровыми клапанами. При сбросе нагрузки в случае
неисправности системы регулирования или по невнимательности меха-
ника может произойти разгон турбины. Для защиты турбины от аварии
предусматривается предельный регулятор частоты вращения, настраи-
ваемый на срабатывание в диапазоне ПО. . .115% ее спецификацион-
ного значения.

В качестве импульсного элемента предельного регулятора можно
использовать астатические центробежные датчики. Срабатывание
Рис. 4.19. Конструкция пре-
дельного регулятора ча-
стоты вращения (а) и
диаграмма его усилий (б):
1—3 — возрастание силы пру-
жины при срабатывании ре-
гулятора; 1— 2 — возрастание
центробежной силы при сра-
батывании регулятора; F —
установочное натяжение пру-
жины; € — начальный эк-
сцентриситет центра тяже-
сти бойка; а — ход бойка при
срабатывании; С — центро-
бежная сила

такого датчика должно вызывать полное закрытие быстрозапорного
клапана. Предельный регулятор часто выполняют в виде бойка
(рис. 4.19, а), располагаемого в поперечной расточке вала 1. Боек 2 с
пружиной 3 вставляют в расточку и зажимают гайкой 4. Натяжение
пружины регулируют прокладками под пружину 3. Боек устанавли-
вают таким образом, чтобы его центр тяжести был смещен от центра
вала в сторону тонкого конца. При такой установке до определенного
значения частоты вращения установочная сила сжатия пружины пре-
вышает центробежную силу бойка. Соотношение сил, действующих
набоек при частоте вращения срабатывания, показано на рис. 4.19, б.

При частоте вращения турбины, меньшей порога срабатывания,
центробежная сила подвижных масс регулятора должна быть меньше
силы сжатия пружины. При частоте срабатывания, которой на диаграм-
ме соответствует точка 1, возникает равенство центробежной силы С и
силы сжатия пружины F. После увеличения частоты вращения выше
настройки регулятора центробежная сила начинает превосходить силу
пружины, и когда разность между ними достигнет перестановочного
усилия, боек начнет перемещаться. По мере смещения центра тяжести
бойка от оси вращения ротора центробежная сила и сила пружины уве-
личиваются, причем, как следует из рис. 4.19, б, сила С увеличивается
быстрее силы F, что способствует перемещению бойка в крайнее поло-
жение.

Работа предельного регулятора бойковой конструкции в значи-
тельной степени зависит от качества изготовления и сборки. При пере-
косах или засорениях гнезда расточки возрастает перестановочная
сила, что может привести к отказу в срабатывании регулятора.

Учитывая опасность разгона турбины, в современных ГТЗА пре-
дусматривают обычно по два предельных регулятора с различными
схемой и конструкцией, срабатывающих независимо один от другого
и воздействующих на быстрозапорный клапан.

Автомат безопасности через рычажную передачу воздействует
на гидравлические устройства, соединяющие полость сервомотора
быстрозапорного клапана со сливной магистралью. Находят также
применение гидродинамические регуляторы безопасности, состоящие
из центробежного масляного насоса и золотников. В таких регуляторах
сигнал от датчика частоты вращения воздействует непосредственно
на гидравлический золотник. Во всех случаях для предотвращения
открытия быстрозапорного клапана после его срабатывания и предот-
вращения повторного увеличения частоты вращения в цепи передачи
управляющего сигнала от регулятора к клапану предусматривается
разрыв связи. Управляющую цепь вахтенный механик восстанавли-
вает по инструкции.

Защита от понижения давления масла в сифемах смазки. При
понижении давления масла в системе смазки подшипников ниже
установленного значения возникает опасность перегрева и выхода
из строя подшипников, а кроме того, возможны задиры трущихся
поверхностей подшипников вследствие недостаточности смазки.
Масло является также рабочей средой системы защиты паровой тур-
бины. Все это обусловливает необходимость постоянного поддержания
значения давления масла. В СЭУ всегда предусматривают резервные
масляные насосы, запускаемые по сигналу от реле давления при пони-
жении давления масла ниже допустимого предела. Если давление
в масляной системе не восстанавливается, что возможно при засорении
масляных фильтров или маслопроводов или при их разрушении, необ-
ходимо прекратить подвод пара к турбине.

Иногда защиту турбин осуществляют по уровню масла в расходной
масляной цистерне. При снижении уровня масла в цистерне или давле-
ния в системе смазки ниже установленного срабатывает (перемещается)
соответствующий золотник в масляном выключателе и соединяет
полость сервомотора быстрозапорного клапана со сливной маги-
стралью.

Защита от осевого сдвига ротора турбины. Эксплуатация паровых
турбин возможна лишь при нормальном положении ротора. Ротор паро-
вой турбины в осевом направлении уравновешивается с помощью
упорного подшипника. При недостаточной смазке упорного подшипни-
ка может произойти выплавление баббитовой заливки и вслед за этим
осевой сдвиг ротора, что, в свою очередь, приведет к задеванию лопа-
ток за корпус и к аварии турбины. Поэтому если осевой сдвиг ротора
паровой турбины превышает допустимый, необходимо прекратить
подачу пара к турбине.

Положение ротора в направлении оси вращения измеряют с помо-
щью реле осевого сдвига - защитного устройства, предотвращающего
аварию турбины в результате чрезмерного осевого сдвига ротора.
В корпус 1 реле осевого сдвига (рис. 4.20) запрессована букса 3, в кото-
рой движется подпружиненный золотник 4. Давление силового масла,
поддерживаемое специальными редукционными клапанами постоян-
ным, подводится через дроссель 11 на поршень золотника, откуда через
дроссель 1 масло идет на слив. Одновременно через дроссель Ill в зо-
лотнике масло поступает под поршень золотника в полость пружины 2
и сливается через сверления золотника 4 и зазор IV между косым
срезом наконечника золотника и концом ротора 5 турбины. Таким
образом, на золотник 4 действуют силы давления масла на поршень
и под поршень и сила сжатия пружины 2.

Давление на поршень определяется давлением силового масла
и площадями проходного сечения дросселей 1 и II, давление под
Рис. 4.20. Конструкция реле осе-
вого сдвига

Рис. 4.21. Конструкция вакуум-
ного реле

поршнем - давлением силового масла, площадями проходного сече-
ния дросселя III и размером зазора IV между наконечником золотника
и концом ротора турбины.

При нормальном положении ротора золотник находится в уравно-
вешенном состоянии. В случае осевого смещения ротора изменяются
размер и гидравлическое сопротивление зазора IV, вследствие чего
изменяется также давление в полости осевого сверления золотника.
Последний оказывается неуравновешенным и смещается, восстанавли-
вая зазор IV. При аварийном сдвиге ротора турбины золотник опустит-
ся и соединит полость подвода силового масла с полостью масляного
выключателя. Последний воздействует на быстрозапорный клапан
и закрывает его. Наличие косого среза в наконечнике золотника поз-
воляет увеличивать перемещение золотника по сравнению с соответ-
ствующим перемещением ротора турбины.

Защита от снижения вакуума в конденсаторе. Мощные паровые
турбины рассчитаны на давление пара, поступающего из турбины низ-
кого давления в конденсатор, в пределах 3,9.. . 6,9 кПа.

Снижение вакуума (повышение давления) приводит к изменению
температурного режима работы турбины и, как следствие, к неравно-
мерному нагреву корпуса и ротора турбины, их искривлению и к воз-
можности задевания вращающимися элементами проточной части тур-
бины неподвижных частей. Вакуум в конденсаторе измеряют с помо-
щью вакуумного реле (рис. 4.21).
Между корпусом 4 и крышкой 2 закреплена мембрана 3, жестко
связанная с золотником 5. Давление от главного конденсатора подво-
дится на мембрану. С другой стороны мембрана находится под дей-
ствием атмосферного давления. Мембрана с золотником уравновеши-
вается пружиной 1. При ухудшении вакуума золотник опускается,
а когда вакуум достигнет критического значения 53 кПа, открывает
нижнее окно и соединяет магистраль силового масла с камерой масля-
ного выключателя, который вступает в действие иррекращает подачу
пара в турбину.	к

Защита паровых турбин от доступа пара из паропроводов отбора.
В современных главных судовых паровых турбинах для повышения
экономичности установки в целом предусматривают отборы пара
на теплообменные аппараты, вспомогательные механизмы и к другим
потребителям. Чтобы обеспечить работу механизмов и оборудования
при остановке главной турбины, к паропроводам отборов также надо
подводить пар из главного паропровода. Так как турбину необходимо
защитить от поступления обратного пара из паропроводов отборов при
прекращении подвода пара к турбине из главного паропровода, на па-
ропроводах отборов предусмотрены обратные клапаны, автоматически
открывающиеся при повышении давления пара в камерах отборов
и закрывающиеся при падении давления ниже установленной вели-
чины.

Система автоматической защиты турбозубчатых агрегатов. Все
перечисленные устройства объединены в общую систему защиты
(рис. 4.22). Сигналы от всех устройств защиты (предельного регулятора,
реле осевого сдвига, вакуумного реле и др.) воздействуют на золотни-
ки масляного выключателя. Схема масляного выключателя позволяет
проследить путь масла из напорной магистрали (сливная магистраль
на схеме не показана). В действительности каждый золотник имеет
больше поясков и обеспечивает подвод масла из напорной магистрали
к сервомотору быстрозапорного клапана и отвод масла от него в слив-
ную магистраль.

При повышении частоты вращения гребного вала до ПО. . .115%
номинальной срабатывает предельный регулятор 1. Боек преодолевает
натяжение пружины и отклоняет рычаг, при этом освобождается
защелка подпружиненного золотника 2. Под действием пружины
золотник смещается, отключает магистраль 1 от напорной магистрали
и соединяет ее со сливной Магистралью. Таким образом, давление
в магистрали I понижается до давления слива. Магистраль I сообращет-
ся через золотник 5 с магистралью II. Следовательно, и в магистрали II
при срабатывании предельного регулятора давление падает, что вызы-
вает подъем подпружиненного ускорительного клапана 9. В результа-
те прекращается подвод масла к золотнику управления 11 быстроза-
порным клапаном 12, полости сервомотора сообщаются между собой
и со сливной масляной магистралью, быстрозапорный клапан закры-
вается пружиной 10 и прекращет подвод пара к ГТЗА.

При уменьшении давления в системе смазки ниже допустимого
предела золотник 6, который удерживается при нормальном давлении
Рис. 4.22. Схема системы защиты
в верхнем положении, опускается, перекрывает подачу масла из
напорной магистрали под золотник 5 и открывает доступ маслу из на-
порной магистрали к верхней полости золотника 5. Золотник опускает-
ся, перекрывает магистраль I и соединяет магистраль 11 со сливом, что,
в свою очередь, приводит к закрытию быстрозапорного клапана. Реле
осевого сдвига 3 и вакуумные реле 4 при отклонении контролируемых
величин выше допустимого предела пропускают через себя масло из
напорной магистрали к золотнику 7 масляного выключателя 8.

Золотник 7 состоит из двух золотников. При недопустимом осевом
сдвиге ротора турбины срабатывает реле осевогокдвига 3. Давление
под верхним золотником повышается и поднимает его, преодолевая
натяжение пружины. Тем самым перекрывается подвод напорного
масла под золотник 5 и он опускается.

Аналогично срабатывает система и при недопустимом снижении
вакуума. Напорное давление масла через вакуумное реле 5 подводит-
ся под нижний золотник. Золотник 7 поднимается и действие элемен-
тов масляного выключателя и быстрозапорного клапана повторяется.

Согласно описанному принципу, к масляному выключателю посту-
пают импульсы о включении валоповоротного устройства и о недопу-
стимом повышении частоты вращения гребного вала. Срабатывание
системы защиты (закрытие быстрозапорного клапана) автоматически
отключает камеры отборов ГТЗА от соответствующих паровых маги-
стралей. При падении давления в магистрали 11 поршень 13 под дей-
ствием пружины смещается, освобождает тарелку паровой захлопки 14
я последняя под действием пружины закрывается.

Системы дистанционного управления ПТУ. Для повышения степе-
ни автоматизации и централизации управления используют дистан-
ционное управление главной турбиной и вспомогательными механиз-
мами установки. Управление паротурбинной установкой сводится к ее
подготовке к пуску; запуску вспомогательных механизмов; подъему
вакуума в конденсаторе; продувке корпуса турбины, корпусов клапа-
нов, паропроводов; прогреву турбины; пробному запуску; прогреву
турбин с одновременным набором частоты вращения в соответствии
с инструкцией по обслуживанию; выводу турбины на номинальный
режим. Лишь после всех перечисленных операций паровую турбину
и установку в целом можно считать готовыми к маневрированию.
В дальнейшем управление главной паровой турбиной сводится к зада-
нию и поддержанию частоты вращения гребного винта, соответствую-
щей требуемой скорости судна.

Можно выделить три этапа развития систем управления и автома-
тического регулирования режимов работы главных судовых паровых
турбин.

На первом этапе турбиной управлял механик с местного поста,
непосредственно воздействуя на маневровые клапаны. По командам,
поступающим с ходового мостика, он, изменяя положение маневрово-
го клапана и визуально контролируя частоту вращения гребного вин-
та, поддерживал заданный режим. Этот способ управления с местного
поста обладает существенными недостатками, основные из которых
следующие: не обеспечивается автоматическое поддержание заданного
режима; необходима постоянная вахта у маневрового клапана; боль-
шие перестановочные усилия маневровый клапанов.

В настоящее время управление и контроль судовых ПТУ осущест-
вляют, как правило, из ЦПУ. В ЦПУ расположены органы дистанцион-
ного управления наиболее важными агрегатами ПТУ, приемники
команд с ходового мостика и средства подачи сигналов об исполнении
команд, а также информационные табло о состоянии механизмов
и оборудования, о возникновении неисправностей в агрегатах и
устройствах.

Дальнейший этап повышения степени централизации управления
СЭУ - дистанционное автоматизированное управление ГТЗА из руле-
вой рубки. При этом сохраняется управление из ЦПУ.

Система дистанционного управления режимами работы главной
судовой паровой турбины в значительной степени зависит от схемы
привода маневровых клапанов. При отсутствии регулятора частоты
вращения гребного винта дистанционное управление маневровыми
клапанами осуществляется гидравлической или электрогидравличе-
ской системой. При удалении поста дистанционного управления от
маневровых клапанов на расстояние до 10 м систему можно выполнить
с использованием лишь гидравлических элементов, а при больших рас-
стояниях рекомендуется выполнять электрогидравлической.

Если турбина снабжена автоматическим гидродинамическим регу-
лятором частоты вращения гребного винта, задатчик может быть рас-
положен непосредственно в ЦПУ. Однако во всех случаях при распо-
ложении в ЦПУ гидравлических элементов необходимы специальные
конструктивные меры для их изоляции от электрических средств сиг-
нализации и контроля.

Наиболее перспективными для ГТЗА считаются электрогидравли-
ческие схемы управления и автоматического регулирования, обеспе-
чивающие возможность размещения задатчиков режимов в любых,
удаленных на значительное расстояние от машинного отделения
постах управления.

При проектировании систем дистанционного управления маневро-
выми клапанами важен правильный выбор расходных характеристик,
т. е. зависимостей расхода пара через маневровые клапаны от их откры-
тия. Входной координатой регулируемого объекта служит расход пара
Gn, выходной - частота вращения гребного винта ы. Анализ характе-
ристик показывает, что регулируемый объект - это нелинейное звено:
зависимость Gn =/(ы) близка к параболе. До недавнего времени рас-
ходные характеристики маневровых клапанов принимались линейны-
ми, что существенно затрудняло задание и поддержание малых ходов
из-за необходимости точного дозирования малых расходов пара. Мно-
гочисленные исследования показали, что удобнее задавать режим
работы паровой турбины во всем диапазоне эксплуатационных ходов,
приняв расходную характеристику маневрового клапана нелинейной
(параболической или близкой к ней).

Приведенные рекомендации по выбору характеристик маневровых
клапанов полностью справедливы и для САР частоты вращения греб-
ного винта, так как для обеспечения высокой точности автоматиче-
ского поддержания частоты вращения необходимо, чтобы коэффици-
ент усиления контура регулирования на всех нагрузках сохранялся
неизменным или изменялся незначительно. При управлении из руле-
вой рубки изменение задаваемого режима отрабатывается автоматиче-
ски системой дистанционного управления и автоматического регули-
рования ГТЗА. При управлении из ЦПУ судоводитель по машинному
телеграфу подает команду вахтенному механику, который управляет
режимами работы ГТЗА с помощью системы автоматизированного или
неавтоматизированного управления. В обоих случаях состояние меха-
низмов и оборудования контролирует вахтенный механик, находя-
щийся в ЦПУ.

Современные главные паровые турбины - это тепловые агрегаты
высокой энергонапряженности, что обусловливает необходимость
сложных программ управления. При управлении ГТЗА из рулевой
рубки система дистанционного автоматизированного управления
должна обеспечивать автоматическое выполнение всех блокировок,
алгоритмов набора нагрузки и других подобных операций, с тем чтобы
не усложнять функции судоводителя из-за необходимости соблюдения
инструкции по эксплуатации ГТЗА.

Анализ условий эксплуатации СЭУ показывает, что заданную
скорость хода судна можно обеспечить при различных расходах
пара в зависимости от загрузки судна, состояния моря и других фак-
торов.

При управлении режимами работы ГТЗА из рулевой рубки с помо-
щью системы дистанционного управления маневровыми клапанами
(без регулятора частоты вращения ГТЗА) судоводитель для компен-
сации отклонения фактической скорости от заданной должен периоди-
чески изменять открытие маневровых клапанов. Это существенно
усложняет его функции, поэтому при наличии поста управления ГТЗА
в рулевой рубке целесообразно оборудовать турбину всережимным
регулятором частоты вращения. При гидродинамическом исполнении
регуляторов частоты вращения ГТЗА не представляется возможным
вынести задатчики частоты в рулевую рубку и дистанционное управ-
ление можно осуществить с помощью электрогидравлической следя-
щей системы (рис. 4.23).

В качестве датчиков сигналов заданного режима 1 и обратной
связи 2 по положению исполнительного органа системы применены
сельсины, работающие в трансформаторном режиме. Сигнал рассогла-
сования усиливается усилителем 3, воздействующим на электрогид-
равлический преобразователь 4. Исполнительным органом системы
служит привод задатчика частоты вращения 5, состоящий из двухпо-
лостного сервомотора, воздействующего на золотник задатчика часто-
ты вращения 6, и сельсин-датчик сигнала обратной связи 2 по положе-
нию задатчика. В качестве рабочей среды для привода гидравлическо-
го сервомотора используют масло из системы регулирования ГТЗА.

В случае электрогидравлического исполнения регулятора частоты
вращения гребного винта его
задатчик можно расположить
в любом посту управления.

Рассматривая схемы ди-
станционного управления, не-
обходимо остановиться на схе-
мах управления и автоматиче-
ского регулирования главны-
ми паровыми турбинами, ра-
ботающими на гребные винты
регулируемого шага. В схе-

Рис. 4.23. Схема системы дистанцион-
ного управления за датчиком частоты
вращения гребного вала

ме установки определено на-
правление приложения основ-
ного управляющего воздей-

ствия - изменение угла раз-

ворота лопастей гребного винта. При этом режим работы паровой тур-
бины устанавливается одним из следующих способов (рис. 4.25): ав-
томатическим поддержанием постоянной частоты вращения независи-
мо от заданного положения лопастей гребного винта или заданием
частоты вращения гребного винта, соответствующей заданному поло-
жению лопастей гребного винта.

На рис. 4.25, а задатчик 1 воздействует через систему управления 7
на механизм изменения шага 5 гребного винта 6. Регулятор частоты
вращения гребного винта 2 не связан с задатчиком 1, а настроен на
поддержание постоянной частоты на всех ходах. Регулятор воздей-
ствует на маневровый клапан 3, регулирующий подачу пара на паро-
вую турбину 4. Подобная схема отличается простотой, гарантирует

автоматическое поддержание заданного режима независимо от состоя-
ния судна и моря, но не обеспечивает на частичных нагрузках высокой

Рис. 4.24. Структурные схемы и статические характеристики системы дистан-
ционного управления Главной паровой турбиной, работающей на гребной
винт регулируемого шага
экономичности гребного винта. Поэтому ее целесообразно использо-
вать для морских транспортных судов, плавающих большую часть вре-
мени полным ходом.

На рис. 4.24, б от единого задатчика 1 осуществляется одновремен-
ное согласованное задание положения лопастей гребного винта через
систему управления 7 и уставки всережимного регулятора частоты
вращения 2 гребного винта. Как и в предыдущей схеме, регулятор 2
воздействует на маневровый клапан 3, а систеьга управления 7 через
механизм изменения шага 5 разворачивает лопас|и гребного винта. Эта
схема несколько сложнее, но она позволяет обеспечить близкий к мак-
симальному КПД гребного винта на всех нагрузках.

Дистанционное управление механизмами и арматурой ПТУ неотде-
лимо от контроля исполнения команд и параметров, характеризующих
работу оборудования. Поэтому посты дистанционного управления
нужно оборудовать соответствующими средствами контроля за рабо-
той управляемого оборудования в виде стрелочных приборов, изме-
ряющих наиболее важные параметры, вызывных устройств и цифровых
индикаторов системы централизованного контроля, отдельных табло
сигнализации и мнемосхем установки и т. п. Особенно важна роль
систем контроля и сигнализации, обслуживающих ПТУ судов, на ко-
торых не предусмотрена постоянная вахта в машинном отделении.

Так как основной параметр, характеризующий работу паровой
турбины, - это частота вращения гребного винта, показывающие при-
боры тахометров обычно устанавливают на всех постах местного
и дистанционного управления. Обязательно устанавливают контроль-
но-измерительные приборы давления и температуры пара перед бы-
строзапорным клапаном, температуры и давления пара (вакуума)
в конденсаторе. Для последнего из указанных параметров предусмо-
трена также сигнализация.

Большое внимание уделяют системе смазки. Все подшипники обо-
рудуют термометрами и предусматривают предупредительную сигна-
лизацию о повышении температуры подшипников сверх допустимого
значения, а также сигнализацию о температуре масла.

В перспективных установках целесообразно контролировать
дополнительные параметры: перепады температур между основными
элементами турбины, вибрацию элементов турбины и др., что создает
необходимые условия для сокращения трудоемкости обслуживания
ПТУ.

§ 4.3.	Системы автоматического регулирования
конденсатных систем и паровых магистралей

В состав ПТУ входят главный и вспомогательный конденсаторы,
конденсатные насосы и трубопроводы, подогреватели питательной
воды вместе с их паропроводами, которые в совокупности образуют
цикл пар-конденсат.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, где конден-
сируется, отдавая тепло прокачиваемой забортной воде. Конденсат
стекает в расположенную в нижней части конденсатора специальную
емкость (сборник), откуда забирается конденсатным насосом. На пути
в деаэратор конденсат подогревается в теплообменниках поверхно-
стного типа: холодильниках эжектора отсоса пара от уплотнений ГТЗА,
маслоохладителе и подогревателе низкого давления, в котором кон-
денсат подогревается теплом подводимого к нему греющего пара низ-
кого давления. В бездеаэраторных установках деаэрация воды осуще-
ствляется на располагаемых в конденсаторе деаэрирующих вставках
(специальных деаэрирующих устройствах).

В деаэраторе вода деаэрируется за счет подогрева всей массы кон-
денсата до температуры кипения. При температуре кипения содержа-
ние растворенного в воде кислорода минимальное, так как он выде-
ляется из конденсата в атмосферу. Вода подогревается за счет подво-
да к деаэратору греющего пара. Из деаэратора вода откачивается пита-
тельным насосом и на пути к котлу нагревается в подогревателях
высокого давления. Основными регулируемыми параметрами цикла
пар-конденсат являются уровни воды в конденсаторах и деаэраторе,
иногда температура конденсата на выходе из теплообменных аппара-
тов (где он служит охлаждающей средой), давление в деаэраторе, тем-
пература и давление в паровых магистралях.

Автоматическое регулирование уровня в конденсаторе. Поддер-
жание уровня в сборниках конденсаторов необходимо для обеспече-
ния беспрерывной работы конденсатных насосов и для предотвраще-
ния затопления трубок конденсатора, приводящего к срабатыванию
защиты по падению вакуума.

В современных установках уровень поддерживают, регулируя
производительность конденсатного насоса изменением характеристи-
ки его внешней сети. Различают три основных способа регулирования
уровня.

Способ регулирования уровня в конденсаторе дросселированием
напорного конденсатного трубопровода. Конденсатный насос (рис. 4.25)
работает с постоянной частотой вращения и имеет падающую характе-
ристику: с увеличением подачи напор его уменьшается. Каждому
стационарному режиму работы установки соответствует такое

Рис. 4.25. Схема регулирования уровня в конденсаторе дросселированием
напорного трубопровода конденсатного насоса:

I — конденсатор; 2 — конденсатный насос; 3 — регулятор; 4 — теплообменные аппараты;
5 — деаэратор
положение дроссельного регулирующего клапана, при котором расход
среды в конденсатор равен расходу воды на деаэратор, а уровень
в конденсаторе остается постоянным. Подачу насоса и его напор опре-
деляют по кривой I (рис. 4.25, б); кривая 11 - характеристика сети насо-
са - состоит из характеристик сопротивления конденсатного трубо-
провода от дроссельного клапана до деаэратора, гидравлического
сопротивления теплообменников и механичео|их фильтров, а также
характеристики форсуночного устройства деаэратора. Разность коорди-
нат Др'кп кривых / и 11 определяет сопротивление дроссельного клапа-
на при его открытии, соответствующем режиму полной нагрузки уста-
новки. При снижении нагрузки регулятор уровня, сохраняя баланс
между подводом среды в конденсатор и ее отводом на деаэратор,
прикрывает дроссельный клапан до тех пор, пока характеристика сети
конденсатного насоса не займет положение кривой 111, при этом сопро-
тивление дроссельного клапана равно △ р'кЛ.

Указанный способ регулирования очень прост, обеспечивает бес-
срывную работу конденсатного насоса и достаточно экономичен, так
как чем более полога характеристика насоса, тем меньше потери
на дросселирование и тем выше экономичность. Однако такая схема
регулирования применима лишь в установках, где расход конденсата
при минимальной нагрузке достаточен для нормального охлаждения
теплообменных аппаратов, главным образом холодильников эжекто-
ров ГТЗА.

Способ регулирования уровня в конденсаторе рециркуляцией
конденсата (рис. 4.26). На каждом стационарном режиме работы уста-
новки регулирующий клапан рециркуляции устанавливается регуля-
тором в положение, обеспечивающее баланс между подводом среды

Рис. 4.26. Схема автоматического ре-
гулирования уровня в конденсаторе
рециркуляцией конденсата

Позиции те же, что на рис. 4.25

в конденсатор и отводом воды на
деаэратор, причем Gn = GH - Gp,
где Gr - расход воды на деаэратор;
GH - подача конденсатного насо-
са; Gp - расход воды через клапан
рециркуляции.

На рис. 4.26 приведены сле-
дующие кривые: I - характеристи-
ка насоса; II - характеристика ли-
нии конденсатного трубопровода
от развилки на рециркуляцию до
деаэратора (с учетом характери-
стики форсуночного устройства);
III - характеристика линии рецир-
куляции при максимальном за-
крытии клапана, определяемая
главным образом сопротивлением
клапана рециркуляции; L (II + III) -
суммарная характеристика сети
насоса, полученная в результате
сложения абсцисс кривых II и III;
кривые ИГ и S (11 +ИГ) соответ-
ствуют режиму минимальной
нагрузки установки Gflmin, когда клапан рециркуляции полностью
открыт и расход через него составляет G'p.

Из рисунка видно, что давление перед деаэратором (точка о'), соот-
ветствующее минимальному расходу, обеспечивается понижением на-
пора насоса, что при постоянной частоте вращения можно получить
лишь за счет увеличения подачи насоса. Это количество воды, пред-
ставляющее разность между подачей насоса G'H и расходом воды в де-
аэратор Ge min, возвращается обратно на конденсатор через регулирую-
щий клапан рециркуляции.

Перепад давлений на клапане определяется давлением воды перед
деаэратором (точка а') и давлением в конденсаторе рк. По мере увели-
чения нагрузки установки до Gfl max величина рециркуляции и подачи
насоса уменьшается соответственно до Gp и GH.

Указанный способ обеспечивает на всех нагрузках установки,
включая и режим нулевого расхода воды на деаэратор, нормальное
охлаждение теплообменных аппаратов, а также бессрывную работу
конденсатного насоса. Однако он менее экономичен, поскольку при
снижении нагрузки установки повышается подача, а следовательно,
и мощность насоса. Регулирование уровня по такому способу возмож-
но лишь при достаточно крутой характеристике насоса.

Комбинированный способ регулирования уровня в конденсаторе
(рис. 4.27). Этот способ, сочетая преимущества способов регулирования
дросселированием и рециркуляцией, лишен их недостатков.

При этом способе на нагрузках установки, превышающих нагруз-
ку, при которой еще обеспечивается нормальное охлаждение тепло-
обменников, уровень регулируется дросселированием, а при меньших
нагрузках - рециркуляцией конденсата при постоянном минимальном

открытии дроссельного клапана.

Регуляторы уровня в конденсаторе обязательно должны содержать
стабилизирующие средства, так как конденсатор в совокупности
с конденсатным насосом как объект регулирования самовыравнива-
нием практически не обладает.

Регуляторы уровня состоят из датчиков мембранного типа, струй-
ных усилительных реле, регулирующих клапанов и жесткой обратной
связи по положению регулирующего клапана. Подобная конструкция
обратной связи требует размещения регулирующего органа в районе

расположения датчика, т. е.
под конденсатором. В тех же
случаях, когда это требование
по условиям расположения
оборудования в машинном
отделении невыполнимо, об-
ратную связь можно осущест-
вить введением импульса по
расходу воды на деаэратор,
так как этот импульс эквива-
лентен импульсу по положе-
нию регулирующего клапана
(рис. 4.28).

Рис. 4.27. Схема автоматического ре-
гулирования уровня в конденсаторе
комбинированным способом

Позиции те же, что на рис. 4.25
Рис. 4.28. Схема регулятора уровня в конденсаторе с обратной свя-
зью по расходу воды на деаэратор

1 — конденсатор; 2 — уравнительная труба; 3 — устройство жесткой обратной
связи; 4 — измеритель регулятора; 5 — деаэратор; 6 — усилительное реле; 7 —
сервомотор; 8 — клапан рециркуляции; 9 — теплообменные аппараты; 10 —
дроссельный клапан; 11 — конденсатный насос

Для измерения расхода воды на деаэратор надо измерить перепад
давлений на его форсуночном устройстве.

В судовых установках в настоящее время иногда применяют регу-
ляторы уровня с поплавковым измерителем и дроссельным усилите-
тельным органом. В качестве рабочей среды используют конденсат,
протекающий через регулирующий клапан. Однако такие регуляторы,
не обеспечивающие высокого качества регулирования, применяют,
как правило, на вспомогательном оборудовании.

Помимо трех основных способов регулирования уровня в конден-
саторе существуют и другие, например изменением частоты вращения
конденсатного насоса.

Некоторое распространение получил способ регулирования уровня
в конденсаторе без применения регулятора - за счет саморегулиро-
вания конденсатного насоса, который работает в режиме кавитации на
срывных характеристиках, определяемых подпором на всасывании
насоса, т. е. уровнем в конденсаторе (рис. 4.29). Увеличение количества
пара, поступающего в конденсатор, повышает уровень в сборнике,
и конденсатный насос переходит на работу по характеристике, соот-
ветствующей большему уровню, т. е. увеличивается его подача. Каждо-
му значению h соответствует срывная ветвь, сходящаяся с основной
характеристикой насоса. Однако на малых нагрузках для обеспече-
ния нормального охлаждения теплообменных аппаратов необходимо
вводить рециркуляцию.
Рис. 4.29. Срывные характе-
ристики конденсатного на-
соса

Рис. 4.30. Схема автоматического ре-
гулирования уровня в конденсаторе
бездеаэраторной установки

1 — конденсатор; 2 — конденсатный насос;
3 — регулятор; 4 — теплый ящик; 5 — пита-
тельный насос

Преимуществом этого способа регулирования является большая
экономичность, так как необходим меньший номинальный напор
насоса, а главное, обеспечена высокая надежность конденсатной систе-
мы в связи с отсутствием регулирующих органов на конденсатном тру-
бопроводе. Использование саморегулирования требует специального
проектирования крыльчатки конденсатного насоса, так как работа
насоса в области кавитации связана с ее повышенным износом. Внед-
рению этого способа регулирования препятствует недостаточная изу-
ченность работы конденсатных насосов на срывных характеристиках.

Все сказанное выше относится к установкам с деаэратором. В без-
деаэраторных установках наиболее распространена схема, где уровень
в конденсаторе поддерживается его подпиткой из теплого ящика или
сбросом воды на теплый ящик из напорной магистрали конденсатного
насоса (рис. 4.30).

Автоматическое регулирование уровня в деаэраторе. Схема регу-
лирования уровня в деаэраторе определяется схемой и составом цикла
пар-конденсат СЭУ. При автоматическом поддержании уровней в кот-
ле и конденсаторе и при постоянном количестве воды в цикле поддер-
живать уровень в деаэраторе не требуется. Положение этого уровня
на различных нагрузках установки зависит от изменения водосодер-
жания котла. Неизбежные утечки воды и пара сказываются именно
на уровне в деаэраторе, поскольку в других емкостях установки уров-
ни поддерживаются автоматически.

Таким образом, основная функция регулятора уровня в деаэрато-
ре - восполнение утечек воды из цикла пар-конденсат. Следует доба-
вить, что при малой емкости деаэратора во время изменения режимов
установки динамические изменения уровня в нем могут оказаться
недопустимыми с точки зрения обеспечения нормальной работы само-
го деаэратора (например, при очень высоком уровне воды может
оказаться залитым форсуночное устройство деаэратора) или бессрыв-
ной работы питательного насоса.

Наиболее распространена схема регулирования уровня в деаэра-
торе с регулятором среднего уровня (рис. 4.31) управляющим сдвоен-
ным регулирующим клапаном подпитки деаэратора водой из внешней
(по отношению к циклу) емкости и сброса воды из цикла в эту емкость.
Рис. 4.31. Схема автоматического- ре-
гулирования уровня в деаэраторе

1 — конденсатор; 2 — конденсатный насос;

3 — регулятор; 4 — уравнительная цистер-

Внешней емкостью служит урав-
нительная цистерна или цистерна
дистиллята. Деаэратор подпиты-
вается через конденсатор, посколь-
ку давление в цистерне (атмосфер-
ное) меньше давления в деаэра-
торе (избыточного). Подпитка не-
посредственно в деаэратор потре-
бовала бы установки специально-
го насоса. Одаод конденсата через

на; 5-деаэратор	клапан сброса обычно осуще-

ствляется из напорной магистрали конденсатного насоса.

Схему регулирования уровня в деаэраторе с помощью регулятора,

управляющего сдвоенным клапаном, нельзя считать оптимальной, по-

скольку в ней происходит подпитка цикла водой из внешней емкости.
В результате этого обмена вода в конденсатной системе обогащается

кислородом, а также снижается экономичность установки вследствие
выброса из цикла теплой воды и добавки холодной. Наиболее интен-
сивен обмен водой при качке судна. Наличие клапана сброса также
снижает надежность установки, так как при засолении конденсата
через клапан сброса может засолиться цистерна дистиллята.

Указанных недостатков лишена схема, в которой регулятор уров-
ня в деаэраторе управляет одним клапаном подпитки. Для этого необ-
ходимо, чтобы вместимость деаэратора превышала величину измене-
ния водосодержания в котле, компенсируя это изменение при манев-
рировании.

Регулятор уровня в такой схеме будет выполнять лишь одну .функ-
цию: восполнение утечек воды и пара из цикла пар-конденсат. По-
скольку утечки обычно невелики (примерно 1 % паропроизводитель-
ности установки), пропускная способность регулирующего клапана
подпитки будет небольшой.

При выборе регулятора уровня в деаэраторе необходимо учиты-
вать схему работы испарительной установки котельной воды. Испари-
тельная установка может работать на цикл (например, в конденсатор)
или на внешнюю емкость (цистерну дистиллята). В зависимости от это-
го знак дисбаланса между ее паропроизводительностью и размером
утечек может оказаться как положительным, так и отрицательным.
При работе испарителя на цикл уровень в деаэраторе, несмотря на
утечки из цикла, будет постоянно расти. В данном случае в регуляторе
уровня необходим не клапан подпитки, а клапан сброса, пропускная
способность которого должна быть рассчитана на значение дисбаланса.

Автоматическое регулирование давления в деаэраторе и магистра-
ли греющего пара. В современных судовых установках применяют
деаэраторы смесительного типа, в которых конденсат подогревается
в результате смещения воды и пара. При этом распыленная форсуноч-
ным устройством до мельчайших капель вода падает вниз навстречу
поднимающемуся греющему пару. Паровое пространство деаэратора,
таким образом, заполнено насыщенным паром. Так как для деаэрации
воды в деаэраторе необходимо поддерживать состояние кипения,
Рис. 4.32. Схемы автоматического регулирования давления в деаэраторе
и магистрали греющего пара

1 — деаэратор; 2 — регулятор давления в деаэраторе; 3 — регулятор давления в маги-
страли; 4 — конденсатор; / — охлажденный пар; Л — отработавший пар от вспомогатель-
ных механизмов

то регулируемым параметром может быть температура или давление,
связанные однозначной зависимостью. Поскольку конструктивно регу-
ляторы давления значительно проще регуляторов температуры, а к то-
му же имеют лучшие динамические характеристики, обычно в каче-
стве регулируемого параметра выбирают давление.

Деаэратор как объект регулирования нельзя рассматривать в отры-
ве от магистрали греющего пара. Действительно, при изменении рас-
хода воды в деаэраторе изменится давление пара, что повлияет на дав-
ление пара в магистрали греющего пара даже при неизменном положе-
нии клапана подвода пара к деаэратору. С другой стороны, колебания
давления в магистрали изменяют давление пара в деаэраторе и приво-
дят к колебаниям расхода воды в конденсатной системе.

Простейшей схемой САР системы деаэратор-магистраль (рис. 4.32,
а) является схема с двумя астатическими регуляторами давления
без обратной связи. Регулятор давления пара в деаэраторе управляет
регулирующим клапаном подвода пара в деаэратор, а регулятор дав-
ления пара в магистрали управляет сдвоенным регулирующим клапа-
ном добавки охлажденного пара в магистраль (при нехватке пара)
и клапаном травления избытков пара на конденсатор. Очень часто
такая схема оказывается неустойчивой, а применение наиболее про-
стых стабилизирующих средств в виде жесткой обратной связи по по-
ложению клапана из-за проявляющейся неравномерности давления
пара нежелательно с точки зрения обеспечения нормального функцио-
нирования самого деаэратора или работающих на магистраль вспомо-
гательных турбомеханизмов. Поэтому применяют схему (рис. 4.32, б),
где в качестве регулятора давления пара в деаэраторе использован
дифференциальный регулятор давления, поддерживающий разность
давлений между магистралью и деаэратором. Назначение такого регу-
лятора состоит в том, что при возмущении контура регулирования дав-
ления в деаэраторе с изменением нагрузки по воде импульс давления
в магистрали задерживает открытие паровпускного клапана деаэрато-
ра и тем самым ограничивает изменение давления пара этой маги-
страли.	.

Описанные выше схемы предусматривают ^использование двух
регуляторов давления. Однако систему деаэраию-магистраль можно
считать единым объектом регулирования и поддерживать в нем дав-
ление одним регулятором (рис. 4.32, в). В этом случае необходимо учи-
тывать, что давление на всех режимах может быть постоянным только
в деаэраторе или только в магистрали. При поддержании постоянного
давления, например в магистрали, давление в деаэраторе будет изме-
няться от одного режима к другому в соответствии с гидравлически-
ми потерями в трубопроводе (рис. 4.32, г), что не вызывает каких-либо
нарушений в работе деаэратора.

Возможен также вариант схемы с отбором импульса из деаэратора,
но ввиду большой протяженности паропроводов между деаэратором
и регулирующим органом, клапан травления которого обычно уста-
новлен прямо на конденсаторе, такая схема оказывается неустойчи-
вой из-за запаздывания в передаче регулирующего воздействия
на деаэратор.

Регулирование паровых магистралей. Разветвленная система паро-
вых магистралей, входящая в состав СЭУ, обеспечивает греющим
паром испарители, подогреватели и т. д. В качестве греющего пара
используется отработавший пар от вспомогательных турбомеханизмов
и пар отборов от ГТЗА. При нехватке этого пара магистрали подпиты-
ваются из трубопровода охлажденного пара, а на режимах, где имеют-
ся излишки пара, он стравливается на конденсатор. Количество регу-
ляторов давления пара и их структура определяются конкретными
условиями тепловой схемы установки.

Рассмотрим реальную САР цикла пар-конденсат (см. форзац в кон-
це книги).

Энергетическая установка судна состоит из следующих блоков:
двух ГТЗА с турбинами высокого ТВД, низкого ТНД давления
и заднего хода ТЗХ с тремя отборами пара: из корпуса ТНД в магистраль,
I отбора, из корпуса ТВД в магистраль III отбора и из ресивера, соеди-
няющего корпуса ТВД и ТНД, в магистраль II отбора;

двух главных конденсаторов;

двух конденсатных насосов;

четырех турбогенераторов ТГ, обеспечивающих работу судовой
электростанции;

четырех конденсаторов и конденсатных насосов турбогенерато-
ров;

деаэратора;

турбопитательного насоса ТПН;

вспомогательного конденсатора атмосферного типа, принимающего
сбросы из систем обогрева топлива, технологических нужд общесу-
довых систем и т. д., а также пар, стравливаемый из магистрали грею-
щего пара деаэратора;

сборника горячих конденсатов;

цистерны основного запаса котельной воды;

дренажных насосов;

насоса подпитки сборника горячих конденсатов.

В состав СЭУ входят также теплообменные аппараты (холодильни-
ки главных эжекторов ГТЗА и эжекторов отсоса от уплотнений ГТЗА
и др.), уравнительный коллектор и паровые магистрали свежего, насы-
щенного, перегретого и охлажденного пара, греющего пара деаэрато-
ра, производственных нужд и др. Испарители котельной воды и масло-
охладители с обслуживающими их системами автоматики на схеме
не показаны.

Регулирование уровня в главных конденсаторах обеспечивается
комбинированной схемой, сочетающей дроссельное регулирование
и регулирование рециркуляцией конденсата. Главный конденсатный
электронасос отбирает воду из сборника главного конденсатора и про-
качивает ее по конденсатному трубопроводу через дроссельный регу-
лирующий клапан регулятора уровня в конденсаторе 7 и теплообмен-
ное оборудование на деаэратор. На больших нагрузках открыт один
дроссельный клапан, который прикрывается по мере снижения нагруз-
ки. При достижении некоторой минимальной нагрузки, еще обеспечиваю-
щей нормальное охлаждение теплообменников, и дальнейшем ее сни-
жении проходное сечение дроссельного клапана больше не изменяет-
ся, а сблокированный с ним клапан рециркуляции начинает откры-
ваться, сохраняя необходимый расход конденсата через теплообмен-
ные аппараты.

Уровень воды в конденсаторах турбогенераторов автоматически
поддерживают регуляторы 17, управляющие дроссельными клапанами
на напорных магистралях конденсатных насосов. Применение дрос-
сельного способа регулирования в данном случае возможно потому,
что теплообменные аппараты (холодильники главных эжекторов ТГ
и эжекторов отсоса пара от уплотнений ТГ) прокачиваются забортной
водой.

Регулирование уровня во вспомогательном конденсаторе обеспе-
чивается регулятором 12, регулирующий клапан которого дроссели-
рует напорную магистраль дренажного насоса. Уровень в деаэраторе
поддерживается регулятором 16, воздействующим на подвод воды из
сборника горячих конденсатов.

Особенностью схемы регулирования является то, что утечки воды
и пара из цикла пар-конденсат восполняются не регулятором уровня
в деаэраторе, как обычно, а регулятором уровня в сборнике горячих
конденсатов 15. Регулирующий клапан этого регулятора установлен на
напорной магистрали насоса рабочей воды средств автоматики, отка-
чивающего дистиллят из цистерны основного запаса котельной воды.

Особенность схемы объясняется большими потерями среды из
цикла, так как необходимо обеспечить водой и паром технологические
нужды судового рыбоперерабатывающего завода. Применение обычной
схемы восполнения утечек, т. е. по уровню воды в деаэраторе, приве-
ло бы к недопустимым колебаниям уровня в нем и значительным
отклонениям уровня в главных конденсаторах. Принятая схема
не имеет этих недостатков.

Давление пара в деаэраторе определяется давлением в магистрали
греющего пара, которое поддерживает регулятор к настроенный на
давление 172 кПа. Регулятор управляет сдвоенным! паровым клапа-
ном 2. При повышении давления в магистрали фр стравливается
на вспомогательный конденсатор, а при понижении - добавляется
из магистрали производственных нужд. В свою очередь, давление
в магистрали производственных нужд поддерживает регулятор 4,
настроенный на давление 490 кПа и управляющий сдвоенным паровым
клапаном 5.

На ходовых режимах при нагрузках, когда давление в магистрали
отбора III превышает 490 кПа, магистраль производственных нужд под-
питывается паром отбора через соответствующий паровой клапан. При
снижении нагрузки ГТЗА до определенного значения и закрытии
заслонки на магистрали отбора III открывается паровой клапан, соеди-
няющий магистраль производственных нужд с паропроводом свежего
охлажденного пара. Поскольку магистраль производственных нужд
снабжает паром рыбозавод, для работы которого требуется насыщен-
ный пар, необходимо регулировать температуру в магистрали. Регу-
лятор температуры 3 управляет клапаном подвода воды в пароохла-
дитель впрыскивающего типа.

Давление пара в уравнительном коллекторе системы отсоса пара
от уплотнений ГТЗА поддерживает в пределах 0,7. . . 1,7 МПа регуля-
тор 6, сбрасывая избытки пара в главный конденсатор или добавляя
пар из магистрали греющего пара деаэратора. Регулятор 8 с паровым
регулирующим клапаном 9 поддерживает давление пара перед эжек-
торами ГТЗА равным 1,5 МПа. Давление перед эжекторами турбогене-
раторов поддерживает регулятор 10, управляющий клапаном 11, в пре-
делах 2,3 МПа. Давление в магистрали подогрева топлива поддержи-
вается регулятором 13 и клапаном 14.

Система рабочей воды САР состоит из насоса, механического
сдвоенного фильтра и напорного и сливного коллекторов.

Рабочая вода забирается насосом из цистерны дистиллята, куда
и возвращается после использования ее энергии в регуляторах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Перечислите основные регулируемые параметры паросиловой установки.

2.	В чем состоят основные недостатки систем дистанционного управления
ГТЗА без регуляторов частоты вращения?

3.	Назовите основные схемы регулирования давления пара в деаэраторе
и магистрали греющего пара.

4.	Перечислите известные вам схемы регулирования уровня в конденсаторе.

5.	По каким параметрам осуществляется защита паровых турбин?
Глава 5.

АСУ СУДОВЫМИ ДИЗЕЛЬНЫМИ
И ГАЗОТУРБИННЫМИ УСТАНОВКАМИ

§ 5.1.	АСУ судовыми дизельными установками

Дизели в судовых энергетических установках используют как
главные двигатели для обеспечения хода судна и как вспомогатель-
ные для привода генераторов, аварийных водоотливных средств, гру-
зовых топливных насосов и т. д. В дизельных установках автоматиче-
ски регулируют следующие основные параметры и процессы:

частоту вращения вала дизеля;

температуру охлаждающей воды на выходе из дизеля;

температуру масла на входе в дизель;

вязкость тяжелого топлива, поступающего в дизель.

Частоту вращения вала судовых дизелей регулируют, в основном
изменяя количество топлива, подаваемого в цилиндры дизеля.

Большинство судовых дизелей, работающих на винт фиксирован-
ного шага, являются малоинерционными объектами управления
(постоянная времени Та = 1,0. . . 1,5 с) и обладают свойством саморегу-
лирования (z > 0). При работе двигателя по винтовой характеристике
подача топлива и частота вращения вала связаны однозначной зави-
симостью и, следовательно, рабочие режимы устойчивы. В этом случае
не требуется установки регулятора частоты вращения вала, а дизелем
управляют вручную: перемещая топливную рейку топливной аппара-
туры, изменяют количество топлива, подаваемого в цилиндры. Такая
схема наиболее проста, но требует постоянного внимания со стороны
обслуживающего персонала. Заданная частота вращения может ме-
няться при изменении внешних воздействий и режима работы винта,
и тогда необходимо ручное вмешательство для восстановления задан-
ной частоты вращения вала.

Дистанционное управление подобными дизелями также представ-
ляет собой определенную трудность, посколку судоводителю прихо-
дится дистанционно поддерживать заданную частоту вращения при
изменении условий плавания. Управление дизель-генераторами без
регуляторов практически невозможно из-за резких изменений нагруз-
ки при подключении потребителей электроэнергии, и поэтому на боль-
шинстве судовых дизелей устанавливают регуляторы.

Взаимосвязь дизель - винт можно проследить, построив в коорди-
натах эффективная мощность Ne, частота вращения винта (вала дизе-
ля) п следующие характеристики дизеля и винта (рис. 5.1):

1)	внешнюю характеристику 2 (HGD), соответствующую максималь-
ным мощностям, которые можно получить при данной частоте враще-
ния вала и условии, что топливная рейка находится все время в поло-
жении максимальной подачи топлива; при этом возможны перегрузки
в отдельных узлах дизеля, и длительная работа по внешней характе-
ристике обычно не допускается (верхняя точка D соответствует
Рис. 5.1. Характеристики главного су-
дового дизеля

максимальной мощности дизе-
ля №? та» полученной при мак-
симальной частоте вращения);

2)	заградительную харак-
теристику 1 (BCD), соответству-
ющую максимально допусти-
мым в фоцессе эксплуатации
мощностям при длительной ра-
боте дизевя, которые можно по-
лучить при данной частоте вра-
щения; при работе по этой ха-
рактеристике дизель испыты-
вает перегрузки;

3)	частичную характеристи-
ку 6, показывающую зависи-
мость мощности от частоты вра-

щения при неизменном положении топливной рейки, - только для
двигателей без регуляторов частоты вращения (на рисунке приведено
семейство частичных характеристик);

4)	регуляторную характеристику 7, показывающую зависимость
мощности от частоты вращения при неизменной настройке регулятора
частоты вращения (на рисунке дано семейство регуляторных харак-
теристик);

5)	характеристики 4 и 8, представляющие линии возможных мощ-
ностей при n = const (на рисунке приведены характеристики 8 - для
минимально устойчивой частоты вращения nmin и 4 - для максималь-
ной частоты вращения nmax);

6)	винтовые характеристики 3 и 5, показывающие зависимость
мощности, потребляемой винтом, от частоты вращения; при изменении
условий плавания винтовая характеристика в некоторых случаях ме-
няется: например, для установок с ВРШ характеристика зависит от раз-
ворота лопастей винта (на рисунке показана область мощностей,
потребляемых винтом, которая ограничена характеристикой 3, соот-
ветствующей „тяжелому” винту, и характеристикой 5, соответствую-
щей „легкому” винту).

Внешняя, заградительная, регуляторная и частичная характери-
стики возможных мощностей при п = const представляют собой различ-
ные виды характеристик подводимой энергии.

Винтовая характеристика - это характеристика отводимой энер-
гии. Точку рабочего режима для двигателей с регуляторами опреде-
ляют пересечением винтовой и регуляторной характеристик, а для
двигателей без регуляторов частоты вращения - пересечением винто-
вой и частичной характеристик. В этой точке подвод энергии равен ее
отводу.

Область возможных эксплуатационных режимов РАВСОЫСвпзепя
ограничена нагрузочными характеристиками 4 и 8, заградительной
характеристикой 1 и линией холостых ходов KL. Область рабочих
режимов CDEFA двигателя (на рис. 5.1 заштрихована) определяют
Рис. 5.1. Характеристики дизель-ге-
нераторов при параллельной работе

наложением области возможных
эксплуатационных режимов на
область мощностей, потребляе-
мых винтом. В отдельных слу-
чаях дизель работает в режиме
перегрузки (область CG0 или по
внешней характеристике 2

Если дизель используют как
вспомогательный источник энер-
гии для привода судовых генера-

торов, он должен при резких увеличениях и уменьшениях нагрузки
с высокой точностью поддерживать постоянную частоту вращения.
Изменение частоты вращения вала дизель-генератора от до r^in
изменяет частоту и напряжение вырабатываемого им тока, а электро-
оборудование судов, особенно навигационное, чувствительно к коле-
баниям этих параметров.

Для равномерного распределения мощности при параллельной
работе двух и более дизель-генераторов с регуляторами частоты вра-
щения их характеристики должны быть статическими и иметь одина-
ковый наклон (рис. 5.2). Так как у параллельно работающих дизель-
генераторов частота вращения одинакова, их мощности и N2 опре-
деляют пересечением горизонтальной линии п = const с наклонными
статическими характеристиками. В то же время суммарная мощность
обоих дизель-генераторов 7Чтр+ /^тр должна равняться требуемой
мощности Д^р. В зависимости от значения частота вращения вала
дизель-генераторов меняется от до ц^п. Наклон характеристики
выбирают таким, чтобы при небольших изменениях частоты вращения
(неравномерности регулирования) 1,5. . .5,2% распределение мощно-
сти было устойчивым.

Регуляторы частоты вращения вала дизель-генераторов при такой
неравномерности регулирования должны отличаться высоким быстро-
действием и обеспечивать переходные процессы с малыми провалами
и забросами частоты вращения. Чтобы на статических режимах умень-
шить влияние неравномерности регулирования на изменение частоты,
надо изменить уставку задающего органа регулятора частоты враще-
ния, смещая его характеристику параллельно самой себе и поддержи^
вая частоту вращения дизеля ц,ом, а следовательно, напряжение
и частоту переменного тока постоянными. При параллельной работе
характеристику смещают вручную или при помощи специального авто-
матического устройства на обоих дизель-генераторах одновременно,
чтобы не привести к перераспределению мощности и перегрузке одно-
го из дизель-генераторов.

Регуляторы частоты вращения вала судовых дизелей классифици-
руют по следующим признакам:

принципу действия - регуляторы прямого и непрямого действия;

числу обеспечиваемых скоростных режимов - однорежимные,
двухрежимные и всережимные регуляторы;

способу воздействия на подачу топлива в дизель - предельные
и ограничивающие регуляторы;

виду обратной связи - регуляторы с жесткой обратной связью
и изодромные;
числу вводимых импульсов - одноимпульсные и двухимпульсные

регуляторы;

конструктивному исполнению - навешенные, встроенные и авто-
номные регуляторы;

виду используемой энергии - механические и гидравлические

регуляторы.

Регуляторы частоты вращения прямого и (непрямого действия.
Регуляторы прямого действия устанавливают на дизелях небольшой
мощности (до 300. . .500 кВт). Наиболее распространенный тип такого
регулятора - центробежный с использованием вращающихся грузиков
в качестве чувствительного элемента. Усилие, создаваемое этими гру-
зиками, достаточно для перестановки топливной рейки. Для дизелей
средней и большой мощности используют регуляторы частоты враще-
ния непрямого действия, так как усилия, создаваемые грузиками,
недостаточны для перемещения топливной рейки. Чувствительным
элементом таких регуляторов служит центробежное устройство с гру-
зиками или шестеренчатый насос, а в качестве рабочей среды обычно

используют масло.

Однорежимные, двухрежимные и всережимные регуляторы часто-
ты вращения. Однорежимные регуляторы, предназначенные для
поддержания одного режима частоты вращения, обычно устанавлива-
ют на судовых дизель-генераторах, гидромоторах, водоотливных
помпах и других вспомогательных механизмах, имеющих одну по-
стоянную частоту вращения. Конструкция таких регуляторов должна
допускать подрегулировку частоты вращения в некоторых пределах
(обычно ± 10 %).

Двухрежимные регуляторы частоты вращения (иначе регуляторы
максимальной и минимальной частот вращения) вступают в действие,

если частота вращения превышает максимальную или уменьшается до
некоторого нижнего предела. Их применяют для судовых двигателей,
снабженных реверсивными муфтами или работающих на ВРШ. Такие

регуляторы предохраняют двигатель от остановки.

Всережимные регуляторы, поддерживающие любой заданный
режим в диапазоне от минимально устойчивой до максимальной

частоты вращения, устанавливают на главных судовых дизелях, рабо-

тающих на винт фиксированного шага. Для защиты от перегрузки

в состав регулятора включают устройство, ограничивающее нагрузку
и обеспечивающее работу дизеля по заградительной характеристике.
Для этого ограничивающее устройство должно перестраиваться по

программе в зависимости от частоты вращения вала дизеля. В состав
всережимных регуляторов могут входить устройства, позволяющие

дистанционно изменять заданную регулятору частоту вращения при

дистанционно-автоматизированном управлении дизелем, или же
устройства, которые обеспечивают поддержание минимально устойчи-
вой частоты вращения, защиту дизеля, увеличенную подачу топлива

при пуске и др.

Ограничивающие и предельные регуляторы частоты вращения.

Ограничивающий регулятор предназначен для защиты двигателя
Рис. 5.3. Схема предельного регулятора частоты вращения маят-
никового типа

от превышения частоты вращения: если она увеличивается сверх
предельно допустимой - уменьшается подача топлива в двигатель при
увеличении частоты вращения сверх предельно допустимого значения.
Предельный регулятор также выполняет функции защиты, полностью
прекращая подачу топлива в двигатель, если частота вращения превы-
сит предельно допустимое значение. При частотах вращения ниже пре-
дельно допустимых ограничивающий и предельный регуляторы на
подачу топлива в двигатель не влияют. В ряде конструкций огра-
ничивающие регуляторы объединены с предельными или предельные
регуляторы являются частью всережимного регулятора частоты вра-
щения. Примером конструкции предельного регулятора служит регу-
лятор маятникового типа (рис. 5.3), устанавливаемый на тихоходных
дизелях. Маятник 2 регулятора приводится в качательное движение
от коленчатого вала двигателя через эксцентриковый привод. На маят-
нике установлены верхний 1 и нижний 11 грузы. Расположение грузов
и натяжение регулировочных пружин 3 и 10 обеспечивают следующий
порядок работы регулятора:

при частоте вращения ниже номинальной носок 9 верхнего груза 1
выступает, а носок 5 нижнего груза прижат, и при качании маятника 2
регулировочный рычаг топливных насосов все время находится в ниж-
нем положении; при этом топливные насосы включены;

при частоте вращения выше 105 % номинальной носок 5 нижнего
груза выступает так же, как и верхний, и при качании маятника 2
вместе с ним качается регулировочный рычаг топливных насосов 4,
производя однократное выключение (при ходе вверх) и однократное
включение (при ходе вниз) топливных насосов за один оборот дизеля
и уменьшая тем самым подачу топлива в двигатель;

при частоте вращения выше 110% номинальной носок 5 нижнего
груза выступает, а носок 9 верхнего груза 1 прижат, и при качании
маятника регулировочный рычаг топливных насосов 4 все время нахо-
дится в верхнем положении; при этом топливные насосы отключены;

при уменьшении частоты вращения подача топлива восстанавлива-
ется.
Для смягчения резких (ударных) воздействий на систему управле-
ния топливными насосами в констуркцию регулятора входит аморти-
затор 8. Пружинный фиксатор 6, прижимающийся к кулачку 7, удержи-
вает регулировочный рычаг топливных насосов 4 в крайних положе-
ниях (верхнем и нижнем). Такой регулятор надежно предохраняет
двигатель от превышения частоты вращения выше допустимой при
оголении гребного винта.	।

Некоторые конструкции предельных регуляторов, получившие
название регуляторов безопасности или предохранительных, отключа-
ют подачу топлива, в случае если частота вращениЛфевышает допу-
стимую, и останавливают дизель, не разрешая подачу топлива при
уменьшении частоты вращения. Их устанавливают на дизелях, имею-
щих всережимные или однорежимные регуляторы частоты вращения.
Регуляторы безопасности вступают в действие, если основные регуля-
торы не справляются с поддержанием частоты вращения.

Регуляторы с жесткой обратной связью и изодромные регуляторы
частоты вращения. Для повышения качества переходных процессов
дизелей обычно применяют регуляторы с жесткой или изодромной
обратной связью. Регуляторы с жесткой обратной связью имеют боль-
шую неравномерность регулирования и поэтому их используют в слу-
чаях, когда не требуется точно поддерживать заданную частоту вра-
щения при различных нагрузках.

Изодромные регуляторы кроме высокого качества переходных
процессов имеют неравномерность регулирования в пределах 0... 4 %,
чем обеспечивается различный наклон статической характеристики.
Это важно для регулирования дизель-генераторов, которые в различ-
ных судовых установках можно использовать как одиночные, имею-
щие астатическую характеристику, или как групповые, имеющие ста-
тическую характеристику для обеспечения параллельной работы.
Схема изодромного регулятора частоты вращения и его статическая
характеристика приведены на рис. 5.4.

Двухимпульсные регуляторы частоты вращения. Чтобы отклонение
частоты вращения вала дизель-генераторов от номинальной было на-
именьшим и при этом поддерживались хорошие динамические харак-
теристики и равномерное распределение мощностей при параллельной
работе двигателей, применяют двухимпульсные регуляторы частоты
вращения. Первым импульсом, как и в одноимпульсных регуляторах,
остается изменение частоты вращения, а вторым импульсом служит из-
менение нагрузки. За счет введения импульса по нагрузке, который пе-
ремещает статическую характеристику регулятора параллельно самой
себе, получается астатическая характеристика. Для обеспечения каче-
ства переходного процесса (с малыми забросами и провалами частоты
вращения) допускается достаточно большая неравномерность регули-
рования при воздействии импульса по частоте вращения на регулятор.
Принципиальная схема и характеристики двухимпульсного регулятора
частоты вращения со вторым импульсом по нагрузке приведены на
рис. 5.5. В данной схеме сигналы на выходах с задатчика частоты враще-
ния и датчика нагрузки суммируются на гидроусилителе. Возможны
Рис. 5.4. Кинематическая схема (а) и статическая характеристика
(б) регулятора частоты вращения непрямого действия с изодром-
ной обратной связью

1 — датчик частоты вращения; 2 — изодром; 3 — пружина изодрома; 4 — дрос-
сельный клапан изодрома; 5 — сервомотор; 6 — золотниковый усилитель

и другие варианты включения второго импульса по нагрузке.

Всережимный изодромный регулятор частоты вращения непря-
мого действия типа Р13М. Такие регуляторы устанавливают на целом
ряде отечественных двигателей. Схема, общий вид и конструкция
этого регулятора показаны на рис. 5.6. Регулятор выполнен в виде
автономного блока с приводом от вертикального вала. Рабочей средой

Рис. 5.5. Кинематическая схема (а) и статическая характеристика (б) двухим-
пульсного регулятора частоты вращения непрямого действия с жесткой об-
ратной связью

I — датчик частоты вращения; 2 — золотник; 3 — сервомотор; 4 — втулка; 5 — датчик на-
грузки; АВ — астатическая характеристика двухимпульсного регулятора скорости;
CD — семейство статических характеристик при воздействии одного импульса по ско-
рости
I

I

a — схема и общий вид; 1 — сектор сервомотора; 2 — кулачный сектор; 3 — валик обратной связи; 4 — продольный вал сервомотора; 5 — пор-
шень изодрома; 6 ~~ палец изодрома; 7 — золотник измерителя; 3 — рычаг обратной связи; 9 — чашка измерителя; 10 — верхняя опора пру-
жины; 11 — упорная тарелка штока золотника; 12 — вильчатый рычаг ограничителя нагрузки; 13 — рукоятка оборотов; 14 — поперечный
вал сервомотора; 15 — тяга к рейке топливных насосов; 16 — каретка; 27 — валик дистанционного управления оборотами; 18 — траверса;
29 — аккумулятор; 20 — рычаг ограничителя нагрузки; 21 — толкатель; 22 — шестерня толкателя; 23 — шестерня автоматического ограни-
чения нагрузки; 24, 25 — шестерня и указатель ручного ограничения нагрузки; 26 — указатель автоматического ограничения нагрузки;
27 — указатель нагрузки; 28 — приводной валик; 29 — червяк регулировки статизма; 30 — серьга; 31 — эксцентрик; 32 — шатун обратной
связи; 33 — клапан масляного насоса; 34 — масляный насос; 35 — игла изодрома; 36 — корректор; 37 — поршень сервомотора; 38 — грузики
измерителя; 40 — упругая муфта;

б — конструкция: 1 — привод*
ной валик; 2 - поршень изо-
дрома; 3 — пружина измери-
теля; 4 — грузы измерителя;

5	— золотник измерителя;

6	— втулка золотника; 7 —
промежуточный валик; 8 —
шестерня масляного насоса;

9 — пружина аккумулятора;

20 — продольный вал серво-
мотора; 22 — поршень серво-
мотора

I
регулятора служит масло, подаваемое шестеренчатым масляным насо-
сом 34 (рис. 5.6, а), встроенным в регулятор. Шариковые обратные кла-
паны 33 обеспечивают поступление масла в регулятор при любом
направлении вращения дизеля, что позволяет использовать регулятор
для реверсивных дизелей. Для быстрого заполнения полостей серво-
мотора при резких перемещениях золотника 7 в составе масляной
системы регулятора предусмотрен пружинный аккумулятор 19, кото-
рый поддерживает постоянное давление в масленой системе. Для
повышения чувствительности измерительного устарйства золотник 7
выполнен вращающимся вместе с грузиками 38. Псфшень сервомотора
37 — дифференциальный: нижняя площадь поршня в два раза больше
верхней его площади. В верхнюю полость сервомотора от масляного
насоса подводится масло под постоянным давлением, что позволяет
отказаться от возвратной пружины.

В процессе запуска при малом давлении рабочего масла вслед-
ствие разности площадей поршень сервомотора идет вверх и увеличи-
вается подача топлива при пуске. Чтобы изменить заданную частоту
вращения, воздействуют на верхнюю опору 10 пружины измерителя.
Для сохранения линейной зависимости между перемещением верхней
опоры 10 и устанавливаемым значением частоты вращения пружина
измерителя имеет специальный параболический профиль. На верхней
опоре 10 суммируются воздействия от обратной связи и от механизмов
ручного и дистанционного задания частоты.

В конструкции регулятора предусмотрена изодромная обратная
связь, причем приемным поршнем изодрома служит нижний торец
золотника 7, а поршень 5 выполнен отдельно и связан с сервомотором
рычажной передачей. Для ограничения действия обратной связи при
резких и больших возмущениях в конструкцию регулятора введен
корректор 36, который разгружает обратную связь, если давление
масла в каналах превышает заданное. Для получения наклона стати-
ческой характеристики в конструкцию регулятора введена жесткая
обратная связь 8; при этом неравномерность регулирования меняется
от 0 до 6 %. В конструкции регулятора предусмотрено также устрой-
ство, ограничивающее нагрузку дизеля. Ограничивать нагрузку можно
автоматически или вручную - это зависит от установленной частоты
вращения. При перемещении поршня сервомотора 37 поворачивается
вал 4 и через рычаги с секторами поворачивается шестерня 22, имею-
щая выступы. При набегании выступов шестерни 22 на кулачки шесте-
рен 24 или 23 шестерня 24 перемещается вдоль оси. Рычаг 20 при этом
поворачивается, через рычаг 12 и хвостовик с тарелкой 11 поднимает
золотник 7 и приостанавливает дальнейшее движение поршня серво-
мотора 37 на увеличение подачи топлива.

Регулирование температуры охлаждающей воды дизеля. Для повы-
шения эффективной мощности, снижения расхода топлива и уменьше-
ния износа деталей поддерживают требуемый температурный режим
двигателя. Оптимального температурного режима дизеля достигают
при температуре охлаждающей воды на выходе из двигателя в преде-
лах 75... 85 °C. Если двигатель охлаждается забортной водой
Рис. 5.7. Схемы регулирования температуры воды на выходе из ди-
зеля перепуском (а) и обводом (б)

1 — дизель; 2 — теплообменник; 3 — циркуляционный насос забортной воды;

4 — циркуляционный насос пресной воды; РТ — регулятор температуры;
ЧЭ — чувствительный элемент

(разомкнутая система охлаждения), при этой температуре происходит
интенсивное образование накипи. Поэтому температура забортной
воды на выходе из дизеля не должна превышать 45... 55 °C. Чтобы
поддерживать требуемый температурный режим, делают замкнутые
системы охлаждения; в них дизель охлаждается пресной водой, цир-
кулирующей по замкнутому контуру.

Для отвода тепла от пресной воды в состав замкнутой системы
охлаждения вводят теплообменник, прокачиваемый забортной водой.
Циркуляцию воды в системах охлаждения обеспечивают циркуляцион-
ные насосы для пресной и забортной воды. Замкнутые системы охлаж-
дения могут быть открытыми (постоянно сообщающимися с атмосфе-
рой) и закрытыми (сообщающимися с атмосферой через паровоздуш-
ный клапан). Так как регулируемым параметром является температу-
ра воды на выходе из двигателя, а не на входе, оптимальный темпера-
турный режим достигается в наиболее теплонапряженных районах
цилиндров и в головке блока, а также в районах наиболее интенсивно-
го трения сопряженных деталей.

Система охлаждения двигателя с навешенным охлаждающим насо-
сом как объект регулирования температуры обладает свойством само-
регулирования: при изменении частоты вращения главного судового
дизеля изменяется подача навешенного охлаждающего насоса, причем
большим нагрузкам и большой частоте вращения соответствует подача
большого количества охлаждающей воды. Однако при этом нельзя
поддерживать температуру воды с заданной точностью, так как ме-
няется температура воды на входе в двигатель. Поэтому в системах
охлаждения устанавливают терморегуляторы.

Температуру воды на выходе из дизеля можно регулировать
следующими способами:

перепуском, когда часть горячей воды, ^ходящей из дизеля,
подается обратно на вход в дизель, изменяя ири этом температуру
воды на входе в дизель;

дросселированием, когда на входе или на выходе охлаждающей
воды из двигателя устанавливают дроссельный клапан, изменяющий
гидравлическое сопротивление тракта, что приводит к изменению
подачи центробежного циркуляционного насоса и, следователь^,
расхода охлаждающей воды на двигатель;

обводом, когда изменяется количество забортной воды, прокачи-
ваемой через теплообменник, и, следовательно, температура пресной
воды на входе в двигатель.

В настоящее время для регулирования температуры воды приме-
няют в основном перепуск или обвод, так как при дросселировании
значительно изменяется расход охлаждающей воды через двигатель,
что может повлечь за собой нарушение циркуляции и местный пере-
грев (при установке дроссельного клапана перед двигателем) или
повышение давления в системе охлаждения. На рис. 5.7 представлены
схемы регулирования температуры воды перепуском и обводом.

Регулирование температуры масла в дизеле. Для подачи в двига-
тель масла требуемой вязкости, обеспечивающего его нормальную
работу, необходимо поддерживать в определенных пределах темпера-
туру масла на входе.

Температура зависит от сорта масла и типа двигателя и состав-
ляет: для быстроходных дизелей 80... 90 °C, для тихоходных дизелей
40. . .50°C.

Чтобы температура масла на входе находилась в установленных
пределах, надо регулировать не двигатель, а теплообменник, в кото-
ром балансируется подводимое и отводимое тепло при сохранении
заданного значения регулируемого параметра - температуры масла
на входе в двигатель. Теплообменник как объект регулирования ста-
тически устойчив и обладает свойством саморегулирования.

Для регулирования температуры масла на входе в двигатель при-
меняют следующие способы:

перепуск охлаждающей воды (часть воды возвращается с выхода
теплообменника на вход);

обвод охлаждающей воды (часть охлаждающей воды идет помимо
теплообменника);

перепуск масла (часть масла идет на вход в дизель помимо тепло-
обменника).

Терморегуляторы. Для регулирования температуры воды и масла
двигателей применяют статические терморегуляторы, так как в этих
Рис. 5.8. Схема парожидкостиого дистанционного терморегуля-
тора прямого действия

4 11 2	10	9

Рис. 5.9. Схема АСУ закрытой системой охлаждения главного дизеля

1 — теплообменник воды; 2 — воздушный фильтр; 3 — пневматический исполнитель-
ный механизм терморегулятора ТРП-25; 4 — блок управления терморегулятора ТРП-125;
5 — насос пресной воды; 6 — манометр; 7 — дизель; 8 — расширительный бачок; 9 — кинг-
стон; 10 — фильтр забортной воды; 11 — насос забортной воды; 12 — теплообменник
масла
системах может быть допущена большая неравномерность регулирова-
ния (10. . . 12 °C). По конструктивному исполнению терморегуляторы
бывают прямого действия (дистанционные и недистанционные) и
непрямого действия. Рабочей средой в терморегуляторах непрямого
действия служат вода, масло, сжатый воздух или электроэнергия.

В зависимости от типа измерительного устройства терморегулято-
ры могут быть парожидкостными, жидкостными, ^дилатометрическими
и газовыми.	I

В недистанционных регуляторах прямого действия измерительное
устройство объединено в одной конструкции с клапаном. Такие регу-
ляторы работают только по схеме перепуска и из-за небольшого пере-
мещающего усилия их устанавливают на трубопроводах с условным
диаметром до 60 мм.

Парожидкостные дистанционные регуляторы прямого действия
имеют дистанционную связь между чувствительным элементом и ре-
гулирующим органом. Примером такой конструкции может служить
терморегулятор, схема которого представлена на рис. 5.8. Чувствитель-
ным элементом этого регулятора является термобаллон 1. Для умень-
шения инерционности и увеличения поверхности соприкосновения
с регулируемой средой вокруг баллона навита трубка 2, сообщающая-
ся с термобаллоном. Наполнитель заполняет сильфонную камеру,
капилляр 3 и термобаллон 1, причем в последнем оставлено паровое
пространство. Усилие от изменения давления паров наполнителя,
которое происходит в результате отклонения температуры, передается
от измерительного элемента по капилляру 3 на сильфон 4 регулирую-
щего органа, вызывая перемещение регулирующих клапанов 9. Для
настройки регулятора служит муфта 7, воздействующая на натяжение
пружины 5, а для изменения неравномерности регулирования - втул-
ка 6, которая меняет число рабочих витков пружины 5. Для ручного
управления используют маховик 8. Такие регуляторы работают как по
схеме перепуска, так и по схеме обвода, из-за небольших перемещаю-
щих усилий их устанавливают на трубопроводах с условным диамет-
ром до 80 мм.

Терморегуляторы непрямого действия могут работать по схемам
обвода и перепуска. Они имеют большое перестановочное усилие, и их
устанавливают на трубопроводах больших диаметров мощных дизе-
лей. Схема АСУ охлаждением главного дизеля с использованием
пневматических терморегуляторов непрямого действия приведена
на рис. 5.9. В этой АСУ температура масла регулируется обводом,
а температура пресной воды - перепуском. В высокооборотных
дизелях, где допустима высокая температура масла, терморегуляторы
устанавливают только для регулирования температуры пресной воды,
а через масляный холодильник пропускают пресную воду перед
подачей ее на вход дизеля. Такая схема существенно упрощает ре-
гулирование системы охлаждения, которое сводится к установке
терморегулятора для перепуска воды помимо холодильника.

Регулирование вязкости топлива. С целью снижения стоимости
эксплуатации дизельных установок часто вместо дизельного топлива
используют более дешевые сорта тяжелого топлива, вязкость которых
значительно выше вязкости дизельного1 Учитывая, что топливная
аппаратура дизелей обеспечивает нормальную работу двигателя
только при определенной вязкости топлива, тяжелое топливо подо-
гревают (в специальном топливоподогревателе) для снижения вязко-
сти перед подачей в дизель.

Если вязкость тяжелого топлива была выбрана правильно, топли-
во нормально распыляется и полностью сгорает. При этом уменьшаются
его удельный расход, количество отложений в газоходах и утилиза-
ционном котле, износ топливной аппаратуры и деталей поршневой
группы. Для достижения требуемой вязкости топлива обычно поддер-
живают определенную его температуру за топливоподогревателем при
помощи терморегулятора. Однако часто зависимость вязкости от тем-
пературы, указываемая в паспортных данных на топливо, значительно
отличается от фактической. Это объясняется смешиванием сортов
топлива, испарением легких фракций, отстоем. Поэтому вязкость
топлива, подаваемого в дизель, при регулировании его температуры
может значительно отличаться от требуемой, что сказывается на рабо-
те дизеля. Для устранения этого недостатка в системах регулирования
вязкости иногда применяют регуляторы вязкости топлива.

В качестве примера рассмотрим САР вязкости (рис. 5.10). В чув-
ствительном элементе использован принцип, основанный на измерении
перепада давления подогретого топлива в капилляре, расположенном
на мерном участке 13 топливного трубопровода. Если через капилляр
протекает ламинарный поток постоянного расхода, то разность давле-
ний р, на входе в капилляр и р2 на выходе из него будет пропорцио-
нальна вязкости топлива. Мембранный регулятор прямого действия 12
поддерживает расход топлива на выходе из капилляра постоянным.
Разность давлений рх и р2 измеряется в блоке 2 при помощи сильфо-
нов, а затем преобразуется в усилителе 8 в сингал давления рн сжа-
того воздуха, пропорциональный вязкости топлива. Этот сигнал изме-
ряет манометр 7 в градусах ВУ (Энглера). За?ем сигнал поступает |
в блок изодромной обратной связи 5 к усилителю 6, который преобра-
зует его в мощный управляющий сигнал давления воздуха ру, переме-
щающий мембранный клапан 3, управляющий подводом пара к топли- ;
воподогревателю 1. Блок 2 и усилитель 4 выдают пневматический 
сигнал обратной связи р0 с, поступающий в блок 5. Этот блок форми- j
рует воздействие на усилитель 6, пропорциональное разности сигналов
Рн и Ро.с- Заданное значение вязкости топлива, поддерживаемое регу- ’
лятором (1,5. . .4,5°ВУ), устанавливается путем воздействия на пру- ,
жину задатчика, расположенную в блоке 5. Сжатый воздух давлением i
0,147 МПа (1,5кгс/см2) подается на регулятор через редукционный .!
клапан 11 и фильтр 10. Холодное топливо в капилляре перед пуском ;
регулятора продувают - для этого служит кран 14.	<

Системы сигнализации и защиты. Для обеспечения безаварийной
работы и для информации обслуживающего персонала о состоянии дви- >
гателей главные и вспомогательные дизели оборудуют системами 
сигнализации и защиты. Объем сигнализации и защиты зависит от кон- j
струкции и типа двигателя, его назначения и условий эксплуатации, i
Сигнализация бывает световая и звуковая, предупредительная, I
аварийная и исполнительная. Она может быть обобщенной и расшифро- ;
Бывающей.	(

Система защиты служит для предохранения дизеля от аварии в слу- !
чае, если контролируемый параметр вышел за допустимые пределы. :
Защитные устройства применяют ограничивающие и предельные. I,
Основным способом предохранения дизеля от аварии является умень- ?
шение подачи топлива, что влечет за собой уменьшение нагрузки
на дизель или полное прекращение подачи топлива, приводящее j
к остановке дизеля. В зависимости от выполняемых функций, кон- j
струкции и назначения дизеля защита может быть отключаемой или
неотключаемой. К отключаемым относят защиты по тем параметрам, ;
при достижении которыми аварийных значений дизель еще некоторое '
время продолжает работать, хотя при этом создаются условия, приво- ;
дящие к быстрому его износу и в дальнейшем к аварии. В некоторых 1
случаях, когда судно швартуется или проходит узкость, остановка
главного двигателя или дизель-генератора приводит к потере хода или '
управляемости судна и, как следствие, к его аварии. В таких случаях 1
стремятся обеспечить ход и подачу электроэнергии, не считаясь с со- 
стоянием двигателей. Поэтому на ряде главных и вспомогательных J
дизелей защиты чаще всего делают отключаемыми. К неотключаемым *
защитам относят только защиту от превышения допустимой частоты ’
вращения, так как выход этого параметра за предельные значения при-
водит к немедленной аварии дизеля.

Сигнализацию и защиту обычно предусматривают по следующим
параметрам:

температуре и давлению в системе охлаждения;

температуре и давлению в масляной системе;

уровню масла, топлива и пресной охлаждающей воды;

частоте вращения вала;

температуре подшипников.

Повышение температуры воды в системе охлаждения при исправ-
ности терморегулятора свидетельствует о неисправности системы или
о перегрузке дизеля. Скорость нарастания температуры обычно неве-
лика, и обслуживающий персонал успевает принять меры, пока темпе-
ратура не достигла аварийного значения. Если рост температуры
не прекращается, дизель необходимо остановить. В связи с этим преду-
предительную и аварийную сигнализацию, а также отключаемую
защиту выполняют по температуре охлаждающей воды. В случае выхо-
да из строя циркуляционного насоса сигнал по температуре обычно
запаздывает, и для обнаружения отсутствия циркуляции предусмат-
ривают предупредительную и аварийную сигнализацию и защиту
подавлению охлаждающей воды. Иногда предупредительную сигна-
лизацию устанавливают на особо важных участках охлаждающей
системы; например, для контроля охлаждения поршней и форсунок.
Защита по температуре и давлению воды может, не останавливая
дизель, воздействовать на уменьшение его частоты вращения или
на отключение нагрузки.

При падении давления в системе смазки ухудшаются условия рабо-
ты трущихся деталей дизеля, что может привести к его аварии. Поэто-
му эксплуатация дизеля при малых давлениях масла недопустима.
По давлению масла в масляной системе дизеля делают предупреди-
тельную и аварийную сигнализацию и защиту. Обычно давление масла
при аварийных повреждениях падает очень быстро, и сразу же за
появлением предупредительного сигнала включается аврийный сиг-
нал и срабатывает система защиты. Поэтому предупредительную сиг-
нализацию в этом случае выполняют сравнительно редко. Неотключае-
мой делают защиту по давлению масла для быстроходных дизелей,
работающих на винт, если их конструкция не допускает даже кратко-
временной работы при пониженном давлении масла. Для тихоходных
судовых дизелей защиту по давлению масла выполняют отключаемой.
Повышение температуры масла может быть следствием нарушения
нормальной работы самого дизеля, загрязнения маслоохладителя или
неисправности терморегулятора. Процесс возрастания температуры
масла сравнительно медленный, и по этому параметру устанавливают
предупредительную и аварийную сигнализацию и отключаемую защи-
ту. Защита по температуре масла может, не останавливая дизель,
снизить частоту его вращения и отключить нагрузку.

Сигнализация по уровню масла в баке, уровню топлива в расход-
ной цистерне или уровню воды в расширительном бачке предупреждает
обслуживающий персонал о необходимости пополнения масла, топли-
ва и воды. Все указанные сигналы обычно только предупредительные.

Защитой от превышения частоты вращения сверх допустимой обо-
рудуют все судовые двигатели. Функции ограничения выполняют огра-
ничивающие и предельные регуляторы, рассмотренные ранее. Вместо
предельных регуляторов на автоматизированных дизелях можно уста-
навливать центробежные реле, которые выдают сигнал в систему защи-
ты на отключение подачи топлива к дизелю, что приводит к его оста-
новке.

Температуру подшипников обычно опредегЖют по температуре
масла, но этот сигнал приходит с некоторым запозданием и не исклю-
чается возможность перегрева подшипников. Поэтому в отдельных
случаях делают предупредительную сигнализацию о перегреве под-
шипников или о наличии в масле стружки.

Для выполнения рассмотренных выше функций в состав системы
сигнализации и защиты входят: сигнализаторы (реле), исполнительные
устройства (стоп-устройства), сигнальные устройства, логические эле-
менты и коммутационная аппаратура.

Принцип действия сигнализаторов, применяемых в системах сигна-
лизации и защиты, аналогичен принципу действия измерительных
устройств, используемых в регуляторах. Однако для систем защиты
не требуется измерения параметра во всем диапазоне его изменения,
и к сигнализаторам предъявляется только требование надежной выда-
чи релейного сигнала с заданной степенью точности.

Для остановки дизеля используют рабочее стоп-устройство, прек-
ращающее подачу топлива в двигатель. Оно может непосредственно
перемещать рейку топливных насосов или воздействовать на регуля-
тор. В состав систем защиты некоторых дизелей небольшой и средней
мощности включают аварийное стоп-устройство для прекращения
подачи воздуха во всасывающий коллектор дизеля и его быстрой оста-
новки. В дизелях большой мощности аварийное стоп-устройство пере-
крывает топливо на подводе к двигателю. Целесообразно соединять
напорную топливную магистраль со сливом - это уменьшает время,
в течение которого дизель работает на топливе, находящемся в маги-
страли, следовательно, сокращается время до остановки дизеля. При
новом запуске дизеля после остановки аварийным стоп-устройством
необходимо прокачать топливную систему для удаления воздуха.
Аварийные стоп-устройства открывают вручную.

Системы сигнализации и защиты обычно соответствуют данному
типу дизеля с учетом его конструктивных и эксплуатационных особен-
ностей. Для всех двигателей характерны три параметра: • давление
масла, температура воды и температура масла.

Блокировки. Для предупреждения неправильных действий обслу-
живающего персонала, которые могут привести к аварийным повреж-
дениям, в АСУ дизелями делают ряд блокировок. В зависимости от вы-
полняемых функций блокировки входят в состав следующих систем:
местного управления топливоподачей и реверсом двигателей; защиты
и сигнализации; АСУ управления.
Существующие виды блокировок запрещают:

пуск дизеля при включенном валоповоротном устройстве;

реверс при наличии подачи топлива в двигатель;

пуск двигателя в направлении, противоположном заданному
машинным телеграфом;

пуск дизеля при отсутствии давления масла.

Эти блокировки обычно обеспечиваются соответствующими кине-
матическими связями в системах местного управления подачей топли-
ва и реверсом, а также сигнализатором давления масла и указателем
направления вращения вала. На двигателях с навешенными механиз-
мами защита и сигнализация по давлению масла и пресной воды при
пуске отключается и вновь включается по достижении дизелем мини-
мально устойчивой частоты вращения или по истечении определенного
промежутка времени.

Системы ДАУ судовыми дизелями. Существуют два вида управле-
ния судовыми дизелями - местное и дистанционное. При местном
управлении воздействуют на устройства и механизмы, расположенные
на дизеле. При управлении дизелем с пульта, расположенного на рас-
стоянии от него, процесс управления должен быть по возможности
упрощен, т. е. управление должно быть автоматизировано. Для этого
используют системы ДАУ. Для двигателей, имеющих несложный алго-
ритм управления, применяют неавтоматизированные системы ДУ,
которые обеспечивают только дистанционное перемещение органов
местного управления двигателем.

Управлять главным дизелем при помощи систем ДАУ можно с двух
пультов - из рулевой рубки и из ЦПУ. Управлять дизель-генератором
можно также с двух пультов, но они будут расположены в машинном
отделении, в помещении электростанции или в другом месте судна.

Основная задача АСУ заключается в отработке заранее заданного
алгоритма управления дизелем, который состоит из следующих основ-
ных операций:

пуска и остановки;

сигнализации и защиты;

управления частотой вращения;

управления реверсом (для главных судовых дизелей);

управления вспомогательными механизмами;

контроля и регистрации параметров и маневров для главных
судовых дизелей.

Операции пуска, остановки, изменения режимов работы, управле-
ния реверсом (для главного дизеля) сигнализации и защиты осуще-
ствляются системами ДАУ.

Все АСУ дизель-генераторами в зависимости от объема выполняе-
мых функций делят на четыре степени:

I степень - автоматическое регулирование частоты вращения,
температуры воды и масла, аварийно-предупредительная сигнализа-
ция и защита;

П степень - объем автоматизации I степени и дистанционное
или автоматическое управление;
Ill степень - объем автоматизации II степени и автоматическое попол-
нение пусковых воздушных баллонов, расходных цистерн топлива,
масла и воды;

IV степень - объем автоматизации дизель-генераторов позволяет
использовать их в АСУ, которые и выполняют функции централизован-
ного управления, автоматического контроля и диагностики и имеют
в своем составе ЭВМ.

На основании этой классификации разработан типовой алгоритм
управления, на базе которого создана система ДАУ судовыми дизель-
генераторами.	*

Системы ДАУ главными судовыми дизелями. Для дистанционно-
автоматизированного управления главными судовыми тихоходными
дизелями, оборудованными всережимными регуляторами частоты вра-
щения и имеющими раздельный пуск (двигатель раскручивается сжа-
тым воздухом, потом воздух отключается и подается топливо), приме-
няют электрические и пневматические системы ДАУ. Системы обе-
спечивают управление дизелем из рулевой рубки (РР) и из ЦПУ, рас-
положенного в машинном отделении или около него. В качестве
резервного сохранено управление с местного пульта у дизеля. Рукоят-
ка дистанционного управления из рулевой рубки совмещена с рукоят-
кой машинного телеграфа, и ее перемещение вызывает автоматизиро-
ванный пуск, реверс и остановку двигателя, а также получение любой
требуемой частоты вращения вала. На пультах управления кроме
рукояток расположены тумблеры для управления отдельными опера-
циями и для выбора программ управления, а также сигнальные лампы
для контроля за отработкой системы и работой дизеля. Схема системы
изображена на рис. 5.11.

Дистанционный пуск подготовленного к работе двигателя произ-
водят перестановкой рукоятки на пульте в рулевой рубке в положе-
ние, соответствующее заданному ходу судна. При этом в цилиндры
дизеля начинает поступать пусковой воздух. После достижения опре-
деленной частоты вращения по сигналу от датчика частоты прекраща-
ется подача воздуха и начинается увеличенная подача топлива, необ-
ходимая для пуска. В случае если запуск двигателя не происходит
по истечении определенного времени, он автоматически повторяется.
При достижении минимально устойчивой частоты вращения по сигналу
от датчиков оборотов увеличенная подача топлива автоматически
прекращается.

Дистанционное управление изменением частоты вращения двига-
теля осуществляют перестановкой рукоятки на пульте управления
в рулевой рубке. При этом происходит перестройка регулятора часто-
ты вращения на новый режим. В системе предусмотрено включение
временных программ медленного набора и сброса нагрузки для про-
грева и охлаждения дизеля.

Дистанционный реверс происходит по нормальной программе
и экстренно. В последнем случае для надежного контрпуска снимают
ограничение на регуляторе и он осуществляет максимальную подачу
топлива.
Рулебая рубка

1 2	5

I

I

I

СР

[ Датчики и
ригнапизлтор.

Рис. 5.11. Схема системы ДАУ главным судовым дизелем с раздельным
пуском

1 — реверсограф; 2 — пульт управления из рулевой рубки; 3 — выносные пульты управ-
ления с крыльев мостика; 4 — блок электропитания; 5 — пульт в ЦПУ; 6 — блок пневмо-
питания; 7 — стойка с логическими модулями; 8 — блок контроля газотурбонагнетате-
ля; 9 — сервомотор управления всерзжимным регулятором; 10 — сервомотор переклю-
чения воздухораспределителя; И — воздухораспределитель; 12 — всережимный регу-
лятор частоты вращения; 13 — главный пусковой клапан; 14 — датчик оборотов газотур-
бонагнетателя; 15 — датчик перегрузки двигателя; 16 — датчик направления враще-
ния двигателя; 17 — датчик частоты вращения двигателя; 18 — сигнализатор положе-
ния воздухораспределителя; 19 — сигнализатор положения рейки топливных насосов;
2о — сигнализатор отключения валоповоротного устройства; 21 — сигнализатор давле-
ния масла; 22 — рабочее стоп-устройство; 23 — рейка топливных насосов; 24 — сервомо-
тор ограничения положения рейки топливных насосов при пуске; 25 — ограничитель
хода рейки при маневре; 26 — система аварийной защиты; 27 — блок медленного прово-
рачивания двигателя

Системы ДАУ обеспечивают быстрое прохождение зоны критиче-
ской частоты вращения путем изменения сигнала задания на всере-
жимный регулятор и не допускают перегрузки двигателя, т. е. значи-
тельного увеличения подачи топлива, пока двигатель не достиг необ-
ходимой частоты вращения. Системы ДАУ также автоматически выпол-
няют ряд блокировок, которые исключают реверс при подаче топлива
к двигателю; пуск и подачу топлива в направлении, противоположном
заданному направлению вращения вала; подачу топлива при подаче
пускового воздуха.

Для блокировки, исключающей пуск дизеля при давлении масла
ниже допустимого и при включенном валоповоротном устройстве,
существует отдельная система защиты.

Все виды блокировок производятся сигнализаторами и датчиками.

Защита по падению давления масла в системе смазки может быть
отключена тумблером. Отключение тумблера аварийной остановки
воздействует на вход регулятора частоты вращения, перемещающего
рейку топливных насосов в положение „Стоп”. Системы ДАУ характе-
ризуются консервативностью, т. е. при исчезновении питания заданный
режим работы двигателя сохраняется.

Системы ДАУ могут быть построены с использованием следующей
элементной базы:

пневматических логических элементов и пневматических испол-
нительных механизмов с незначительным колифством электрических
связей для передачи дискретных сигналов н! большое расстояние
и электрических элементов для управления быс^о действующими про-
цессами и для сигнализации (пневматическая система ДАУ);

электрических релейных и бесконтактных логических элементов
с использованием вращающихся трансформаторов или потенциометров
для формирования аналоговых сигналов; при этом исполнительные
механизмы могут быть как пневматическими, так и электрическими
(электрическая система ДАУ);

электрических элементов для построения системы ДАУ и пневма-
тических элементов для построения системы ДУ (электропневмати-
ческая система ДАУ).

Алгоритмы управления системы ДАУ могут иметь следующие
незначительные отличия:

осуществление трех или более попыток пуска дизеля, пока давле-
ние воздуха в баллонах не снизится до 1,47 МПа (15 кгс/см2); при таком
давлении производят две попытки пуска с местного пульта управле-
ния после устранения неисправности;

многообразие программ управления временем выхода на требуе-
мую мощность дизеля (набор мощности по нормальной программе
происходит за 10...20мин, по максимальной программе - за
1... 2 мин и для прогрева дизеля по замедленной программе - за
1... 4 ч;

наличие (или отсутствие) автоматизации процесса медленной
прокрутки дезеля перед пуском воздухом пониженного давления
после его стоянки более чем 30 мин;

наличие (или отсутствие) автоматического контроля работы газо-
турбонагревателя (ГТН).

Рассматривая различные структуры систем ДАУ, можно сделать
вывод, что в них используют как последовательный, так и параллель-
ный принцип построения. При последовательном принципе сигналы от
пульта в рулевой рубке проходят в ЦПУ и потом в стойку с логически-
ми модулями. При параллельном принципе сигналы с пульта в рулевой
рубке поступают непосредственно в стойку, а дистанционное управ-
ление из ЦПУ осуществляется по независимым каналам.

Исправность логической части системы ДАУ контролируют различ-
ными способами. В некоторых системах функциональный контроль
исправности производят подключением специального устройства,
вырабатывающего команды, и по отработке задания судят об исправ-
ности системы. Обычно контролируют неработающий дизель, а необхо-
димые сигналы в этом случае имитируются. При работающем дизеле
возможна частичная проверка исправности при управлении с местного
поста.

Возможны следующие различия в аппаратном составе системы
ДАУ: наличие выносных пультов управления на крылья мостика;
выделение блоков электропитания в отдельную конструкцию или
введение их в стойку с логическими модулями; объединение пневма-
тической части системы в общую стойку и др.

На ряде судов установлена электрическая система ДАУ главными
судовыми дизелями со всережимным регулятором частоты враще-
ния и смешанным пуском (воздух и топливо при пуске подаются одно-
временно). Эта система имеет аналогичный алгоритм управления, учи-
тывающий специфику пуска дизеля и его конструктивные особен-
ности.

АСУ вспомогательными механизмами дизельной установки.
К вспомогательным механизмам относят насосы системы смазки,
охлаждения и подкачки топлива, компрессоры для накачки пусковых
баллонов, котельную установку, сепараторы масла и топлива, различ-
ную арматуру с дистанционным управлением и др. Дистанционное
управление вспомогательными механизмами производят из ЦПУ, что
необходимо при отсутствии вахты в машинном отделении. Для построе-
ния таких систем используют канально-блочный принцип, когда один
логический блок осуществляет функцию управления одним механиз-
мом или контроля одного параметра. При этом выделяют типовые алго-
ритмы управления вспомогательными механизмами. Например,
типовой алгоритм управления двумя резервирующими друг друга
насосами состоит из следующих операций:

автоматического или ручного выбора резервного насоса;
дистанционного пуска (остановки) основного насоса;

контроля времени подъема давления в трубопроводе за насосами;
автоматического пуска резервного насоса (при отстановке основ-
ного), если давление в магистрали не поднялось по истечении опреде-
ленного времени;

индикации перевода управления насосом на местный пост;

индикации автоматической остановки насоса по срыву давления
среды;

программного пуска насосов после прекращения обесточивания
судовой сети;

регистрации суммарного времени работы насоса.

Аналогичные типовые алгоритмы могут быть составлены для
управления другими вспомогательными механизмами и клапанами,
для представления информации об отклонении контролируемого
параметра и др.

На рис. 5.12, а приведена схема канала управления насосом. Орган
управления 3, средства сигнализации 2 и контроля 1 связаны с устрой-
ством логики 5 и образуют блок управления 4 насосом 9 с пульта ЦПУ.
Сигнал на счетчик ресурса 12 поступает через устройство развязки 6.
Насосом 9 управляют с местного пульта при помощи аппаратуры 11
и устройства переключения пультов 7. Сигналы дистанционного
Рис. 5.12. Типовые схемы каналов управления насосом (а), клапаном (б)
и представления информации об отклонении контролируемого параметра (в)

или местного управления поступают на магнитный пускатель 8 насо-
са 9. Работу насоса контролирует сигнализатор давления рабочей сре-
ды 10.

На рис. 5.12, б показана схема канала управления клапаном. Орга-
ны управления 2 и средства сигнализации 1 связаны с устройством
логики 4 и образуют блок управления 3 клапаном 6 с пульта ЦПУ.
Сигнал с пульта поступает на электропневмопреобразователь 5 и кла-
пан 6. Сигнал о положении клапана формируется конечными выключа-
телями 8.

На рис. 5.12, в дана схема канала представления информации об
отклонении контролируемого параметра. Орган управления 2, сред-
ства сигнализации 1 и устройства логики 4 образуют блок дискретной
сигнализации 3, который связан с сигнализатором контролируемого
параметра 5.

Входящие в АСУ главной дизельной установкой системы контроля
и регистрации параметров и маневров будут рассмотрены в гл. 6.

Система ДАУ дизель-генераторами. Установленная на ряде судов
электрическая система ДАУ дизель-генераторами выполнена с исполь-
зованием электрической элементной базы. Структурная схема такой
системы приведена на рис. 5.13. Система обеспечивает автоматический
пуск по сигналу из системы управления электростанцией, дистанцион-
ный автоматизированный пуск и остановку дизель-генератора с пуль-
та управления, его защиту, сигнализацию о его состоянии, а также
автоматическое поддержание дизеля в прогретом состоянии. Рассмат-
риваемую систему ДАУ относят ко второй степени автоматизации, и
она выполнена на транзисторных логических элементах с выходами
на реле. Описание логических элементов и их основные данные приве-
дены в табл. 3.1. Система обеспечивает управление дизель-генератора-
ми с воздушным и стартерным пуском.
Рис. 5.13. Структурная схема системы ДАУ судовым дизель-ге-
нератором

1 — выносной пульт управления; 2 — основной пульт управления; 3 —
прибор управления; 4 — прибор питания

Прибор управления 3 состоит из следующих функциональных
блоков:

блока стабилизированного питания БСП, обеспечивающего по-
стоянное напряжение - 12 В и + 3 В при колебаниях напряжения на
входе, отключение питания при включении нагрузки на дизель-гене-
ратор и при поддержании дизеля в прогретом состоянии, а также пода-
чу питания при появлении сигнала на пуск, остановку или при сраба-
тывании защиты;

блока неотключаемых элементов БЭН, поддерживающего дизель
в прогретом состоянии;

блока пуска БП, осуществляющего предпусковую прокачку дизе-
ля маслом и его пуск сжатым воздухом или электростартером с выво-
дом на минимально устойчивую частоту вращения вала;

блока включения нагрузки БВН, выполняющего алгоритм прогре-
ва дизеля на минимально устойчивой частоте вращения вала, если
он не был прогрет, и вывода его на частоту вращения, близкую к номи-
нальной, для возможности включения нагрузки;
Рис. 5.14. Принципиальная схема блока защиты системы ДАУ
МчпьтиБибритар

Блок
защиты

судовым дизель-генератором

ДМ1 |0





6

К Н1

*35 -2Чв

53^К_Б0

ПМ5

Блок

усилителей

Н5

К Н6
блока остановки БО, вызывающего отключение нагрузки, сниже-
ние частоты вращения вала дизеля до минимально устойчивой и оста-
новку дизеля после его охлаждения при работе без нагрузки; в слу-
чае получения сигнала от цепей защиты или при нажатии кнопки

„Экстренная остановка” дизель останавливается без промежуточного



охлаждения; при этом рабочее стоп-устройство перекрывает подачу

топлива к дизелю, а аварийное стоп-устройство т всасывание воздуха;
блока защиты БЗ, обеспечивающего защиту путем остановки ди-
зель-генератора при перегреве воды и масла, падениях давления масла,
уровня воды или при превышении допустима частоты вращения;

блока контроля времени БКВ, формирующего сигнала с временны-

ми задержками, необходимыми для контроля выполнения программы

управления дизель-генератором;

блоков усилителей БУ, формирующих сигналы на выходные
реле БВР.

В случае необходимости экстренного приема нагрузки дизель-гене-
ратором система ДАУ производит его запуск и включает нагрузку при

непрогретом дизеле.

На рис. 5.14 показана принципиальная схема блока защиты. В со-
став блока входят 14 элементов ИЛИ-HE (ДИ1. . . ДИ14), 13 усилителей-
инвенторов ДУ1. . . ДУЮ, 2 диодные сборки ИЛИ ДС1 и ДС2, 9 конден-
саторов С1. . . С9 и 2 резистора R1 и R2. Блок усилителей состоит
из усилителей мощности ДМ1. . . ДМ6.

Чтобы исключить ложное срабатывание защиты по давлению масла
при запуске дизель-генератора, когда значение рабочего давления
масла ниже аварийного, она включается с временной задержкой по
сигналу о произведенном запуске и инверсированному (с обратным
знаком) сигналу от реле скорости о достижении дизелем минимально
устойчивых оборотов. При этом через ДИЮ идет сигнал на вход БКВ.
С выдержкой времени на входах ДИ7 появляются нулевые сигналы
от реле скорости и с выхода БКВ по цепи ДИЗ-ДИ6-ДИ9, и схема гото-
ва к действию. При падении давления масла ниже допустимого размы-
каются контакты сигнализатора давления масла В1 и появляется
третий нулевой сигнал на входе ДИ7. Одновременно включается пита-
ние, если дизель-генератор находился под нагрузкой. При этом на вы-
ходе ДИ7 появляется сигнал, который поступает на вход ДИЮ и далее
по цепи ДУ9-ДМ2 включает табло „Аварийное давление масла” Н2. С
выхода ДИЮ по цепи ДУ7-ДС1 идет сигнал в БО на отключение нагруз-
ки и включение рабочего и аварийного стоп-устройств. Одновременно
по цепи ДС1-ДУ5-ДИ14-ДИ12-ДУ8-ДМ1 включается мигающее табло
„Авария” Н1.

Если частота вращения превысит допустимую, замыкаются контак-
ты сигнализатора В5. При этом включается питание и сигнал через
контакты В5 поступает на вход ДИН и ДУ6. Сигнал с выхода памяти
ДИП по цепи ДУЮ-ДМ6 включает табло „Аварийная частота враще-
ния” Н6. Одновременно сигнал с выхода ДУ6 через ДС1 поступает в БО
на остановку дизель-генератора и по цепи ДС1-ДУ5-ДИ14-ДИ12-
ДУ8-ДМ1 - на включение табло „Авария” Н1.
Защиты по аварийному уровню воды в расширительном баке сис-
темы охлаждения, аварийной температуре масла и аварийной темпе-
ратуре воды отключаются тумблером S1, однако аварийная сигнализа-
ция при этом работает. В случае аварийной ситуации замыкаются кон-
такты сигнализаторов аварийного уровня воды ВЗ, аварийной темпе-
ратуры масла В4 или аварийной температуры воды В2 и включается
питание системы. Сигналы от датчиков поступают на вход соответ-
ствующих элементов памяти, с выхода которых идут сигналы на вклю-
чение табло „Аварийный уровень воды” Н4, „Аварийная температура
масла” Н5, „Аварийная температура воды” Н6 и табло „Авария” Н1.
Сигнал с ДС2 идет на тумблер S3, и если он включен, то на БО. Если
тумблер S3 выключен, то сигнал на БО не проходит и дизель-генера-
тор продолжает работать. При замыкании контактов кнопки экстрен-
ной остановки S2 или в случае самопроизвольной остановки дизель-
генератора включается питание системы и сигналы поступают на вход
ДИ1. С выхода ДУ1 сигнал по цепи ДС1-ДУ5-ДИ14~ДУ8-ДМ1 подается
на табло „Авария” и через ДС1 - в блок остановки. Конденсаторы
С1. . . С5, С8 и С9 обеспечивают надежное отключение памяти после
снятия питания, конденсаторы С6, С7 и резисторы RI, R2 - необходи-
мую частоту на выходе мультивибратора.

Система ДАУ главными судовыми дизелями, работающими на ВРШ.
Такие системы имеют определенные особенности, так как на судах
с ВРШ каждое значение скорости судна, кроме максимальной, можно
получить при различных сочетаниях частоты вращения и шага винта
(см. рис. 5.1). Однако в некоторых случаях возможна перегрузка дизе-
ля по моменту или увеличению расхода топлива. Показателем пра-
вильности выбранного режима для судов с ВРШ считается минималь-
ный часовой расход топлива при заданной скорости судна и условии
защиты дизеля от перегрузки. В ряде случаев, если известна зависи-
мость между крутящим моментом и частотой вращения вала дизеля,
применяют систему совместного управления дизелем и ВРШ. Такая
система позволяет дизелю работать в режимах, близких к оптималь-
ным, и защищает его от перегрузки. Поскольку непосредственное изме-
рение крутящего момента затруднено, его определяют по известной
зависимости мощности, частоты вращения и крутящего момента.
Значение мощности пропорционально ходу топливной рейки с поправ-
кой на изменение КПД дизеля.

Схема такой системы приведена на рис. 5.15. В ее состав входят
функциональные блоки частоты вращения БЧВ и нагрузки БН, полу-
чающие сигналы от общей рукоятки управления РУ. Они соответствен-
но воздействуют на регулятор частоты вращения РЧВ, управляющий
подачей топлива в дизель, и регулятор нагрузки РН, изменяющий
разворот лопастей ВРШ. Значение нагрузки (крутящего момента) изме-
ряется датчиком перемещения топливной рейки ДП и датчиком часто-
ты вращения ДЧВ.

В состав систем ДАУ судовыми дизелями с ВРШ, как и в состав
систем ДАУ для судов с винтом фиксированного шага, должны входить
блоки дистанционного пуска дизеля, его остановки, изменения частоты

10 Зак. 87
Рис. 5.15. Структурная
схема системы ДАУ

вращения и шага винта, защиты и блокировки.
Системы ДАУ для судов с ВРШ могут быть созда-
ны на базе электрических и пневматических эле-
ментов.

При конструировании аппаратуры АСУ
главными и вспомогательными судовыми ди-
зелями обычно используют блочно-функцио-
нальный принцип, когда пункции управления
реализуются в одном блоге (модуле). Все логи-
ческие элементы размещаются на платах, входя-
щих в блок (модуль), который вставляют в стой-
ку или в пульт. Это дает возможность быстро
заменять вышедшие из строя блоки.

§ 5.2. АСУ судовыми
газотурбинными установками

главным дизелем с врш В судовых энергетических установках при-
меняют главные всережимные газовые турбины
с реверсивным устройством или с ВРШ и вспомогательные газовые
турбины для привода генераторов.

Сравнительно широкое распространение главные судовые газовые
турбины получили в составе комбинированных или групповых уста-
новок, когда на один винт работают дизель и газовая турбина или две
газовые турбины.

На рис. 5.16, а показана схема одновальной ГТУ. В ней турбина Т
кинематически связана с компрессором К и через резуктор Р с генера-
тором Г.

Рис. 5.16. Схемы одновальной (о), двух-
вальной (б) и газопаровой (в) ГТУ
На рис. 5.16, б дана простейшая схема двухвальной ГТУ. В этой
установке турбина высокого давления ТВД соединена с компрессором
К, подающим воздух в камеру сгорания КС. Из камеры сгорания горя-
чий газ поступает сначала на лопатки ТВД, а потом на лопатки турби-
ны низкого давления ТНД, которая соединена с выходным валом
реверсивного редуктора РР и гребным валом. Валы ТВД и ТНД между
собой кинематически не связаны. ТВД, соединенную с компрессором,
принято называть турбокомпрессором (ТК). Для повышения экономич-
ности в судовых установках часто применяют ГТУ, работающие по
более сложным схемам, с использованием тепла уходящих газов.
В этом случае на пути уходящих газов (рис. 5.16, в) устанавливают
паровой котел К, вырабатывающий пар, который направляется к паро-
вой турбине ПТ, работающей на винт вместе с газовой турбиной через
общий редуктор. Такие установки получили название газопаровых.
Паровую часть таких установок принято называть теплоутилизацион-
ным контуром (ТУК).

В качестве реверсивных устройств в судовых ГТУ применяют
отдельные турбины переднего ТПХ и заднего ТЗХ хода, реверсивные
редукторы и ВРШ.

Основные задачи регулирования и управления судовыми ГТУ (АСУ
ГТУ) следующие:

поддержание на установившихся режимах заданных значений
регулируемых параметров;

переход с одного установившегося режима на другой за минималь-
ное время без превышения допустимых значений параметров;

пуск с выходом на режим минимальной частоты вращения (холо-
стой ход) и остановка;

защита от выхода параметров за допустимые пределы, аварийная
и предупредительная сигнализация;

управление реверсом (для ГТУ, работающих на винт фиксирован-
ного шага);

обеспечение дистанционного управления;

управление вспомогательными механизмами;

контроль и регистрация параметров.

Статические и динамические характеристики ГТУ как ОУ в значи-
тельной степени зависят от схемы установки, характеристик компрес-
соров и турбин, параметров цикла и др. Следует отметить, что одно-
вальные ГТУ, работающие на винт фиксированного шага, в большин-
стве случаев являются устойчивыми ОУ, обладающими значительным
саморегулированием. Статический режим ГТУ в этом случае опреде-
ляет количество подаваемого топлива и не требуется специальных
регулирующих устройств для обеспечения устойчивого режима работы
ГТУ. Двухвальные установки с навешенными топливными насосами,
работающими от вала ТК, недостаточно устойчивы, так как при увели-
чении частоты вращения ТК возрастает частота вращения навешенного
топливного насоса и, следовательно, увеличивается подача топлива
в камеру сгорания, что еще больше повышает частоту вращения ТК.
При уменьшении частоты вращения ТК навешенный топливный насос

ю
Рис. 5.17. Характеристики регу-
лирования ГТУ при nK = cosnt

снижает подачу топлива в камеру сго-
рания, что способствует уменьшению
частоты вращения ТК. Поэтому для под-

держания заданного статического режи-
ма в состав такой установки вводят

регулятор. ।

Устойчивость!статических режимов
ГТУ достигается двумя способами: под-
держанием постоянной частоты враще-
ния ТК или постоянного расхода топ-

лива в камеру сгорания.

При регулировании ГТУ первым
способом частоту вращения пк турбо-
компрессора поддерживают постоянной

путем регулирования подачи топлива, что приводит к изменению
температуры газа на входе в турбину и других параметров. При этом

сохраняются заданная мощность на винте и, следовательно, частота его
вращения при отсутствии внешних возмущений. При наличии внешних
возмущений оператор должен задать турбокомпрессору новую часто-
ту вращения, соответствующую измененной мощности, чтобы поддер-
жать требуемую частоту вращения винта. Под внешними возмущения-
ми следует понимать изменения условий работы винта или температу-
ры наружного воздуха, всасываемого турбокомпрессором. Для газо-
турбогенераторов, у которых компрессор кинематически связан с ге-
нератором, поддержание частоты вращения постоянной является един-
ственным способом регулирования мощности. На рис. 5.17 представле-
на зависимость давления газа перед турбиной рг от расхода газа на тур-
бину Gr при постоянной частоте вращения компрессора пк. Точки рабо-
чих режимов 1 и 2 лежат на пересечении характеристики рг(Сг)при
nK = const с линиями pr(Gr) при постоянных температурах газа перед
турбиной ТГ1 и ТГ2. Следовательно, линией рабочих режимов для дан-
ного способа регулирования будет линия pr(Gr) при пк = const. Такое

регулирование при частичных нагрузках приводит к изменению темпе-
ратуры газа перед турбиной при постоянном расходе газа. Ввиду срав-
нительной простоты осуществления данного способа регулирования,
заключающегося в установке регулятора частоты вращения ТК, его
широко применяют в судовых ГТУ.

На рис. 5.18 приведена схема регулятора частоты вращения ТК,
объединенного с плунжерным топливным насосом. Такие объединен-
ные конструкции называют насос-регулятор. Показанный регулятор
частоты вращения - непрямого действия с изодромной обратной
связью. Рабочей средой для регулятора служит топливо из напорной
магистрали, идущей от плунжерного насоса 1 к форсункам. При изме-

нении заданной частоты вращения ТК грузы центробежного датчика 2
перемещают золотник 4, соединяя полости А и Б со сливом или с напо-
ром. В начальный момент поршни 12 и 13 перемещаются вместе, изме-
няя наклон шайбы 15 и подачу топлива в двигатель. Рычагом обратной,
связи 7 втулка 3 перемещается, прекращая сообщение полостей А и Б
Рис. 5.18. Схема регулятора частоты вращения турбокомпрессора

со сливом или с напором. В следующий момент жесткая обратная связь
нарушается в результате изменения объема топлива в полости В через
жиклер 10 и золотник изодрома 8. При этом замедляется движение
сервопоршня 13, а поршень изодрома 12 под действием пружины обрат-
ной связи 11 возвращается в нейтральное положение. Сервопоршень 13
остается в новом положении, соответствующем другой мощности,
необходимой для поддержания заданной частоты вращения ТК. На
установившемся режиме жиклеры 9 и 14 дозируют постоянный слив
из полостей Б и А. Режим задается сектором газа 5 через пружину 6
измерительного устройства.

При регулировании вторым способом поддерживают постоянный

расход топлива в камеру сгорания, что приводит к изменению частоты
вращения ТК, количества газа, подводимого к турбине, и его темпе-
ратуры. Этот способ используют для регулирования многовальных
ГТУ, у которых ТК кинематически не связан с турбиной винта. Харак-

теристики регулирования многоваль-
ной ГТУ приведены на рис. 5.19. Точки
рабочих режимов в этом случае лежат
на линии 1-2. Ее получают, находя
точки пересечения характеристик
pr(Gr) при пк = const с характеристика-
ми pr(Gr) при Гг = const. При необходи-
мости перехода на другой режим опе-
ратор, воздействуя на регулятор, за-
дает новый расход топлива, который
при наличии внешних возмущений
поддерживается постоянным. Для под-
держания требуемой частоты вращения
гребного винта также необходимо вме-
шательство оператора.

Рис. 5.19. Характеристики регу-
лирования многовальной ГТУ


I

А (Ворсинкам

77

От

10

C/H16

S

9

Рис. 5.20. Схема регулятора перепада давления топлива

Подвод

Я
io /L

 топлива

Этот способ регулирования наряду с применением регулятора
частоты вращения ТК также широко применяют в главных судовых
ГТУ. Для газотурбогенераторов такой способ неприемлем, так как их
регулирование производят по косвенному параметру, что приводит 
к значительному отклонению частоты вращения генератора от номи- ।
нальной. При регулировании ГТУ вторым способом постоянный расход
топлива в камеру сгорания поддерживают, сохраняя неизменным '
перепад давления топлива на дроссельном кране. Оператор задает
требуемый расход топлива, изменяя проходное сечение дроссельного
крана перемещением сектора газа. При этом меняются мощность ГТУ ;
и частота вращения гребного винта.

Схема регулятора перепада давления топлива, объединенного i
с насосом, показана на рис. 5.20. Чувствительным элементом регулято-
ра служит дифференциальный клапан, состоящий из золотника 4 ,
и пружины 3. Он реагирует на изменение перепада давления топлива
на дроссельном кране 2 и управляет подводом топлива в полость Б i
и сливом из полости А, перемещая при этом сервопоршень 7. Клапан i
постоянного давления 5 понижает давление топлива, подводимого
в полость А. Жиклер 8 дозирует слив топлива из полости Б, а жиклер 
6 — подвод топлива в полость А. При работе двигателя на установив- '
шемся режиме перепад на дроссельном кране 2 поддерживается по- i
стоянным, так как силы, действующие на золотник 5, уравновешены, и 1
золотник занимает такое положение, при котором сервопоршень 7 а
остается неподвижным. При перемещении сектора газа 1 изменится |
проходное сечение дроссельного крана 2 и перепад давления на нем, 1
а также нарушится равновесие сил на дифференциальном золотнике 4, ’
что приведет к его перемещению. При этом изменятся подвод топлива 4
в камеру Б и слив из камеры А, что вызовет перемещение сервопорш- J
ня 7 и изменение положения наклонной шайбы 10. В связи с этим изме- !
нится ход плунжеров 11 топливного насоса 9, и к форсункам будет .
подаваться другое количество топлива.
Расход топлива на ГТУ должен меняться в 8. . . 10 раз при измене-
нии режима работы от холостого хода'до полной нагрузки. При этом
необходимо изменять не только давление, но и площадь проходного
сечения сопла многоканальной форсунки. Для поочередного подклю-
чения каналов форсунки в топливную систему вводят специальный
автоматический распределитель топлива (APT).

Существенное влияние на работу судовой ГТУ оказывает темпе-
ратура наружного воздуха, причем это влияние различно при разных
способах регулирования ГТУ.

В случае если регулятор поддерживает пк = const, при повышении
температуры наружного воздуха уменьшается количество воздуха,
подаваемого компрессором в камеру сгорания из-за снижения плот-
ности воздуха, всасываемого компрессором. При этом уменьшается
мощность ГТУ и падает частота вращения гребного винта. Для поддер-
жания требуемой частоты вращения гребного винта необходимо задать
более высокую частоту вращения ТК, что практически невозможно при
работе установки на полной нагрузке, так как в этом случае заданная
частота вращения должна быть больше предельно допустимой. Чтобы
этого не произошло, угол поворота сектора газа ограничивают упо-
ром, не позволяющим увеличивать заданное значение выше допусти-
мого, при котором полную мощность ГТУ получают при нормальной
температуре. Поэтому полной мощности ГТУ и максимальной частоты
вращения гребного винта нельзя достичь при повышенной температу-
ре наружного воздуха.

При снижении температуры наружного воздуха количество воз-
духа, подаваемого ТК при nK = const, увеличится, что приведет к повы-
шению мощности ГТУ и частоты вращения гребного винта. Чтобы под-
держивать требуемую частоту вращения гребного винта, надо задать
меньшую частоту вращения ТК. Если этого не сделать при работе ГТУ
на полной нагрузке, мощность и частота вращения гребного винта
могут превысить допустимые значения, что, в свою очередь, приведет
к нарушению механической прочности деталей ГТУ. Для предотвраще-
ния этого устанавливают защиту от повышения частоты вращения
гребного винта. Рассмотренная коррекция работу ГТУ при изменении
температуры наружного воздуха может осуществляться вручную или
специальным автоматическим корректором.

В случае если регулятор поддерживает GT = const, при изменении
температуры наружного воздуха, когда установка работает на проме-
жуточных режимах, не требуется ручного управления для поддержа-
ния заданной частоты вращения гребного винта, так как вследствие
изменения параметров газа ТК сам изменит частоту вращения. На пол-
ной нагрузке, когда дроссельный кран полностью открыт, при повыше-
нии температуры наружного воздуха частота вращения ТК может
выйти за допустимые пределы. С понижением температуры наружного
воздуха максимальной мощности установки при полном расходе топ-
лива достигают при меньшей частоте вращения ТК. Перегрузки в этом
случае не происходит, как было при регулировании по способу пк =
= const.
Рис. 5.21. Характеристики судо-
вой ГТУ

Рассмотренные явления оператор
должен учитывать при управлении уста-
новкой. Если он действует неправиль-
но, для предохранения ГТУ от аварии
предусмотрены защита по предельной
частоте вращения турбины низкого дав-
ления и упор на секторе газа, ограничи-
вающий задан!* наибольших пк при ре-
гулировании п® способу nK - const, или
защита по предельной частоте вращения
ТК при регулировании по способу GT =
= const.

Следовательно, для устойчивого
поддержания заданной частоты враще-
ния гребного винта на установившихся
режимах в судовых ГТУ достаточно при-

менение регуляторов, работающих по способу пк = const или GT = const.
Статические характеристики судовых ГТУ в координатах частота вра-
щения винта п, мощность на винте Ne аналогичны статическим харак-
теристикам главных судовых дизелей, подробно рассмотренных в § 5.1.
На рис. 5.21 сплошными линиями изображены статические характе-
ристики ГТУ: зависимости температуры газа перед турбиной Тт, степе-
ни сжатия воздуха в компрессоре е и расхода топлива в камеру сго-
рания GT от частоты вращения ТК пк, которая изменяется в диапазоне
от оборотов холостого хода пк.х.х до максимальных пк тах.

Основная задача регулирования газотурбогенераторов состоит
в поддержании постоянной частоты вращения турбины с требуемой
неравномерностью. Для получения астатической характеристики
используют схемы двухимпульсного регулирования с „исчезающим”
импульсом по нагрузке или по скорости изменения частоты вращения.
Импульс по скорости изменения частоты вращения часто называют
импульсом по производной. Введение второго импульса одновременно
улучшает и динамические качества газотурбогенератора, обеспечивая ,
меньшую величину изменения частоты вращения при набросах и сбро-
сах нагрузки на газотурбогенератор.

Параллельная работа газотурбогенераторов аналогична параллель-
ной работе генераторов с другими приводами. Однако необходимо 1
учитывать, что параллельная работа генераторов с различными приво-
дами возможна только при использовании однотипных систем регули-
рования.

При управлении ГТУ на переходных режимах необходимо учиты- 
вать инерционность ТК. Преодолеть инерционность можно быстрым
увеличением подачи топлива. Однако это недопустимо, так как гра- '
ница помпажа, т. е. срыв работы компрессора, и граница предельно
допустимой температуры газа Тг.доп расположены близко к линиям i
рабочих режимов. На рис. 5.21 штриховые линии показывают динами- ]
ку изменения параметров Тг и е при мгновенных увеличениях расхода !
топлива. Из этих зависимостей видно, что в зоне малых мощностей ГТУ ।
по достижении температурой газа границы Тг-доп компрессор уже попа-
дает в зону помпажа, а в зоне больших мощностей ГТУ при максималь-
но возможном приближении к границе помпажа температура превыша-
ет допустимую. Из этого следует, что наилучшим для ГТУ будет такой
переходный режим набора нагрузки, который проходит вблизи границ
помпажа компрессора и предельно допустимой температуры газа. В
этом случае ГТУ набирает нагрузку и разгоняется за минимальный
период времени, иначе говоря, ГТУ обладает хорошей приемистостью.

Приемистость ГТУ в режимах запуска и малых нагрузок вызывает
опасность попадания компрессора в зону помпажа. В режимах средних
и максимальных нагрузок приемистость приводит к превышению
допустимой температуры газа. В связи с тем, что явление помпажа -
это следствие резкого увеличения температуры газа, процесс разгона
ГТУ ограничивают во всем диапазоне мощностей значением предельно
допустимой температуры газа. Только при запуске и на малых нагруз-
ках эта температура должна быть меньше, чем на средних и больших
нагрузках.

Для достижения необходимого качества переходных процессов
при увеличении нагрузки в состав системы регулирования ГТУ вводят
регуляторы приемистости. В качестве таких регуляторов обычно
используют регуляторы температуры газа программного или ограни-
чивающего типа. Недостатки таких регуляторов - низкая надежность
датчиков, расположенных в зоне высокой температуры, их тепловая
инерционность и неравномерность теплового поля газа перед турби-
ной. Поэтому управляют переходными процессами по косвенным пара-
метрам или по времени. Широко распространены регуляторы приеми-
стости, контролируемым параметром которых служит отношение
степени сжатия компрессора к давлению топлива перед форсунками
или отношение частоты вращения ТК к перемещению регулирующего
органа. В качестве устройств, задерживающих подачу топлива по вре-
мени, используют гидрозамедлители.

Запуск ГТУ с выходом на холостой ход производят, раскручивая
ТК стартером до определенной частоты вращения. При этом ТК начи-
нает подавать воздух в камеру сгорания, одновременно поступает
топливо и включаются свечи зажигания. После воспламенения топли-
ва горячие газы подаются к турбине, которая сама начинает вращать
компрессор. По достижении определенной частоты вращения ТК рабо-
тает без помощи стартеров, и они отключаются. В качестве стартеров
обычно используют электродвигатели постоянного тока.

Процесс пуска ГТУ запрограммирован во времени и только иног-
да его корректируют по частоте вращения ТК или по давлению возду-
ха за компрессором. Алгоритм пуска осуществляется электрическими
релейными или полупроводниковыми системами, имеющими в своем
составе реле времени и датчик частоты вращения. Эти системы управ-
ляют стартерами, антипомпажным устройством, пусковыми топлив-
ными насосами, свечами зажигания и другими устройствами, обеспе-
чивающими процесс запуска. Как при наборе мощности, так и при
запуске ГТУ подача топлива ограничивается предельной температурой
газа и границей помпажа. В связи с тем что при запуске ТК должен
проходить через зону помпажа, система автоматического запуска я
открывает антипомпажное устройство, которое выпускает часть воз- 
духа из ТК и выводит его из зоны помпажа. Однако в этом случае пода-
ча воздуха в камеру сгорания уменьшается и возможно превышение j
температуры газа. Поэтому при запуске очень важно регулировать
подачу топлива таким образом, чтобы не допустить превышения тем-
пературы газа. В то же время при чрезмерной задержке подачи топли-
ва запуск затягивается и может быть неудачны®. По достижении ТК
определенной частоты вращения антипомпажное!устройство закрыва-
ется. Для дозировки топлива при запуске иЛользуют регулятор,
управляющий сливом пускового топлива из напорной магистрали
в зависимости от степени сжатия компрессора.

Защита судовой ГТУ производится по следующим параметрам:
частоте вращения гребного винта;

частоте вращения ТК;

температуре газа перед турбиной;

давлению масла в системе смазки.

Защита по частоте вращения гребного винта и по температуре газа
бывает ограничительной и предельной, а защита по частоте вращения
ТК и по давлению масла - только предельной. Защита по давлению
масла включается при пуске после того, как ТК выйдет на частоту вра-
щения холостого хода, и отключается при остановке ГТУ. Предельная
защита отключает подачу топлива в камеру сгорания электромагнит-
ным клапаном, одновременно соединяя напорную магистраль со
сливом для быстрой остановки ГТУ. Ограничительная защита умень-
шает подачу топлива в камеру сгорания, соединяя напорную маги-
страль со сливом. При срабатывании защиты включается соответствую-
щая сигнализация, расшифровывающая причину остановки ГТУ. Систе-
му защиты выполняют на релейных элементах и часто объединяют
с системой управления пуском.

Система ДАУ, входящая в АСУ, обеспечивает автоматизированное
управление ГТУ из рулевой рубки (РР) и дистанционное управление
из ЦПУ. Она выполняет следующие основные функции:

управление подачей топлива в двигатель как на переднем, так и на
заднем ходу, на режимах стоп-винт (СВ), самый малый ход (СМХ),
малый ход (MX), средний ход (СХ) и полный ход (ПХ); статическая
характеристика одной из систем ДАУ ГТУ (рис. 5.22) отражает зависи-
мость изменения угла поворота исполнительного механизма аи-м
от угла поворота рукоятки машинного телеграфа им-т;

управление реверсом ГТУ, обеспечивая вращение гребного винта
вперед, назад и режим стоп-винт, когда при определенной мощности
ГТУ (зона на рис. 5.24) газ поступает на турбину переднего и турбину
заднего хода в таких количествах, чтобы вращающие моменты обеих
турбин были равны; при этом турбины не вращают гребной винт;	,

ограничение полной мощности ГТУ на полном переднем и полном j
заднем ходах (зона 2 на рис. 5.24) с целью исключения перегрузки ГТУ |
при изменении условий эксплуатации (температуры наружного возду- j
ха, отложения солей на лопатках компрессора, состава и режима
работы установки и др.);
Задний ход	Передний ход

Рис. 5.22. Статическая характеристика системы ДАУ ГТУ

оптимизацию программ реверса, разгона и сброса мощности фор-
мированием необходимых временных программ.

На основе анализа работы судовых ГТУ были выделены два ре-
жима:

„Порт”, который предусматривает определенные скорости измене-
ния подачи топлива в ГТУ для обеспечения хорошей маневренности
судна при его движении в узкостях или в порту;	,

„Море”, при котором установка работает с максимальным КПД.

Один из возможных вариантов программы набора и сброса мощно-
сти судовой ГТУ приведен на рис. 5.23 в координатах аи м, t.

Функциональная схема системы ДАУ ГТУ приведена на рис. 5.24.
Управление из РР производят поворотом рукоятки машинного теле-
графа МТ, которая через профильный кулачок К кинематически свя-
зана с вращающимся трансформатором - задатчиком оборотов ВТЗ,
формирующим командный сигнал в соответствии со статической
характеристикой (см. рис. 5.22). С выходным валом МТ также связаны
задатчик реверсографа ЗР и блок микропереключателей МП, форми-
рующий сигналы управления реверсивным устройством. Для получе-
ния информации об отработке заданной команды на пульте в РР рас-
положен сельсин-приемник СП, связанный с сельсином-датчиком СД
в исполнительном механизме ИМ. С пульта из РР управляющими орга-
нами УО передают сигналы экстренной остановки ГТУ, снятия огра-
ничения полной мощности заднего хода ЗХ при реверсе и др. Сигнал
от ВТЗ с пульта РР поступает в блок задержки команд БЗК, который
задерживает выпонение программы, пока не прекратится перемещение
рукоятки МТ. От БЗК сигнал поступает к приемному вращающемуся
трансформатору ВТП, расположенному в ИМ. Сигнал рассогласования
Рис. 5.23. Временные программы системы ДАУ ГТУ

1 — набор мощности по программе , Лорт” (1,4 град/с); 2 — набор мощно-
сти по программе „Море” (0,5 град/с); 3 — сброс мощности по программе
, Лорт” (1,4 град/с); 4 — сброс мощности по программе „Море” (0,5 град/с);

5 — сброс мощности до холостого хода ГТУ (0,1 град/с); 6 — экстренный
сброс мощности при реверсе (2 . . .6 град/с); 7 — экстренный сброс мощ-
ности от кнопки „Стоп” (6 град/с); 8 — набор мощности в зоне малых на-
грузок (0,1 град/с)

Рис. 5.24. Функциональная схема системы ДАУ ГТУ
положения ВТЗ и ВТП формируется в блоке программ и усиления БПУ
на основе фазочувствительной пороговой схемы ФЧПС, от которой он
поступает к коммутатору аналоговых сигналов КА С.

Сигнал ограничения полной мощности формируется потенциомет-
рами для переднего и заднего хода ППХ и ППЗ и через блок регулиров-
ки упоров БРУ и схему запрета СЗ поступает к КАС. Переключателем II
включают программу „Порт” или „Море”. Соответствующий сигнал
через задатчик программных напряжений ЗП поступает также к КАС.
Тахогенератор ТГ формирует сигнал, пропорциональный скорости вра-
щения электродвигателя ЭД, и подает его в КАС. На основании всех
полученных сигналов КАС формирует выходной сигнал и подает его
на усилитель У, который управляет ЭД, перемещающим через редуктор
выходной рычаг ИМ, связанный тягой с рычагом насоса-регулятора.
Топливоподачей из ЦПУ управляют дистанционно рукояткой механиз-
ма задания режимов МЗР, связанного тросовой передачей с выходным
валом ИМ. Переключение на ДУ осуществляется пневматической муф-
той ПМ. Управление реверсом с пульта ЦПУ производят рукояткой
ответчика МТ, с которым связан блок МП, формирующий через блок
логики БД сигналы управления реверсивным устройством.

Формирование сигналов управления ГТУ (на запуск, остановку
главных двигателей и др.), управления ТУК и другими вспомогатель-
ными механизмами и арматурой осуществляется управляющими
органами УО с пульта ЦПУ через БД или блок реле. В блоке микропе-
реключателей БМД формируются сигналы о положении выходного
вала ИМ, которые затем через БД блокируют сигналы, разрешающие
реверс только при положении ИМ в зоне 1 (см. рис. 5.22), а также сигна-
лы передачи соответствующей программы управления через ЗП.

Все функциональные блоки системы ДАУ выполнены с использо-
ванием электроэлементов и расположены в пульте ЦПУ. На пульте
расположены также сигнальные табло и отдельные контрольно-изме-
рительные приборы. Система ДАУ имеет встроенный контроль исправ-
ности. Блоки программы и управления резервируются.

Для получения наиболее экономичного режима ГТУ, работающих
на ВРШ, необходимо соблюдать определенную зависимость между
шагом винта и подачей топлива в камеру сгорания, а также предусмат-
ривать защиту от перегрузки по крутящему моменту и от попадания
компрессора в зону помпажа.

Специфика судовых ГТУ обусловила отличие их АСУ и САР от соот-
ветствующих систем других энергетических установок, хотя значи-
тельное количество элементов заимствовано из авиа-, турбо- и дизеле-
строения.

Насос-регулятор судовой всережимной ГТУ (рис. 5.25) состоит из
плунжерного насоса с ротором 2 и плунжерами 3, прижимаемыми пру-
жинами 4 к наклонной шайбе 5, и центробежного регулятора частоты
вращения ТК с грузами 24 и золотником 23, управляющим подводом
рабочего топлива в полости сервомотора. Насос-регулятор кинемати-
чески связан с ротором компрессора высокого давления рессорой 6.
Винты 7 и 8 ограничивают наклон шайбы 5 при минимальной
Рис. 5.25. Схема насоса-регулятора судовой всережимной ГТУ
и максимальной подаче топлива. Наклон шайбы регулирует сервомо-
тор, состоящий из поршня, наклонной -шайбы 27 и поршня изодрома 25.
Дроссельный пакет 26 определяет время возвращения поршня изодро-
ма 25 в исходное состояние. Давление топлива, подаваемого в полости
сервомотора через золотник регулятора, поддерживается постоянным
клапаном 14. Для очистки топлива предназначен фильтр 1.

Подачей топлива управляют рукояткой 10, которая перемещает
дроссельный кран 12 и изменяет натяжение пружины регулятора.
Защитным устройством, препятствующим резкому увеличению подачи
топлива при быстрой перестановке рукоятки 10, служит гидрозамедли-
тель, состоящий из штока 11 и подпружинного поршня 15. Время
задержки гидрозамедлителя определяет дроссельный пакет 16. Опти-
мизация режима разгона ГТУ производится автоматом приемистости
13, регулирующим определенное соотношение давления воздуха
за компрессором и давления топлива перед форсунками. Если это
соотношение меняется при увеличении давления топлива перед фор-
сунками, топливо сливается из средней полости сервомотора через
клапан 17, что приводит к уменьшению наклона шайбы и, следователь-
но, уменьшению подачи топлива. Это воздействие снимается после
восстановления заданного соотношения давлений топлива и воздуха.

При увеличении подачи топлива повышается и его давление. При
низком давлении топливо подается только в первый канал форсунок
по трубе 21. При высоком давлении автоматический распределитель
топлива (APT) 20 увеличивает подачу топлива в трубу 22, идущую
по второму каналу форсунок.

В процессе запуска и при малой частоте вращения центробежный
регулятор не вступает в действие, и сервомотором наклонной шайбы
управляет клапан 9, поддерживающий постоянный перепад давления
на дроссельном кране 12. При запуске дроссельный кран 12 устанавли-
вается в положение холостого хода. При этом основной канал закрыт
и топливо, необходимое для запуска и работы ГТУ на холостом ходу,
подается через клапан холостого хода 13. Для снижения расхода
топлива при запуске в зависимости от давления воздуха за компрес-
сором автомат запуска 19 соединяет напорную топливную магистраль
со сливом. По мере раскрутки ТК и повышения давления воздуха за
ним количество сливаемого топлива уменьшается и клапан полно-
стью закрывается при выходе ГТУ на холостой ход.

АСУ ГТУ обеспечивает дистанционное управление вспомогатель-
ными механизмами из ЦПУ. Топливоподкачивающими и масляными
электронасосами управляют с пульта системы ДАУ, а остальными -
с отдельного пульта, совмещенного с системой централизованного
автоматизированного контроля и регистрации параметров.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Какие характеристики дизеля вы знаете?

2.	Назовите основные элементы всережимного изодромного регулятора
частоты вращения.

3.	Перечислите составные части системы ДАУ главным судовым дизелем.
4.	Проследите прохождение сигнала на блок остановки в системе ДАУ ди-
зель-генератором.

5.	Сформулируйте основные задачи регулирования и управления судовыми
ГТУ.

6.	Каково назначение временных программ в системе ДАУ ГТУ?

Главаб.	|

СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК	»

§ 6.1.	Основные понятия и определения

Для эффективной и безопасной эксплуатации СЭУ обслуживающий
персонал должен постоянно иметь полную и достоверную информацию
о состоянии ее агрегатов, ходе рабочих процессов и выполнении ранее
заданных команд. Получение и обработка такой информации в целях
обнаружения событий, которые требуют управляющих воздействий,
составляют процесс контроля.

Состояние агрегатов СЭУ и ход рабочих процессов в них характе-
ризуются различными физическими величинами (давление, темпера-
тура, расход, частота вращения, сила тока, напряжение и т. д.), а также
некоторыми общими признаками (шум, дымность, внешний вид, вибра-
ция). Физические величины, которые необходимо контролировать для
обеспечения нормальной эксплуатации энергетической установки,
называют контролируемыми параметрами.

Параметры СЭУ в процессе эксплуатации не постоянны даже на
установившихся режимах работы. Текущие значения параметров хт
(рис. 6.1, а) в связи с возмущающими воздействиями со стороны внеш-
ней среды всегда имеют отклонения от номинального значения хном.
Нормальным функционированием СЭУ считают такое, при котором хт
находятся в пределах некоторой заданной для каждого параметра
зоны, образованной установленными заранее величинами его допусти-
мых значений: верхнего хв и нижнего хн. Выход текущего значения
параметра вследствие аварии или изменения хода рабочих процессов
за пределах зоны (хн, хв) считают нарушением, которое устраняют
в момент времени ta управляющим воздействием.

Значения параметра, равные хв и хн, называют верхней и нижней
уставками параметра. Уставки определяют границы допустимого
диапазона изменения параметра и зону настройки устройства, изме-
ряющего текущее значение параметра. С величиной диапазона уставок
тесно связана частота (периодичность) контроля параметра. В общем
случае частота контроля параметра обусловлена вероятностью нахож-
дения параметра в заданном диапазоне значений за интервал времени
между двумя последовательными измерениями. Частота контроля
зависит от важности параметра для оценки состояния энергетической
установки, диапазона уставок и динамики изменения параметра
Рис. 6.1. Графики изменения контролируемых параметров во
времени (а, б) и обобщенная структурная схема контроля (в)

во времени. При расширении диапазона уставок контроль параметра
может производиться реже, при сужении - чаще. Для параметров,
быстро изменяющихся во времени, частота контроля определяется
скоростью изменения значений параметра. Например, частота контроля
параметра А (рис. 6.1, б) должна быть приблизительно в два раза боль-
ше частоты контроля параметра В. В зависимости от частоты контроля
различают постоянный и циклический контроль параметров. При
постоянном контроле текущее значение параметра непрерывно инди-
цируется на соответствующем индикаторе (например, на шкале стре-
лочного прибора). При циклическом контроле индикация параметра
осуществляется по вызову вахтенного персонала, а цикл представле-
ния информации зависит от частоты контроля параметра.

В процессе совершенствования и усложнения СЭУ значительно воз-
росло количество контролируемых параметров. На современных мор-
ских судах при работе паротурбинных установок контролируют свыше
1000 параметров, у дизельных установок - до 600. При решении вопро-
сов контроля работы СЭУ особое внимание уделяют выбору оптималь-
нбго количества контролируемых параметров. Для обеспечения
безаварийной эксплуатации установки устанавливают такое их коли-
чество, чтобы своевременно обнаружить все выходы параметров СЭУ
за пределы уставок, тем самым своевременно предотвращая аварий-
ные и предаварийные ситуации. Информация по количеству парамет-
ров должна быть представлена в форме, позволяющей сосредоточить
внимание вахтенного персонала на наиболее важных параметрах
установки.

Большинство параметров СЭУ имеют достаточно широкие диапазо-
ны уставок, охватывающие практически все возможные эксплуата-
ционные ситуации. Это позволяет выбрать для контроля сравнительно
ограниченное количество основных параметров, наиболее полно
характеризующих состояние агрегатов установки, ход рабочих процес-
сов или процессов управления. По степени важности контролируемые
параметры можно разделить на три категории.

1.	Параметры, при отклонении которых от нормы необходимо
немедленное вмешательство вахтенного персонала. Их следует контро-
лировать постоянно и обрабатывать за минимально короткое время.
Информацию о выходе параметра за установленные пределы дают
показывающие приборы и светозвуковая сигнализация.

2.	Параметры, при отклонении которых от нопмы хотя и требуется
вмешательство вахтенного персонала, но из-за длительного контроли-
руемого процесса допускается некоторая задержка в обработке инфор-
мации. Можно применять циклический контроль, когда значения

нескольких параметров индицируются последовательным подключе-
нием их к одному показывающему устройству. Информацию о пара-
метрах представляют цифровой индикатор, показывающий численное
значение параметра, шкала многоточечного измерительного прибора,
засветка сигнальных табло, звуковой сигнал.

3.	Параметры, которые могут изменяться в широких пределах.
Контроль этих параметров позволяет лишь уточнить характеристики
процесса управления. В этом случае также применяют циклический
контроль. Вид представления информации соответствует п. 2.

Примерный состав контролируемых параметров для паротурбин-
ных и дизельных установок приведен в табл. 6.1.

Судовая энергетическая установка является сложным комплек-
сом взаимосвязанных агрегатов и механизмов. В ее состав входит
большое количество различного рода переключающих устройств и

исполнительных механизмов, служащих для выполнения пуско-оста-
новочных операций, регулирования и направления потоков сред. Все
эти агрегаты, механизмы и устройства в любой заданный момент вре-
мени могут находиться во включенном, выключенном, работающем и
неработающем состояниях. Получение информации о нахождении обо-
рудования установки в том или ином стоянии (включено - выключено,
работа - остановка) составляет важную часть процесса контроля рабо-

ты установки.

В зависимости от цели контроля различают оперативный, аварий-
ный и учетный контроль. Оперативный контроль проводят для оценки
текущего состояния установки и выявления событий, требующих
осуществления управляющих воздействий. Аварийный контроль слу-
жит для обнаружения и предотвращения аварийных ситуаций при

выходе контролируемых параметров за пределы уставок.

Учетный контроль проводят для накопления необходимых данных

о ходе эксплуатации установки за длительный период. В процессе
учетного контроля полученные данные (расход топлива, мощность
установки, скорость судна, основные маневры и т. д.) регистрируют

в вахтенных журналах или специальных формах учета.

Простейший алгоритм контроля работы установки состоит из сле-
дующих операций: периодическое измерение текущих значений
контролируемых параметров, сравнение измеренных значений
Таблица 6.1. Перечень контролируемых параметров основного оборудования
главных энергетических установок

Контролируемый параметр	Индикация	Уровень контро- лируемого пара- метра при сраба- тывании ава- рийно-преду- предительной сигнализации	Вид защиты
Дизельные установки			
Обороты главного двигателя	Постоянная	—	—
Температура выпускных газов на выходе из каждого цилиндра двигателя	По вызову	Высокий	—
Температура газов в выхлопном коллекторе	Постоянная	—	—
Нагрузка двигателя	—	Высокий	—
Давление топлива перед насосом высокого давления	По вызову	Низкий	—
Давление масла на входе в двигатель	Постоянная	То же	Остановка ГД
Давление масла на входе в турбо- нагнетатель (ТТН)	По вызову	То же	—
Температура масла на входе в двигатель	То же	Высокий, низкий	—
Концентрация масляных паров в картере двигателя	—	Высокий	—
Давление охлаждающей жидко- сти на входе в контур охлаждения	Постоянная	Низкий	Остановка ГД
Давление забортной воды	То же	То же	—
Температура охлаждающей жидкости на выходе из контура охлаждения	По вызову	Высокий	—
Температура забортной воды перед холодильниками	То же	—	—
Обороты ГТН	Постоянная	—	—
Температура газов до и после ГТН	По вызову	—	—
Давление воздуха в продувочном ресивере	Постоянная	—	—
Давление в баллонах пускового воздуха	То же	Низкий	Запуск ТК
Давление охлаждающей воды в турбокомпрессоре (ТК)	—	То же	Остановка ТК
Давление масла в ТК	—	То же	
Уровни воды, топлива и масла в расходных, сточных отстойных цистернах и лубрикаторах  Главные котлы		Высокий низкий	
Давление пара в барабане котла	Постоянная	—	—
Давление пара за пароперегре- вателями	По вызову		—

И’

- 163-
Контролируемый параметр	Индикация	Уровень контро- лируемого пара- метра при сраба- тывании ава- рийно-преду- предительной сигнализации	Вид защиты
Уровень воды в барабане котла	Постоянная	Высокий^	Остановка
		низкий	котла
Напор воздуха перед топкой	По вызову	Низкий	То же
котла  Давление нагнетания питатель-	Постоянная	То же	—
ного насоса Факел			Обрыв факела	Остановка котла
Температура или вязкость	Постоянная	Низкая темпе-	То же
топлива	£	ратура, высо- кая вязкость	
Температура пара за пароперегревателем	По вызову	Высокий	—
Температура охлажденного пара	То же	Тоже	—
Температура уходящих газов	То же	Низкий	—
Температура питательной воды	То же	—	—
на входе в котел  Температура воздуха на входе	Тоже	Высокий	—
и выходе из подогревателя Давление топлива перед	То же	Низкий	—
форсунками  Давление пара для распыла	То же	То же	Остановка котла
топлива			
Уровень в расходной цистерне	По вызову	Низкий	—
топлива			
Главный турбозубчатый агрегат			
Давление пара перед маневровым устройством на передний и задний ход	Постоянная	-	-
Давление масла за маслоохла-	То же	Низкий	Остановка
дителем			турбины
Давление в конденсаторе	То же	Высокий	—
Уровень масла в гравитационной	То же	Низкий	—
цистерне  Осевой сдвиг ротора	По вызову	—	
Вибрация турбины	То же	Высокий	Остановка турбины
Температура масла на выходе	Постоянная	То же	—
из каждого подшипника Давление масла до и после	Тоже	Низкий	—
фильтров  Давление пара в концевых	То же	Высокий	—
уплотнениях  Давление за циркуляционным	По вызову	Низкий	—
и конденсатным насосами Давление пара и воды перед деаэратором	То же	-	-
Контролируемый параметр	Индикация	Уровень контро- лируемого пара- метра при сраба- тывании ава- рийно-преду- предительной сигнализации	Вид защиты
Температура в деаэраторе	По вызову			
Уровень в деаэраторе	То же	Низкий	—
Уровень в сборнике главного	То же	Высокий	—
конденсатора  Температура пара перед	То же	Низкий	
маневровым устройством Давление пара в отборах	То же	-	-
Валопровод			
Частота вращения валопровода	Постоянная	-	-

с величинами уставок и выдача результатов сравнения. Для осуществ-
ления этих операций используют соответствующие датчики, контроль-
но-измерительные приборы, преобразующие и сигнализирующие
устройства, образующие совместно со средствами представления ин-
формации систему контроля. К системе контроля относят и аварийно-
предупредительную сигнализацию. Совокупность контрольно-изме-
рительных приборов, устройств и средств представления информации,
служащих для контроля одного параметра, образует канал контроля
параметра. Обобщенная структурная схема канала контроля одного
параметра представлена на рис. 6.1, в.

Информация о состоянии объекта контроля ОК воспринимается
измерительным устройством (датчиком) ИУ, которое осуществляет
первичное преобразование сигнала. Промежуточный преобразователь
ПП обеспечивает передачу, усиление и при необходимости преобра-
зование сигнала от ИУ. Дешифратор Д обеспечивает преобразование
сигнала в форму, удобную для использования в регистрирующем
устройстве Рив блоке обработки информации БОИ. Обработанный
в БОИ сигнал направляется в командное устройство КУ, которое обе-
спечивает формулировку решения и выработку командных сигналов
для осуществления управляющих воздействий.

Командное устройство КУ является частью системы управления
установкой и включено в структурную схему канала контроля для
завершенности цепи прохождения информации о состоянии объекта.
В большинстве существующих систем контроля функции блоков БОИ
и КУ выполняет оператор, управляющий установкой. Он замыкает
цепь управления, осуществляя через систему управления необходи-
мые воздействия на объект контроля ОК. В системах контроля, исполь-
зующих вычислительную технику, данную функцию выполняет ЭВМ.
Контрольно-измерительные устройства и приборы, используемые
в системах контроля, образуют инструментальные средства контроля
и могут быть классифицированы следующим образом:

по назначению - приборы для измерения давления (разряжения),
температуры, расхода, уровня, состава, мощности, скорости, частоты
вращения, силы и напряжения электрического тока и т. д.;

по точности - технические, образцовые, контрольные, эталонные;

по пределам измерения - однопредельнуе, многопредельные;

по способу отсчета - показывающие, самопишущие, суммирующие,
сигнализирующие;	®

по виду представления информации - стрелочные, цифровые,
графические, мнемонические; при использовании ЭВМ основная
информация может быть вызвана на дисплей.

Контролно-измерительные приборы, применяемые в системах
контроля, могут быть разнообразных типов и зависят от структуры
и принципа построения системы. Широко используют обычные измери-
тельные приборы: пружинные и жидкостные манометры, термопары,
тахометры, расходомеры и др.

Одним из основных требований, предъявляемых к системам
контроля, является соблюдение необходимой точности измерения
значений контролируемых параметров. Точность измерения значений
контролируемого параметра, обеспечиваемая системой контроля,
зависит от сложности каналов контроля, типа контрольно-измеритель-
ных приборов и их допустимой погрешности. Основная допустимая
погрешность судовых контрольно-измерительных приборов составляет
± 1,0. . . 2,5 % диапазона измерения и характеризуется классом точно-
сти прибора, который может быть 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.

В зависимости от места установки, влияния внешних условий
и динамических воздействий основная погрешность прибора может
возрасти до ± 6. . . 8 %. В этом случае суммарная погрешность системы
контроля будет составлять ± 10. . . 20 %, что может оказаться недопу-
стимым по условиям эксплуатации установки. Для уменьшения
погрешности измерения значений контролируемых параметров и
устранения влияния внешней среды (например, температуры) в совре-
менных системах контроля применяют измерительные устройства
(датчики) повышенной точности в совокупности с устройствами, ком-
пенсирующими влияние внешних условий.

Контроль работы СЭУ - трудоемкий процесс, занимающий значи-
тельную долю рабочего времени вахтенного персонала. Для неавто-
матизированных дизельных судов трудоемкость операций контроля
составляет 16. . .28%, для паротурбинных судов - 30. . .35 % общей
трудоемкости по обслуживанию технических средств машинной
командой. В этой связи автоматизация операций контроля является
важной и серьезной задачей, стоящей перед проектантами судо-
вых АСУ.
§ 6.2. Принципы построения систем контроля СЭУ

Структура системы контроля, выполняемые ею функции и объем
контролируемых параметров зависят от типа и назначения судна, вида
контролируемого оборудования, общей структуры и степени автома-
тизации управления этим оборудованием.

В СЭУ с небольшим объемом автоматизации оборудования и по-
стоянной вахтой в машинном отделении наибольшее распространение
получили так называемые системы теплоконтроля, состоящие из обо-
собленных каналов контроля отдельных параметров. Эти системы
в основном предназначены для местного контроля параметров, осуще-
ставляемого вахтенным персоналом контрольно-измерительными при-
борами, установленными либо непосредственно на объекте контроля,
либо на щитах контроля вблизи от объекта. Местный контроль пара-
метров позволяет при сравнительно небольших затратах контролиро-
вать практически все параметры, характеризующие в той или иной
степени как работу установки в целом, так и работу отдельных агре-
гатов.

Существенными недостатками местного контроля являются боль-
шая рассредоточенность контрольно-измерительных приборов по ма-
шинному отделению, необходимость расположения ряда приборов
в труднодоступных местах, большие затраты времени на осмотры,
снятие и регистрацию показаний приборов. В системах теплоконтроля
используют также дистанционный контроль, когда определенные
группы параметров измеряют с поста управления, расположенного
на расстоянии от объекта контроля. Применение дистанционного кон-
троля позволяет несколько уменьшить трудозатраты вахтенного пер-
сонала. В системах теплоконтроля применяют обычные серийно постав-
ляемые контрольно-измерительные приборы: манометры, термометры,
уровнемеры и т. д.

В среднем в системах теплоконтроля приборы для измерения дав-
ления составляют 22 %, приборы измерения температуры - 9 %, элект-
рического напряжения и силы тока - 20 %, приборы для индикации
переключений - 12%, приборы для индикации уровней в цистернах
судна - 20 %, остальные - 17 %. При этом на долю показывающих при-
боров приходится 57 %, сигнализирующих - 43 %.

Повышение объема автоматизации СЭУ, внедрение централизован-
ного управления ими с единого поста и необходимость значительного
сокращения трудозатрат вахтенного персонала на осуществление
операций контроля установки привели к необходимости использова-
ния систем централизованного контроля параметров. В зависимости
от структуры и вида используемых контрольно-измерительных средств
различают следующие три основные системы централизованного
контроля:

на базе стрелочных и других типов приборов, обычно применяе-
мых для местного контроля параметров;

с использованием групповых, многоточечных и индивидуальных
показывающих, сигнализирующих и самопишущих приборов;
на основе новых методов обработки, регистрации и представления j
информации, позволяющих сократить число показывающих приборов 1
и уменьшить загрузку вахтенного персонала.	1

Системы централизованного контроля первых двух типов приме- 1
няют на начальных этапах внедрения централизованного контроля. I
Основным недостатком систем подобного типа является большое ]
количество показывающих приборов и устройств, сосредоточиваемых I
в ЦПУ. Например, в ЦПУ СЭУ рефрижераторов типа „Прибой” свыше 1
600 элементов контроля и управления. Для размещения такого коли- ]
чества приборов необходимы значительные габариты пультов и щитов, i
а также большие площади для ЦПУ. Кроме того, с увеличением числа \
приборов возрастает количество информации, которую вахтенный ‘
персонал должен получить и переработать, прежде чем принять необ- ;
ходимые решения.	j

Чтобы облегчить оператору, управляющему установкой, поиск J
места возникновения неисправности, на панелях пультов и приборов )
управления выполняют мнемосхемы - упрощенные изображения j
объектов контроля, на которых в соответствующих местах установле-
ны основные контрольно-измерительные приборы и сигнальные табло |
(рис. 6.2). Эффективная работа оператора во многом зависит от формы «
представления информации. Основные способы индикации значений 1
параметра и вид аварийно-предупредительной сигнализации приведе; |
ныв табл. 6.1.	|

Применение мнемосхемы позволяет оператору быстро осуществ- ;
лять контроль обстановки. Нормальному состоянию работающего меха-
низма или агрегата обычно соответствует зеленый цвет сигнального I
табло или лампы. Возникновение неисправности индицируется J

Рис. 6.2. Мнемосхема главного двигателя
желтым - предупредительным сигналом, авария - красным. Для инди-
кации положения различных переключающих устройств и арматуры
широко используют светящиеся кнопки, головки ключей управления
и др.

При управлении установкой внимание оператора должно быть
сосредоточено на наиболее важных параметрах, определяющих ход
процесса управления и работу установки. Большое количество го-
рящих световых сигналов рассеивает внимание оператора. Для устра-
нения этого в некоторых системах контроля (например, на РПБ „Во-
сток”) применяют так называемые темные панели пульта, на кото-
рых при нормальной работе установки сигнализация отсутствует,
а при возникновении неисправности в каком-либо агрегате автома-
тически засвечивается участок мнемосхемы, требующий внимания
оператора.

В системах контроля используют также обобщенную сигнализа-
цию в виде так называемой линии спокойствия - цепочки световых
сигналов, образующих сплошную линию вдоль мнемосхемы. При
нормальной работе установки линия горит ровным светом. При воз-
никновении в каком-либо агрегате ситуации, требующей вмешатель-
ства оператора, участок линии у изображающей данный агрегат мнемо-
схемы меняет цвет на красный, что дает оператору возможность быстро
оценить обстановку и определить место неисправности. Структурная
схема системы централизованного автоматизированного контроля
(ЦАК), осуществляющей постоянное измерение параметров, вызыв-
ной контроль и аварийно-предупредительную сигнализацию (АПС),
приведена на рис. 6.3. Контролируемые параметры измеряются датчи-
ками, сигналы от которых через коммутационные устройства посту-
пают на пульт ЦПУ. Система обеспечивает постоянное измерение
давления, частоты вращения и температуры с представлением инфор-
мации с помощью манометров, тахометров и логометров, измерение
температуры в нескольких точках с помощью многоточечных логомет-
ров и АПС по группе параметров. Сигналы от датчиков, входящих
в группу АПС, поступают на блок засветки мнемосхем БЗМ, откуда
после логической обработки направляются на соответствующие табло
мнемосхемы и на блок выходных усилителей БВУ. Усиленные в БВУ
сигналы подаются на устройства звуковой сигнализации (звонок или
сирена в зависимости от категории сигнала) и на коммутатор обобщен-
ной сигнализации КОС. В зависимости от положения переключателя
КОС обобщенный аварийно-предупредительный сигнал поступает
на табло в рулевой рубке и в помещение, где находится подвахтенный
механик. Звуковой сигнал может быть отключен кнопкой снятия зву-
ка в БВУ, но до устранения неисправности аварийный сигнал (табло
красного цвета) будет индицироваться на мнемосхеме.

Подобные системы не содержат сложных логических блоков,
достаточно просты по устройству и обслуживанию. Однако их приме-
нение не освобождает оператора от необходимости регулярной реги-
страции показаний приборов и требует повышенного внимания при
использовании многоточечных приборов.
Рис. 6.3. Структурная схема системы ЦАК с постоянным измерением пара-
метров

§ 6.3. Системы централизованного
автоматизированного контроля СЭУ

На судах с высокой степенью автоматизации (оператор находится
в ЦПУ, постоянная вахта в машинном отделении отсутствует) значи-
тельно усложнено взаимодействие комплекса оператор - пульт -
объект управления. При избытке поступающей в ЦПУ информации
у оператора могут возникнуть определенные трудности в выборе пара-
метров первоочередного контроля. Для повышения эффективности
управления и контроля за работой СЭУ при обслуживании ее на ходо-
вом режиме одним оператором применяют системы ЦАК, функциони-
рующие при частичном участии человека. Характерной особенностью
таких систем является наличие специальных устройств, осуществляю-
щих автоматический контроль параметров по заданному циклу, преоб-
разование сигналов от датчиков в двоичный или десятичный код, циф-
ровую индикацию и регистрацию параметров, световую и звуковую
АПС. Структурная схема такой системы показана на рис. 6.4.

Значения параметров, измеренные датчиками 1 и прошедшие через
преобразователи, поступают на обегающее устройство 2, в течение
заданного цикла опроса поочередно соединяющее каждый канал изме-
рения с усилителем 3. Усиленный сигнал поступает на аналого-цифро-
вой преобразователь 4, где преобразуется в двоичный или десятичный
код. В сравнивающем устройстве 6 значение параметра сравнивается
со значением уставки дан-
ного параметра, которое
хранится в памяти блока
уставок 5. При отклонении
измеренного значения па-
раметра за верхний или
нижний предел уставки ав-
томатически включается в
действие печатающее устрой-
ство аварийных параметров

10, световая 11 И звуковая Рис. 6.4. Структурная схема системы ЦАК

12 сигнализации. Через с обегающим устройством

устройство вызова пара-

метра 8 оператор может в любое время получить на цифровом индика-
торе 9 значение каждого параметра. Печатающее устройство 7 по за-

данной программе регистрирует заранее выделенную группу парамет-

ров на бумажной ленте.

Основным элементом подобного типа систем ЦАК является маши-
на централизованного контроля (МЦК), представляющая собой комп-
лекс взаимосвязанных устройств и аппаратуры, обеспечивающих авто-
матический сбор и обработку поступающей от датчиков информации
по принятым для данной СЭУ алгоритмам.

Структура и функции системы ЦАК, имеющей в своем составе
МЦК, рассмотрим на примере системы, предназначенной для контроля
параметров дизельной энергетической установки. Структурная схема
системы показана на рис. 6.5. Система состоит из следующих основных
частей:

элементов сбора информации - датчиков и преобразователей;
элементов согласования выходов датчиков со входом МЦК - блоков
развязок;

машины централизованного контроля, состоящий из устройства
сигнализации и вызова на измерение УСВИ, устройства цифрового
измерения УЦИ, устройства цифровой регистрации УЦР', элементов
представления информации, размещенных на пульте ЦПУ и щите мне-
мосхем.	।

Питание системы осуществляется от станций питания (на рис. 6.5 не
показана). Система обеспечивает сбор и обработку информации о зна-
чениях параметров главного дизеля; дизель-генераторов; вспомога-
тельного и утилизационного котлов; контролирует уровни в цистер-
нах; представляет информацию в виде световых и звуковых сигналов,
на цифровых и стрелочных приборах, а также регистрирует параметры
цифропечатающим устройством типа МП-16М. Количество контролиру-
емых параметров с указанием характера представляемой информации
показано в табл. 6.2.

Система выполняет следующие функции.

1.	Измерение параметров по вызову оператора с пульта управления
с представлением информации в абсолютных единицах на проекцион-
ных табло в виде четырехзначных цифр с указанием физической вели-
чины и единицы измерения. Время обновления информации на табло
около 2 с.

2.	Постоянное измерение параметров с помощью стрелочных изме-
рительных приборов, подключенных к датчикам системы.

3.	Автоматические звуковая и световая сигнализации отклонений
параметров от нормы и выдача сигналов на мнемосхему.

4.	Предупредительная циклическая световая и звуковая сигнали-
зация при отклонении параметров от допустимых значений (время
цикла обегания около 10 с).

Таблица 6.2.	Количество контролируемых параметров и характер

представления информации для дизельной энергетической
установки

Контро- лируемое		Вид контроля				
	Непрерыв-	Цикли-	Индикация		Регистрация	
оборудо- вание	ный с вы- дачей световых и звуковых сигналов	ческий с выда- чей све- товых и звуковых сигналов	стре- лоч-  ная	цифровая по вы- зову	по вызо-  ву	в том числе по отклонению параметров
Главный двигатель Дизель генератор Котлы Цистерны	1	30  1	4	38  10  15	48  12  2	29  12  2
5.	Цифровая регистрация абсолютного значения параметров в ви-
де четырехзначных десятичных чисел с указанием времени печати
(дата, часы и минуты) в трех режимах: по вызову оператора; автомати-
чески по временной программе (через каждые 10 мин, 30 мин или 1 ч
по выбору оператора); автоматически при отклонении параметров
за установленные пределы. Перед значением параметра в этом случае
ставится знак „+” или

6.	Логическая обработка сигналов засветки мнемосхемы, т. е.
запрет или разрешение этих сигналов в зависимости от состояния
контролируемого оборудования.

Датчики контролируемых параметров Д (см. рис. 6.5) преобразуют
их значения в изменяющиеся электрические сигналы, которые в пре-
образователях П превращаются в электрические унифицированные
сигналы (0... 50 мВ, 0... 1 В, 0... 10 В, 0... 5 мА), поступающие
на „блоки развязок”. Последние представляют собой делители напря-
жения на проволочных сопротивлениях и служат для понижения уров-
ня сигнала до 0. . . 50 мВ. Далее сигналы поступают на УСВИ, в кото-
ром часть сигналов проходит в устройство непрерывного контроля 16,
где сравнивается со значением уставки, а часть сигналов циклически
подключается на сравнение с уставкой. Циклическим опросом управ-
ляет коммутатор сигнализации, состоящий из распределителя 12
и ключей сигнализации 14. Коммутатор сигнализации через ключ 14
подключает очередной датчик к индикатору нуля 13 с одновременным
подсоединением соответствующей цепи блока „памяти” уставок 15.
Если параметр вышел за нижний или верхний предел уставки, это
изменение параметра запоминается блоком памяти отклонений 17
и с него поступают сигналы на светозвуковую сигнализацию и на вызов
регистрации по отклонению. По сигналу об отклонении параметра ком-
мутатор регистрации 2 осуществляет запуск цифропечатающего меха-
низма 4. Перед печатью номер параметров расшифровывается в блоке 3.

Регистрация параметров может осуществляться также по вызову
оператора или по заранее заданной временной программе. Вызов
контролируемых параметров по команде оператора производится
также через коммутатор регистрации 2, который включает в нужной
последовательности входные ключи измерения 11. Двоично-десятич-
ный код измеренного значения параметра с аналого-цифрового преоб-
разователя 8 поступает на оперативное запоминающее устройство 6
и далее на цифропечатающий механизм (ЦПМ) 4. Синхронизация рабо-
ты ЦПМ и коммутатора осуществляется блоком синхронизации 7 через
устройство управления 5. Запуск ЦПМ по временной программе осу-
ществляется устройством времени 1.

Следует отметить, что применение МЦК позволяет полностью или
частично отказаться от ручной регистрации учтенных параметров
в вахтенном журнале и использовать для этой цели учетные блан-
ки МЦК.

Для контроля абсолютных значений параметров оператор, нажав
на кнопку (клавишу) вызова 18, расположенную на пульте ЦПУ, может
вызвать любой параметр на цифровые индикаторы 19. При вызове
параметра на измерение сигнал с коммутатора измерения 9 через кноп-
ку вызова 18 проходит на входной ключ измерения И, подключающий
сигнал датчика ко входу масштабного преобразователя 10. В блоке 10
сигнал усиливается до соответствующего напряжения в интервале
0. . .10 В, которое замеряется в аналого-цифровом преобразователе 8 и
преобразуется по двоично-десятичному коду. Поступив в блок управ-
ления цифровыми индикаторами 20, сигнал преобразуется по десятич-
ному коду, запоминается и на цифровом индикаторе 19 появляется
измеренное значение параметра с указанием единицы измерения
(например, 290 °C).	f

Конструктивно МЦК выполняют по блочно-функциональному
принципу. Отдельные устройства (УЦИ, УЦР, УСВИ) оформляют в виде
стоек, в которых устанавливают быстросъемные взаимозаменяемые
функциональные блоки. Такая конструкция значительно ускоряет
поиск и устранение неисправностей в системе, однако крупные кон-
структивно законченные устройства (УЦИ, УЦР, УСВИ) при применении
их для системы контроля меньшего объем:; будут содержать избыточ-
ные, неиспользуемые блоки, что снижает эффективность системы.

Примером дальнейшего развития систем ЦАК СЭУ служит система
ЦАК типа „Шипка-М”, структурная схема которой приведена на рис. 6.6.

400 Гц 50Гц

Рис. 6.6. Структурная схема системы ЦАК типа „Шипка-М”

1 — датчики и сигнализаторы; 2 — блок температурной компенсации; 3 —
прибор согласования уровня сигнала; 4 — прибор развязки; 5 — контей-
нер контроля температуры; 6 — контейнер сигнализации дискретной;
7 — контейнер сигнализации аналоговой; 8 — контейнер сигнализации
обобщенной; 9 — контейнер сигнализации цифрового измерения; 10 —
контейнер разделения сигналов; 11 — прибор питания; 12 — ПРВ; 13 —
прибор регистрации центральный; 14 — блок вызова на измерение;
15 - пульт управления; 16, 17 - ПОС; 18, 19 - ПСА; СУ - система управ-
ления; ЩК — щит контроля
Функции, выполняемые данным типом систем ЦАК, в основном такие
же, как и у ранее рассмотренных систем с МЦК. Объем контроля, осу-
ществляемый системой, характеризуется следующими данными по ко-
личеству выводимых параметров: на индикацию - 80. . . 244; на сиг-
нализацию - 86. . . 232; на регистрацию - 90... 160.

В основу построения данного типа систем положен функциональ-
но-канальный способ, заключающийся в том, что структура системы
представлена в виде отдельных, не связанных между собой трактов
(каналов сигнализации) и параллельных каналов контроля. Система
обеспечивает прием и обработку информации от датчиков и сигнали-
заторов любого типа (давления, температуры, уровня и т. д.) с унифи-

цированным выходным сигналом при различном диапазоне измеряе-
мых параметров. Регистрация отклонений параметров производится
прибором регистрации выбегов (ПРВ). Система обеспечивает также
сигнализацию об отклонениях контролируемых параметров на приборе
сигнализации в ЦПУ и выдачу обобщенных сигналов о нарушениях
в работе установки на приборы сигнализации обобщенной (ПСО) и при-
боры сигнализации адресной (ПСА), размещенные в ходовой рубке,
каютах механика и капитана. Конструктивно система состоит из
мелких модулей (субблоков), входящих в контейнеры. Контейнеры,
в свою очередь, встраивают в прибор контроля. Мелкомодульный спо-
соб конструктивного построения позволяет избежать избыточности
и обеспечивает высокие модификационные характеристики системы.

В схемах систем ЦАК широко применяют специальные устройства
и блоки (шифраторы, дешифраторы, счетчики импульсов, коммутато-
ры, преобразователи и т. д.), построенные на электрических и элект-
ронных логических элементах; регистрирующие устройства (см. гл. 3),
а также различного типа индикаторы цифровой информации. В каче-
стве индикаторов часто используют индикаторные цифровые лампы.
Это газонаполненные электронные лампы, внутри которых расположе-
ны общий анод и десять катодов, выполненных в форме воспроизводи-
мой цифры (от 0 до 9). Катоды располагаются один над другим и имеют
отдельные выводы. При подаче напряжения на анод и любой из като-
дов последний начинает светиться, что позволяет с торцевой стороны
лампы видеть соответствующую цифру. Такие лампы дают четкие
изображения и высокую скорость смены цифр.

Успешно применяют также электролюминесцентные индикаторы,
действие которых основано на яв-

лении свечения некоторых твер-
дых веществ (люминофоров) при
прохождении через них электри-
ческого тока. Электролюмине-
сцентный элемент (рис. 6.7) пред-
ставляет собой плоский конден-
сатор, одним из электродов кото-
рого является полупрозрачный
электропроводящий слой 2, нане-
сенный на стекло 1. Слой

Рис. 6.7. Схемы расположения слоев (а)
и сегментов (6) электролюминесцент-
ного индикатора
люминофора 3 также наносят на стекло и покрывают непрозрачным
электродом из алюминия 4, защищенным изоляционным слоем 5. Алю-
миниевый электрод 4 выполнен в виде ряда полосок, изолированных
одна от другой.

В некоторых случаях в качестве индикаторов используют свето-
диодные матрицы, однако однородность засветки матриц не полностью
соответствует предъявляемым требованиям.

Перспективно применение индикаторов нафкидких кристаллах при
условии повышения яркости свечения и обеспечения разнообразия
цветов.

Важнейшими элементами систем ЦАК являются датчики и сигна-
лизаторы. Основные типы датчиков, применяемых в системах управ-
ления и контроля, рассмотрены в гл. 3. Датчики должны быть приспо-
соблены к дистанционной передаче сигнала, обладать высокой надеж-
ностью, долговечностью и точностью.

Несмотря на то что при внедрении систем ЦАК значительно облег-
чается процесс управления СЭУ за счет разгрузки оператора, приме-
нение таких сложных систем только для контроля параметров установ-
ки недостаточно эффективно. Оператору в ЦПУ по сигналам, получае-
мым от систем контроля, кроме операций по переводу установки с од-
ного режима на другой и согласования режимов работы оборудования,
приходится еще выполнять целый ряд элементарных операций управ-
ления (переключение клапанов, насосов, ввод резерва и т. д.).

Функции контроля и управления в дальнейшем могут быть успеш-
но совмещены в единой информационно-управляющей системе, по-
строенной на базе ЭВМ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Почему необходимо контролировать работу оборудования СЭУ?

2.	Назовите составляющие канала контроля параметра.

3.	Каково назначение аналого-цифрового преобразователя и устройства
сравнения МЦК?

4.	Назовите основные режимы цифровой регистрации значений параметров.

5.	Как определяют необходимую частоту контроля параметров работы обо-
рудования СЭУ?

Глава 7.

АСУ СУДОВЫМИ СИСТЕМАМИ

§ 7.1.	Задачи и объем автоматизации систем

К судовым системам относят комплекс механизмов, трубопрово-
дов, арматуры, емкостей и другого судового оборудования, предназ-
наченных для обеспечения живучести судна, транспортировки и рас-
пределения жидких грузов и газов, поддержания в помещениях судна
условий, необходимых для жизни и деятельности людей.
По объему выполняемых функций и характеру обслуживаемых
объектов судовые системы можно разделить на общесудовые, спе-
циальные и системы, обслуживающие энергетическую установку.

Общесудовые системы - это системы для обслуживания судна
в целом. Они имеются практически на каждом судне, независимо от
его типа и назначения. В эту группу обычно входят противопожарные
системы, балластные, осушительные, сточно-фановые, а также системы
отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Наличие специальных систем зависит от назначения и типа судна.
Например, на танкерах дополнительно к общесудовым должны быть
системы подогрева грузов, отвода газов, грузовая и зачистная; на про-
мысловых судах - системы рассола, растительного масла и др.

Системы, обслуживающие энергетическую установку (топливная,
масляная, охлаждения, паровая), являются неотъемлемой частью уста-
новки. Их состав и методы автоматизации рассмотрены в соответствую-
щих главах учебника.

Характерной особенностью судовых систем как объектов автома-
тизации является большое количество различных механизмов, трубо-
проводов, емкостей, регулирующей и запорной арматуры, рассредо-
точенных практически по всем помещениям судна. Так, на современ-
ном судне грузоподъемностью 10... 12 тыс. т общая протяженность
трубопроводов систем достигает нескольких десятков километров,
а количество механизмов и арматуры - нескольких тысяч. Для обеспе-
чения нормальной эксплуатации судна необходимо регулярно, нескол-
сколько раз в сутки, замерять уровни в цистернах и емкостях, вклю-
чать и выключать насосы и вентиляторы, переключать арматуру трубо-
проводов, контролировать работу механизмов, температуру и давле-
ние перекачиваемых жидкостей и газов. При большой разветвленности
судовых систем и насыщенности их механизмами выполнение указан-
ных операций вручную требует значительных затрат времени, снижает
эффективность использования систем. По эксплуатационным данным
на контрль и управление судовыми системами расходуется до 35 %
общего количества времени, требующегося для управления всеми тех-
ническими средствами судна. Кроме того, обслуживание целого ряда
систем связано с применением тяжелого физического труда.

При автоматизации судовых систем наибольшее распространение
получили комбинированные системы автоматики, в которых логиче-
ская часть выполняется на электрических или пневматических эле-
ментах, а силовая - на пневматических или гидравлических. Сигнали-
зация в постах управления обычно электрическая, сигналы от пневма-
тических или гидравлических датчиков преобразуются в электриче-
ские в специальных устройствах. В пневматических системах управле-
ния широко используют элементы УСЭППА, обеспечивающие выполне-
ние всех основных логических операций и работающие при давлении
сжатого воздуха 0,02. . .0,14 МПа. Для силовой части пневматических
систем используют сжатый воздух давлением 0,6... 1 МПа. Рабочей
средой гидравлических систем служат минеральные масла или спе-
циальные жидкости под давлением 4... 10МПа. При выборе типа
Рис. 7.1. Структуры АСУ: а — центра-
лизованная; б — децентрализованная;
в — автономная

1 — объект управления; 2 — линия связи;
3 — центральный щит; 4 — местный щит; 5 —
местный пост управления

элементов, на которых будет по-
строена система автоматики,
должны учитываться условия
взрывопожаробезопасности, тип
приводов объектов управления
(ОУ), необходимость использова-
ния мифмального количества
элементов для преобразования
одного вада сигналов в другой,
возможность унификации элемен-
тов и блоков систем автоматики.

Структурное построение си-
стем управления во многом опре-
деляется размещением на судне
автоматизируемых судовых си-
стем, требованиями живучести
судна и типов применяемых эле-
ментов автоматики. Различают три
основных типа структуры систе-
мы управления (рис. 7.1): центра-
лизованную, децентрализованную,
автономную. При централизован-

ной структуре все управление и контроль сосредоточены на централь-
ном пульте (блоке) управления. Такая структура целесообразна при
сравнительно малом числе ОУ и близком их расположении от поста
управления, когда количество и длина прокладываемых кабелей или
трубопроводов не слишком велики.

При наличии большого числа ОУ и повышенных требованиях
к живучести судна применяют децентрализованную структуру. В этом
случае от центрального блока управления исходят только командные
сигналы, а их логическая обработка и преобразование происходят
в местных приборах управления, расположенных в отсеках судна
вблизи ОУ. С местных приборов возможно дистанционное управление
группой объектов данного отсека. Эта структура позволяет резко
уменьшить количество кабелей и трубопроводов автоматики, прокла-

дываемых по судну.

Автономную структуру используют только для локальных систем
автоматики, обслуживающих один или несколько однотипных объек-

тов в одном отсеке, например для управления холодильными маши-
нами, компрессорами. На ЦПУ в этом случае выводятся только обоб-
щенные сигналы о работе данного оборудования. Примеры автомати-

зации отдельных типов судовых систем рассмотрены ниже.

§ 7.2.	АСУ общесудовыми системами

К общесудовым системам, наиболее автоматизированным на су-
дах, относят противопожарные, отопления, балластные, бытового водо-
снабжения и сточно-фановые, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Противопожарные системы предназначены для обнаружения и лик-
видации очагов пожара на судне. Состав оборудования этих систем
и вид рабочего агента для тушения пожара устанавливают в соответ-
ствии с Правилами противопожарного оборудования и снабжения мор-
ских судов Регистра СССР в зависимости от типа судна и характера
судовых помещений. Процессы противопожарной защиты судна авто-
матизируют применением систем автоматической пожарной тревожной
сигнализации, извещающих о возникновении пожара, автоматизиро-
ванных систем пожаротушения, а также средств автоматизированного
или дистанционного управления арматурой и механизмами.

Системы автоматической пожарной сигнализации являются обя-
зательными для морских судов дедвейтом более 1000 т. Основные
элементы этих систем - датчики-извещатели, устанавливаемые в по-
мещениях судна, устройства или пульты сигнализации, размещаемые
в рулевой рубке, и средства питания. В соответствии с Правилами
Регистра СССР питание автоматических систем пожарной сигнализации
должно обеспечиваться от двух независимых источников питания.

В качестве датчиков систем пожарной сигнализации применяют
температурные и дымовые извещатели. Температурные извещатели
реагируют на повышение температуры в помещении (рис. 7.2, а) и со-
стоят из корпуса 2 с винтом-контактом 1 и биметаллической пластины
4, у которой верхний слой имеет значительно больший коэффициент
линейного расширения, чем нижний. Пластина и корпус разделены
изолирующей прокладкой 3. При повышении температуры в помеще-
нии до заданного предела пластина прогибается вверх и размыкает
электрическую цепь. Винтом 1 можно регулировать настройку изве-
щателя. В температурном извещателе, учитывающем скорость нара-
стания температуры (рис. 7.2, б), внутренняя полость корпуса 1 разде-
лена мембраной 2 на две камеры. Верхняя полость соединена с возду-
хом помещения через отверстия 3, а нижняя полость соединяется
с верхней через отверстия малого диаметра во втулке 5. Если

зации

Рис. 7.3. Принципиальная электри-
ческая схема пожарной сигнали-

<- Рис. 7.2. Температурные извещате-
ли с биметаллической пластиной
(а) и мембраной (б)
температура в помещении постоянная, то давление в обеих камерах
одинаковое и контакты замкнуты. При повышении температуры в по-
мещении воздух в корпусе извещателя нагревается, и если скорость
нарастания температуры мала, успевает выходить из корпуса через
отверстия во втулке и в корпусе. При высокой скорости нарастания
температуры воздух из нижней камеры не успевает перетечь в верх-
нюю из-за малых отверстий во втулке 5; возникает перепад давления,
под действием которого мембрана прогибается ваетэх и через стержень,
укрепленный на втулке, поднимает подвижный контакт 4 вверх, раз-
мыкая цепь.

Импульсы от извещателей поступают на пульт пожарной сигнали-
зации в рулевой рубке. Принципиальная электрическая схема подклю-
чения извещателей, работающих на размыкании контакта, приведена
на рис. 7.3.

Питание схемы осуществляется от двух независимых источников,
при этом от источника GB1 работает цепь сигнализации, а от источни-
ка GB2 - цепь контроля. При размыкании контакта любого извещателя
В обмотка реле А2 остается без питания, а лампа Н1 и звонок НА1 запи-
тываются через контакт К2. Обмотка реле К1 будет получать питание
через Н1 и НА1. При неисправности цепи сигнализации обмотка К1
останется без питания. В этом случае получат питание Н2 и НА2, в цепи
контроля появится сигнал о неисправности. Схема также обеспечивает
подачу звукового и светового сигналов при падении напряжения или
отсутствии питания в цепи источника GB1.

Дымовые извещатели служат для подачи сигнала о пожаре при
появлении дыма в обслуживаемых помещениях. Наибольшее распро-
странение получили централизованные системы дымовой пожарной
сигнализации. В этих системах имеется центральный аппарат (рис. 7.4),
установленный в рулевой рубке и соединенный трубками 5 с контро-
лируемыми помещениями. Воздух из помещений, засасываемый вен-
тилятором 1, проходит через измерительные камеры аппарата и пе-
ресекает луч света от лампы 3. При появлении в воздухе дыма свето-
вой поток рассеивается, отраженные лучи попадают на фотоэлемент 2,
который вырабатывает сигнал о пожаре. Одновременно вследствие рас-
сеивания светового потока глазок 4 измерительной камеры приобре-
тает белую окраску, указывая на схеме судовых помещений район
возникновения пожара.

К недостаткам данного способа относят запаздывание сигнала
о пожаре и возможность засорения трубок. Для их устранения на сухо-
грузных судах целесообразно датчики дыма (фотоэлементы, фотодио-
ды, радиоактивные излучатели) устанавливать непосредственно в
контролируемых помещениях с передачей электрического сигнала
на пульт в рулевой рубке.

Автоматизированные противопожарные системы разнообразны как
по составу оборудования, так и по виду рабочего агента (вода, пар,
углекислота, пенообразующие жидкости). Наибольшее распростране-
ние на судах морского флота получили водяные противопожарные
системы (рис. 7.5). Объем автоматизации этих систем предусматривает
Рис. 7.4. Схема центрального аппарата дымовой пожарной сиг-
нализации

поддержание постоянного давления в трубопро-
водах автоматическим пуском и остановкой по-
жарных насосов, дистанционное или автоматическое
управление арматурой и автоматическая подача
огнегасящей жидкости непосредственно к оча-

гу пожара. Для осуществления последней функции на пожарных
трубопроводах, размещенных в защищаемых помещениях, устанав-
ливают специальные распыливающие насадки-спринклеры. Такие

системы называют спринклерными.

Спринклер (рис. 7.6) состоит из штуцера 1, служащего соедини-
телем с пожарным трубопроводом, диафрагмы 2, проходное отверстие
которой закрыто стеклянным клапаном 3 с металлической оправкой
4. Клапан удерживается стеклянной колбой 5, наполненной низкоки-
пящей жидкостью. Рама 6 имеет на конце розетку для распыления
воды. Вода к спринклерам подводится от двух независимых участков
пожарной магистрали.

Рассмотрим работу спринклерной системы при возникновении
пожара в помещении. При температуре воздуха, достигшей опасного
предела, жидкость в колбе 5 закипает. Давление паров жидкости раз-
рушает стеклянные стенки колбы, клапан 3 открывает отверстие
в диафрагме и вода из пожарного трубопровода поступает в помеще-
ние, распыляясь на розетке рамы 6. При срабатывании одного или
нескольких спринклеров давление в пожарном трубопроводе резко

Рис. 7.5. Схема водяной спринклерной системы

1 — насос; 2 — приемный клинкет; 3 — автоматический клапан; 4 — маги-
страль; 5 — пневмоцистерна; 6 — датчик давления; 7 — дистанционно
управляемый клапан; 8 — датчик давления в магистрале; 9 — сприн-
клеры

Рис. 7.6. Схема
спринклера
Рис. 7.7. Конструктивная схема реле
давления РДК-57

Рис. 7.8. Схема дистанционного управ-
ления клапаном

падает. По сигналу от датчика давления (см. рис. 7.5) пожарный насос
автоматически запускается и забортная вода подается к месту пожара.

В качестве датчика давления для судовых пожарных систем может
быть использовано реле давления типа РДК-57, предназначенное для
работы в диапазоне давлений 0,025. . . 1,2 МПа. Реле выдает в систему
управления два сигнала: один - при достижении верхнего, другой -
при достижении нижнего предельного давления в трубопроводе.
Чувствительным элементом реле (рис. 7.7) является мембрана 2, уста-
новленная в корпусе 4, давление подводится через отверстие в шту-
цере 1. В состав реле входят две одинаковые по конструкции контакт-
ные группы, каждая из которых состоит из поршня 3, двух штифтов 5,
микропереключателя 6, подушки 9, рычагов 7, 10 и стойки 11с пружи-
ной. Пружины имеют различную степень предварительного сжатия:
меньшую - пружина 8 группы нижнего предела давления и большую -
пружина 12 группы верхнего предела. Контактные группы закрыты
общей крышкой (на рис. 7.7 не показана).

Сигналы от реле давления используются также для световой сигна-
лизации на пульте управления о работе насоса и давлении в магистра-
ли.

Арматурой пожарных систем управляют различными способами.
На пожарных магистралях, обеспечивающих участки со спринклера-
ми, целесообразна установка автоматических разобщительных клапа-
нов, открывающихся по импульсу об исчезновении давления в систе-
ме или по сигналу от датчика давления. Запорные клапаны у пожар-
ных рожков на палубе и в надстройках обычно открывают и закрывают
вручную. Дистанционное управление применяют только для клапанов,
разобщающих основные участки пожарной магистрали (носовой, кор-
мовой). Органы дистанционного управления клапанами сосредоточены
на пульте управления в рулевой рубке или ЦПУ. Схема дистанционно-

го управления одним клапаном, построенная
элементах УСЭППА, показана на рис. 7.8.

на

пневматических
При включении пневмотумблера 1 (положение „О”) сжатый воздух
давлением 0,14 МПа поступает в верхнюю полость усилителя давления
2. Мембрана усилителя прогибается, закрывается выход в атмосферу
и открывает проход силовому воздуху давлением 0,6 МПа, который
поступает в верхнюю полость мембранного привода 3. Клапан 4 откры-
вается. При полном открытии клапана срабатывает сигнализатор поло-
жения 5. Воздух давлением 0,14 МПа поступает в верхнюю полость
пневмоэлектропреобразователя 6, замыкающего контакты в цепи
лампы 7, сигнализирующей об открытии клапана. Для закрытия кла-
пана тумблер переводят в положение „3” и воздух из цепей управле-
ния стравливается в атмосферу.

Конструкция дистанционно управляемого запорного клапана
с пневмоприводом показана на рис. 7.9.

Автоматизация процессов управления противопожарными систе-

мами других типов принци-
пиально не отличается от
описанных выше. Следует
отметить, что вследствие
сравнительно небольших
диаметров трубопроводов
этих систем (20. . . 50 мм)
целесообразно применять
клапаны с электромагнит-
ным приводом. Управление
ими может быть как дистан-
ционным, так и автомати-
ческим. При автоматизации
противопожарных систем,
использующих газы и жид-
кости, вредные для здоро-
вья человека, в охраняе-
мые помещения должен
быть выведен сигнал „Га-
зы”, а на пост управления -
сигнал „Газ пошел”.

Системы отопления мор-
ских транспортных судов в
зависимости от вида тепло-
носителя подразделяют на
паровые, водяные и воз-
душные. Для отопления
служебных нежилых поме-
щений, обогрева цистерн в
основном применяют систе-
мы парового отопления.
Жилые помещения и часть
служебных, где постоянно
находятся люди, обогревают

Рис. 7.9. Конструкция запорного клапана
с пневмоприводом

1 — корпус; 2 — тарелка; 3 — уплотнение; 4 — шток;
5 — поршень; 6 — маховик ручного управления; 7 —
шпиндель; 8 — штуцер подачи воздуха; 9 — корпус
сервомотора; 10 — пружина
на современных судах системами воздушного отопления, входящими
в системы кондиционирования. В состав систем парового, а также
водяного отопления помимо источника тепла (паровые вспомогатель-
ные и утилизационные котлы, водоподогреватели, которые включают-
ся в состав энергетической установки) входят трубопроводы, арматура
и паровые или водяные грелки, расположенные в обогреваемых поме-
щениях.

Теплоносителем в системах парового отопления служит насыщен-
ный пар, который, проходя через грелки, отда|т тепло, конденсирует-
ся и в виде конденсата отводится в сборную цистерну.

В системах водяного отопления используют горячую воду. Давле-
ние греющего пара и температуру воды поддерживают на постоянном
уровне системами автоматического регулирования, которыми обору-
дованы источники тепла (котел, нагреватель). Автоматическое поддер-
жание заданной температуры может осуществляться регулированием
количества греющего пара или воды, проходящих через грелки. В этом
случае в каждом помещении или на группу помещений должны быть
установлены датчики температуры и автоматические регулирующие
клапаны. Автоматическое регулирование двухпозиционное: при повы-
шении температуры воздуха клапаны закрываются, при понижении -
открываются. Подобные регуляторы для систем отопления нерацио-
нальны, поскольку при учете особенностей каждого помещения сум-
марные затраты на систему автоматики оказываются слишком велики.

В системах парового отопления для повышения эффективности
использования тепла греющего пара устанавливают специальные
устройства - конденсатоотводчики, обеспечивающие полную конден-
сацию пара в грелках, а следовательно, и максимальную отдачу им
тепла. На судах применяют конденсатоотводчики поплавкового,
термостатического и лабиринтного типов. Конденсатоотводчики
размещают на паровом трубопроводе сразу же после грелки.

В лабиринтовом конденсатоотводчике (рис. 7.10) конденсат из
грелки по вертикальному каналу 7 поступает под клапан 5, поднимает
его и по кольцевой проточке 6 в корпусе клапана 1 попадает в выпуск-
ной канал 2. После выхода из грелки всего конденсата по каналу 7
будет поступать пар. Попав в полость 3 между крышкой 4 и клапаном

Рис. 7.10. Лабиринтовый конденса-
тоотводчик

5, пар прижимает клапан 5 к седлу и
дальнейшее его поступление в по-
лость 3 прекращается. Когда пар
сконденсируется, в полости 3 про-
изойдет разрежение, после чего кла-
пан 5 откроется и пропустит порцию
конденсата, образовавшегося в грел-
ке. Затем цикл работы повторится.
Таким образом, через грелку про-
ходит всегда только такое количе-
ство пара, которое может сконден-
сироваться в ней при данных усло-
виях теплообмена.

Применение конденсатоотводчп-
ка обеспечивает саморегулирование
Рис. 7.11. Схема балластно-осушительной системы

1 — сигнализаторы нижнего и верхнего уровней; 2 — приемные патрубки; 3, 6 —
дистанционно управляемые клапаны; 4 — отливной кингстон; 5 —

ный насос; 7 — балластный насос

системы парового отопления и позволяет отказаться от автоматиче-
ских регуляторов температуры воздуха в помещении.

Балластные системы предназначены для приема водяного баллас-
та в цистерны и перекачки его в целях изменения осадки, крена и диф-
ферента судна. Балластные системы (рис. 7.11) состоят из цистерн, на-
сосов, приемных и отливных кингстонов, трубопроводов и запорной
арматуры. Состав этих систем и частота их использования определяют-
ся типом судна.

Балластные системы сухогрузных судов часто объединяют с систе-
мами осушения, предназначенными для удаления воды, попавшей
в помещения. Вследствие эпизодического использования балластных
систем применение устройств, полностью автоматизирующих процессы
балластировки, для сухогрузных судов экономически невыгодно.

АСУ балластными системами на современных сухогрузных судах
включает в себя: дистанционное управление арматурой и насосами
с пульта (щита) в ЦПУ, сигнализацию об открытом положении армату-
ры на мнемосхеме системы, сигнализацию о достижении верхнего
уровня в цистернах, автоматическую защиту насосов при срыве дав-
ления и их остановку при достижении верхнего уровня. В объединен-
ных балластных и осушительных системах также предусмотрены
автоматический пуск и остановка насосов при достижении предельных
уровней в цистернах с автоматическим открытием или закрытием
путевой арматуры. Для этой цели в балластных цистернах и сборных
колодцах должны быть установлены сигнализаторы уровня, обеспечи-
вающие выдачу сигнала при управлении по верхнему и нижнему
значениям уровня, а на напорных трубопроводах насосов - датчики
давления. В ЦПУ предусмотрена также установка кренометра и указа-
телей осадки, руководствуясь показаниями которых вахтенный меха-
ник выполняет операции по выравниванию крена и дифферента судна.
Для автоматизации балластных и осушительных систем можно при- 1
менять электрические, пневматические и гидравлические элементы. |
Так как арматура этих систем чаще всего имеет пневматический ‘
привод, наибольшее распространение получили пневмоэлектрические |
системы с пневматическими управляющими цепями и электрически- i
ми линиями сигнализации. В таких системах дистанционное управле-
ние клапанами осуществляют с пульта (щита) управления в ЦПУ уста- 1
новкой пневмотумблера определенного клапана в положение „О” или j
„3” (см. рис. 7.9). При срабатывании клапана задвигается или гаснет |
лампа сигнализации на мнемосхеме системы. Увравление режимами
работы насосов производят также из ЦПУ. Схемы управления насоса-
ми аналогичны системам управления вспомогательными механизмами |
СЭУ, рассмотренным в гл. 5.	1

Для контроля и измерения уровня в емкостях балластных и осу- 1
шительных систем используют пневматические мембранные сигнали- |
заторы и датчики верхнего и нижнего уровней типов СУМП, СУМП-А, I
ПМДУ, ПМДУ-5, а также сигнализаторы типов МЭСУ, ЭСУ, УУЖЭК, |
РУМ и др.	1

Сигнализатор СУМП (рис. 7.12) состоит из измерительного устрой- |
ства 2 и усилителя 5.Чувствительным элементом является мембрана 1, |
через пружину 3 воздействующая на шарик клапана 6. Давление 1
питания подается одновременно к измерительному устройству и уси- |
лителю. При значении уровня меньше заданного мембрана находится 1
в нижнем положении, шариковый клапан 6 открыт и воздух выходит I
в атмосферу по трубке 4. Когда I
уровень жидкости достигает задан- 1
ного значения, мембрана 1 будет на- 1
ходиться в верхнем положении и 1
пружина 3 плотно прижмет шарик к 1
седлу клапана. Давление перед уси- |
лителем возрастет и на выходе по- 1
явится сигнал, равный давлению |

Рис. 7.12. Схема мембранного сиг-
нализатора верхнего уровня с пнев-
матическим выходом

Рис. 7.13. Схема автоматического
удаления грязных вод

1 — датчик нижнего уровня; 2 — сборная
цистерна; 3 — датчик верхнего уровня;

4 — пускатель электродвигателя; 5 —
насос; 6 — бортовой невозвратный кла-
пан
питания. Таким образом, выходной сигнал сигнализатора равен нулю
или 0,14 МПа.

Пневматические датчики уровня в отличие от сигнализаторов при
изменении уровня в заданных пределах выдают непрерывный (анало-
говый) сигнал, изменяющийся в диапазоне 0,02. . .0,14 МПа.

В качестве датчика давления при автоматизации балластных и осу-
шительных систем используют также реле давления типа РДК-57,
устройство которого было рассмотрено выше.

Системы бытового водоснабжения и сточно-фановые предназначе-
ны для обеспечения хозяйственных, бытовых и санитарных нужд
судна пресной и забортной водой, а также для удаления бытовых отхо-
дов и фекальных вод. Для обеспечения равномерной подачи воды к
потребителям обычно предусмотрены пневмоцистерны, которые запол-
няют до определенного уровня или давления насосом соответствую-
щей системы. После выключения насоса вода из пневмоцистерн пода-
ется в общесудовую сеть под действием давления сжатого воздуха,
заполняющего верхнюю часть цистерны. В фановых системах для сбо-
ра отходов и фекальных вод также служат цистерны, при заполнении
которых до определенного уровня должен быть включен насос, уда-
ляющий отходы за борт. Автоматизация данной группы систем
(рис. 7.13) заключается в обеспечении автоматического пуска и оста-
новки насосов при достижении заданного давления или уровня в ци-
стернах с выводом сигнализации о работе насосов и превышении уста-
новленного уровня на пульт управления общесудовыми системами.
В системах мытьевой воды предусмотрено автоматическое регулиро-
вание температуры горячей воды в пределах 66... 70 ’С.

АСУ фановыми системами обеспечивает автоматическое удаление
за борт грязных вод из сборной цистерны или только автоматическую
остановку насоса после опорожнения последней. Для предотвращения
выброса грязных вод в порту и прибрежных районах в первом случае
должна быть предусмотрена возможность отключения автоматики
с сохранением действия предупредительной сигнализации в ЦПУ
о достижении предельного уровня в сборной цистерне.

Автоматизированные системы вентиляции и кондиционирования
воздуха входят в группу общесудовых систем, обеспечивающих оби-
таемость судна путем поддержания заданного теплового и влажностно-
го баланса в помещениях. Системы вентиляции служат для подачи
в помещения свежего наружного воздуха и удаления из них загряз-
ненного.

Для комфортных условий труда и отдыха экипажа в помещениях
судна должна поддерживаться температура 20... 22 °C и относитель-
ная влажность 40. . . 60 % при скорости движения воздуха в помеще-
нии в пределах 0,15. . ,0,3 м/с. В системе кондиционирования преду-
смотрен непрерывный подвод в помещения воздуха определенной
температуры и влажности (летом - охлажденного и осушенного,
зимой - теплого и увлажненного).

На современных морских судах наиболее широко распространены
системы кондиционирования, в которых тепловлажностная обработка
Рис. 7.14. Схемы систем кондиционирования
с обработкой воздуха в центральном агрегате:
а — одноканальная; б—двухканальная

1 — центральный агрегат; 2 — вентилятор; 3 — первич-
ный нагреватель; 4 — фильтр; 5, 7 — регулирующие
заслонки; 6 — воздухозаборная крышка; 8 — канал ре-
циркуляции; 9 — воздухораспределитель; 10 — вторич-
ный нагреватель; И — увлажнитель; 12 — воздухоохла-
дитель; 13, 17 — регулирующие заслонки каналов I и
II; 14,15 — трубопроводы каналов I и II; 16 — регулятор
соотношения

поступающего воздуха полностью происходит в центральных агрега-
тах. Центральные агрегаты обычно работают в двух установившихся
режимах „Лето” и „Зима”. В зависимости от числа ступеней обработки
воздуха в агрегате и количества выходных каналов системы конди-
ционирования разделяют на одно- и двухканальные (рис. 7.14).

Регулирование параметров воздушной среды в помещениях при
одноканальных системах осуществляют изменением количества пода-
ваемого воздуха, при двухканальных системах дополнительно пере-
распределяется количество воздуха, поступающего из каналов I и II.

В системах кондиционирования с применением центральных агре-
гатов задачи регулирования сводятся к поддержанию заданных темпе-
ратур и влажности обработанного воздуха на выходе из центрального
Рис. 7.15. Способы регулирования температуры воздуха на выхо-
де из центрального агрегата: а — обвод воздуха помимо тепло-
обменника; б — изменением соотношения наружного и рецирку-
ляционного воздуха; е — изменением расхода теплохладоноси-
теля через теплообменник

1 — подвод наружного воздуха; 2 — подвод рециркуляционного воздуха;
3 — вентилятор; 4 — теплообменник; 5 — регулирующая заслонка; 6 — ре-
гулятор; 7 — датчик температуры

Рис. 7.16. Схема автоматизированной одноканальной системы
кондиционирования воздуха
агрегата и изменению этих параметров по заранее заданному закону ?
в соответствии с режимом работы кондиционера.	!

Температуру воздуха на выходе из центрального агрегата можно ,
регулировать несколькими способами (рис. 7.15). В схеме с обводом j
воздуха помимо теплообменника (рис. 7.15, а) в центральной части
агрегата устанавливают регулирующую заслонку, которая по сигналу
от датчика температуры увеличивает или уменьшает количество '
воздуха, поступающего к выходу агрегата. Во второй схеме (рис. 7.15, б)
температуру воздуха на выходе регулируют избиением начальных
параметров воздуха, поступающего в теплообменник. Регулирующая ]
заслонка в этом случае изменяет соотношение между количествами
наружного и рециркуляционного воздуха, поступающего в агрегат, j
Наиболее распространен в судовых системах кондиционирования спо- =
соб регулирования температуры воздуха изменением расхода тепло-
или хладоносителя, поступающего в теплообменник агрегата i
(рис. 7.15, в). Эта схема проста и надежна. Для ее реализации исполь- ’
зуют выпускаемые промышленностью серийные датчики и исполни-
тельные механизмы.	J

Влажность воздуха на выходе из центрального агрегата в режиме <
„Лето” регулируется автоматически. При охлаждении нагретого
наружного воздуха влажность его обычно повышается и находится ;
в пределах санитарных норм. Для поддержания влажности воздуха
в режиме „Зима” в составе центрального агрегата предусмотрены спе- .
циальные увлажнители, которые по сигналам от датчиков влажности
или температуры впрыскивают распыленный пар в струю проходящего
воздуха.

Для регулирования параметров воздуха в судовых системах кон-
диционирования могут быть применены электрические и пневматиче-
ские системы автоматики, а также регуляторы прямого действия.

Рассмотрим пример автоматизации одноканальной системы конди- !
ционирования воздуха. Система кондиционирования (рис. 7.16) состоит
из центрального кондиционера 4, холодильной установки 25, воздухо-
проводов 11, 17, воздухозаборной крышки 10 и воздухораспредели-
телей 18. Наружный воздух проходит через воздухозаборную крышку
10, смешивается с рециркуляционным воздухом и поступает в конди-
ционер 4, где очищается от пыли в фильтре 7 и в зависимости от потреб-
ности нагревается и увлажняется или охлаждается или осушается.
Обработанный таким образом воздух подается вентилятором 3 по
системе воздуховодов к воздухораспределителям 18. Из помещения
воздух через дверные решетки выходит в коридор, оттуда 30 % его по- <
ступает через рециркуляционные каналы в кондиционер, а оставшееся
количество удаляется системой общесудовой вентиляции.

При работе системы в летнем режиме воздух охлаждается и осу-
шается в воздухоохладителе 2. Температура воздуха на выходе из кон- я
диционера регулируется терморегулирующим вентилем 1, который j
пропускает необходимое количество хладоносителя (фреон-12) в за- >;
висимости от температуры наружного воздуха. Для защиты помещений j
от переохлаждения в рециркуляционном канале установлен датчик i
температуры 12, который при охлаждении рециркуляционного воздуха
до температуры 21 °C воздействует на термореле 14 и выключает ком-
прессоры холодильной машины.

При работе системы в зимнем режиме воздух в кондиционере подо-
гревается в первичном нагревателе 5 до температуры около 18 °C,
затем увлажняется в увлажнителе 24 и поступает во вторичный нагре-
ватель 21, где подогревается до температуры 25. . .43°C в зависимо-
сти от температуры наружного воздуха. В камере за вентилятором
установлен датчик температуры 15, который через ПИ-регулятор 8 воз-
действует на регулирующий клапан 6 подачи пара к первичному нагре-
вателю 5 и увлажнителю 24, обеспечивая заданные температуру и влаж-
ность за первичным нагревателем. В канале забора свежего воздуха
и в камере за вторичным нагревателем установлены датчики темпера-
туры 9, 20, которые через ПИ-регулятор температуры 22 воздействуют
на клапан 23 подачи пара во вторичный нагреватель кондиционера.
При этом поддерживается и изменяется температура воздуха на выхо-
де из кондиционера в зависимости от температуры наружного воздуха:
чем она ниже, тем выше температура воздуха на выходе. Температура
воздуха в помещении регулируется изменением поступающего коли-
чества воздуха поворотом рукоятки воздухораспределителя 18. При
индивидуальном регулировании параметров воздуха в помещениях
некоторые воздухораспределители могут быть частично прикрыты,
вследствие чего при стабильном режиме работы вентилятора конди-
ционера в остальные помещения будет поступать количество воздуха
больше расчетного и параметры воздушной среды в них отклонятся
от заданных.

Для сохранения постоянного расхода воздуха в помещения в си-
стеме предусмотрен регулятор статического давления, состоящий из
датчика давления 19, регулятора 16 и исполнительного механизма 13.
При значительных изменениях тепловой нагрузки на воздухоохлади-
тели кондиционера холодопроизводительность холодильной установ-
ки регулируется тремя ступенями - 100, 75, 50 % общей холодопроиз-
водительности с помощью реле давления (подробнее о регулировании
холодильных установок см. § 7.4).

Применяемые в системе регуляторы построены на пневматических
элементах УСЭППА. Система регулирования обеспечивает после вклю-
чения вентилятора кондиционера автоматический выход на рабочий
режим, а также переход с режима „Лето” на режим „Зима”.

В данной системе для регулирования влажности воздуха измеряют
косвенный параметр - его температуру, что объясняется сложностью
создания датчиков влажности с пневматическим выходным сигналом.
При создании систем автоматизации кондиционеров на электрических
элементах может быть использован электролитический подогревный
датчик влажности, устройство которого показано на рис. 7.17. Датчик
представляет собой термометр сопротивления 1, покрытый металли-
ческим защитным патроном 2, предотвращающим химическое воздей-
ствие электролита на обмотку датчика. Электролитом служит хлори-
стый литий, обладающий большой гигроскопичностью. Над защитным
1	2	3	«

Рис. 7.17. Датчик влажности типа
ЭПДВ

слоем размещен слой стекловолокна
3, пропитанный электролитом. По-
верх стекловолокна спирально намо-
таны два электрода подогревателя 4
из платиновой проволоки, соединяю-
щиеся между собой через слой элек-
тролита. I

Температура внутри защитного
патрона 2, измфяемая термометром

1, зависит от количества тепла, выделяемого электродами 4 при
прохождении по ним тока. При повышении влажности воздуха электро-
проводность слоя хлористого лития увеличивается, сила тока возра-
стает, соответственно растет температура внутри патрона 2, а также
количество влаги, испаряющейся из электролита. В равновесном
состоянии количества поглощаемой электролитом и испаряемой влаги
равны, сила тока и количество тепла постоянны и температура внутри
патрона 2 определяется влажностью воздуха

Чувствительный элемент датчика включается в мостовую схему,
выдающую сигнал о разбалансе между заданной и измеряемой влаж-
ностью воздуха.

Дальнейшая автоматизация систем вентиляции и кондициониро-
вания воздуха связана с совершенствованием алгоритмов управления
и созданием более качественной аппаратуры.

§ 7.3.	АСУ грузовыми системами

В эксплуатационный цикл судов танкерного флота входят грузо-
вые операции, к которым относят погрузку и выгрузку жидких грузов,
распределение их по танкам, контроль за уровнем груза в танках
и балластировку танкера для перехода без груза. Для грузовых опе-
раций танкеры оборудуют специальными грузовыми и зачистными
системами, а также устройствами для замера уровня груза.

Грузовая система (рис. 7.18) предназначена для погрузки и выгруз-
ки груза и распределения его по танкам. Основные элементы грузовой
системы: насосы, трубопроводы, приемные и промежуточные клинке-
ты. Грузовые насосы обычно имеют паротурбинный привод, их разме-
щают в изолированном насосном отделении. Погрузка обычно обеспе-
чивается насосами береговой станции. Груз подается по специальным
гибким шлангам, соединенным с патрубками для погрузки, поступает
в магистраль и через открытые приемные клинкеты проходит в танки
судна. Выгрузка производится судовыми грузовыми насосами.

Зачистная система танкера предназначена для удаления из танков
остатков груза, не выбранных грузовой системой. По устройству
зачистная система аналогична грузовой, но имеет значительно мень-
шие производительность и диаметры трубопроводов. В некоторых слу-
чаях зачистная система может быть объединена с балластной систе-
мой танкера.
Рис; 7.18. Схема грузовой системы

1 — патрубки для выгрузки; 2 — насосное отделение; 3 — патрубки для погрузки; 4 —
секущийклинкет между группами танков; 5 — приемные клинкеты; 6 — перемычка; 7 —
магистральные трубопроводы; 8 — грузовые насосы;/, II, III — группы танков

Для управления процессом грузовых операций необходимо:
своевременно в определенной последовательности открывать
и закрывать клинкеты грузовой, зачистной и балластной систем тан-
кера;

контролировать уровень груза в каждом из танков;

осуществлять пуск и остановку грузовых, зачистных и балластных
насосов, устанавливать соответствующие режимы их работы.

Автоматизация и централизация управления процессами приема
и выдачи груза в ЦПУ грузовыми операциями (ЦПУГО) позволяют
сократить время стоянки судна под погрузкой и выгрузкой на 30.. .
40 %, ликвидировать тяжелый физический труд при управлении арма-
турой, повысить безопасность выполнения грузовых операций.

Системы дистанционного управления арматурой являются про-
стейшими неавтоматизированными системами управления и совместно
с устройствами дистанционного замера уровня обеспечивают центра-
лизованное управление грузовыми операциями.

Наиболее распространены гидравлические системы дистанционно-
го управления арматурой грузовых систем. Основными элементами
таких систем (рис. 7.19) являются насосная станция 1, обеспечивающая
подачу силового масла давлением 4. . .10 МПа в систему управления,
прибор управления 1Ц расположенный в ЦПУГО, клинкеты 14 с гид-
равлическими сервомоторами 13 и трубопроводы, связывающие основ-
ные элементы.

В состав насосной станции входят масляный бак 15, два масляных
насоса 16 с электроприводами, пневмогидроаккумуляторы 2, предо-
хранительная, регулирующая арматура и контрольно-измерительные
приборы. Один насос и пневмогидроаккумулятор являются резерв-
ными.

Для работы системы необходимо с местного щита или дистанцион-
но из ЦПУГО запустить насос 16. Масло из бака 15 будет подаваться
Рис. 7.19. Схема гидравлической системы дистанционного управления
клинкетами

насосом через невозвратный клапан 5 в общую напорную магистраль 8
и оттуда к трехпозиционным четырехходовым распределителям 10,
установленным на приборе управления 11 в ЦПУГО. Избыток масла
от распределителей по сливной магистрали направляется в бак 15. При
превышении давления в системе над заданным открывается предохра-
нительный клапан 7, который перепускает масло по трубопроводу 17
обратно в бак. Давление контролируют по манометрам 6.

Распределитель 10 служит для управления одним клинкетом
и рукояткой может устанавливаться в одно из трех положений: „Клин-
кет открыт”, „Клинкет закрыт” и „Нейтрально”.

Для того чтобы закрыть клинкет 14, необходимо переместить руко-
ятку распределителя 10 в положение „Клинкет закрыт” (на рис. 7.19 -
влево). Золотник распределителя сместится влево и сообщит напорную
и сливную магистрали с трубопроводами 12. Под действием разности
давлений поршень сервомотора 13 опустится и закроет клинкет 14. Для
сигнализации о перемещении клинкета в сливном трубопроводе уста-
новлена вертушка 9, приводимая во вращение потоком масла. Когда
поршень сервомотора придет в крайнее положение, движения масла
в трубопроводе не будет и вертушка остановится, сигнализируя о том,
что клинкет закрыт. Время перемещения сервомотора регулируется
дроссельным клапаном, установленным на трубопроводе рядом с рас-
пределителем.

После закрытия клинкета рукоятка распределителя устанавлива-
ется в положение „Нейтрально”. При этом золотник перекрывает слив-
ное и напорное отверстия распределителя и клинкет остается закрытым
при сохранении давления в сервомоторе 13. Для открытия клинкета
рукоятку распределителя следует перевести в положение „Клинкет
открыт”. При этом напорная магистраль соединится с нижней полостью
сервомотора, а сливная - с верхней. Поршень сервомотора будет дви-
гаться вверх и клинкет откроется. Рукоятка распределителя после
открытия клинкета должна быть оставлена в положении „Клинкет
открыт”, чтобы не допустить самопроизвольного закрытия клинкета
вследствие утечек масла и падения давления в нижней полости сер-
вомотора.

Поддержание постоянного давления и пополнение утечек масла
в системе при выключенном насосе осуществляются пневмогидроакку-
муляторами 2, которые сообщаются с напорной магистралью 8 через
блокировочный клапан 3 и невозвратный клапан 4. Перед установкой
в насосную станцию верхние полости аккумуляторов заполняют воз-
духом или инертным газом (например, азотом) под давлением, равным
около 0,6 рабочего давления насоса. При работе насоса нижняя полость
аккумулятора заполняется маслом и давление в аккумуляторе стано-
вится равным давлению в магистрали 8. После отключения насоса
невозвратный клапан 5 закрывается, отсекая магистраль 8 от насоса,
и аккумуляторы через блокировочный клапан 3 питают систему,
поддерживая в ней давление и восполняя утечки. Расход масла на по-
полнение утечек приводит к постепенному падению давления в акку-
муляторах. При уменьшении давления до 0,7 рабочего блокировочный
клапан 3 перекрывает доступ масла от аккумулятора в магистраль 8.
Одновременно по импульсу от реле давления автоматически запуска-
ется насос. Запас масла в аккумуляторах пополняется через невоз-
вратный клапан 4. Излишки масла сбрасываются в бак по трубопрово-
ду 17. При достижении в аккумуляторах давления масла, равного
рабочему, реле давления автоматически выключает насос.

Конструктивная схема пневмогидроаккумуляторов показана
на рис. 7.20. Для аварийного управления клинкетами в составе систе-
мы предусмотрен переносный ручной гидравлический насос, который
при необходимости может быть присоединен непосредственно к трубо-
проводам 12 (см. рис. 7.19) сервомотора клинкета.

Гидравлические системы, подобные описанной выше, установле-
ны на отечественных танкерах типа „Лисичанск”. Рабочее давление
масла в них равно 4,5 МПа.

Системы дистанционного измерения уровня груза в танках судна
являются неотъемлемой частью общего комплекса автоматизации гру-
зовых операций и предназначены для непрерывного контроля за уров-
нем груза в танках в течение всего времени проведения грузовых опе-
раций. В состав этих систем входят измерители уровня, преобразую-
щие устройства, показывающие приборы, трубопроводы и линии связи.
Помимо соответствия общим требованиям, предъявляемым к системам
и устройствам судовой автоматики, измерители уровня и преобразую-
щие устройства должны обладать следующими свойствами: высокой
точностью и стабильностью показаний в большом диапазоне измерений
(до 10...20м); высокой коррозионной стойкостью при длительной
Рис. 7.20. Схемы пневмогидроаккумулято-
ров: а — поршневого; б — мембранного

1 — штуцер отвода жидкости; 2 — нижняя
крышка; 3 — рабочая жидкость; 4 — поршень;

5 — уплотнения; 6 — корпус; 7 — воздушная по-
лость; 8 — верхняя крышка; 9, 10 — штуцеры
подвода газа; 11 — верхняя крышка; 12 — воз-
душная полость; 13 — мембрана; 14 — рабочая
жидкость; 15 — клапан разрядки; 16 — штуцер
отвода жидкости

работе в агрессивных средах;
удовлетворять жестким требо-
ваниям пожарной безопасности
на танкерах.

Необходимость обеспече-
ния этих свойств существенно
усложняеткоздание указанных
элементов? систем измерения
уровня и ограничивает возмож-
ность выбора их из числа эле-
ментов, выпускаемых промыш-
ленностью. Широкое примене-
ние на судах получили системы
с датчиками поплавкового
типа, а также пневматические
системы измерения уровня с
применением датчиков пнев-
меркарторного типа. Пневмер-
картерные системы позволяют
измерять также плотность жид-
кости в танках (груз, балласт),
общую массу груза в танке
и осадку судна.

Рассмотрим упрощенную схему пневмеркартора (рис. 7.21), предназ-
наченного для этих целей. В танке 1 вертикально устанавливают три
трубы 2, 3, 4, нижние концы которых открыты. В трубы 2, 3 подается
сжатый воздух, который, пройдя через слой груза, поступает в воздуш-
ное пространство танка. Расход воздуха устанавливается специальным
регулятором расхода 7 в пределах 0,8.. . 1,2 л/мин на каждую измери-
тельную трубу. Труба 4 служит для сообщения воздушного пространства
танка 1 с полостью жидкостного манометра 8. Запорный кран имеет два
положения „Уровень” и „Плотность” и предназначен для подключения
трубопровода 4 или 3 к жидкостному манометру 8. Давление в изме-
рительной трубе 2 контролируется также пружинным манометром 6.

Для измерения уровня запорный кран 5 следует установить в по-
ложение „Уровень” (рис. 7.21, а). При этом левая полость манометра 8

Рис. 7.21. Схема работы пневмеркар-
торной системы

соединяется с воздушным про-
странством танка и на столбик
жидкости в левой полости мано-
метра действует давление Pj. В за-
висимости от высоты уровня
груза Н и давления в воздушном
пространстве танка pt в трубопро-
воде 2 устанавливается давление
р2, которое подводится к правой
полости манометра 8. При этом
разность уровней h в полостях мо-
нометра будет равна

h =(Р2"Р1)/1’м или

Л?м=Р2-Р1.	(7.1)
Поставив вместо р2 его значение, определяемое по уравнению Бернул-
ли, после некоторых преобразований получим

Н~ b’M/Vx)h или H=Kh,	(7.2)

где - плотность рабочей жидкости в жидкостном манометре, г/см3;
уж - плотность жидкости (груза) в танке, г/см3; К - переводной коэф-
фициент.

Таким образом, для определения уровня груза достаточно знать
показания манометра h, плотность груза или переводной коэффициент
К (при перевозке груза одного сорта).

'Для измерения плотности жидкости переключающий кран 5 уста-
навливают в положение „Плотность” (рис. 7.21, б). При этом сжатый
воздух поступает через измерительные трубы 2, 3 в танк. Расстояние
между концами труб 2 и 3 равно Н2. Так как жидкостным манометром
измеряется разность давления (р2 - р3), определяемая высотой столба
Н2, то на основании выражения (7.2) можно записать: Н2уж=ЬУи.

Величины Н2 и ум для конкретного устройства постоянны, поэтому

УЖ=КЬМ.	(7.3)

Следует отметить, что при постоянной высоте площади танка FT из
выражения (7.2) можно определить массу груза в танке при данной
высоте уровня Н.

Известно, что GT=FT7fPx. Подставив значение Н из выражения
(7.2), получим GT =FTyuh.

Произведение FTyM = Кт для каждого танка является постоянной
величиной, поэтому

GT =Krh.	(7.4)

При удовлетворении требований взрыво- и пожаробезопасности
на танкерах могут применяться системы измерения, преобразующие
устройства которых построены на электрических элементах. Напри-
мер, при использовании поплавкового датчика дистанционное измере-
ние уровня может быть выполнено с помощью сельсинной передачи
(рис. 7.22, а), электрические элементы которой заключены в герметич-
ный кожух. За счет подбора шестерен зубчатой передачи обеспечивают
грубый и точный отсчеты уровня. Перспективным является способ
измерения уровня с помощью ультразвукового импульса от излучате-
ля до приемника (рис. 7.22, б). Установка приемника и излучателя
может производиться как в нижней, так и в верхней части танка. При
верхнем расположении улучшается обслуживание приборов, но тре-
буется увеличение их мощности и усложнение схемы из-за больших
потерь энергии на затухание колебаний и зависимости скорости ультра-
звука от изменений давления и температуры воздуха.

При использовании систем дистанционного управления арматурой
и дистанционного измерения уровня необходимо постоянное участие
Рис. 7.22. Схемы электрических систем дистанционного измере-
ния уровня: а — с сельсинной передачей; б — с применением
ультразвука

1 — танк; 2 — поплавок; 3 — направляющая; 4 — груз; 5 — шкив; 6 — соеди-
нительная муфта; 7 — зубчатая передача; 8 — сельсин-датчик грубого
отсчета; 9 — указатель грубого отсчета; 10 — щит контроля в ЦПУГО; 11 —
указатель точного отсчета; 12 — линии связи; 13 — сельсин-датчик точно-
го отсчета; 14 — указатель уровня; 15 — переключатель диапазонов; 16 —
синхронизатор; 17 — генератор; 18 — излучатель; 19 — приемник; 20 — уси-
литель^! — измеритель времени

человека в процессе управления грузовыми операциями и не исключе-
ны ошибки с его стороны при выполнении большого числа операций
управления и контроля.

Автоматизированные системы управления обеспечивают автома-
тическое выполнение наиболее важных операций процесса погрузки
и выгрузки (открытие и закрытие клинкетов при достижении в танке
заданного уровня, балластировки танкера и т. д.) без непосредственного
участия человека. На рис. 7.23 приведена схема автоматизированной
системы, в которой для выполнения этих функций предусмотрена спе-
циальная штекерная панель 10. В верхней части панели расположены
штекерные гнезда выходов от измерительных труб 2, 3, 4 пневмеркар-
торного измерителя уровня, в нижней части размещены мнемосхемы
грузовой, зачистной и балластной систем, на которых группе клинке-
тов соответствует отдельное штекерное гнездо. При соединении гиб-
кими трубками 9 выходов измерительных труб с гнездами соответ-
ствующих клинкетов можно заранее набрать определенную программу
открытия и закрытия клинкетов. Так как в измерительные трубы 2,
3, 4 подается сжатый воздух, то при заполнении или опорожнении
танка до уровня, соответствующего положению нижнего конца какой-
5	6	7

25	24 25 22 21 20 19 18 17	16

Рис. 7.23. Схема АСУ грузовыми операциями

1 — грузовой танк; 2, 3, 4 — измерительные трубы; 5, 9 — гибкие шланги; 6 —
штекерные гнезда замера уровня и плотности; 7 — клапан продувки; 8 — подача
сжатого воздуха; 10 — штекерные гнезда набора программы; И — гидрораспреде-
лители; 12 — вход и выход силового масла; 13 — сигнал об окончании погрузки
танка; 14 — подача силового воздуха; 15 — рукоятка ручного управления; 16 —
сервомотор; 17 — трубопровод силового воздуха; 18 — пневмоусилитель; 19 —
кнопка дистанционного управления; 20 — сигнал на пуск балластного насоса;
21 — панель с манометрами; 22 — водяной манометр точного замера уровня; 23 —
ртутный манометр грубого замера уровня; 24 — трубопроводы силового масла;
25 — клинкет

либо из труб, в измерительном трубопроводе изменится давление.
Сигнал об этом и используется для управления. Так, при достижении
уровня, равного примерно половине высоты танка, нижний конец
трубы 3 погрузится в жидкость и в трубопроводе давление скачкооб-
разно возрастет. Сигнал об изменении давления подается в систему
управления балластным насосом. При полной загрузке танка конец
трубы 4 также погрузится в жидкость и давление в трубопроводе воз-
растет. По сигналу об увеличении давления 13 срабатывает усилитель
18, подающий сжатый воздух давлением 0,6 МПа в сервомотор 16,
управляющий распределителем И. Золотник распределителя смещает-
ся и направляет поток масла по трубопроводам 24 на закрытие клин-
кета 25.

Автоматизированные системы подобного типа хотя и облегчают
труд оператора по управлению грузовыми операциями, но не обеспе-
чивают автоматического поддержания осадки и крена супна в задан-
ных пределах, постоянного контроля за уровнем груза, защиты насо-
сов от перегрузки и срыва давления. Разрешить эти проблемы возмож-
но установкой на суда автоматизированных систем с программным
управлением (рис. 7.24), в состав которых входят блоки логического
управления и контроля (БЛУК), предназначенные для логической
ПУ — пульт управления; БЛУК — блок логического программно-
го управления и контроля; ЩУ — щит уровнемеров; ДО — датчик
осадки; ДД — датчик давления; ДК — датчик крена; ИП — испол-
нительный пункт; ИУ — измеритель уровня; ДНК — датчик на-
пряжения в корпусе; НС — насосная станция; АСУМ — автоном-
ная система управления механизмами

обработки сигналов управления и обратной связи. В таких системах
программу проведения грузовых операций также набирает оператор

установкой в нужное положение на центральном пульте органов

управления клинкетами и насосами. Правильность составления прог-







раммы проверяют с помощью контрольного устройства, имеющегося
в БЛУК. После включения системы все операции управления выпол-
няются автоматически. При этом БЛУК, обрабатывая сигналы, посту-

пающие от клинкетов, измерителей уровня, датчиков крена, осадки,
напряжений в корпусе, автономных систем управления механизмами

обеспечивает проведение грузовых операций по заданной программе
с поддержанием допустимых значений осадки, крена, напряжений

в корпусе и загрузки механизмов.

Применение АСУ с блоками логического управления и контроля
обеспечит в дальнейшем переход к автоматическому управлению
грузовыми операциями с помощью судовой ЭВМ.

§ 7.4.	АСУ холодильными установками

Холодильные установки используют на судах для сохранения

и обработки пищевых продуктов и грузов, охлаждения воздуха в си-

стемах кондиционирования, изготовления искусственного льда и т.
На специальных судах-рефрижераторах и рыбопромысловых
холодильные установки являются обязательным оборудованием для
технологического процесса транспортировки или обработки груза.
На сухогрузных морских судах и танкерах холодильные установки
обычно служат для охлаждения провизионных камер и воздуха в си-
стемах кондиционирования.

Необходимый объем автоматизируемых процессов и операций,
применяемые средства автоматизации зависят от типа установки, вида
применяемого хладагента и способа передачи холода.

Наиболее распространены на судах компрессорные холодильные
установки, использующие в качестве холодильных агентов аммиаки
и фреоны - жидкости, кипящие при низких температурах. Компрес-
сорные холодильные установки могут работать с системами непосред-
ственного и рассольного охлаждения. Системы непосредственного
охлаждения обычно применяют в установках средней и малой мощно-
сти. Хладагентом в них является фреон. В этих установках (рис. 7.25, о)
жидкий хладагент из конденсатора 8 через раздаточный коллектор 7
с регулирующими вентилями 6 подается непосредственно в батарею
охлаждения 4. Соприкасаясь со стенками батареи, хладагент кипит
и отбирает от батареи тепло, равное теплоте кипения. Терморегулирую-
щий вентиль 5 регулирует давление кипения хладагента в охлаждаю-
щей батарее. Пары хладагента по линии всасывания 3 отсасываются
компрессором 1, сжимаются и через водомаслоотделитель направляют-
ся в конденсатор 8.

Системы рассольного охлаждения чаще всего применяют в уста-
новках большой мощности на судах промыслового флота и грузовых
судах-рефрижераторах.

В установках с системами рассольного охлаждения используют
промежуточный хладоноситель (рассол), циркулирующий непосред-
ственно в контуре охлаждения объектов и помещений. В этих установ-
ках (рис. 7.25, б) жидкий хладагент (обычно аммиак) из конденсатора 8
направляется в специальный испаритель 13, где, испаряясь, отбирает
тепло от промежуточного хладоносителя, прокачиваемого насосом 12
через батареи охлаждения 4. Пары хладагента отсасываются компрес-
сором 1 и в сжатом виде направляются в конденсатор, где охлаждают-
ся и превращаются в жидкость.

При создании систем автоматического регулирования холодиль-
ных установок необходимо ясно представлять, в каком агрегатном
состоянии (жидкость, пар) находится хладагент в той или иной точке
холодильной системы, какие термодинамические процессы происходят
в период работы холодильной установки. Графики идеального цикла
работы холодильной установки в осях р, и и Т, s приведены на рис. 7.26.
Из графиков видно, что основные термодинамические процессы про-
ходят в основном оборудовании установки. Кипение хладагента
(процесс 4-1) осуществляется в испарителе, снижение паров (процесс
2-3)- в конденсаторе, сжатие паров (процесс 1-2) - в компрессоре.

Компрессор выполняет основную роль в установке: непрерывным
отсасыванием паров обеспечивает кипение хладагента в испарителе,
Рис. 7.25. Схемы холодильных установок с системами не-
посредственного (а) и рассольного охлаждения (6)

1 — компрессоры; 2 — линии нагнетания; 3 — линии всасывания;
4 — батареи охлаждения; 5, 6 — регулирующие вентили; 7 —
раздаточные коллекторы; 8 — конденсаторы; 9 — охлаждающая
вода; 10 — водомаслоотделители; 11 — рассольные трубопроводы;
12 — насос; 13 — испаритель

а нагнетанием сжатых паров в конденсатор создает необходимые усло-
вия для их сжижения.

Основной задачей системы автоматического регулирования холо-
дильной установки является поддержание температуры охлаждаемых
помещений в заданных пределах соответствующим изменением режи-
ма работы. К основным регулируемым параметрам и процессам отно-
сят: холодопроизводительность установки, давление конденсации
Рис. 7.26. Графики идеального цикла работы холодильной установки
в осях р, и (а) и Т, s (6)

хладагента, уровень хладагента в конденсаторе и испарителях, авто-
матическое удаление воздуха из охлаждающей системы. При выходе
из строя автоматики должна быть обеспечена возможность ручного
управления холодильной установкой.

Регулирование холодопроизводительности установки необходимо
для поддержания температуры охлаждаемых помещений в заданных
пределах, т. е. должно соблюдаться равенство между тепловой нагруз-
кой помещений и холодопроизводительностью установки. Так как теп-
ловая нагрузка помещений судна не остается неизменной, а подверже-
на колебаниям, то и холодопроизводительность установки должна
изменяться в соответствующих пределах.

Регулирование холодопроизводительности может быть осуществ-
лено несколькими способами. Наиболее целесообразным является спо-
соб регулирования холодопроизводительности плавным изменением
частоты вращения компрессоров установки. Однако усложненность
схемы регулирования частоты вращения двигателя компрессора огра-
ничивает возможности этого способа.

В судовых холодильных установках наибольшее распространение
получил способ позиционного регулирования холодопроизводитель-
ности пусками и остановками компрессоров. В этом случае заданная

Рис. 7.27. Схема позиционного регулирования холодопроизво-
дительности установки с помощью реле температуры (а) и гра-
фик изменения температуры в охлаждаемом помещении (6)
М — мотор; К — компрессор
температура в охлажденном помещении поддерживается в некотором
заранее заданном диапазоне (рис. 7.27). Разница между температурами
пуска и остановки компрессора называется температурным дифферен-
циалом. Для судовых помещений его значение не должно превышать
2 °C. В качестве датчиков таких систем регулирования служат двухпо-
зиционные реле температуры РТ или реле давления.

Чувствительный элемент реле температ;

yAi обычно устанавливают
:и. Использование давления

непосредственно в охлаждаемом помещении,

для косвенного измерения температуры осаждаемого помещения
основано на зависимости давления в линии всасывания компрессора
от температуры помещения. Если при неработающем компрессоре тем-
пература в охлаждаемом помещении повышается, то увеличивается
интенсивность кипения хладагента в батареях охлаждения и повыша-
ется давление в линии всасывания. Реле давления, подсоединенное
к линии всасывания, включает компрессор. При понижении давления
до заданного компрессор отключается. В холодильных установках
высокой холодопроизводительности обычно устанавливают несколько
компрессоров. В этих случаях холодопроизводительность установки
можно регулировать ступенями, включая в работу только часть ком-
прессоров, обеспечивающих установившуюся тепловую нагрузку. Дан-
ный способ благоприятно сказывается и на работе судовой электро-
станции, так как уменьшает колебания мощности, связанные с пуском
и остановкой мощных электродвигателей компрессоров.

Регулирование заполнения конденсаторов и испарителей жидким
хладагентом (регулирование уровня) необходимо для поддержания
холодопроизводительности компрессора в заданных пределах и обе-
спечения экономичной работы установки. При уменьшении тепловой
нагрузки на батарею охлаждения (испаритель) количество хладагента,
превращающегося в пар в единицу времени, также уменьшается
и уровень жидкого хладагента в испарителе повышается. Вследствие
этого возможно попадание жидкости во всасывающую линию компрес-
сора, что приведет к быстрому износу деталей компрессора, а при гид-
равлических ударах и к выходу его из строя. При падении уровнй
ниже расчетного резко ухудшается экономичность работы установки.

Для регулирования заполнения конденсаторов и испарителей при-
меняют регуляторы уровня и регуляторы перегрева (рис. 7.28.). В ка-
честве регуляторов уровня в конденсаторах при автоматизации

































I



Рис. 7.28. Способы регулирования заполнения конденсаторов и испарителей:
а — с регулятором уровня прямого действия; б, в — с регуляторами перегрева
крупных судовых холодильных
установок широко распространены
поплавковые реле уровня типа
ПРУ-4Т, ПРУ-5Т в сочетании с элек-
тромагнитными запорными клапана-
ми (рис. 7.29).

Датчиком является поплавко-
вая камера 3, выполненная из не-
магнитной стали и соединенная тру-
бопроводами с емкостью 1, в кото-
рой необходимо поддерживать уро-
вень. Снаружи камеры 3 размещены
две катушки 5, индуктивное сопро-
тивление которых изменяется в за-
висимости от положения полого по-
плавка 4 из магнитной стали, пере-

Рис. 7.29. Схема установки и устрой-
ство реле ПРУ-4Т

мешающегося вместе с уровнем жидкости внутри поплавковой каме-
ры. При отклонении уровня за заданные пределы нарушается баланс
моста переменного тока электронной схемы, расположенной во вто-
ричном приборе 6, и на электромагнитный клапан 8 подается сигнал.
Клапаны 2, 7, 9 служат для проверки действия прибора и отключения

его от емкости.

Поскольку положение поплавка 4 зависит от плотности жидкости,
реле ПРУ имеет три отметки, определяющие нулевое положение дат-
чика для трех сред: воды, аммиака и фреона.

Регуляторы перегрева применяют для регулирования заполнения
испарителей, не имеющих свободного уровня хладагента. Наиболее
распространены в судовых установках пропорциональные регуляторы
прямого действия - терморегулирующие вентили (ТРВ), регулирую-
щие заполнение испарителя в зависимости от разности температуры
пара на выходе из испарителя и температуры кипения. Так как непо-
средственно измерить температуру кипения хладагента достаточно
трудно, вместо этого чувствительным элементом регулятора измеряет-
ся соответствующее температуре давление кипения у входа в испари-
тель (см. рис. 7.28, в). В охлаждающих системах с испарителями змееви-
кового типа, имеющих большую длину и соответственно большие поте-
ри давления, ТРВ регулирует заполнение испарителя в зависимости
от разности температуры и давления пара на выходе из испарителя,
для чего чувствительный элемент ТРВ соединяют внешней уравнитель-
ной трубкой с выходной линией испарителя.

Рассмотрим принцип действия и устройство терморегулирующего
вентиля типа ТРВА-М, схема включения которого показана на рис. 7.30.
Терморегулирующий вентиль типа ТРВА-М предназначен для регули-
рования заполнения испарителей аммиачных холодильных установок
(об этом указывает буква А в обозначении). Вентиль устанавливается
на входе испарителя.

Чувствительным элементом ТРВ является мембрана 5, расход
хладагента регулируется клапаном 3. ТРВ имеет термобаллон 8,
Рис. 7.30. Схема установки и устройство терморегулирую-	1

щего вентиля ТРВА-М	9

заполненный низкокипящей жидкостью (фреон) и соединенной калил- 1
лярной трубкой 6 с полостью над мембраной 5.	Ч

Полость под мембраной через уравнительную трубку 7 соединена 1
с выходной линией испарителя 9. Таким образом, на мембрану 5 свер- I
ху действует давление жидкости термосистемы, соответстующее тем- Г
пературе пара на выходе испарителя, а снизу - давление, равное дав- I
лению кипения хладагента в испарителе. Установку регулятора на за- f
данную производительность осуществляют винтом 1 (изменяется сте- I
пень сжатия установочной пружины 2).	•’

При возрастании разности между температурой пара на выходе 1
и температурой кипения хладагента мембрана 5 прогибается и через I
шток 4 приоткрывает клапан 3, увеличивая поступление хладагента 1
в испаритель.	1

Уменьшение разности температур свидетельствует о наполнении ]
испарителя. При этом силы, действующие на мембрану снизу, прикры- ]
вают клапан и подача хладагента в испаритель уменьшается.

Так как клапан терморегулирующего вентиля не обеспечивает I
плотного закрытия жидкостной линии на время прекращения работы 1
компрессора, то в полностью автоматизированных установках перед д
ТРВ устанавливают запорный электромагнитный клапан ЭМК.	'

Регулирование давления конденсации осуществляется в больших 1
холодильных машинах, конденсатор которых охлаждается забортной 1
водой. При постоянном поддержании давления конденсации паров 1
хладагента значительно упрощается работа регуляторов заполнения I
испарителей. Давление конденсации зависит от температуры охлаж- 5
дающей воды и от расхода ее через конденсатор. При увеличении рас- I
хода или снижении температуры охлаждающей воды давление конден- J
сации уменьшается. Соответственно снижается электрическая мощ- ]
ность, потребляемая компрессором, что улучшает экономические ]
характеристики установки.	|

Автоматическое поддержание давления конденсации в заданных 1
пределах наиболее часто осуществляется регуляторами давления пря- ]
мого действия (рис. 7.31).	!
Рис. 7.31. Регулирование давления конденсации:

а — схема установки регулятора: 1 — от компрессора; 2 — импульсный
трубопровод; 3 — выход охлаждающей воды; 4 — регулятор; 5 — вход
охлаждающей воды; 6 — к испарителю; 7 — конденсатор

б — устройство регулятора: 1 — винт-задатчик; 2 — корпус; 3 — пружина;
4 — клапан; 5 — масляное уплотнение; 6 — шток; 7 — крышка; 8 — мембра-
на; 9 — уплотнение; 10 — седло

Чувствительный элемент регулятора воспринимает давление паров
хладагента на входе в конденсатор и при отклонении его от заданного
регулятор увеличивает или уменьшает подачу воды в конденсатор.

Во избежание утечки хладагента при прорыве мембраны в регуля-
торах фреоновых установок предусмотрено специальное уплотнение
в виде масляной ванны.

Автоматическое удаление воздуха из холодильной установки
необходимо для повышения экономичности ее работы. Обычно для
удаления воздуха служат автоматические воздухоотделители, дей-
ствие которых основано на охлаждении смеси воздуха и паров хлад-
агента, поступающей из конденсатора в ресивер установки, до темпе-
ратуры кипения.

Хладагент при этом конденсируется, образовавшаяся жидкость
отводится в трубопровод низкого давления и воздух удаляется через
автоматический клапан. На рис. 7.32, а приведена схема, в которой

Рис. 7.32. Схемы автоматического удаления воздуха
чувствительный элемент регулятора 4 воспринимает разность давле-
ния в конденсаторе и давления, соответствующего температуре кон-
денсации.

Для измерения давления конденсации служит термочувствитель-
ная система 2, заполненная тем же хладагентом, что и установка.

При попадании воздуха в установку давление в конденсаторе 3
возрастает на значение парциального давления воздуха, мембрана
чувствительного элемента регулятора прогнется вниз и клапан регу-
лятора откроется.	я

Смесь воздуха и паров хладагента будет перепущена из ресивера 1
в воздухоотделитель 5, откуда сконденсированный хладагент направ-
ляется в общий трубопровод 7, а воздух удаляется по трубопроводу 6.

Отклонение температуры воздуха от температуры конденсации
хладагента использовано в устройстве автоматического удаления воз-
духа, показанном на рис. 7.32, б. Смесь воздуха и паров хладагента
по трубопроводу 7 поступает в воздухоохладитель 2 из ресивера 1.

Пары хладагента конденсируются на змеевике 6, подача жидкости
в который регулируется отдельным ТРВ 3. Воздух собирается в верх-
ней части устройства 2 и постепенно охлаждается. При приближении
температуры воздуха к температуре конденсации регулятор темпера-
туры 5 открывает выход для удаления воздуха через трубопровод 4,
жидкий хладагент по трубопроводу 8 возвращается в ресивер.

Все холодильные установки, устанавливаемые на судах, должны
быть оборудованы автоматической защитой и сигнализацией.

Автоматическая защита установки осуществляется по следующим
параметрам:

снижение давления всасывания;

повышение давления нагнетания;

повышение температуры нагнетания компрессора;

снижение давления охлаждающей воды компрессора;

снижение давления смазочного масла компрессора;

повышение температуры смазочного масла;

снижение расхода воды через конденсатор.

В качестве датчиков указанных параметров используют реле
давления и температуры, настроенные на соответствующий диапазон
срабатывания. Сигналы от датчиков защиты поступают на магнитные
пускатели компрессоров и на электромагнитные клапаны, расположен-
ные на трубопроводах установки. Все процессы включения и выключе-
ния механизмов, а также отклонения в работе установки от нормаль- ']
ного режима должны фиксироваться сигнальными лампами и при
необходимости звуковыми сигналами. Сигнальные лампы, переключа-
тели и электрические измерительные приборы монтируют на щите
управления и сигнализации, располагаемом либо в ЦПУ, либо рядом '
с холодильными машинами.

Схема включения приборов автоматики холодильной установки «
с рассольной системой охлаждения приведена на рис. 7.33.

На крупных установках современных рефрижераторов судов |
контроль параметров (температуры в охлаждаемом помещении, 1


Рис. 7.33. Схема АСУ холодильной установкой с рассольной системой
охлаждения

1 — щит управления; 2 — световая и звуковая сигнализация; 3 — маслоотдели-
тель; 4 — реле давления; 5 — компрессор; 6 — водорегулирующий клапан; 7 —
конденсатор; 8 — ТРВ; 9 — термочувствительный патрон; 10 — реле температуры;
11 — электромагнитные клапаны; 12 — испаритель; 13 — насос; 14 — батареи
охлаждения

давления, температуры компрессора и т. д.) и защиту установки осу-
ществляют специализированные машины контроля, входящие в комп-
лексную систему автоматизации СЭУ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Для чего необходима автоматизация судовых систем?

2.	В чем преимущества децентрализованной структуры системы управления?

3.	Какое оборудование входит в состав противопожарной системы?

4.	Каким способом регулируют влажность воздуха в системах кондициони-
рования?

5.	Каково назначение и устройство пневмогидроаккумуляторов?

6.	Перечислите основные способы замера уровня груза в танках.

7.	В чем заключается способ позиционного регулирования холодопроизво-
дительности холодильной установки?

14 Зак. 87
Раздел III.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСУ СУДОВЫМИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ И СИСТЕМАМИ

Глава 8.	"

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ АСУ

§ 8.1.	Основные понятия и определения

Современные АСУ судовыми энергетическими установками яв-
ляются весьма сложными изделиями*, предназначенными для выпол- |
нения многих функций управления, регулирования и контроля. .5
В состав систем входит большое число механических, пневматических, |
гидравлических и электрических устройств, приборов и блоков, свя- I
занных между собой различного рода соединениями. Все эти изделия I
должны длительное время работать в специфических судовых уело- 1
иях, сохраняя свои технические показатели в заданных пределах. I
Выход из строя или отклонение выходных характеристик какого-либо I
прибора или устройства автоматически может привести к нарушению 1
работы основных механизмов и оборудования энергетической установ- |
ки, к аварии и даже гибели судна.	1

Поэтому уже на самых ранних стадиях создания систем и средств |
автоматизации очень важно определить, насколько надежно будут pa- 1
ботать выбранные схемы и конструкции, не будут ли выходить из 1
строя составляющие их элементы, какие меры следует предпринять |
для исключения случаев нарушения их работоспособности.

Ответ на эти вопросы можно получить лишь после изучения надеж- |
ности создаваемого изделия.

Надежностью называют свойство изделия выполнять заданные 1
функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных |
пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность 1
любого изделия определяют применительно к тем условиям, в кото- 1
рых его будут эксплуатировать. Надежность как свойство изделия |
неразрывно связано с понятием отказа. Отказом называют событие, |
заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Работоспо- я
собным считают изделие, способное выполнять заданные функции с па- 1
раметрами, установленными требованиями технической документа- 1
ции. Поэтому под отказом следует понимать не только полную утрату J
работоспособности изделия вследствие выхода из строя (полный я
отказ), но и отклонение параметров изделия от установленных j

Здесь и далее в гл. 8 в понятие ,.изделие” входят элементы, блоки, прибо-
ры, устройства и системы управления.
пределов (частичный отказ). Например, снижение чувствительности
или точности измерительного устройства какого-либо регулятора или
датчика ниже допустимого предела является отказом, несмотря на то
что устройство продолжает работать.

В зависимости от характера возникновения отказы подразделяют
на внезапные и постепенные. Внезапные отказы возникают в результа-
те резкого скачкообразного изменения основных параметров под воз-
действием многих случайных факторов, связанных с внутренними
дефектами элементов, нарушением рабочих режимов, ошибками
обслуживающего персонала и другими причинами.

Постепенные отказы - это следствие постепенных, плавных изме-
нений характеристик элементов изделия, появляющихся в результа-
те старения, скрытых изменений свойств материалов и т. д.

При рассмотрении вопросов надежности отказы в основном отно-
сят к случайным, независимым событиям, появление которых точно
предсказать невозможно, так как они обусловлено совместным воз-
действием большого количества факторов и сложных процессов на
выходные параметры изделия. Однако наряду с независимыми могут
встречаться и зависимые отказы, возникающие вследствие действия
других отказов. Например, отказ регулятора давления воздуха в пнев-
матических системах управления может привести к повышению дав-
ления в системе и, как следствие, к отказам пневмоэлементов из-за
разрыва мембранного полотна. При анализе надежности элементов
и соединений различают также отказы типов „обрыв”, „короткое замы-
кание”, ложное срабатывание.

Правильная формулировка понятия отказа имеет большое значе-
ние при определении надежности изделия.

От отказов следует отличать неисправности, под которыми под-
разумевают повреждения изделия, не вызывающие нарушения его
работоспособности. К неисправностям относят, например, повреждения
отдельных корпусных деталей аппаратуры, нарушение защитно-деко-
ративных покрытий и др.

Для оценки надежности все изделия можно разделить на два
основных вида: системы и элементы.

Системой называют совокупность двух или более совместно дей-
ствующих изделий, предназначенных для самостоятельного выполне-
ния заданных функций.

Элементом называют часть системы, выполняющую определенные
ограниченные функции. Такое деление в достаточной мере условно
и зависит от того, на каком уровне рассматривается надежность изде-
лия. В общем случае одно и то же изделие может быть представлено
как в виде системы, так и в виде элемента. Например, блок электро-
питания системы управления при определении надежности всей систе-
мы можно рассматривать как элемент, а при определении надежности
самого блока - как систему. Во втором случае в качестве элементов
будут выступать входящие в состав блока усилители, трансформаторы,
стабилизаторы и т. д. Простейшие элементы механических систем -
детали, трубопроводы, соединения, а элементы электронных систем -
Рис. 8.1. Виды соединений элементов в системах! а — основное; б —
параллельное; в — смешанное	<

I

сопротивления, катушки, конденсаторы, реле, сельсины, электродви-
гатели, транзисторы, монтажные провода, пайки, контакты и т. д.

Элементы, входящие в состав системы, можно соединять между
собой в различных сочетаниях. С точки зрения надежности различают
три вида соединений элементов в системах: основное, параллельное
и смешанное (рис. 8.1). Следует иметь в виду, что данные виды соеди-
нений могут не совпадать с принятыми в принципиальных схемах
традиционными соединениями элементов (последовательным и парал-
лельным).

Изделия могут быть ремонтируемыми и перемонтируемыми.

Ремонтируемые изделия после возникновения отказа подвергают-
ся ремонту и продолжают выполнять свои функции. Перемонтируемые
изделия после отказа не восстанавливаются и подлежат замене.

Практически все системы управления являются ремонтируемыми
изделиями. К перемонтируемым изделиям относят простейшие эле-
менты, а также те блоки и узлы, ремонт которых в судовых условиях
невозможен или нецелесообразен.

Надежность - весьма важный обобщающий показатель качества
изделия. Надежное изделие должно обладать такими свойствами, как
безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость и долговечность.

Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность
в течение некоторого времени без вынужденных перерывов.

Ремонтопригодность - приспособленность изделия к предупреж-
дению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем
проведения технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять заданные эксплуа-
тационные показатели в течение установленного срока хранения
и транспортировки.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность
до предельного состояния с необходимыми перерывами для техниче-
ского обслуживания и ремонта.

Предельное состояние изделия определяют невозможностью его
дальнейшей эксплуатации вследствие старения, износа, снижения без-
опасности обслуживания и т. д.

Приведенные выше определения и понятия позволяют только
качественно охарактеризовать надежность изделия. Между тем для
выполнения расчетов надежности, проведения сравнительной оценки из-
делий по надежности и выбора обоснованных требований к надежности
необходимы количественные характеристики, определяющие надеж-
ность систем и элементов. К таким характеристикам, позволяющим
достаточно полно оценить степень надежности большинства механи-
ческих и электрических элементов, входящих в состав систем и
устройств судовой автоматики, относят: интенсивность отказов X;
вероятность безотказной работы в течение заданного времени р(1);
наработку на отказ Тср; ресурс и срок службы.

При изучении и использовании указанных характеристик следует
учитывать принятое ранее положение о том, что возникновение отказа
есть случайное событие, заранее и достоверно предугадать появление
которого невозможно. Вследствие этого большинство характеристик
надежности имеет вероятностный характер, т. е. показывает степень
объективно существующей возможности свершения рассматриваемого
события. Рассмотрим указанные характеристики, способы их опреде-
ления и существующие между ними зависимости.

Интенсивность отказов X - характеристика, наиболее полно опре-
деляющая надежность элементов. Интенсивность отказов какого-либо
элемента равна вероятности отказа этого элемента в единицу времени.
Численное значение интенсивности отказов обычно определяют по ре-
зультатам проведения специальных испытаний большого количества
таких элементов на надежность или из опыта их эксплуатации. При
этом если отказавшие элементы заменяют новыми и общее количество
испытываемых элементов не меняется, интенсивность отказов находят
как отношение числа отказавших за период испытаний или эксплуата-
ции элементов п к произведению общего количества элементов No и
времени испытаний или эксплуатации t:

k(t) = n/(Not).	(8.1)

Из выражения (8.1) следует, что интенсивность отказов зависит
от времени и имеет размерность

Х(1) = 1/[1] = 1/ч=ч-1.

Опыт эксплуатации изделий судовой автоматики показывает, что
для большинства из них характер зависимости интенсивности отказов
от времени имеет вид, представленный на рис. 8.2. Кривая изменения

интенсивности отказов имеет три доста-
точно четко выраженных характерных
участка. Участок I является периодом
приработки элементов. В этот период наб-
людается повышенное число отказов
вследствие недостатков изготовления и
монтажа, а также в связи с выходом из
строя слабых элементов со скрытыми де-
фектами. По мере замены этих элементов
новыми интенсивность отказов умень-
шается. Длительность периода приработки

Рис. 8.2. Типичная зависи-
мость интенсивности отка-
зов от времени
Рис. 8.3. Коэффициент изменения интен-
сивности отказов в зависимости от назна-
чения аппаратуры и условий ее эксплуа-
тации

I — лабораторные условия; Л -- наземная ста-
ционарная аппаратура; Л/ — корабельная аппа-
ратура; IV — поездная аппаратура; V — самолет-
ная аппаратура; VI — ракетная аппаратура

для сложных изделий нередко составляет сотни часов. Участок // соот-
ветствует периоду нормальной эксплуатации. В этот период интенсив-
ность отказов сохраняется примерно на одном уровне (А const),
а отказы носят в основном внезапный характер. Продолжительность
этого периода обычно достигает нескольких тысяч часов и зависит от
среднего срока службы элементов и условий эксплуатации. На участке
Ш интенсивность отказов быстро увеличивается вследствие износа
и старения основной массы элементов. По достижении времени t2
эксплуатация должна быть прекращена.

Интенсивность отказов в значительной мере зависит от условий
эксплуатации (рис. 8.3). Особенно чувствительны к изменениям усло-
вий эксплуатации электронные элементы, у которых с повышением
электрической нагрузки, а также температуры окружающей среды ин-
тенсивность отказов резко возрастает, а продолжительность периода
нормальной эксплуатации сокращается. Численные значения интен-
сивностей отказов некоторых типов элементов приведены в литера-
туре [2, 12].

Вероятность безотказной работы за определенный период време-
ни p(t) служит наиболее распространенной количественной характе-
ристикой надежности элементов и систем.

Вероятность безотказной работы определяет вероятность того, что
в заданном интервале времени -t2 при работе элемента или систе-
мы не произойдет ни одного отказа. Для большинства изделий судовой
автоматики зависимость вероятности безотказной работы от времени
имеет вид, представленный на рис. 8.4. Как следует из характера кри-
вой, вероятность безотказной работы обладает следующими свой-
ствами:

О p(t)« 1;

p(t) = l при 1 = 0;

p(t) = O при 1 = °°.
Численное значение вероятности
безотказной работы за время t может
быть найдено по результатам испыта-
ний данного типа элементов на на-
дежность:

p(t) = (N0-n)/N0>	(8.2)

где No - начальное число испытуемых
элементов; п - число элементов, от-
казавших за время t.

При наличии данных об интенсив-
ности отказов элемента численное зна-
чение р(0 определяют по выражению

p(t) = e-JK<ddt = exp (- j h(t)dt),

Рис. 8.4. Зависимость вероятно-
сти безотказной работы от

времени

(8.3)

где е = 2,718.. . - основание натуральных логарифмов; t - заданное
время работы элемента.

Понятием, обратным вероятности безотказной работы, является
вероятность отказа q(t). Эти характеристики взаимно дополняют одна
другую и связаны между собой следующим соотношением:

p(0 + q(0 = l-

(8.4)

К количественным характеристикам надежности элементов и си-
стем относят наработку на отказ, называемую также средним време-
нем безотказной работы и характеризующую среднее количество часов
работы элемента между двумя соседними отказами. Если ряд элемен-
тов проработал за определенный календарный срок суммарное вре-
мя Т и имел при этом п отказов, то среднюю наработку на отказ данно-
го типа элементов определяют по выражению

Тер = Т/п.	(8.5)

Наработка на отказ связана с вероятностью безотказной работы
элемента соотношением

Гср=Тр(0Л.	(8.6)

о

Наработка на отказ является характеристикой, удобной для срав-
нения надежности однотипных изделий. Однако при ее использовании
следует учитывать, что значения Тср, полученные по формуле (8.6), при
характере изменения интенсивности отказов изделия, аналогичном
показанному на рис. 8.2, в действительности определяют время, за ко-
торое вероятность безотказной работы изделия уменьшается до зна-
чения р(0 = 0,37, т. е. время, за которое из 100 эксплуатируемых изде-
лий в среднем выйдут из строя 63 изделия. Поэтому для надежной
работы изделий необходимо, чтобы заданное время t было значительно
меньше Тср. Например, для АСУ и средств автоматизации необходимо,
чтобы отношение t/Tcp в большинстве случаев было не более
0,01. . . 0,8.

К характеристикам надежности, определяющим долговечность
изделия, относят ресурс и срок службы. Ресурс - это время работы
изделия (в часах) до достижения им предельного состояния, при кото-
ром дальнейшая эксплуатация невозможна или нецелесообразна. Срок
службы - календарное время эксплуатации изАелия до момента на-
ступления предельного состояния. Срок службы обычно исчисляют
в часах или годах. Ресурс современных судовых АСУ достигает 25. . .
50 тыс. ч, а срок их службы составляет 20... 25 лет. Важное значение
для АСУ и средств автоматизации имеет такая специфическая харак-
теристика, как период непрерывной работы, т. е. количество часов,
в течение которых изделие должно работать непрерывно с вероятно-
стью безотказной работы не ниже установленного требованиями тех-
нической документации. Продолжительность периода их непрерывной
работы составляет 2... 5 тыс. ч. При этом вероятность безотказной ра-
боты должна быть равна 0,95 или выше.

Для сложных АСУ и САР периодического действия, а также для
систем, работа которых связана с простоями, необходимыми для
обслуживания и устранения отказов, удобной характеристикой для
оценки надежности служит коэффициент готовности, определяющий
вероятность работоспособности системы в произвольно выбранный
момент времени в промежутке между выполнением планового техни-
ческого обслуживания:

^сум/Осум ^рем "* ^обсл)>

(8-7)

где кг - коэффициент готовности; fcyM - суммарная наработка в тече-
ние заданного времени, ч; fpeM - время ремонта, ч; <о6сл - время
обслуживания, ч.

Надежность таких систем можно оценивать, определяя вероятно-
сти нормального функционирования в течение заданного времени:

Рф(0 = Р(0кг,

(8-8)

где P(t) — вероятность безотказной работы системы в течение заданно-
го времени.

Необходимость применения последних характеристик определяет
проектант в зависимости от сложности системы и цели расчета надеж-
ности.

§ 8.2.	Основы оценки надежности

Оценка надежности изделия заключается в определении числен-

ных значений выбранных характеристик надежности и сопоставления
их с требованиями, которые предъявляются к надежности данного
изделия в технической документации (например, в техническом зада-
нии). Надежность изделия следует оценивать последовательно и систе-
матически на всех стадиях его „жизни”: при проектировании, изготов-
лении и эксплуатации. Наиболее важное значение приобретает оценка
надежности на самых ранних этапах создания изделия - при эскизном
и техническом проектировании, когда имеются широкие возможности
для обеспечения заданной надежности изделия с минимальными затра-
тами. На стадии проектирования надежность изделия оценивают,
выполняя расчеты надежности.

Обычно надежность рассчитывают для периода нормальной эксплу-
атации изделий, в течение которого для большинства элементов и си-
стем автоматики интенсивность отказов сохраняется на постоянном
уровне, т. е. X (г) = const. В этом случае основные зависимости между
характеристиками надежности элементов достаточно просто выража-
ются через интенсивность отказов X.

Вероятность безотказной работы элемента в течение заданного вре-
мени t определяют по формуле

p(t) = e~Kt = exp (- Xt),	(8.9)

где t - время непрерывной работы элемента, в течение которого оце-
нивают вероятность безотказной работы, ч. Формулу (8.9) называют
экспоненциальным законом надежности. Значения функции е~х -
= ехр (-х) приведены в табл. 8.1. Вероятность отказа элемента за вре-
мя t определяют по выражению

q(t) = 1 - p(t).	(8.10)

Наработка на отказ

ГсР = 1/Х.	(8.11)

При выполнении ориентировочных расчетов надежности, в случае
если произведение Хг< 0,2, можно использовать более простые при-
ближенные формулы

p(t)=l-Xt;	(8.12)

q(t) = Xt.	(8.13)

По сравнению с вычислениями по формулам (8.9) и (8.10) ошибка
будет составлять не более 3... 4 %, что вполне соответствует точности
исходных данных и цели расчета. Из выражений (8.9). . . (8.13) следует,
что при экспонциальном законе надежность элементов полностью
определяется интенсивностью их отказов.

Для анализа и расчета надежности систем необходимо установить
математические соотношения, отражающие зависимость надежности
систем от надежности ее элементов. Рассмотрим упрощенную модель
Таблица8.1. Значения функции е Х=етр(-х)

X	е~х	X	е~х	X	е~х	X	е~х	X	е~х
0,00	1,000	0,10	0,9048	0,20	0,8187	0,40	0,6703	0,91	0,4025
01	0,9900	11	0,8958	22	0,8025	45	0,6376	92	0,3985
02	0,9802	12	0,8869	24	0,7866	0,50 Ь	0,6065	93	0,3946
03	0,9704	13	0,8781	26	0,7711	55 |	0,5769	94	0,3906
04	0,9608	14	0,8694	28	0,7558	0,60 ь	0,5488	95	0,3867
05	0,9512	15	0,8607	0,30	0,7408	65 1	0,5220	96	0,3829
06	0,9418	16	0,8521	32	0,7261	0,70	0,4966	97	0,3791
07	0,9324	17	0,8437	34	0,7118	75	0,4724	98	0,3753
08	0,9231	18	0,8353	36	0,6977	0,80	0,4493	99	0,3716
09	0,9139	19	0,8270	38	0,6839	0,90	0,4066	1,00	0,3679

некоторой системы (8.5), состоящей из N элементов. Вероятность без-
отказной работы элемента равна р,(0, интенсивность отказов А,-, сое-
динение элементов - основное. Из рис. 8.5 следует, что система будет
работоспособной, если все ее элементы исправны. При выходе из строя
какого-либо элемента система также выходит из строя, т. е. наступает
отказ системы. Таким образом, если система состоит из N элементов,
каждый из которых имеет вероятность безотказной работы pf(t), то ве-
роятность безотказной работы всей системы P(t) при основном соеди-
нении элементов будет равна

^(0 = Pi(0p2(0- • -Pw(0-

(8-14)

Так как р,(0 = ехр (- АД то

P(t) = exp (- t I А.) = exp (- Act).	(8.15)

1	= 1

Интенсивность отказов такой системы из V элементов равна сум-
ме интенсивностей отказов элементов:

N

Ас = Aj + А2 + . . . + Aw = X А,.	(8.16)

(=1

Если система имеет т групп элементов с одинаковыми значениями
интенсивностей отказов, то

т

Ас = п1А1 + п2А2 + . . . +П|А, = X п,-А„	(8.17)

i=i
где п; - число элементов i-й группы.

Если интенсивности отказов всех элементов системы равны, то

Ас =NA,-.

Vi(t) Vz(t)

M~l—Гм

(8.18)

P/tft)

-

Рис. 8.5. Упрощенная модель системы
из N элементов
Вероятность отказа системы по аналогии с выражением (8.10) будет
равна

Q(t) = l- P(t).	(8.19)

Среднее время безотказной работы системы

ТСр=1/Хс.	(8.20)

Учитывая, что Хс = 1/Тср> и подставив это значение в формулу
(8.15), получим еще одно выражение для вероятности безотказной ра-
боты системы

P(t) = exp(-t/Tcp).	(8.21)

Анализ выражений (8.14). .. (8.18) показывает, что надежность
сложной системы при основном соединении определяют количество
элементов и интенсивность их отказов.

Полученные выше выражения справедливы только для систем
с основным соединением элементов. В системах управления этот вид
соединения наиболее распространен, так как он позволяет использо-
вать наименьшее количество элементов, обеспечивающих выполнение
системой заданных функций. Однако в некоторых случаях, например
при оценке надежности уже спроектированных систем или систем,
содержащих элементы с малой надежностью, для которых принимают
меры с целью повышения их надежности, возможно параллельное
соединение элементов. Вероятность безотказной работы системы при
параллельном соединении элементов (см. рис. 8.1, б) определяют сле-
дующим образом. Такая система будет работоспособной при сохране-
нии работоспособности хотя бы одного из элементов, а вероятность ее
отказа будет равна

2(0 = 41(042(0-	(8.22)

Так как 2(0 = 1 - P(t), a qt(0 = 1 - Pt(0. 42(0 = 1 “ Р2(0. то 1 - Р(0 =
= [1- Р1(0Л1- Р2(0]-

Отсюда следует, что вероятность безотказной работы этой системы
при параллельном соединении элементов

Р(0 = 1-[1-Р1(0][1"Р2(0].	(8.23)

Так как при параллельном соединении вероятности безотказной
работы элементов обычно равны, т. е. Pi(0 = Р2(0 = • • • = то для
наиболее распространенного случая двух параллельных цепей

Р(0=1-[1-Р((012.	(8.24)
Интенсивность отказов такой системы можно определить по упро-
щенному выражению

Хс=2Л?Г/[1+ \Г+(М)г	(8.25)

В общем случае при вероятности безотказной работы элементов,
равной Pi(0> и количестве дополнительных Параллельных цепей т
характеристики надежности системы с параллельным соединением
могут быть определены достаточно точно по следующим выражениям:

P(f) = l- (\r)m+1;

Q(0 = (Mm+1;

(8.26)

Xc = mA,?n+1(l-

Вероятность безотказной работы системы при смешанном соедине-
нии ее элементов (см. рис. 8.2, в) находят по формуле (8.14), при этом
значение р,(1) для группы параллельно соединенных элементов опре-
деляют по выражению (8.24) или (8.26). Остальные характеристики
надежности такой системы вычисляют по формулам (8.19) и (8.20).

Полученные выше соотношения позволяют оценить надежность
создаваемых систем на различных этапах проектирования. При этом
номере накопления данных о составе элементов системы, схемных
и конструктивных решениях, условиях и режимах работы элементов
точность оценки надежности повышается от одного этапа к другому.
Выполняемые при проектировании расчеты надежности в зависимости
от полноты данных и целей расчета можно разделить на три основные
группы: предварительные, ориентировочные, полные.

Предварительные расчеты выполняют на самых ранних этапах
проектирования (согласование технического задания, создание струк-
турной схемы системы), когда определены требования к надежности
системы и получены предварительные данные о составе системы и ее
блоков. В этих случаях широко используют сведения о составе и
надежности систем аналогичного назначения. При предварительных
расчетах определяются также возможные варианты распределения
надежности между блоками системы. Рассмотрим порядок выполне-

ния предварительных расчетов на примерах.

Пример 1. Определить возможность создания системы управления 15 объек-
тами, вероятность безотказной работы которой за время t= 1000 ч была бы равна
0,90. Имеются аналогичные системы управления на т2= 10 и т2= 20 объектов. Из
расчетов их надежности известно распределение интенсивности отказов по
группам элементов. Для системы I: к= 0,7 • 10 “6 — 30 шт., Л= 0,3 • 10 ~6 — 65 шт.,
А.= 0,05 • 10 -6— 25 шт.; для системы II: к— 0,85  10 ~6 — 55 шт., Л= 0,37 • 10 -6 —120 шт.,
к = 0,02 • 10 -6- 40 шт.

Решение: 1) исходя из опыта проектирования и данных систем подобного
рода определим среднее количество элементов, приходящихся на один ОУ:

ni+nn (30 + 65 + 25) + (55 + 120 + 40)

п ----------------------------------— 12 шт.;

и11+т2	10 + 20
2)	определим общее количество элементов в проектируемой системе

No = пт = 12 • 15 - 180 шт.;

3)	определим среднюю интенсивность отказов элементов в аналогичных си-
стемах

к

Лср= ( X nk-)/N= (0,7 • 30 + 0,3 * 65 + 0,05 • 25 + 0,85 • 55 + 0,37 • 120 +

+ 0,02-40)10’6/335 = 0,4- 10-6ч-1;

4)	ожидаемая вероятность безотказной работы проектируемой системы
за время t = 1000 ч будет равна

Р(0 = ехр (— Л-ср^оО;

Лооо = ехр (-0,4  10’6 ' 180 • 103) = ехр (- 0,072) = 0,93.

Таким образом, создание подобной системы с заданной надежностью техни-
чески возможна.

Пример 2. Система состоит из двух блоков. Требуемая вероятность безотказ-
ной работы системы P(f) = 0,96. Определить вероятности безотказной работы
блоков, если в состав первого входит 96 элементов, в состав второго 168 элементов.
Элементы в блоках имеют равную надежность.

Решение: 1) определим вероятность отказа системы

Q(t) = 1 -P(t) = 1 - 0,96 = 0,04;

2)	так как Q(t) =» Л.с1, определим значения для блоков, учитывая, что количе-
ство элементов в системе N = п, + п2:

Ajt) = Xctn1/N = 0,04 • 96/264 = 0,014;

X2(t) = A.ctn2/N= 0,04 • 168/264 = 0,0256;

3)	определим вероятности безотказной работы блоков

p,(t) = ехр (—Л.,0 = ехр (-0,014) = 0,986;

р2(t) = ехр (— K2t) = ехр (— 0,0256) = 0,975.

Следовательно, для обеспечения вероятности безотказной работы системы
P(t) = 0,96 вероятности безотказной работы блоков должны составлять соответ-
ственно 0,986 и 0,975.

Ориентировочные расчеты надежности обычно выполняют на на-
чальном этапе технического проектирования, когда приблизительно
известны структура системы, типы и количество элементов, но отсут-
ствуют данные о режимах работы элементов. В ориентировочных рас-
четах соединение элементов в системе считают основным, интенсивности
отказов применяют усредненными по группе однотипных элементов. •.
Для систем управления и контроля оценку надежности производят
по отдельным цепям. Рекомендуется следующая последовательность
расчета:

1)	все однотипные элементы системы объединяют в группы с при-
мерно одинаковыми интенсивностями отказов внутри группы;

2)	по таблицам находят значения интенсивностей отказов элемен-
тов каждой группы	I

3)	вычисляют произведения пД-, определяющие суммарную ин-
тенсивность отказов элементов группы;

4)	определяют общую интенсивность отказов системы путем сум-
мирования произведений пД, по всем группам;

5)	вычисляют характеристики надежности системы.

Пример 3. Определить характеристики надежности системы за время t=
= 2000 ч. Типы элементов и их количество указаны в табл. 8.2.

Решение: 1) пользуясь данными, приведенными в [2, 12], определяем интен-
сивности отказов указанных типов элементов и заносим их значения в таблицу;

2)	вычисляем значения произведений пД,- для каждой группы и заносим
в таблицу; просуммировав эти произведения по всем группам, получим

7

А-с= 29,1 -Ю^ч’1;

1

3)	вероятность безотказной работы системы будет

P(t) = exp (- A.ct) = exp (- 29,1 -10'6 • 2 • 103) - exp (- 0,058) = 0,955;

4)	среднее время безотказной работы системы
^ср = 1/Хс= 1/(29,1 • 10'6) ® 35 тыс. ч.

Таблица 8.2. Сводные данные для определения интенсивности отказов

Номер группы	Тип элементов	Количество ni	\ • 1(Г6, ч-1	(пЛОЮ'6, ч 1
1	Сопротивления	30	0,57	17,1
2	Диоды	6	0,38	2,28
3	Транзисторы	3	1,02	3,06
4	Трансформаторы	1	2,08	2,08
5	Конденсаторы	12	0,04	0,48
6	Реле электромагнитные	5	0,54	2,70
7	Штепсельные разъемы	2	0,70	1.4

При выполнении ориентировочных расчетов надежности целесооб-

разно использовать имеющиеся данные о максимальных и минималь-

ных значениях интенсивности отказов данного типа элементов. В этом

случае получают определенный диапазон изменения характеристик
и надежность системы можно оценить полнее.
Полный расчет надежности производят по готовым принципиаль-
ным схемам системы, ее элементов и блоков. Для выполнения полного
расчета необходимо знать состав системы, условия применения и ре-
жимы работы всех входящих в нее элементов, а также зависимости
изменения интенсивности отказов элементов от условий эксплуата-
ции. Перед началом расчета надо четко сформулировать функции,
которые должна выполнять как вся система, так и отдельные ее цепи,
узлы и блоки. Необходимо также точно знать значения параметров,
характеризующих выполнение системой заданных функций. Может
быть рекомендован следующий порядок выполнения полного расчета
надежности.

1.	Исходя из назначения системы формулируют ее функции, опре-
деляют значения входных и выходных параметров, уточняют условия
эксплуатации. Определяют принадлежность системы к тому или иному
типу (ремонтируемая, неремонтируемая), формируют понятие отказа
системы.

2.	На основании структурной или принципиальной схемы опреде-
ляют состав системы и вид соединения ее элементов, выделяют цепи,
надежность которых должна быть определена, составляют блочную
схему системы для расчета надежности (рис. 8.6); при этом в сложных
системах управления элементами обычно служат приборы и блоки
системы, а в приборах - простейшие элементы.

3.	Для выделенных на схеме элементов производят тщательный
анализ электрических и температурных режимов их работы. Режим
работы элементов в основном определяет коэффициент нагрузки кн,
метод расчета которого зависит от типа элемента. Так, для сопротив-
лений к.ц равен отношению мощности, рассеиваемой сопротивлением,
к номинальной мощности, для конденсаторов - отношению действую-
щего напряжения к номинальному, для транзисторов - отношению
мощности, рассеиваемой на коллекторе, к номинальной мощности. Для
полупроводниковых диодов кн определяют так:

- (ЛДд.ном)(^д/^Л>бр.ном)> (8.27)
где /д и ид - соответственно действитель-
ный ток и действительное напряжение на
р-п-переходе; 1/Обр.ном ~ заданное номи-
нальное напряжение на переходе.

Для механических и гидравлических
элементов принимают кн = 1. Значения
коэффициентов нагрузки вычисляют при
составлении специальной карты режимов
работы элементов каждого блока систе-
мы. Рекомендуемые значения кн приведе-
ны в табл. 8.3.

4.	Определяют интенсивность отказа
каждого элемента системы с учетом коэф-
фициента его нагрузки, температуры

Рис. 8.6. Принципиальная (а)
и блочная (б) схемы блока
выпрямителя
Таблица 8.3. Рекомендуемые значения коэффициентов нагрузки
для элементов АСУ

Типы элементов		Типы элементов	кн
Диоды	«0,5	Сопротивления: .	
Конденсаторы	«0,5	теплостойкие 8	0,7
Катушки индуктивности и дроссели	0,8	непроволочные ’ проволочные	0.5  0,4
Сельсины в трансформа* ном режиме	0,8	Механические переключа* тели, кнопки, выключате- ли, разъемы и т. д.	0,7

окружающей среды, климатических и механических воздействий,
соотношения между типами возможных отказов элемента. Совместное
влияние указанных факторов учитывают введением соответствующих
поправочных коэффициентов. При полном расчете надежности интен-
сивность отказов работающего элемента находят по формуле

^•(раб ~	1 ’

(8.28)

где Х0| - значение интенсивности отказа элемента при номинальной
нагрузке и нормальных условиях, ч-1;	- коэффициент, учитываю-

щий климатические и механические воздействия; а2 - коэффициент,
учитывающий нагрузку элемента и температуру окружающей среды;
оэ - коэффициент, учитывающий соотношение между отказами типов
„обрыв” и „короткое замыкание”; ktl/t - коэффициент, учитывающий
долю рабочего времени tt элемента в общем времени t.

В системах иногда встречаются элементы, работающие не все вре-
мя, за которое определяют характеристики наежности, а лишь в тече-
ние некоторой его части. В период бездействия эти элементы можно
рассматривать как находящиеся на хранении, и интенсивность их отка-
зов будет

^ixp —	(8.29)

где а4 — коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности отка-
зов неработающего элемента; kt2 = t2lt - коэффициент, учитывающий
долю времени простоя t2 в общем времени t.

Значения коэффициентов а2, а2 и оэ для наиболее часто встречаю-
щихся типов элементов приведены в табл. 8.4, 8.5, а характер их изме-
нения показан на рис. 8.7. Коэффициент а3 вводят в случае, когда на
надежность элемента оказывает влияние только один вид отказа (или
„обрыв”, или „короткое замыкание”).

Значения интенсивности отказов контактных элементов и элемен-
тов, работающих в циклическом режиме, обычно указывают в спра-
вочниках на один контакт и за определенное число циклов. Поэтому
Таблица 8.4. Значения коэффициента^; ,, учитывающего изменения механи-
ческих воздействий, влажности воздуха ф и температуры

Типы элементов	Амортизированная аппаратура				Неамортизированная аппаратура	
	ф 70% при		ф —90% при		ф ^70% при	ф = 90% при
	20 “С	40’С	20 "С	40 ”С	20...40 "С	20...40 "С
Сопротивления, конден-	1	1	2	2	2	5
саторы, трансформаторы, полупроводниковые элементы  Другие электрические	1	2	2	2	2	5
элементы  Механические элементы	1	1	1,5	1,5	2	5
Гидравлические элементы	1	1	1	1	1	1
Пневматические элементы	1	1	1	1	1	2

интенсивность отказов, например электромагнитного реле, определяют
как

^•р = 01(^-обм "*	(8.30)

где ^-обм> ^о.к ~ интенсивности отказов обмотки реле и одного контак-
та, ч-1; к - число используемых контактов; / - среднее число

Таблица 8.5.	Значения коэффициента а 3 при различных jfcH и соотношениях

между отказами типов „обрыв” и „короткое замыкание”

Типы элементов	кн“0,0...0,3	кн = 0,3...0,7	fcH = 0,7...1,0
Сопротивления	0,9...1,0  0,1...0,0	0,9...0,7  0,1...0,3	0,7  0,3
Конденсаторы бумажные	0,25...0,9	0,5.	..0,1
и слюдяные	0,75...0,1	0,05...0,9	
Обмотки			0,02..,0,05	0,05
		0,98...0,95	0,095
Полупроводниковые	0,75	0,75...0,95	0,55
диоды	0,25	0,25...0,45	0,45
Полупроводниковые	0,0...0,2	0,2...0,05	0,0...0,05
диоды	1.0...0.3	0,8...0,95	1,0...0,95

Примечание. Значения аз в числителе соответствуют отказу типа ,рбрЬ1в”, а значе-
ния а з в знаменателе — отказу типа короткое замыкание’1.
Рис. 8.7. Значения коэффициента

для некоторых типов электриче-
ских элементов:

1, 2 — сопротивления типа МЛТ соответ-
ственно при кн = 1 и кн ~	3, 4 — кон-

денсаторы типа КБГ при kH = 1 и кн =
= 0,5; 5, 6 - диоды при кн= 1 и кн = 0,5

срабатываний реле за заданное вре-
мя. Интенсивность отказов штепсель-
ного разъема

Ьш.р = кок.	(8.31)

5.	По попучент&1М значениям ин-
тенсивности отказов элементов по-
следовательно рассчитывают суммар-
ные интенсивности отказов всех
групп элементов рассматриваемого
блока и определяют вероятность его
безотказной работы p(t) по формуле

pW = exp[-t Е (\аб + Ххр)].

1	(8.32)

6.	В зависимости от вида соеди-
нения элементов в системе опреде-

ляют вероятность безотказной рабо-
ты системы P(t), а также остальные характеристики надежности. Для

сложных систем рассчитывают также вероятность их нормального
функционирования по выражению (8.8).

Расчет надежности блоков обычно выполняют в табличной форме.
В качестве примера ниже дана табл. 8.6 с расчетом надежности блока
выпрямителя, схема которого показана на рис. 8.6.

Приведенные выше формулы для расчета характеристик надежно-
сти отражают лишь самые основные зависимости, позволяющие оцени-
вать надежность элементов и систем управления при соблюдении
экспоненциального закона распределения интенсивности отказов,
который в течение периода нормальной эксплуатации учитывает
действие только внезапных отказов. Между тем судовые АСУ эксплуа-
тируются длительное время и имеют в своем составе электронные и ме-
ханические элементы, подверженные как внезапным отказам, так
и износу и старению. Распределение интенсивности отказов элементов
этих систем в реальных условиях эксплуатации подчиняется более
сложным законам, одновременно учитывающим указанные факторы.
Поэтому при необходимости выполнения полных расчетов надежно-
сти сложных систем, состоящих из элементов различных типов, следу-
ет использовать методы расчета, рассматриваемые в специальной лите-
ратуре по надежности [12].

В настоящее время ведутся работы по определению и уточнению
интенсивности отказов всех типов элементов, применяемых в АСУ,
в различных условиях эксплуатации. Приведенных в [2; 12] данных
о значениях интенсивности отказов элементов (хотя и ориентировоч-
ных) вполне достаточно для сравнительной оценки надежности проек-
тируемых изделий. При выполнении практических расчетов надеж-
ности элементов, устройств и систем автоматики рекомендуется
уточнять эти данные по официальным нормативным источникам.
Таблица 8.6.	Пример расчета надежности выпрямителя		0,76 1,14 2,56 0,1	4  Суммарная интенсивность отказов Хс= Е \| ра6= 4,56  10‘6.  Вероятность безотказной работы Р2000 = ехр ^</0 = 0,991.  Примечания: 1. Расчетное время работы f — 2000 ч. 2. Температура окружающей среды f = 25 "С. 3. Относительная влажность ф = = 98 %. 4. Амортизация имеется. 5. Расчет произведен без учета режима хранения	а4, X,- хр).
		0,76 1,14 2,56 0,1	
	Sp 1НЭИПИффвОЦ	0,5  0,5  2,5  1,0	
	нз( имеХблен хнэиниффвол	0,6  0,2  0,9  0,8	
	)/Ч = '’з/	т-4 т-4 т-4	т-4	
	лнэиПиффеох	0,95 0,75 0,9 0,9	
	’ D 1НЭИПиффвОЛ	С4 С4 CS е»	
	Эв ‘viHawsire ed/xedeunai иенчшвжиэ^ерц	50  50  50  50	
	t_b‘,-9I.°X	0,8  0,38  0,57  0,054	
	U SO1H9H9LT6 OlfOHfc	т-4	т-4	т-4	
	энэхэ ен аин0ьен€О90	§  F -4 <4 <->	
	Тип элемента  1  Ю  ьо	1 Трансформатор Диод  Резистор  ОМЛТ-2 Конденсатор  ЭГЦ 			
§ 8.3. Методы повышения надежности

Характерной особенностью развития современных судовых АСУ
является непрерывное повышение их сложности, что влечет за собой
увеличение числа элементов, составляющих систему. Так, в современ-
ных машинах централизованного контроля количество элементов,
участвующих в обработке сигналов от датчиков, может достигать
тысячи и более. Если учесть жесткие условия эксплуатации и высокие
требования к надежности таких систем, нетрудно заметить, что без
специальных мер по обеспечению и повышению надежности система
будет практически неработоспособна из-за частых отказов. Повышение
надежности систем и средств автоматизации возможно на каждой из
трех основных стадий, которые проходит каждая система: проектиро-
вание, изготовление и эксплуатация. Проектирование - это основная
стадия, на которой закладывается надежность систем и средств авто-
матизации. Мероприятия по повышению надежности, проводимые при
проектировании, требуют сравнительно небольших затрат и приносят
максимальный эффект.

Методы повышения надежности на стадии проектирования можно
условно разделить на две основные группы: схемные и конструк-
тивные.

К схемным методам относят выбор схем, выбор элементов и режи-
мов их работы, резервирование.

Выбор схем систем и средств автоматизации во многом определяют
статические и динамические характеристики объектов’регулирования
и управления, а также объем функций, выполняемых системой. При
определении структурной схемы регулятора или системы управления
следует на основании тщательного анализа характеристик объектов
выбирать наиболее простую из возможных схем автоматизации и широ-
ко использовать способность некоторых объектов работать без средств
регулирования в широком диапазоне рабочих нагрузок. Например,
на некоторых судах отсутствует система регулирования уровня в кон-
денсаторе паровой турбины. При этом уровень поддерживается за счет
саморегулиррвания подачи конденсатного насоса.

При разработке схем модулей и блоков, входящих в АСУ, особое
внимание надо обращать на использование схемных решений, хорошо
зарекомендовавших себя в эксплуатации, на тщательное определение
необходимых значений точности и допусков на параметры схемы.
Основные требования к выбору схем систем и средств автоматизации
следующие:

простота и минимальное количество элементов;

устойчивость работы при заданных пределах изменений парамет-
ров внешней среды, нагрузки и состояния элементов;

минимально необходимое количество органов регулирования
и настройки;

возможность контроля параметров схемы за минимальное время
при ограниченном участии человека.
Основные критерии выбора элементов системы с точки зрения
надежности - это интенсивность их отказов, срок службы и допусти-
мые режимы работы. В схемах систем и средств автоматизации надо
использовать элементы, проверенные на практике и обладающие наи-
меньшими значениями интенсивности отказов. Следует учитывать
и такие условия, как обеспеченность серийной поставки, перспектив-
ность, возможность дальнейшего повышения их надежности. Обосно-
ванный выбор элементов, из которых будет построена система, можно
произвести только на основании детального технико-экономического
анализа. Выбор перспективных, обладающих повышенной надежно-
стью элементов, позволяет значительно повысить надежность схемы.
Так, применение полупроводников вместо электронных ламп позво-
лило повысить надежность схем в 10 раз, а интегральных схем - при-
мерно в 500 раз при одновременном уменьшении габаритов и массы
аппаратуры.

Режимы работы элементов оказывают большое влияние на интен-
сивность их отказов. Для повышения надежности схемы следует обе
спечивать наиболее благоприятные режимы работы элементов, соот-
ветствующие установленным в технических условиях и нормативах.

Рекомендуемые значения коэффициентов нагрузки некоторых
типов элементов приведены в табл. 8.3.

При проектировании не всегда удается удовлетворить все указан-
ные выше требования к выбору схем и элементов систем и обеспечить
заданные характеристики надежности. Поэтому наиболее эффектив-
ным методом повышения надежности является резервирование. Сущ-
ность резервирования заключается во введении дополнительных
резервных частей, избыточных по отношению к минимально необхо-
димой структуре системы, обеспечивающей выполнение заданных
функций.

Рис. 8.8. Классификация способов резервирования
Резервирование может быть (рис. 8.8) общим - когда резервирует-
ся вся система, раздельным - когда резервируются отдельные круп-
ные блоки, приборы системы (одиночное резервирование) или отдель-
ные простейшие элементы (внутриэлементное резервирование), сме-
шанным - когда резервируются как крупные блоки, приборы системы,
так и простейшие элементы в них.

Режим работы резервных элементов можеи быть нагруженным
(горячим), облегченным (теплым), ненагруженн|им (холодным). При
горячем режиме резервные элементы включаются в работу одновре-
менно с основными и несут такую же нагрузку.® При облегченном -
режим работы резервных элементов отличается от режима основных
элементов меньшей нагрузкой. При холодном - резервные элементы
включаются только после отказа основных.

Резервирование широко применяют в автоматике для повышения
надежности систем, элементы которых не обладают достаточной надеж-
ностью. Так, в системах управления питательными клапанами некото-

рых видов установок наряду с автоматическим управлением, осуще-
ствляемым следящей системой, вводят дистанционное управление,
резервирующее основную систему; в судовых системах контроля для
измерения контролируемых параметров дублируют датчики; электро-
питание систем обычно выполняют от силовой сети правого и левого
бортов судна и т. д.

Резервные элементы при составлении схемы для оценки надежно-
сти системы с резервированием считают включенными параллельно
элементам основной системы. В зависимости от типа резервирования
характеристики надежности такой системы определяют по формулам
для параллельного и смешанного соединений. Следует учесть, что
обеспечение заданных значений характеристик надежности при резер-

вировании происходит за счет существенного усложнения системы,
повышения ее суммарной стоимости и габаритов. Поэтому способ
резервирования следует выбирать на основании технико-экономиче-
ского анализа. Из табл. 8.7, в которой приведены данные по несколь-
ким способам повышения надежности системы, состоящей из трех эле-
ментов, видно, что наиболее экономичен вариант резервирования
второго элемента, обеспечивающий заданное значение Рс и наибольший
выигрыш в надежности системы, приходящийся на единицу стоимости.

Конструктивные методы повышения надежности включают в себя
правильный выбор материалов конструкций аппаратуры, защиту от ме-
ханических и климатических воздействий, снижение температуры
работающих элементов путем улучшения теплообмена, повышение
уровня унификации и стандартизации аппаратуры, обеспечение удоб-
ства обслуживания и ремонта. Так, для электронной аппаратуры
введение амортизации и снижение рабочей температуры элементов с 80
до 50 °C позволяет уменьшить исходную интенсивность отказов
в 5. . .8 раз. Разбивка системы на взаимозаменяемые блоки и модули
дает возможность использовать небольшое количество запасных
частей и снизить стоимость системы. Важное значение для повышения
надежности механических систем имеет правильный подбор;
































ницах: ct == 3, с2 » 2, с3 = 5.3. Требуемая вероятность безотказной работы системы Рс > 0,92.
материалов, трущихся пар, выбор допусков, защита от коррозии и т. д.

На стадии производства повышение надежности изделия может
быть обеспечено применением новейших видов технологических про-
цессов, улучшением качества и точности сборки и монтажа, тщатель-
ным контролем поступающих на монтаж элементов и выходных пара-
метров изделия. Большое значение для повышения надежности имеет
так называемая тренировка элементов и систем|т. е. проверка их рабо-
тоспособности при повышенных нагрузках. Это позволяет своевремен-
но обнаружить дефектные элементы, заменить их и тем самым сокра-
тить период приработки в эксплуатации. Для повышения надежности
важное значение имеют такие испытания элементов и систем на надеж-
ность и долговечность, по результатам которых и получают данные по
интенсивности отказов.

При эксплуатации изделия надежность его с течением времени ’
уменьшается. Поэтому на стадии эксплуатации основными путями
повышения надежности являются своевременное проведение профи-
лактических осмотров и проверок аппаратуры, своевременная замена
выработавших ресурс элементов, соблюдение правил эксплуатации.
В процессе эксплуатации изделий проводят детальный учет их отказов •
с указанием причин, вызвавших отказ, условий эксплуатации, време-
ни обнаружения и устранения. Наличие таких данных позволяет I
уточнить имеющиеся сведения об интенсивностях отказов элементов !
и использовать их при создании новых систем автоматизированного
управления.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Какие основные свойства изделий определяют их надежность?

2.	Какие виды соединений элементов рассматривают при определении на-
дежности системы?

3.	Перечислите основные количественные характеристики надежности эле-
ментов. Напишите формулы для их определения.

4.	Как влияет температура на надежность полупроводниковых элементов?

5.	Какие основные способы повышения надежности изделий?

Глава 9.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСУ СУДОВЫМИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ И СИСТЕМАМИ

§ 9.1.	Организация управления СЭУ

Процесс проектирования АСУ состоит из комплекса операций, ко-
нечная цель которых - разработка документации, необходимой длЯ '
изготовления, монтажа, наладки и эксплуатации систем.

Проектирование АСУ - процесс сложный, так как любую задачу^
необходимо решать исходя из комплексного подхода к проектированию
АСУ СЭУ в целом. Основным показателем целесообразности автомати-
зации той или иной операции служит ее.технико-экономическая эффек-
тивность, заключающаяся в облегчении труда плавсостава или в сокра-
щении срока окупаемости затрат, обусловленных автоматизацией.
Показатели технико-экономической эффективности использования
систем автоматизированного контроля на судах морского флота сле-
дующее:

повышение эксплуатационной надежности оборудования благо-
даря более раннему обнаружению нарушений в его работе и преду-
преждению аварийных ситуаций;

уменьшение загрузки вахтенного персонала и, как следствие,
уменьшение числа аварий;

уменьшение численности вахтенного персонала, обслуживающего
СЭУ и другие системы.

Рациональный объем автоматизации устанавливают на основе
комплексного подхода к проектированию СЭУ в целом, отдельных ее
элементов, определения числа и мест расположения постов управле-
ния и численности экипажа. Кроме того, необходимо учитывать тре-
бования классификационных обществ, наблюдающих за обеспечением
безопасной эксплуатации судов.

Основные вопросы, которые должны быть решены в начале
проектирования, - это организация управления СЭУ й выбор типа
средств автоматизации.

При комплексной автоматизации большое внимание уделяют
централизации управления энергетической установкой, т. е. созданию
ЦПУ, в которых сосредоточены средства управления и контроля основ-
ным оборудованием установки.

Правила классификации и постройки судов в зависимости от орга-
низации управления и контроля энергетической установкой и судовы-
ми системами и объема их автоматизации различают следующие кате-
гории судов: с постоянной вахтой в машинном отделении; без постоян-
ной вахты в машинном отделении и с постоянной вахтой в изолирован-
ном ЦПУ (вахтенный может периодически покидать центральный пост
управления для обхода машинного отделения); без постоянной вахты
в машинном отделении и ЦПУ.

На судах первой категории управляют оборудованием с местных
постов, а иногда создают ЦПУ, в которых находится вахтенный меха-
ник. Ходом подобного судна управляет или машинист с местного
поста, или вахтенный механик дистанционно из ЦПУ. В функции
вахтенного механика, кроме того, входит контроль за действиями
вахтенного персонала и руководство им. Дистанционное управление
каким-либо агрегатом неотделимо от контроля за исполнением управ-
ляющих воздействий и состоянием агрегата, поэтому посты управле-
ния оборудуют необходимыми органами управления и средствами
контроля.

На судах второй группы наличие ЦПУ обязательно. Главным дви-
гателем можно управлять из ЦПУ и из рулевой рубки. Вся сигнализа-
ция и дистанционное управление большей частью механизмов
и оборудования сконцентрированы в ЦПУ. Агрегаты, отдельные пара-
метры которых надо поддерживать постоянными, оборудуют автома-
тическими регуляторами. Наиболее важная информация о главном
двигателе и его системе дистанционного автоматизированного управ-
ления поступает в рулевую рубку. В машинном отделении предусмат-
ривают обобщенную сигнализацию о состоянии СЭУ, информирующую
вахтенного механика во время обхода машинного отделения.

Суда третьей группы, как правило, содержат весь комплекс
устройств дистанционного управления и контролю, присущих судам
второй группы: обязательное управление главнымдаигателем из руле-
вой рубки, полная автоматизация всех процессов, вмешательство
в которые вахтенного механика требуется чаще чем один раз в сутки.
Кроме того, на этих судах в каюты старшего и дежурного механиков,
в кают-компанию и в другие помещения, где может находиться вахтен-
ный механик, выводят обобщенную сигнализацию.

На судах второй и третьей категорий в качестве резервного сред-
ства управления необходимо предусмотреть управление главным дви-
гателем с местного поста.

Оборудование постов управления. К оборудованию постов дистан-
ционного управления предъявляют следующие основные требования:

удобство расположения органов управления и хороший обзор
средств контроля;

блокировки органов управления, исключающие возможность
неправильного исполнения команд, которое может привести к аварии
управляемого агрегата.

Местные посты управления выполняют индивидуальными или
групповыми. В первом случае на посту расположены органы управле-
ния соответствующим механизмом и необходимые средства индика-
ции исполнения команд. С групповых постов управляют группой меха-
низмов и агрегатов. На местных постах обычно сосредоточена подроб-
ная информация об управляемых механизмах и оборудовании.

Значительно труднее создавать ЦПУ. Учитывая сложность совре-
менных СЭУ и систем, необходимо тщательно отбирать выводимую
в ЦПУ информацию, включая в нее лишь сигнализацию о состоянии
наиболее важных агрегатов и оборудования, о возникновении не-
исправностей, о командах с мостика и об исполнении управляющих
воздействий.

В зависимости от объема выводимой информации и количества
обслуживающего персонала рабочее место вахтенного механика офор-
мляют в виде высокого пульта при сокращенном объеме информации
или в виде низкого пульта и отнесенного щита при большом объеме
информации. На высоком пульте (рис. 9.1) на горизонтальной панели
располагают органы управления, а на вертикальной - индикационные
приборы и мнемонические схемы основных систем и механизмов.

Компоновка низкого пульта и щита показана на рис. 9.2. На пульте
расположены рукоятка управления главным двигателем, основные
контрольно-измерительные приборы, приемник-передатчик машинного
телеграфа, органы управления наиболее ответственными механизма-
ми и оборудованием.
Кроме того, на приведенном пуль-
те предусмотрены вызывные устрой-
ства и цифровые индикаторы системы
контроля параметров технических
средств судна. Мнемосхемы, контроль-
но-измерительные приборы и периоди-
чески используемые переключатели
и тумблеры расположены на щитах
управления.

Управление с ходового мостика.
Высшей степенью централизации яв-
ляется управление СЭУ с ходового
мостика. Технико-экономическая эф-
фективность подобного управления
состоит в том, что из контура управле-
ния исключается вахтенный механик.

Рис. 9.1. Вид высокого пульта
управления

Это уменьшает вероятность ошибочного исполнения команд и позво-
ляет сократить численность машинной команды. Наиболее часто глав-
ным двигателем управляют с ходового мостика, лишь на единичных
судах из рулевой рубки можно управлять, кроме главного двигателя,
вспомогательными механизмами и оборудованием.

На всех судах с управлением главным двигателем из ЦПУ режимы
работы задают следующим образом. В рулевой рубке расположен
командный прибор машинного телеграфа, с помощью которого штур-
ман задает требуемый ход. Приемный прибор машинного телеграфа
находится возле поста управления главным двигателем. Вахтенный

Рис. 9.2. Центральный пост управления судна
механик по приемному прибору подтверждает получение команды,
передаваемой штурманом, и устанавливает новый режим работы глав-
ного двигателя.

При передаче управления главным двигателем в рулевую рубку
функции судоводителя должны сохраняться: не рекомендуется изме-
нять процесс управления, так как это существенно усложнит работу
судоводителя. На судах большого водоизмещения для улучшения
обзора при проходе узкостей и при расхождении с другими судами
предусматривают выносные посты на крыльях ходового мостика. Руко-
ятки управления в рулевой рубке и на крыльях ходового мостика
должны быть жестко связаны между собой, чтобы управлять любой
рукояткой без переключения.

На рис. 9.3 приведена структурная схема управления главным дви-
гателем с трех постов на ходовом мостике и из ЦПУ. Переключатель
выбора поста управления располагают в ЦПУ, чтобы вахтенный меха-
ник мог при необходимости принять управление на себя. Воздействуя
на любую из рукояток управления на ходовом мостике, судоводитель
задает требуемый режим работы главного двигателя. Сигнал задатчика

Рис. 9.3. Структурная схема дистанционного управления главным двигате-
лем с ходового мостика
преобразует и усиливает управляюще устройство, которое устанавли-
вает необходимую нагрузку главного двйгателя. Исполнение команды
контролируют по указателю частоты вращения гребного винта —
тахометру. При управлении из ЦПУ судоводитель также использует
задающую рукоятку машинного телеграфа. В результате независимо от
выбранного поста управления судоводитель воздействует на одну
и ту же рукоятку, что исключает возможность ошибочных действий.
Заданную команду принимает вахтенный механик, и дальнейшее
управление осуществляется описанным выше способом.

При любой степени автоматизации и централизации управления
необходимо обеспечить возможность аварийного управления главным
двигателем, механизмами и оборудованием с местного поста.

§ 9.2.	Последовательность проектирования

Основные этапы проектирования. Проектированию АСУ обычно
предшествуют поисковые проектные проработки, позволяющие гра-
мотно составить техническое задание на проектирование конкретной
системы.

Если основные направления разработки не определены, состав-
ляют техническое предложение - основные технические и технико-
экономические обоснования направлений разработки системы автома-
тизации, которые определяют на основании анализа технического
задания заказчика и различных вариантов возможных решений, срав-
нительной оценки решений с учетом особенностей разрабатываемых
и существующих систем, а также патентных материалов. Техническое
предложение рассматривают и согласовывают с заказчиком АСУ, после
чего оно становится основанием для разработки эскизного (техниче-
ского) проекта.

Техническое задание на проектирование. Обычно исходным эта-
пом, предшествующим разработке проекта автоматизированного меха-
низма или системы автоматизации, является разработка и согласова-
ние технического задания, в котором указывают основное назначение,
технические характеристики, показатели качества и технико-эконо-
мические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию,
стадии разработки технической документации и ее состав, специаль-
ные требования, а также исходные данные по автоматизированному
объекту, необходимые для проектирования.

Как правило, техническое задание составляет проектант судна или
проектант СЭУ. В настоящее время наметилась тенденция к комплек-
сной разработке автоматизированных механизмов и оборудования,
когда заказчик механизма выдает проектанту общее задание, а отдель-
ного задания на АСУ не разрабатывают. Однако во всех случаях тех-
ническое задание должно содержать требования, предъявляемые к
АСУ, и достаточно полные технические данные об объекте управления.

Требования, предъявляемые к системам автоматического
регулирования и дистанционного управления, должны включать пере-
чень параметров, подлежащих автоматическому поддержанию, с ука-
занием точности их поддержания на установившихся и переходных
режимах. Кроме того, следует оговаривать требования к устройствам
дистанционного управления, защиты, сигнализации и другим состав-
ным частям АСУ. В исходных данных управления необходимо указы-
вать спецификационные параметры объекта (мощность, частоту вра-
щения, давление, температуру и др.) и конструктивные характеристи-
ки (объемы отдельных аккумуляторов, моменты инерции вращающих-
ся деталей механизмов, площади свободной поверхности жидкости
и др.).

В зависимости от целевого назначения АСУ существуют определен-
ные требования к условиям ее работы: ударные нагрузки, предельный
уровень вибрации, высокие температура и влажность воздуха в ме-
стах установки аппаратуры и др. Подобные требования применительно
к морским транспортным судам указаны в Правилах Регистра СССР,
обязательных для исполнения. В тех же Правилах приведены техни-
ческие требования к АСУ, направленные на обеспечение безопасности
эксплуатации этих систем и судов в целом. Для судов иного назначе-
ния также существуют правила, регламентирующие требования к АСУ,
поэтому в технических заданиях обычно дают ссылку на соответствую-
щие Правила. Если же система в целом или часть ее приборов будет
работать в условиях, отличных от предусмотренных Правилами, то их
надо четко указать в технических заданиях на разработку системы.

Основные этапы проектирования - разработки эскизного, техни-
ческого и рабочего проектов с необходимой технической документа-
цией. Эскизный проект обычно состоит из структурных схем, укруп-
ненных расчетов и пояснительной записки. При техническом проекти-
ровании разрабатывают также принципиальные схемы системы и от-
дельных приборов, выполняют статические и динамические расчеты.
Рабочий проект содержит рабочие чертежи приборов, техническое
описание и инструкцию по эксплуатации и другую техническую доку-
ментацию. Материалы эскизного и технического проектов рассылают
на рассмотрение заказчику и другим заинтересованным организациям,
после чего проекты утверждают.

Построение структурной и принципиальной схем. На основании
технического задания или согласованного с заказчиком технического
предложения проектант АСУ разрабатывает ее структурную схему.
Структурной называют схему, которая отражает состав и взаимосвязь
основных элементов системы. При разработке структурной схемы
основное внимание уделяют не характеристикам отдельных элемен-
тов, а выполняемым ими функциям. Исходя из числа регулируемых
параметров выбирают места приложения регулирующих воздействий.

Сопоставляя требования к качеству и точности поддержания регу-
лируемых параметров со статическими и динамическими характери-
стиками существующих регуляторов при обязательном учете харак-
теристик объекта управления (перестановочных усилий на регулирую-
щих органах, наличия саморегулирования, продолжительности разгона
и т. п.), определяют состав элементов контуров регулирования, т. е.
необходимость средств стабилизации, места приложения обратных
связей, тип регулирующего органа и т» п.

Проектирование АСУ должно сопровождаться статическим и дина-
мическим расчетами. Наиболее правилен способ определения структу-
ры системы и характеристик ее отдельных элементов на основании
предъявляемых к системе требований с помощью динамического син-
теза. Однако вследствие значительной трудоемкости подобный способ
используют лишь при проектировании принципиально новых систем.
В остальных случаях структуру системы определяют по наиболее близ-
ким прототипам с последующим статическим расчетом и динамиче-
ским анализом устойчивости и качества переходных процессов.

После выбора структуры АСУ переходят к разработке принципи-
альной схемы системы. В первую очередь определяют вид вспомога-
тельной энергии для систем непрямого действия, сопоставляя имею-
щиеся в наличии и указанные в техническом задании виды энергии;
необходимо также учитывать рекомендации, приведенные в гл. 3.
После выбора вспомогательной энергии определяют точки замера регу-
лируемых параметров, тип и конструкции измерительного и усили-
тельного устройств, исполнительных механизмов и регулирующих
органов. Предпочтение надо отдавать типовым, серийно выпускаемым
промышленностью элементам. Лишь в обоснованных случаях допусти-
ма разработка новых схем и конструкций.

При составлении принципиальной схемы системы, в которую
входят также принципиальные схемы отдельных элементов, проводят
статический расчет выбранных элементов. Цель статического расчета -
определение значений отдельных конструктивных и настроечных пара-
метров, обеспечивающих получение требуемой статической характе-
ристики автоматизированного объекта (см. § 9.3).

Цель заключительного этапа проектирования - проверочного
динамического расчета - подтвердить устойчивость спроектированной
системы и требуемое по техническому заданию качество переходных
процессов (см. § 9.4).

На основании принципиальной схемы системы, подтвержденной
статическим и динамическим расчетами, разрабатывают рабочие чер-
тежи и техническую документацию (описания, формуляры, программы
и методики испытаний и т. п.), изготовляют и испытывают отдельные
приборы и системы в целом.

Рассмотрим ряд этапов проектирования на примере разработки САР давле-
ния пара в магистрали.

Примерное техническое задание. По данному техническому заданию необ-
ходимо разработать САР давления пара в магистрали. Пар подводится в маги-
страль от главного паропровода судового котла, а отводится к потребителям
через ряд запорных клапанов. Номинальное давление пара Р = 3 МПа. Номиналь-
ный расход пара Gn = 70 т/ч. При уменьшении расхода потребляемого пара до-
пускается увеличение давления в регулируемом паропроводе не более чем на
Ар =300 кПа.

Построение структурной схемы. В соответствии с техническим заданием
объектом управления будет паропровод, аккумулирующий заключенный в нем
пар. Регулируемая величина — давление пара. Основное возмущающее воздей-
ствие — изменение количества подключенных к паропроводу потребителей.
Компенсировать основные возмущения наиболее просто, воздействуя на подвод
пара, т. е. дросселируя поток пара из главного паропровода с помощью специаль-
ного регулирующего органа. Измерительное устройство регулятора давления
пара измеряет давление в регулируемой магистрали и управляет перемещением
регулирующего органа так, чтобы его открытие соответствовало уменьшению
регулируемого давления.

Определяя структуру регулятора, необходимо руководствоваться следую-
щим: ввиду значительных перестановочных усилий в паровых регулирующих
клапанах надлежит принимать схему непрямого регулирования. Поскольку
объект обладает значительной инерционностью, то, несмотря на наличие само-
регулирования, устойчивость регулятора можно обеспечить введением стабили-
зирующего средства. В данном случае можно использовать жесткую обратную
связь по положению регулирующего органа, так как требуемая точность автома-
тического поддержания давления пара допускает достаточную неравномерность
регулятора. Структурная схема регулятора давления пара, составленная с учетом
изложенного, приведена на рис. 9.4.

Построение принципиальной схемы. Для построения принципиальных схем
отдельных устройств и системы регулирования в целом необходимо в первую
очередь определить тип системы. Так как в данном случае в котельной установ-
ке есть питательная вода, которую можно использовать в качестве вспомогатель-
ной энергии, выбирают гидравлический регулятор.

При заданном значении регулируемого давления у чувствительного элемен-
та должен быть сильфонный датчик давления. В качестве усилительного органа
целесообразно использовать струйное гидравлическое двухпроточное реле,
в качестве исполнительного органа — двусторонний поршневой гидравлический
сервомотор, в качестве регулирующего органа — двухседельный клапан. Чтобы
реализовать стабилизирующую жесткую обратную связь по положению регули-
рующего органа, следует чувствительный элемент и усилительное устройство раз-
местить на регулирующем клапане и предусмотреть обратную связь силового
типа в виде пружины, связывающей рычаг измерительного органа со штоком
клапана.

Принципиальная схема САР давления пара в магистрали приведена на
рис. 9.5. Сильфон чувствительного элемента воспринимает регулируемый пара-

Рис. 9.4. Структурная схема регулятора давления пара
Рис. 9.5. Принципиальная схема ре-
гулятора давления пара р — давле-
ние в паровой магистрали; Fa —
активная площадь сильфона изме-
рителя; kt — жесткость пружины об-
ратной связи; /1 — натяжение пру-
жины обратной связи; к2 — жест-
кость установочной пружины; f2 —
натяжение установочной пружины;
It.. Js — длины плеч рычагов; о: —
угол поворота валика измерителя;
ms — перемещение поршня серво-
мотора; Др — перепад давлений
в приемных соплах усилительного
реле

метр — давление пара. При изменении давления рычаг отклоняет заслонку гид-
равлического реле от среднего положения. Возникающий в приемных соплах гид-
равлического реле перепад давлений рабочей воды воздействует на поршень
сервомотора, открывая клапан и восстанавливая давление пара. Клапан будет
перемещаться до тех пор, пока рычаг чувствительного элемента не -установится
в среднее положение под действием изменения натяга пружины обратной связи
и измеряемого давления.

§ 9.3.	Статические расчеты АСУ

Основная цель статических расчетов - установить связь между
статической характеристикой объекта управления, конструктивными
размерами отдельных элементов, их статическими характеристиками
и статической характеристикой регулирования.

Чтобы рассчитать статические характеристики отдельных элемен-
тов и системы в целом, необходимо знать конструктивные параметры
(активные площади мембран и сильфонов, жесткости и натяжения
пружин, длины плеч рычагов и т. п.), большую часть которых выбирают
на основании типовых конструкций аналогичных элементов. Для удоб-
ства их наносят в виде буквенных обозначений на принципиальную
схему системы, которая становится конструктивной схемой.

Обычно принято определять статические характеристики для каж-
дого элемента раздельно.

Статическая характеристика чувствительного элемента. Характе-
ристику чувствительного элемента определяют относительно положе-
ния муфты, воздействующей непосредственно на систему регулиро-
вания. При расчете статической характеристики удобнее разделить все
силы, влияющие на положение муфты регулятора, на две группы.
В первую входят силы, обусловленные измеряемым параметром, их
называют импульсными силами, во вторую - силы тяжести, натяжения
пружин и др., их называют конструктивными силами. Рассчитаем
Рис. 9.6. Схема измеритель-
ного органа давления

Рис. 9.7. Статическая харак-

теристика измерительного

органа дь,.> л<= ния

статическую характеристику чувствительного элемента давления
(рис. 9.6). Конструктивная сила

Е = FH + fcz,

(9.1)

где FH - начальное натяжение пружины при z = 0; к - жесткость пружи-
ны, Н/м; z - положение муфты измерительного органа.

В формуле (9.1) не учтены силы тяжести и силы трения движущих-
ся деталей чувствительного элемента, которые обычно малы по срав-
нению с силой натяжения пружины.

Импульсная сила давления среды на мембрану

(9.2)

где р - давление измеряемой среды; /эф - эффективная площадь мем-
браны.

На основании формул (9.1) и (9.2) уравнение равновесия чувстви-
тельного элемента можно представить в виде

АфР - (FH + kz) = 0.

(9.3)

Из формулы (9.3) получаем расчетную формулу для построения ста-
тической характеристики, определяющую зависимость между изме-
ряемым давлением и положением муфты для равновесных состояний:

2 = (ГЭфР-ОЛ.	(9-4)

В реальных условиях вследствие проявления сил трения в сочле-
нениях звеньев чувствительного элемента его статическая характери-
стика (9.7) представляет собой площадь, ограниченную прямыми
линиями и называемую зоной нечувствительности (см. заштрихован-
ную площадь). Зона нечувствительности определяет область отклоне-
ний измеряемого давления, не вызывающйх перемещений муфты изме-
рительного органа, снижает точность измерения регулируемого пара-
метра и вредно сказывается на устойчивости контура регулирования.
При проектировании стремятся к максимальному сокращению зоны
нечувствительности.

В реальных конструкциях чувствительных элементов отклонение
муфты ограничивают упоры, что приводит к появлению на статической
характеристике горизонтальных участков, обусловленных неподвиж-
ностью муфты при определенных значениях измеряемого параметра.
Наклон линейной статической характеристики чувствительного эле-
мента постоянен и численно равен отклонению регулируемого пара-
метра от номинального значения, необходимому для перемещения
муфты или поворота весового рычага в крайнее положение (до ограни-
чительного упора). Это отклонение измеряемого параметра называют
неравномерностью чувствительного элемента. Зачастую неравномер-
ность выражают в процентах, обозначают 6И и называют степенью
неравномерности.

Для чувствительного элемента давления степень неравномерности

6И = (Др/р)100 %.	(9.5)

Чем меньше значение би, тем скорее в процессе регулирования при
данном возмущении муфта достигнет ограничительного упора.

Статическая характеристика усилительного устройства. Муфта
чувствительного элемента воздействует на усилительное устройство.
Сигналом на выходе усилительного устройства, например гидравли-
ческого усилительного реле, будет перепад давлений рабочей среды,
возникающий в приемных соплах струйного реле или в окнах золотни-
ка при отклонении струйной трубки или золотника от среднего поло-
жения.

Статические характеристики гидравлических усилительных
устройств зависят от их конструктивного исполнения и от параметров
подводимой и отводимой рабочей среды. В настоящее время при
проектировании систем управления и регулирования используют, как
правило, типовые усилительные устройства, статические характеристи-
ки которых приведены в § 3.2 (см. рис. 3.14).

Характеристика исполнительного механизма. К исполнительным
механизмам, находящимся в установившихся режимах в неподвиж-
ном положении, понятие статической характеристики неприменимо,
так как характеристика представляет собой зависимость скорости
перемещения поршня сервомотора от перепада давлений рабочей
среды в усилительном органе. Если пренебречь влиянием сил трения,
то скорость перемещения поршня сервомотора будет прямо пропорцио-
нальна перепаду давлений рабочей среды. Она зависит также от типа
усилительного органа, т. е. от максимального расхода рабочей среды.
При выводе уравнения гидравлического сервомотора используют
понятие „время полного хода поршня сервомотора при максимальном
отклонении заслонки гидравлического реле”. Характеристики испол-
нительных механизмов приведены в§ 3.2.

Статическая характеристика регулирующего органа. При статиче-
ском расчете регулирующего органа определяют его конструктивные
размеры на основании статической характеристики, представляющей
собой зависимость расхода среды через регулирующий орган от поло-
жения штока клапана. Статическая характеристика регулирующего
органа должна обеспечить требуемую статмескую характеристику
контура регулирования в целом. Обычно стртмятся получить линей-
ную характеристику регулирующего органа, однако в ряде случаев,
чтобы обеспечить устойчивость контура регулирования, принимают
нелинейную характеристику.

При проектировании в первую очередь определяют общие кон-
структивные размеры (условный проход подсоединяемых трубопрово-
дов, а также число и размеры седел), а затем рассчитывают размеры
профильной части (регулирующего проходного сечения). Регулирую-
щим проходным сечением клапана будет минимальный зазор, образо-
ванный между кромкой седла и профильной частью штока и представ-
ляющий собой боковую поверхность усеченного конуса. Расход воды
или иной жидкости через регулирующее сечение клапана

GB=^V^Ap,	(9.6)

где £ - коэффициент расхода;/ - площадь проходного регулирующего
сечения клапана; Др - перепад давлений на регулирующем сечении
клапана.

Перепад давлений на регулирующем сечении клапана определяют
как разность давления за насосом и сопротивления трубопровода.
Напор насоса находят по его статической характеристике с учетом
выбранной схемы управления, а сопротивление трубопровода рассчи-
тывают. Обычно, задаваясь статической характеристикой регулирую-
щего органа, определяют площадь регулирующего сечения и затем
конструктивные размеры профильной части штока клапана. Последо-
вательность определения площади проходного сечения с помощью фор-
мулы (9.6) следующая:

1)по статической характеристике регулирующего органа находят
соответствующие значения открытия п» и расхода среды GB; далее
по характеристикам аппаратов или механизмов, подающих регулируе-
мую среду, а также по характеристикам трубопроводов определяют
значения перепада давления на регулирующем органе Др, соответ-
ствующие различным расходам GB ;

2)	по формуле (9.6) рассчитывают площадь регулирующего се-
чения/;

3)	по формуле

4 = 7<*с2-4(/л	(9.7)

находят диаметр окружности профильного конуса регулирующего
органа;
4)	определяют радиус г,- окружности,
касательной к профильному конусу регу-
лирующего органа;

r, = (dc-d,)/2.	(9.8)

Построение профиля клапана показа-
но на рис. 9.8. Вдоль образующей седла от
его края откладывают ряд значений хода
клапана т,- и из полученных точек про-
водят дуги радиусом г,. Огибающая полу-
ченных дуг будет профилем регулирую-
щей части штока клапана.

Статические характеристики САР. На
основании известных статических харак-

Рис. 9.8. Построение профи-
ля клапана

теристик отдельных элементов можно

найти общую статическую характеристику САР. Для этого берут два

последовательно соединенных элемента и находят их суммарную ста-
тическую характеристику. Повторяя последовательно подобную опе-
рацию, можно получить статическую характеристику САР. Ниже будет
показан пример построения общей статической характеристики двух
элементов.

В случае аналитического выражения статических характеристик
элементов системы регулирования выражение общей статической ха-
рактеристики может быть получено исключением промежуточных
параметров.

На практике обычно принимают такую последовательность стати-
ческого расчета САР:

1)в соответствии с требованиями технического задания на проек-
тирование и с учетом анализа опыта проектирования, испытаний и эк-
сплуатации аналогичных объектов выбирают принципиальную, а за-
тем и конструктивную схему САР;

2)	определяют статические характеристики типовых элементов;

3)	выбирают требуемую статическую характеристику системы;

4)	определяют статические характеристики элементов, в составе

которых имеются настроечные конструктивные параметры;

5)	определяют конструктивные параметры настроечных элементов.

Анализ статических характеристик САР показывает, что у пропор-
циональной системы статическая характеристика имеет некоторый
наклон к осям регулируемой величины и количества энергии.

Наклон общей статической характеристики системы регулирова-
ния (см. § 3.2) определяют степенью неравномерности б, представляю-
щей собой относительное изменение регулируемого параметра при
изменении нагрузки объекта регулирования от максимальной до ми-
нимальной:

® ~ (-Хтах

НОМ*

(9.9)

Степень неравномерности - важнейшая характеристика системы
регулирования.
Статические расчеты элементов и систем дистанционного управ-
ления. Статическая характеристика систем дистанционного управле- •
ния, представляющая собой зависимости положений управляемых
органов от положений задатчиков, зависит от внешней нагрузки (уси-
лий, приложенных к управляемому органу) и от сил трения, так как !
положение управляемого органа изменяется соответственно различ- j
ным значениям внешней нагрузки и силы тпения. Разность значений 
выходного параметра, соответствующих при Неизменном задании мак- ?
симальной и минимальной нагрузкам и сила трения, называют отно- j
сительной статической ошибкой системы: т	5

by = (Утах — У пип)/У ном’	(9-Ю)

где Ута» Упиш УНом “ максимальное, минимальное и номинальное Я
значения выходного параметра системы.	Ц

Статическая ошибка зависит также от коэффициента усиления »
системы управления, равного отношению выходной координаты 1
к соответствующему значению входной координаты:	Ц

к=у/х.	(9.11) J

Увеличение коэффициента усиления уменьшает статическую ошиб-Ц
ку, но одновременно ухудшает условия устойчивости, поэтому коэф- 
фициент усиления следует выбирать с учетом статических и динами-jt
ческих характеристик системы.	я

Примерный статический расчет регулирующего устройства для«
автоматического поддержания давления пара в паровой магистрали, ж
По данным технического задания (см. § 9.2) произведем статический®
расчет регулятора давления пара. Принципиальная схема гидравли»'®
ческого регулятора с жесткой обратной связью по положению парово- Ц
го регулирующего клапана приведена на рис. 9.5.	9

Для расчета статической характеристики чувствительного элемен* я
та определим силы, действующие на весовой рычаг измерителя:	ж

импульсная сила - сила давления регулируемой среды на сильфон »

/ = pFa;	(9.12Й

конструктивные силы - силы натяжения пружин установочной®
и обратной связи	Л

= b2 = V2>

где массой подвижных деталей измерителя и силой сжатия сильфо^Ц^
(вследствие пренебрежимо малых деформаций) пренебрегаем. ж

В настоящее время существует большое количество типовьдВ
чувствительных элементов. Исходя из конструктивных данных рас»
считаем статическую характеристику - зависимость отклонения»
заслонки усилительного реле из среднего положения от отклонения»
измеряемого давления от номинального значения $(Др).
Уравнение равновесия измерительного органа при использовании
струйного реле в качестве усилительного органа представляет собой
алгебраическую сумму моментов сил, приложенных к рычагу име-
рителя:

Б1/1 + Еа12-Лз = 0-	(9.14)

После подстановки отдельных сил Е ь Е2 и 1 уравнение равновесия
при номинальном значении давления примет вид

к if lol I + к of 2tJ 2~ Ptfa^3=®'	(9-15)

При увеличении давления на Дри и при условии неподвижного
регулирующего органа рычаг измерительного органа отклонится
на угол

+	(9.16)

Отклонение заслонки усилительного реле

Д$= Да/4 = ДрнГа/з/ЛМ 2i + k2l$.	(9.17)

Последнее выражение положим в основу расчета статической
характеристики измерительного органа.

Длины плеч li тл 12 выбираем по конструктивным соображениям
равными /1 = 75 мм, /2=100мм. Плечо принимаем таким, чтобы рабо-
чий ход сильфона не превышал 0,15.. . 0,2 мм при максимальном
отклонении заслонки усилительного органа, составляющем 0,45 мм
(см. рис. 3.14), т. е. принимаем /3 = 5мм. Длина плеча /4 = 80мм опре-
деляется принятой моделью усилительного органа. В- регуляторе есть
установочная пружина и пружина обратной связи. Жесткости пружин
выбираем исходя из получения желаемых значений степеней нерав-
номерности измерительного органа би и регулятора б. У типовых изме-
рительных органов давления пара би= 10... 12%, у типовых регуля-
торов 6 = 6. . .10%, поэтому жесткости пружин выбираем в диапазо-
нах fcycT = 3,5. . .5,0 кН/м, fco.c = 200. . . 400Н/м, т. е. для данного кон-
кретного случая принимаем к! = 250Н/м, к2 = 400Н/м. Активная пло-
щадь сильфона Fa = 1500 мм.

В качестве усилительного органа использовано двухпроточное гид-
равлическое реле (см. рис. 3.14) с диаметрами напорного и приемного
сопел D= 1,5 мм. При выбранном диаметре сопел усилительного орга-
на А$тах = о,45 мм. Соответственно А ртах =± 1,35 • 105 Па и неравномер-
ность измерительного органа

= (Ртах — РпйпУРном = 0,09.	(9.18)

Зная статические характеристики измерительного и усилительного
органов, найдем их общую статическую характеристику, графическое
Рис. 9.9. Статические характе-
ристики измерительного и уси-
лительного звеньев

определение которой показано на
рис. 9.9. Ввиду симметричности ста-
тические характеристики измеритель-
ного и усилительного органов по-
строены только для положительных
отклонений регулируемого парамет-
ра. В квадранте IV расположена ста-
тическая Характеристика измери-
тельного органа, в квадранте I — уси-
лительного реле. Перенося сооответ-
ствующие точки, лежащие на одной
вертикали, в квадрант II, построим
общую статическую характеристику
обоих элементов.

Расчет регулирующего органа
сводится к определению профиля
клапана по выбранной статической

характеристике. Чтобы обеспечить устойчивость контура регулирова-
ния на всех нагрузках, на основании опыта проектирования и эксплуа-
тации аналогичных регуляторов расходную характеристику клапана -
зависимость расхода пара через клапан от его открытия - принимаем
в виде квадратичной параболы. Расход пара на полной нагрузке
по техническому заданию составляет G^OM = 70 т/ч. Для обеспечения
нормального функционирования регулятора рекомендуется пропу-
скную способность регулирующего клапана брать с 10 %-м запасом, т. е.
G ™ах = 77 т/ч. Выбираем двухседельный регулирующий клапан со сле-
дующими размерами: диаметр седла dc = 90 мм; рабочий ход штока
ms = 60 мм.

Уравнение статической характеристики регулятора в целом выво-
дят из условия равновесия рычага измерительного органа при среднем
положении заслонки усилительного реле. При этих условиях отклоне-
ние регулируемого давления будет полностью компенсироваться изме-
нением натяжения пружины обратной связи. Уравнение равновесия
рычага можно запйсать в следующем виде:

fc J i(f io +	-^) + fca/Jao - (р0 + Ap)Fa/3 = 0.

(9.19)

Вычтя из полученного уравнения исходное уравнение равновесия
(9.15), получим

k1/1/6/-‘Ams-Fa/3Ap = 0

(9.20)

или

△ms=Fal3l5Ap/(k1/1/6).	(9.21)

Поскольку Gn = kms2, статическая характеристика САР - зависи-
мость расхода пара Сп от значения регулируемого давления -
представляет собой квадра-
тичную параболу (рис. 9.10).
На рисунке приведена также
зависимость открытия кла-
пана ms от отклонения дав-
ления от номинального зна-
чения Ар, построенная по вы-
ражению (9.21).

-г-320
J 310

1-зда
&ном .

р.Др.нПа Gn=f(&p) ms~f(Ap)

6 12 18 24 30 36 42 W Я№пк мм

...................°'

О 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70Ёп.Ф

Рис. 9.10. Статическая характеристика ре-
гулятора давления пара

§ 9.4. Динамические расчеты АСУ

Статический расчет позволяет лишь предварительно определить
конструктивные настроечные параметры АСУ. Окончательно эти пара-
метры выбирают после завершения динамического расчета.

Исследование динамики АСУ заключается в изучении переходных
процессов и устойчивости движения. В первую очередь проектанта
интересует вопрос устойчивости системы в равновесных состояниях:
важно выбирать такие настроечные параметры, которые с гарантией
обеспечат необходимую устойчивость.

Зачастую в технических заданиях на проектирование АСУ регла-
ментируется характер протекания переходных процессов. Для оценки
их качества необходимо изучать движение системы при переходе
из одного равновесного состояния в другое. Решение подобной задачи
сводится к выяснению истинных мгновенных значений регулируемых
величин за все время переходного процесса.

Уравнения динамики объектов управления. Объект управления
образует с автоматическим регулятором замкнутую динамическую
систему, в которой в простейшем случае каждый элемент восприни-
мает воздействие от предыдущего и сам воздействует на последую-
щий. Динамика контура регулирования определяется динамическими
характеристиками отдельных его элементов, представляющими собой
зависимость характера изменения выходного параметра элемента от
изменения входного параметра во времени. Часто эту зависимость
выражают в виде дифференциальных уравнений, записываемых обыч-
но в безразмерных величинах. По каждому элементу составляют урав-
нение динамики и получают в результате систему уравнений, описы-
вающих динамику контура регулирования в целом. Наиболее сложный
элемент контура регулирования - объект управления. В простейшем
виде динамические свойства одноаккумуляторного объекта описы-
ваются одним дифференциальным уравнением.

Рассмотрим контур регулирования давления пара. Объект управ-
ления в данном случае представляет собой замкнутый паровой объем.
Исходное уравнение, характеризующее поведение регулируемого
объекта в динамике, можно записать в виде

Vdp/dt = G1 -G2,	(9.22)

где V - паровой объем; р - давление пара в паровом объеме; G± и G —
количество подводимого и отводимого пара.
На установившемся режиме при равенстве количеств подводимого
и отводимого пара давление поддерживается неизменным. При этом
уравнение (9.22) принимает вид

О = G10 - G 2(г	(9.23)

Вычитая из уравнения (9.22) уравнение (9.23), получаем

Vdp/dt = AGX- AG у	|	(9.24)

Количество подводимого пара G t зависит от давления пара р и положе-
ния регулирующего органа т, величина G2 зависит только от давления
пара р, т. е.

GJp, т);	(9.25)

G/p).	(9.26)

Учитывая, что при исследованиях устойчивости обычно рассмат-
ривают малые отклонения от установившихся режимов, все слагаемые
в разложениях выражений AGt и AGj, входящих в формулу (9.24),
содержащие величины Ар и Ат в степенях выше первой, можно отбро-
сить как величины высшего порядка малости. В результате

AG! = [ dG J / др ] 0 Др + [ dG t / dm ] 0 Am;	(9.27)

AG2 = [dG2/dp]0Ap.	(9.28)

После подстановки выражений (9.27) и (9.28) в уравнение (9.24)
и его упрощения найдем уравнение динамики парового объема в окон-
чательном виде

dp/dt = -p/Tl + р/Т2,	(9.29)

где р = Др/р0 - давление пара в относительном измерении; д = Am/m0 -
положение парового регулирующего клапана в относительном измере-
нии; ро - давление пара на установившемся номинальном режиме;
т0 - положение парового регулирующего клапана на установившемся
номинальном режиме;

Л = V/(dG2ldp - 3G2/9p);	(9.30)

Тг = Vpo/fmodGJdm).	(9.31)

Аналогичным образом выводят уравнения динамики и для других
объектов, состоящих из одного аккумулятора энергии. Динамику
более сложных многоаккумуляторных объектов описывают системой
дифференциальных уравнений каждого аккумулятора, составляемых
таким же способом.
Уравнения динамики элементов
регулятора. Динамические характе-
ристики элементов регулятора опре-
деляют по переходным функциям,
под которыми понимают характер
изменения выходного параметра
элемента при мгновенной скачко-
образной подаче на его вход еди-
ничного сигнала. В зависимости от
динамических характеристик (см.
гл. 2) различают инерционные и без-
ынерционные звенья, причем инер-
ционные звенья могут быть аперио-
дическими или колебательными.

Рассмотрим только элементы с
линейной статической характери-
стикой вида у = кх (рис. 9.11, а).

Проекцию касательной к пере-
ходной характеристике на ось вре-
мени (рис. 9.11,6) называют посто-
янной времени апериодического
звена Т, которая характеризует
инерционность звена (инерционное
запаздывание в передаче входного
сигнала на выход элемента). Вели-
чину Г можно также определить как
время достижения выходным пара-
метром значения, равного 63 % но-
вой заданной величины. Общую про-
должительность переходного про-
цесса принимают равной 37. Перечи-
сленные особенности присущи апе-
риодическим звеньям, динамика
которых описывается обыкновен-
ными дифференциальными уравне-
ниями с постоянными коэффициен-
тами вида

Tdy/dt + у = кх.	(9.32)

Существуют такие звенья, ди-

Рис. 9.11. Статическая и пере-
ходные характеристики инер-
ционных звеньев

намика которых описывается дифференциальными уравнениями вто-

рого порядка

Т2
1 2

d2y
dt2

dy

+ I\----+ у = kx.

dt

(9.33)

В зависимости от соотношения постоянных коэффициентов урав-
нения (9.33) переходная характеристика будет различной (рис. 9.11, в, г).
L	Звенья с переходной характеристикой, показанной на рис. 9.11, в,

|	называют апериодическими, с характеристикой, показанной на

’г	рис. 9.11, г, - колебательными.	।

Для безынерционных звеньев характерна мгновенная передача
входного сигнала на выход звена. Такое звено можно рассматривать
11	как частный случай апериодического звена первого порядка, постоян-

I' i	ная времени которого настолько мала, что екАможно пренебречь. Урав-

	нение динамики безынерционного звена совпадает с его статической

। 	характеристикой

;	У = кх.	(9.34)

11

На практике почти все звенья инерционные. Вопрос о необходимо-
।	сти учета инерционности или о возможности пренебрежения ею следу- <

ет решать на основании сравнительного анализа динамических харак-
теристик всех звеньев, входящих в контур управления и регулирова-

I	ния, включая и регулируемый объект. Допускается не учитывать инер-

ционность звеньев, постоянная времени которых не превышает
2... 3 % значения наибольшей Постоянной времени, входящей в рас-
!	сматриваемый контур.

1|	В АСУ широко применяют дифференцирующие и интегрирующие

I I	звенья. Идеальное дифференцирующее	звено представляет собой

устройство, дающее на выходе производную по времени от входной
j	величины, т. е.	?

y-kdx/dt.	(9.35) |

При построении кривой переходного процесса идеального диффе-
ренцирующего звена обычно используют геометрический смысл произ- *
водной, согласно которому производная в любой точке кривой x(l)
'	представляет собой тангенс угла наклона касательной к этой кривой	

|	(рис. 9.12). Выходной сигнал максимален и минимален в точках переги-

Н	ба nt и П2, так как кривая х(0 в этих точках имеет наибольший наклон.	|

В точках же максимума	и минимума М2 кривой x(t) получается у = 0, |

'	так как касательные в этих точках горизонтальны.	|

₽ ’	Практическая реализация идеального дифференцирующего устрой- |

ц	ства представляет собой значительные трудности. Всякое реальное	|

устройство обладает инерционностью и входной сигнал поступит на я
в j	выход звена искаженным. Инерционное дифференцирующее звено	1

И	описывается уравнением	1

I	Tdy/dt + у = kdx/dt,	(9.36) I

I;	где Т - инерционное запаздывание.	1

>	Переходная функция интегрирующего звена в общем виде при ~

Й:	скачкообразном изменении входного сигнала (рис. 9.13, а) приведена 1

на рис. 9.13, б. Идеальное интегрирующее звено должно вырабатывать Ц
!	выходной сигнал, пропорциональный интегралу от входной величины 1

i	по времени:	г

Ij	y = k$x(t)dt или dy/dt = kx.	(9.37) Я
Рис. 9.12. Переходная ха-
рактеристика идеального
дифференцирующего зве-
на

Рис. 9.13. Переходные ха-
рактеристики интегрирую-
щих звеньев

Переходная функция идеального интегрирующего звена при скач-
кообразном изменении входного сигнала показана на рис. 9.13, в. При
значительной инерционной постоянной времени интегрирующего звена
его уравнение принимает вид

d2y

Т-----

dt2

dy

+----= кх.

dt

(9.38)

Переходная функция инерционного интегрирующего звена показа-
на на рис. 9.13, г.

Приведение к общему уравнению динамики. Все звенья контуров
АСУ можно описать уравнениями, используя рассмотренный выше
способ. Устойчивость - внутреннее свойство системы - зависит от ее
структуры и от параметров отдельных ее звеньев. Для оценки влияния
отдельных параметров системы на ее устойчивость необходимо рас-
сматривать совместное решение системы дифференциальных уравне-
ний. Существуют различные способы решения системы дифференциаль-
ных уравнений. Наиболее часто систему приводят к одному уравнению
динамики, исключая лишние неизвестные. В результате получают диф-
ференициальное линейное однородное (без правой части) с постоян-
ными коэффициентами уравнение

dn<p	dn-1<p

оо —— +	——— +.

dtn	dtn~l

d(f

• +	—+ cn=0>

dt

(9.40)
которое будет уравнением свободного движения АСУ. Известно, что
решение линейного однородного дифференциального уравнения пред-
ставляет собой сумму п частных решений вида

<₽ = Aewt = A exp (wz).	(9.40)

Подставляя такое решение в дифференциальное уравнение и деля
все члены на общий множитель A exp (wt), найдем|характеристическое
уравнение

aown +a1wn“1 + . . . +an_1w + ап = 0.	(9.41)

Обозначим п корней последнего уравнения через wv w2,. . ., wn. Тог-
да решением исходного уравнения будет

<₽=A1exp(w1z) + A2exp(w2z)+. . . + АП_! ехр (%_^) + An exp(wnz),

(9.42)

где Лу А2,. . ., Ап - постоянные коэффициенты, зависящие от началь-
ных условий.

Анализ устойчивости АСУ. Как следует из понятия устойчивости,
после снятия возмущения система должна под действием внутренних
сил вернуться к равновесному положению. Это значит, что с течением
времени отклонение регулируемой величины должно стать равным
нулю независимо от значения коэффициентов А„ т. е. (₽ -* 0 при t -*

Это требование выполнимо только при условии, что все корни ха-
рактеристического уравнения системы будут отрицательными вещест-
венными или комплексными с отрицательной вещественной частью.
Таким образом, по корням характеристического уравнения можно
судить об устойчивости АСУ.

В случае высокого порядка характеристического уравнения (тре-
тий и выше) определить его корни трудно, поэтому разработаны спосо-
бы оценки знаков корней характеристического уравнения без решения
самого уравнения. В частности, для оценки устойчивости АСУ, описы-
ваемых характеристическими уравнениями третьего-четвертого поряд-
ков, рекомендуется пользоваться критерием, разработанным почти
одновременно двумя математиками, по имени которых его называют
критерием Рауса-Гурвица. Согласно этому критерию, для того чтобы
корни характеристического уравнения были вещественными отрица-
тельными либо комплексными с отрицательной вещественной частью,
необходимо выполнение следующих двух условий:

l	.Bce коэффициенты характеристического уравнения должны
иметь один знак: так, в уравнении (9.41)

а0 > 0; ах > 0;...; ап > 0.	(9.43)

В случае отрицательных коэффициентов уравнение (9.41) может
быть умножено на - 1.
2	. При степени характеристического уравнения выше второй для
обеспечения устойчивости требуется, чтобы коэффициенты удовлетво-
ряли следующим неравенствам:

а)	для характеристического уравнения третьей степени

а1а2-аоа3>0;	(9.44)

б)	для характеристического уравнения четвертой степени

(а2аэ- BjaJoi- «0аз >0-	(9.45)

Для более высоких степеней характеристического уравнения выра-
жения существенно усложняются.

Рассмотрим исследование динамики контура регулирования часто-
ты вращения ротора турбогенератора (рис. 9.14). Исходные данные сле-
дующие: номинальная частота вращения п0 = 3000 об/мин; номиналь-
ная мощность No = 2000 кВт; момент инерции ротора турбины и генера-
тора J= 150 кг-м2.

Запишем исходное уравнение возмущенного состояния вращаю-
щихся масс турбин и генератора

Jda/dt = АМт - ДМГ.	(9.46)

Вращающий момент турбины

Мт = /(щ, (о),	(9.47)

момент сопротивления вращению генератора

МГ=/((О,Л),	(9.48)
гд$ т - открытие парораспределительных органов; ы - частота враще-
ния ротора; А. - нагрузка генератора.

Учитывая, что цель исследования - обеспечение устойчивости,
можно положить Л. = ДМГ/МГО = 0, так как исследования проводим при
постоянной нагрузке.

Выполнив такие же преобразования, как ранее с формулами (9.25)
и (9.26), получим	I

dip/dt + ф/7\ = ц/Т2,	$	(9.49)

где

Асо	Дт

<₽ =----; м =----------;

U	тном

амт

Эы

I дМТ	\

Т2 =	0 I —- Whom I •

\ от	/

Для дальнейшего анализа целесообразно преобразовать уравнение
(9.49), умножив обе его части на Т2. Тогда

T2d<p/dt + zip = ц; z = T2/Tv	(9.50)

Регулятор прямого действия с центробежным измерителем частоты
вращения (рис. 9.14, а) является безынтегральным звеном. Его уравне-
ние динамики совпадает с уравнением статики:

<р = - 6ц.

(9-51)

Знак минус в правой части уравнения объясняется тем, что увели-
чению регулируемого параметра должно соответствовать уменьшение
открытия парового регулирующего клапана.

Для исследования устойчивости систему уравнений (9.50) и (9.51)
необходимо привести к одному уравнению. Разрешить систему уравне-
ний можно относительно любой из переменных величин: ф или ц.

Определяем из уравнения (9.51) ц и подставляем это выражение
в уравнение (9.50):

T2dq/dt + (z - 1/6)ф = 0.

Характеристическое уравнение можно записать в следующем виде:

6T2+(l-z6) = 0.

(9.53)

Оба коэффициента характеристического уравнения положительны:
6Т2 > 0, так как б > 0 и Т2 > 0; 1 - гб > 0, так как z > 0. Следовательно,
условие устойчивости Рауса-Гурвица выполнено.
Если регулятор подключен в соответствии со схемой, показанной
на рис. 9.14, б, уравнение регулятора примет вид

<Р = 6д,

(9.54)

соответственно характеристическое уравнение -

61^ +(6z- 1) = 0.	(9.55)

Условие устойчивости в данном случае не выполняется, свобод-
ный член 6z- 1 <0, так как обычно значения биг принимают не-
большими.

Неустойчивость регулятора, схема которого приведена на рис. 9.14, б,
подтверждает анализ его функционирования. При увеличении частоты
вращения ротора муфта измерителя поднимается, что приводит к
открытию парового регулирующего клапана и дальнейшему увеличе-
нию регулируемого параметра. Следовательно, регулятор не обеспе-
чивает восстановления исходного режима, что свидетельствует о его
неправильном подключении.

На основании результатов рассмотрения схем регулятора прямого
действия с регулируемым объектом, описываемых характеристиче-
ским уравнением первого порядка, можно заключить, что для устой-
чивости таких систем достаточно выполнения первого условия крите-
рия Рауса-Гурвица и правильности подключения регулятора.

Для регулятора непрямого действия с жесткой обратной связью
(рис. 9.14, б) уравнение регулируемого объекта (9.50) остается справед-
ливым. Уравнение регулятора в данном случае представляет собой
систему уравнений измерительного и исполнительного органов:

о = - kj<р;	du/dt » о/Г3.	(9.56)

Исключая из последних уравнений о, получаем

dn/dt = k1ip/Ts.	(9.57)

Чтобы исключить из уравнения (9.50) д, продифференцируем обе
его части по времени:

б2Ф	бф	dy

т2—~ + z------=----•	(9.58)

dt2	dt	dt

В результате найдем характеристическое уравнение

TsT2w2 + zTsw + k1 = 0.	(9.59)

Анализ полученных выражений позволяет сделать вывод, что все
они положительные и, следовательно, условие устойчивости выполняется.
Необходимо отдельно остановиться на коэффициенте zTs. Он всегда
роложителен приг> 0, т. е. при наличии у объекта самовыравнивания.
^Учитывая, что всякая реальная система имеет в подвижных соедине-
ниях трения, люфты и т. п., ухудшающие устойчивость контура регули-
рования, допустимо использовать схему без стабилизирующих звеньев
при условии наличия у объекта достаточного самовыравнивания.
В противном случае необходимо принимать специальные меры для
повышения запаса устойчивости, например, использовать регулятор
с жесткой отрицательной обратной связью пб положению регули-
рующего органа. В этом случае характеристическое уравнение прини-
мает вид

TsT2w2 +(zTs +бТ2)к + ^ +6z = 0.	(9.60)

Из анализа выражений коэффициентов уравнения (9.60) следует,
что условие устойчивости выполняется и при отсутствии самовырав-
нивания.

Аналогично исследованию САР, описываемой характеристическим
уравнением первого порядка, можно показать, что система будет
устойчивой только при условии правильного подключения регу-
лятора.

Предположим теперь, что объект регулирования описывается диф-
ференциальным уравнением второго порядка вида

сР(₽	dip

	+TS-+зф=р.	(9.61)
dt2--------------------------------------------------dt

После совместных преобразований уравнений (9.59) и (9.61) полу-
чаем характеристическое уравнение контура регулирования третьего
порядка

7^Т4и>3 +Т.Т. № + zTsw + k. = 0.

(9.62)

Первое условие устойчивости выполняется, так как все коэффи-
циенты характеристического уравнения положительны. Однако для
характеристического уравнения третьего порядка существует еще вто-
рое условие, которому должны удовлетворять коэффициенты:

«1^2 ~ «о«з =	“kiT4Ts> 0.

(9.63)

Анализ условий, необходимых для обеспечения устойчивости ис-
следуемой системы регулирования, позволяет обоснованно выбирать
параметры регулятора.

Рассмотрим методику определения численных значений коэффи-
циентов уравнения (9.50).

Производную ЭЛ/т/Эы вычислим в предположении, что т = const.
При этом условии характеристика МТ =/(ы) близка к прямой линии
(рис. 9.15). При номинальной мощности турбины
Рис. 9.15. Статическая ха-
рактеристика турбогене-
ратора

ОМт/Оы = - М0/ы0= - N0/w2.	(9.64)

Величина дМг/ды при номинальной мощ-
ности генератора также близка к N0/u 2. При
этом после подстановки численных значений
коэффициентов

Tj = Л) §/(2ЛГ0) = 3,75 с.	(9.65)

Характеристику парового регулирующе-
го клапана принимаем линейной и опре-
деляем

тноыдМ^/дт = МТ0 = 7У0/ы0;	(9.66)

Т2 = Jgj2/N0 = 7,5c.	(9.67)

Критерий Рауса-Гурвица позволяет в общем виде оценивать влия-
ние отдельных параметров на устойчивость системы. Однако при пя-
той и более высоких степенях характеристического уравнения исполь-
зовать критерий Рауса-Гурвица трудно. Существуют другие способы
оценки устойчивости АСУ. Иногда известны не уравнения динамики
отдельных звеньев, а частотные характеристики. В этих случаях устой-
чивость контура регулирования и управления рекомендуется оцени-
вать с помощью частотных характеристик. Основы и принцип исполь-
зования частотных и других способов исследования устойчивости
излагаются в специальных трудах по теории автоматического регули-
рования.

Анализ качества переходных процессов. Установив устойчивость
системы, можно переходить к оценке качества переходных процессов.
Исследования переходных процессов показывают, что характер дви-
жения системы определяется корнями характеристического уравне-
ния. Действительные отрицательные корни обеспечивают апериоди-
ческие переходные процессы, а комплексные - колебательные пере-
ходные процессы. Можно считать, что качество переходных процессов
в системе с апериодическими составляющими будет выше, чем в си-
стеме с колебательными составляющими. Исходя из условия аперио-
дичности переходных процессов, необходимо установить соотношение
между коэффициентрами характеристического уравнения, обеспечи-
вающее отсутствие комплексных корней.

Для характеристического уравнения второй степени

eow2 + a1w + a2 = 0	(9.68)

условие апериодичности сводится к выполнению неравенства

a21-4aoa2>0.	(9.69)

Методу оценки качества переходных процессов для характеристи-
ческого уравнения третьей степени

a0w3 + <iiW2 + a2w + аэ = 0	(9.70)
Рис. 9.16. Диаграмма Вышнеградского

Рис. 9.17. Осциллограмма переходного
процесса набора нагрузки турбогене-
ратора

разработал основоположник теории автоматического регулирования
И.Вышнеградский. Чтобы построить диаграмму областей устойчивости,
вводят обобщенные параметры

4 = а3а3 ; В = а0а3 ,

(9-71)

и тогда условия устойчивости сводятся к выполнению следующих
неравенств:

4 >0;

В > 0; АВ > 1.

Граница устойчивости в плоскости параметров Вышнеградского
(рис. 9.16) представляет собой симметричную гиперболу АВ= 1, ниже
и левее которой система неустойчива (область IV), а выше и правее -
устойчива. Область устойчивости состоит из трех частей: FCE (II) -
апериодические переходные процессы; DCF (/) - неколебательные
переходные процессы; III - колебательные переходные процессы.

В теории автоматического регулирования существуют различные
критерии качества переходных процессов и методы их оценки. Их опи-
сание приводится в специальной литературе.

Построение переходных процессов. Расчет переходных процессов
представляет собой определение зависимости от времени параметров
исследуемого контура регулирования, т.е. решение системы дифферен-
циальных уравнений, описывающих исследуемый объект. Лишь после
оценки переходных процессов можно с полным основанием считать
задачу проектирования АСУ выполненной.

Проанализируем качество переходного процесса в САР частоты
вращения ротора турбогенератора.
Исследуемый режим - полный набор нагрузки генератора, т. е.
изменение А. от 0 до 100 % за время 0,2 с. кривая переходного процесса,
построенная на аналоговой вычислительной машине, приведена
на рис. 9.17. Основные параметры, характеризующие качество переход-
ного процесса, - это максимальный динамический заброс регулируе-
мого параметра, степень колебательности кривой переходного процес-
са и время переходного процесса. Допустимые значения параметров
обычно оговаривают в техническом задании на проектирование. В дан-
ном случае максимальный динамический заброс составляет Фтах =
= 3,2 %, а время восстановления значения регулируемого параметра
в пределах заданной точности его автоматического поддержания 4,5 с.

Изменяя отдельные настроечные параметры, можно исследовать их
влияние на качество переходных процессов. Увеличение постоянной
времени объекта, как правило, приводит к затягиванию переходного
процесса, увеличение времени сервомотора - к росту динамического
заброса, увеличение неравномерности регулятора - также к увеличе-
нию динамического заброса. Различные нелинейности (люфты, нечув-
ствительность и т. п.) ухудшают качество переходных процессов: уве-
личиваются перерегулирование и время переходных процессов, сни-
жаются запасы устойчивости и увеличивается колебательность.

Необходимо отметить удобство и наглядность исследований пере-
ходных процессов на вычислительных машинах непрерывного дей-
ствия: имеется возможность фиксировать все параметры объекта и САР
на общей осциллограмме. Точность моделирования составляет не-
сколько процентов, что достаточно для большей части задач проекти-
рования. Для моделирования с повышенной точностью рекомендуется
использовать вычислительные машины дискретного действия, которые
в отличие от машин непрерывного действия, выдающих результат ис-
следования на показывающие приборы и на осциллограммы, фикси-
руют результат на бумаге в виде столбцов цифр, соответствующих
параметрам исследуемого контура.

В начале проектирования на вычислительной машине моделируют
все элементы контура регулирования и управления. Затем после раз-
работки и изготовления натурного образца АСУ моделируют и стыкуют
модель с реальной системой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Перечислите категории судов по организации управления.

2.	Каковы основные этапы проектирования систем?

3.	Поясните физический смысл понятия неравномерности чувствительного
элемента и системы в целом.

4.	В чем проявляется инерционность отдельных звеньев?

5.	Назовите условие устойчивости САР с характеристическим уравнением
третьей степени.

6.	Поясните порядок построения статической характеристики САР по стати-
ческим характеристикам отдельных звеньев.
Глава 10.

ИСПЫТАНИЯ, МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АСУ

§ 10.1.	Наладка и испытания средств автоматизации

Вновь разрабатываемые образцы АСУ или отдельных регуляторов
подразделяют на опытные и головные. Опытные сйразцы разрабаты-
вают в том случае, когда система содержит принципиально новые тех-
нические решения. Головные образцы проектируют на основании
известных прототипов или проверенных технических решений. Опыт-
ные образцы АСУ, как правило, на судно не устанавливают, а исполь-
зуют для проведения испытаний, по результатам которых изготавли-
вают головные образцы.

После изготовления и наладки опытного или головного образца
междуведомственная комиссия (МВК), составленная из представите-
лей заинтересованных организаций (предприятий), проводит между-
ведомственные испытания. МВК состоит из представителей предприя-
тия-проектанта образца, предприятия-заказчика, базовых предприя-
тий и инспектирующих организаций, например Регистра СССР. Между-
ведомственные испытания образцов ведут по программе, согласован-
ной со всеми заинтересованными организациями и предусматриваю-
щей всесторонние испытания опытного или головного образца АСУ.
Если необходимо, по результатам этих испытаний в чертежи и техни-
ческую документацию вносят соответствующие изменения, затем при-
нимают решение об изготовлении головных образцов или о запуске
системы в серийное производство. Серийные образцы АСУ проходят
заводские стендовые испытания на заводе-изготовителе и после этого
поставляются на судостроительный завод для монтажа.

Окончательным видом испытаний любой судовой АСУ являются
судовые испытания. В период этих испытаний образец системы работа-
ет по прямому назначению. Заключение о результатах судовых испы-
таний АСУ дает комиссия государственной приемки судна.

Заводские стендовые испытания. Цель заводских испытаний - убе-
диться в соответствии характеристик отдельных средств автоматиза-
ции в целом утвержденной технической документации. В процессе
наладки и испытаний выявляют и устраняют возможные дефекты изго-
товления. Характеристики отдельных узлов системы или регуляторов
снимают на испытательных стендах, оборудованных специальными
приспособлениями для имитации регулируемых параметров, кон-
трольно-измерительными приборами и системами подачи рабочей
среды к средствам автоматизации (воды под давлением, очищенного
и сухого сжатого воздуха и электропитания).

Для имитации давлений свыше 50 кПа применяют грузопоршневой
манометр (рис. 10.1). Внутренняя полость прибора заполняется маслом,
которое передает усилие от притертого к корпусу 1 и нагруженного
грузами 3 штока 2 сильфону регулятора 5. При снятии характеристики
регулятор соединяют импульсной трубкой 4 с прессом, а требуемое
Рис. 10.1. Схема установки для снятия характеристик регуляторов давления
1 — корпус; 2 — шток; 3 — грузы; 4 — импульсная трубка; 5 — регулятор

давление создают подбором соответствующих тарированных грузов.
Малые давления - менее 50 кПа можно создать с помощью столба воды
или баллона со сжатым воздухом.

Для снятия характеристики регулятора уровня используют спе-
циальное приспособление с бачком и импульсными трубами (рис. 10.2).
При этом изменение уровня имитируют, наполняя или осушая одну
из полостей бачка. Чтобы датчик регулятора уровня в конденсаторе
мог надежно работать в условиях вакуума, его проверяют на герме-
тичность. С помощью вакуумного насоса в полостях датчика создают
разряжение около 99 кПа. Датчик считают выдержавшим испытание,
если через 4 ч вакуум понизится не более чем на 20 кПа. Схема уста-
новки для проверки на герметичность приведена на рис. 10.3.

При испытании регуляторов температуры для имитации регули-
руемой температуры применяют термостаты.

При испытаниях аппаратуры АСУ используют различные контроль-
но-измерительные приборы, к которым относят манометры (обычные
и образцовые), U -образные манометры для замера малых давлений,
ртутные и электрические термометры, вольтметры цифровые, магази-
ны сопротивлений, индикаторы для измерения малых перемещений,
приспособления для замера жесткости пружин, секундомеры, тариро-
ванные баки для замера расхода регулируемой среды, весы для взве-
шивания аппаратуры.

Междуведомственные испытания. Цель этих испытаний - провер-
ка работоспособности опытного или головного образца АСУ и соответ-
ствия ее характеристик утвержденной технической документации.
Учитывая новизну технических решений, заложенных при разработке
Рис. 10.2. Схема установки для снятия характеристик ре-
гуляторов уровня

1 — измеритель регулятора; 2 — импульсные трубки; 3 — бачок;

4 — индикатор; 5 — манометры; 6 — регулирующий клапан; 7 —
усилительное реле

Рис. 10.3. Схема установки для проверки на герметичность регуляторов
уровня в конденсаторе

1 — измеритель регулятора; 2 — трубки; 3-вакуумметр; 4 — струбцина; 5 — ва-
куумный насос
головного образца системы, а в случае опытных образцов - принци-
пиальную новизну, для решения вопроса о возможности их установки
на судно необходимо проверить их работу по прямому назначению
в замкнутом контуре регулирования вместе с реальным объектом.
Испытания проводят на специальном стенде, оборудованном штатными
судовыми механизмами, в условиях, максимально приближенных
к реальным, причем регулируемые параметры записываются на само-
писцах или осциллографах. Такие испытания позволяют проверить
точность поддержания регулируемых параметров на всех установив-
шихся режимах работы, а также качество переходных процессов в кон-
турах регулирования. В ходе испытаний окончательно выбирают
настроечные параметры АСУ и проверяют эксплуатационную надеж-
ность аппаратуры. Испытания АСУ, когда это возможно, совмещают
с испытаниями самих объектов регулирования.

При испытаниях больших и сложных АСУ не всегда можно проверить
их совместную с реальным оборудованием работу, так как это потребо-
вало бы значительного времени и больших материальных затрат на
сооружение специального стенда. В таких случаях реальные объекты
заменяют математическими моделями, набираемыми на электронно-
моделирующих установках. В практике испытаний. АСУ широко ис-
пользуют аналоговые и цифровые вычислительные машины.

Составив уравнение, описывающее возмущенное состояние объек-
та автоматизации, и определив численные значения коэффициентов,
входящих в это уравнение, набирают на машинах математическую
модель объекта, с которой „стыкуют” реальную АСУ. Выходные сиг-
налы модели объекта в виде напряжений электрического тока, экви-
валентных регулируемым величинам, преобразуются в специальных
устройствах в сигналы реальных величин: давления, уровня, темпера-
туры, перемещения и т. д. Эти сигналы поступают на датчики реальной
АСУ и вызывают определенное регулирующее действие в виде пере-
мещения регулирующих органов системы. Преобразованные в электри-
ческие сигналы перемещения регулирующих органов и соответствую-
щие им изменения нагрузки объекта поступают в электронную модель,
создавая таким образом замкнутый контур регулирования. При испы-
таниях АСУ вместе с электронной моделью объекта можно воспроиз-
вести все необходимые режимы работы реального объекта, включая
и аварийные, что не всегда возможно на реальном оборудовании.
Очевидно, проведение таких испытаний требует значительно меньших
затрат средств и времени.

Аппаратуру АСУ подвергают также механическим и климатиче-
ским испытаниям в условиях, приближенных к судовым.

Судовые испытания АСУ. Судовые испытания АСУ подразделяют
на швартовные и ходовые. Цель судовых испытаний - проверка рабо-
тоспособности систем при работе по прямому назначению в составе
действующих технических средств судна. В процессе судовых испы-
таний окончательно проверяют устойчивость контуров регулирования,
точность поддержания регулируемых параметров во всем диапазоне
установившихся режимов, качество переходных процессов при
маневрировании судна. Во время судовых испытаний впервые появ-
ляется возможность окончательно определить соответствие характе-
ристик системы требованиям утвержденной технической документа-
ции и проверить работу отдельных контуров регулирования при
взаимодействии между ними.

Швартовные испытания проводят по специальной программе.
На первом этапе, когда проверяют правильность ^качество выполнен-
ного монтажа аппаратуры, необходимо обеспечить подвод электропи-
тания и рабочей среды АСУ (воздуха, воды или м|сла). Контуры регу-
лирования в это время могут оставаться незамкнутыми, так как судо-
вое оборудование еще может быть не готово к испытаниям. При швар-
товных испытаниях допускается работа судовых устройств по нештат-
ным схемам, например при получении пара с берега, когда судовая
паропроизводящая установка еще не готова к работе. В дальнейшем по
мере готовности оборудования к испытаниям отдельные устройства
АСУ и регуляторы включаются в работу по прямому назначению.

После того, как все элементы СЭУ, включая аппаратуру АСУ, будут
испытаны, начинают комплексные испытания энергетической установ-
ки, по результатам которых принимают решение о начале ходовых
испытаний. Испытанием АСУ на ходовых режимах является ее работа
по прямому назначению. Специальных программ испытаний при этом
обычно не составляют. Во время судовых испытаний значения регули-
руемых параметров на установившихся и переходных режимах запи-
сываются на самопишущих приборах и одновременно их фиксируют
члены испытательной партии по контрольно-измерительным приборам.

§ 10.2.	Требования к монтажу аппаратуры на судне
и правила эксплуатации АСУ

Ниже перечислены основные требования к монтажу аппаратуры
АСУ.

1.	Правильный выбор мест отбора импульсов на датчики систем
или отдельных регуляторов. Учитывая наличие гидравлического
сопротивления трубопроводов при установке датчиков давления,
необходимо максимально приблизить точку отбора импульса к объек-
ту регулирования, чтобы уменьшить время запаздывания в импуль-
сном трубопроводе.

2.	Правильное расположение мембранных датчиков уровня отно-
сительно объекта регулирования. При любых возможных кренах
и дифферентах судна датчик должен оставаться ниже измеряемого
уровня. Для нормальной работы датчиков уровня, когда подпорный
уровень создается уравнительным сосудом или уравнительной трубой,
важное значение имеет их правильное расположение. Оптимальным
будет такое расположение, при котором ось сосуда (трубы) проходит
через точку вращения зеркала уровня при всех возможных наклоне-
ниях судна.

3.	Прокладка импульсных трубок для исключения „воздушных
мешков” необходимо выполнять с уклоном в сторону датчика не ме-
нее 1:10.

4.	Возможность в аварийных случаях управлять регулирующими
органами вручную. Для этого регулирующие органы следует устанав-
ливать в доступных местах, причем с места установки регулирующего
органа обеспечить возможность- наблюдения за приборами, контроли-
рующими регулируемый параметр.

5.	Надежное заземление электрических приборов.

6.	Установка специальных защитных кожухов и маркировка соот-
ветствующей высоковольтной аппаратуры.

7.	Удаление грязи и окалины и промывка гидравлических и воз-
душных трубопроводов.

8.	Обеспечение возможности настройки, разборки и демонтажа
аппаратуры.

В процессе эксплуатации аппаратура АСУ изнашивается и меняет
свои характеристики. Отклонения характеристик, однако, не должны
выходить за допустимые пределы, обычно указываемые в технических
условиях. Наиболее часто в практике эксплуатации АСУ встречаются
износ золотников топливных регулирующих блоков и размытие
штоков и седел регулирующих клапанов, износ уплотнительных рези-
новых манжет и колец сервомоторов и клапанов, изменение характе-
ристик пружин, появление люфтов в кинематических передачах, обра-
зование неплотностей в местах соединения пневмоэлементов с плата-
ми и пневмопроводами, загрязнение измерительных органов датчи-
ков, подшипников и опор и т. д. Подобные виды износа приводят
к ухудшению характеристик аппаратуры систем или к отказу.

Рассмотрим несколько примеров. Износ резиновых манжет, уплот-
няющих поршень сервомотора, приводит к появлению протечек из
одной полости сервомотора в другую и к увеличению постоянной вре-
мени сервомотора. Загрязнение измерительных органов датчиков уве-
личивает их нечувствительность или приводит к отказу. Образование
в процессе эксплуатации люфтов в кинематических передачах умень-
шает степень устойчивости и может сопровождаться появлением авто-
колебаний в САР. Загрязнение подшипников в валиковых передачах
измерителей уровня или опор в регуляторах давлений увеличивает
нечувствительность регуляторов. Правила эксплуатации изложены
в поставляемых на судно в комплекте с аппаратурой „Техническом
описании” и „Инструкции по эксплуатации” АСУ.

В этих документах приведены основные технические данные аппа-
ратуры, описаны принцип действия системы и ее составных частей
и конструкции всех приборов, входящих в систему, с приложением
необходимых иллюстраций. Инструкция по эксплуатации содержит
указания о подготовке АСУ к действию, о порядке включения и
выключения системы, а также о ее обслуживании во время работы.
Там же разъясняется порядок разборки и сборки аппаратуры, методи-
ка наладки аппаратуры в судовых условиях и даны сведения о воз-
можных неисправностях аппаратуры и способах их устранения.

Ниже приведены наиболее часто встречающиеся неисправности,
указаны причины их возникновения и пути устранения.
1	.САР не реагирует на отклонение регулируемого параметра
от заданного значения.

Возможные причины неисправности и способы устранения:

а)	отказ датчика:

засорилось измерительное устройство (необходимо очистить изме-
ритель от грязи и шлама);

лопнул сильфон (следует заменить его);	|

нарушена герметичность термобаллона датчика температуры (заме-
нить термобаллон);	f

увеличился подсос воздуха в импульсную часть датчика уровня
в конденсаторе;

б)	отказ усилительного устройства:

засорились каналы (прочистить каналы усилительного устройства);

сбита струйная трубка или отражательная заслонка гидравличе-
ского усилительного реле (правильно установить струйную трубку или
отражательную заслонку);

в)	заклинило исполнительный механизм и регулирующий орган
(в этом случае необходимо перейти на резервный регулирующий орган,
если он имеется, или вывести установку из действия).

2	. САР работает неустойчиво.

Возможные причины неустойчивой работы и способы устранения:

а)	отказ стабилизирующего устройства:

вышла из зацепления пружина обратной связи (пружину устано-
вить на место);

люфты в кинематических передачах обратной связи (устранить
люфты);

протечки воздуха в линиях обратной связи;

б)	неисправности датчика и усилительного устройства:

деформация гофров сильфона измерительного органа (заменить
сильфон);

увеличение трения в ножевых опорах измерительного органа
вследствие их загрязнения, затупления или поломки (ножевые опоры
очистить, притереть или заменить);

увеличение трения в шарикоподшипниках валиковой передачи
измерителя уровня (очистить шарикоподшипники от грязи);

загрязнение измерительного устройства регуляторов уровня
(вскрыть измеритель и очистить от грязи);

возникновение трения в усилительном устройстве вследствие
задевания его подвижных частей о корпус;

в)	неисправности в исполнительном механизме и регулирующем
клапане:

увеличение страгивающего перепада на поршне сервомотора (раз-
зобрать сервомотор и устранить повышенное трение);

заедания в регулирующем клапане;

увеличение страгивающего перепада на поршне сервомотора (ра-
зобрать сервомотор и устранить повышенное трение);

3.	САР поддерживает значение регулируемого параметра, отличное
от заданного.
Возможные причины:

разрыв мембраны в датчиках уровня;

незначительный подсос воздуха в импульсную систему датчика
уровня в конденсаторе;

засорение дроссельной шайбы на трубопроводе подпитки уравни-
тельного сосуда или уравнительной трубы;

- 4. САР медленно реагирует на изменение регулируемого пара-
метра.

Возможные причины:

частичное засорение сопел усилительного устройства;

увеличение протечек через поршень сервомотора;

5.	Наиболее характерные причины неисправностей систем пневмо-
автоматики:

нарушение плотности пневматических соединений (в штуцерах и в
местах установки пневмоэлементов на платы);

неравномерная деформация мембраны сервоприводов, приводя-
щая к перекосу и заклиниванию штоков клапанов;

отказ самих пневмоэлементов (выход из строя мембран, засоре-
ние сопла и т. д.);

6.	Причины отказов аппаратуры электроавтоматики:

нарушения изоляции между токоведущими проводами и между
проводами и корпусом вследствие попадания влаги и грязи внутрь
прибора;

отказ электрических элементов.

В комплекте с аппаратурой АСУ на судно поставляется определен-
ное количество запасных частей, инструментов и приспособлений
(ЗИП), необходимых для ремонта в период эксплуатации. Состав ЗИПа,
определяемый проектантом системы, комплектуется из числа дета-
лей, наиболее подверженных износу. Для ускорения сроков ремонта
в судовых условиях в состав ЗИПа включают не только отдельные
детали, но и целые узлы и блоки системы или отдельные регуляторы.

В состав ЗИПа пневмо- и электроаппаратуры, конструктивно
выполненной в виде стоек, как правило, включают целиком отдель-
ные кассеты илй модули. Такого рода системы обычно решают задачу
поиска собственных неисправностей с соответствующей сигнализацией
об отказе того или иного модуля. Для восстановления нормальной
работы системы необходимо заменить неисправный модуль работоспо-
собным из числа имеющихся в ЗИПе.

§ 10.3. Перспективы развития АСУ судовыми
энергетическими установками и системами

В последние годы осуществлен переход от частичной автоматиза-
ции СЭУ и судовых систем к комплексной автоматизации, обеспечи-
вающей управление энергетической установкой и системами из руле-
вой рубки при отсутствии постоянной вахты в машинном отделении.

Развиваются и совершенствуются принципы схемного и конструк-
тивного построения комплексов АСУ СЭУ и систем.
Рис. 10.4. Структурная схема АСУ с центральной ЭВМ

1 — датчики; 2 — печатающее устройство; 3 — самописец; 4 — блок
обработки результатов вычислений; 5 — блок памяти; 6 — пульт
управления; 7 — ЭВМ;3 — блок управления ГТЗА; 9 — блок управ-
ления турбогенератором; 10 — блок управления котельной уста-
новкой; 11 — блок управления арматурой; 12 — блок управления
вспомогательными механизмами; 13 — программа профилактики

Анализ современных тенденций развития автоматизации на судах
позволяет утверждать, что дальнейшее совершенствование отечествен-
ных АСУ связано с внедрением на суда микропроцессорной вычисли-
тельной техники на основе больших, средних и микроЭВМ в различных
сочетаниях.

Один из путей использования ЭВМ для автоматизации СЭУ и си-
стем - создание единой информационно-управляющей системы для
управления и контроля на базе больших ЭВМ. Из рис. 10.4 видно, что
в данном случае ЭВМ обрабатывает сигналы от датчиков и сигнализа-
торов всего автоматизированного оборудования, сравнивает их с за-
данными значениями (уставками) и выдает управляющие сигналы
на устройства управления оборудованием. Одновременно на печатаю-
щем устройстве 2 записываются параметры, вышедшие за уставку.
Центральная ЭВМ может также вести судовую отчетность, учет распре-
деления грузов и загрузки судна. В связи с огромным количеством
перерабатываемой информации центральная ЭВМ должна обладать
значительным быстродействием и большим объемом памяти. Чтобы
обеспечить надежную работу оборудования установки, центральную
ЭВМ обычно дублируют.

Бурное развитие микропроцессорной вычислительной техники
и широкое применение ее в промышленных АСУ предопределяют
внедрение на судах комплексных систем управления судовыми тех-
ническими средствами с так называемой распределенной структурой
(рис. 10.5). Для данного типа систем характерно рассредоточение основ-
ной части средств вычислительной техники (микроЭВМ) по группам
управляемых объектов. Эти средства, будучи оформлены в виде авто-
номно работающих локальных станций систем, выполняют все функ-
ции управления и контроля отдельными группами агрегатов
Рис. 10.5. Структурная схема комплексной сйстемы управления и контроля с
распределенными микроЭВМ

1 — ГРЩ; 2 — автономные локальные станции управления и контроля с микроЭВМ; 3 —
приборы групповой сигнализации; 4 — видеотерминалы в ЦПУ, на мостике и ЦПУГО;

5 — центральный узел с двумя микроЭВМ; 6 — цистерны и трубопроводы; 7 — насосы; 8 —
регуляторы температуры; 9 — главные двигатели; 10 -дизель-генераторы

и устройств, входящих в состав судовых технических средств.

На центральную ЭВМ системы с распределенной структурой воз-
ложены лишь функции связи системы с человеком-оператором, накоп-
ления и регистрации обобщенной информации и координации работы
периферийных микроЭВМ. Для управления, контроля и представления
информации вахтенному персоналу служат цветные или черно-белые
видеотерминалы, расположенные в ЦПУ, на мостике и в других слу-
жебных помещениях.

Системы с распределенной структурой по сравнению с системами
с центральной ЭВМ обладают несколько большей надежностью и
меньшим числом кабельных связей. Выбор той или иной структуры
построения перспективных комплексных систем управления судовы-
ми техническими средствами в значительной мере определяется нали-
чием приспособленных к судовым условиям образцов микропроцес-
сорной вычислительной техники и результатами тщательного технико-
экономического анализа, выполняемого на начальных стадиях проек-
тирования.
Построение АСУ с применением ЭВМ позволяет решать также такие
важные задачи автоматизации СЭУ, как оптимизация стационарных
и переходных режимов работы установок, диагностирование состоя-
ния оборудования, вычисление сводных технико-экономических
показателей работы установки и судна в целом.

Развитие и внедрение на суда новых, перспективных АСУ невоз-
можно без дальнейшего совершенствования средств автоматизации,
создания и применения высоконадежных датчик®, сигнализаторов,
малогабаритных и дешевых электрорадиоэлемент® и средств пред-
ставления информации.	«

Большую роль в этом призваны сыграть средства микроэлектрони-
ки (интегральные и пленочные микросхемы, большие интегральные
микросхемы, микросборки и т. д.), тиристорные схемы управления
мощными электродвигателями, средства представления информации
на жидких кристаллах, волоконно-оптические линии связи и другие
достижения науки и техники. Применение их позволит в значительной
мере уменьшить массогабаритные характеристики аппаратуры и повы-
сить надежность АСУ.

Применение вычислительной техники окажет существенное влия-
ние и на организацию процессов проектирования АСУ, разработки
аппаратуры для этих систем.

Уже в настоящее время ЭВМ широко используются для выполне-
ния сложнейших статических и динамических расчетов АСУ, разра-
ботаны и применяются специализированные системы автоматизирован-
ного проектирования и разработки (САПР) конструкторской докумен-
тации для целого ряда типов АСУ и их конструктивных элементов.
В перспективе проектирование АСУ будут вести только с помощью
САПР, что потребует от будущих специалистов по судовым АСУ обшир-
ных и твердых знаний в области программирования и устройства ЭВМ,
умения работать с ЭВМ на рабочем месте.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.	Каким видам испытаний подвергают АСУ?

2.	Какие преимущества использования моделирования при проведении
испытаний АСУ?

3.	Перечислите основные требования к монтажу аппаратуры средств автома-
тизации.

4.	Назовите наиболее часто встречающиеся неисправности аппаратуры АСУ.

5.	Каковы преимущества применения ЭВМ в АСУ?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Автоматизация судовых энергетических установок: Справ. пособ./Р. А. Не-
лепин, О. П. Демченко, В. И. Агеев и др.: Под ред. Р. А. Нелепина. СПб.: Судо-
строение, 1975.534 с.

2.	Автоматизация судовых энергетических установок и систем: Учеб, для
судостроит. техникумов/В. А. Андрезен, М. Э. Гольдберг, В. Н. Городущенко и др.
СПб.: Судостроение, 1973.318 с.

3.	Агафонов В. А., Ермилов В. Г., Панков Е. В. Судовые конденсационные
установки: Учеб, пособ. СПб.: Судпромгиз, 1963. 490 с.

4.	Андрезен В. А., Войтецкий В. В., Колкунов Ю. И. Комплекс автоматизиро-
ванного управления техническими средствами газотурбохода „Капитан Смир-
нов”//Судостроение. 1980. № 3. С. 33—36.

5.	Бобылев В. П. Унифицированные судовые системы централизованного
автоматического контроля ,ДПипка-М’7/Судостроение. 1986. № 12. С. 17—19.

6.	Булыгин П. А. Газотурбинные установки судов на подводных крыльях.
СПб.: Судостроение, 1971. 192 с.

7.	Ланчуковский В. И., Козьминых А. В. Автоматизированные системы управ-
( пения судовых дизельных и газотурбинных установок. М.: Транспорт, 1983. 320 с.

8.	Нелвпин Р. А. Автоматическое управление судовыми энергетическими
установками. СПб.: Судостроение, 1986.294 с.

9.	Николаев В. И., Разумов Ю. В., Александров Н. Н. Контроль работы судовых
энергетических установок. Методы и приборы контроля. СПб.: Судостроение,
1966. 387 с.

10.	Орунов Г. П. Система управления вспомогательными механизмами глав-
ной энергетической установки//Судостроение. 1986. № 10. С. 23—25.

И. Попов В. П., Сыромятников В. Ф. Автоматизация грузовых операций на
морских танкерах. М.: Транспорт, 1966. 102 с.

12.	Половко А. М. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964.446 с.

х-—~~	13. Попов Е. П. Автоматическое регулирование и управление. М.: Физматгиз,

/ 1962.388 с.

Г 14. Потяев В. А. Автоматика судовых газотурбинных установок. СПб.: Судо-
строение, 1972. 326 с.

15.	Соболев Л. Г. Комплексная автоматизация судовых паротурбинных уста-
новок. СПб.: Судостроение, 1967.278 с.

16.	Суханов А. И. Опыт создания за рубежом распределенных комплексных
систем централизованного управления и контроля судовых технических средств/
/Судостроение. 1987. № 9. С. 23-29.

17.	Сыромятников В. Ф., Лубочкин Б. И. Автоматическое регулирование
судовых паровых котлов. 2-е изд., перераб. М.: Транспорт, 1968.272 с.

18.	Тараторкин Б. С. Электронные устройства судовой автоматики. СПб.:
Судостроение, 1981.248 с.

19.	Ужанский В. С. Автоматизация холодильных установок распределитель-
ных и производственных холодильников. М.: Пищ. пром., 1966.272 с.

20.	Хорьков А. М. Монтаж, эксплуатация и ремонт судовой автоматики. СПб.:
Судостроение, 1977.158 с.

21.	Цыркин М. И. Автоматизированное управление судовыми дизельными
установками. СПб.: Судостроение, 1977. 264 с.

22.	Шифрин М. Ш., Новопашенный В. Н., Кодыров Ю. М. Проектирование
автоматических систем управления судовыми паротурбинными установками.
СПб.: Судостроение, 1974. 588 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ

От авторов..........................J................. 3

Введение............................к................. 4

Раздел I	ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ.............................. 7

Глава 1.	Основы понятия и определения............................ 7

§ 1.1.	Классификация автоматизированных систем

управления (АСУ)........................................ 7

§1.2.	Структурные схемы АСУ................................. Ю

§1.3.	Статика и динамика АСУ............................... 13

Контрольные вопросы.................................... 18

Глава 2.	Объекты управления..................................... 18

§ 2.1.	Объекты управления и их свойства..................... 18

§ 2.2.	Статические и динамические характеристики
объектов управления................................... 25

Контрольные вопросы.................................... 31

. Глава 3.	Элементы и устройства автоматических регуляторов

иАСУ................................................... 31

§3.1.	Классификация элементов и устройств................... 31

§ 3.2.	Элементы и устройства автоматических регуляторов ....	36

§ 3.3.	Элементы и устройства АСУ............................ 66

Контрольные вопросы.................................... 63

Раздел И.	АСУ СУДОВЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

И СИСТЕМАМИ............................................ 6*

Глава 4.	АСУ судовыми паросиловыми установками.................. 64

§ 4.1.	АСУ котельными установками........................... 64

§ 4.2.	АСУ паротурбинными установками....................... 87

§ 4.3.	Системы автоматического регулирования конденсатных

систем и паровых магистралей.......................... 1®®

Контрольные вопросы.................................... И6

Глава 5.	АСУ судовыми дизельными и газотурбинными

установками............................................. Ш

§5.1.	АСУ судовыми дизельными установками...................  Ш

§ 5.2.	АСУ судовыми газотурбинными установками.............. 4®

Контрольные вопросы................................... 16®

Глава 6.	Системы контроля судовых энергетических

установок............................................. 160

§ 6.1.	Основные понятия и определения...................... 16®

§ 6.2.	Принципы построения систем контроля СЭУ............. 167

§ 6.3.	Системы централизованного автоматизированного

контроля СЭУ.......................................... 11®

Контрольные вопросы.................................... И6
Глава 7. АСУ судовыми системами................................ 176

§ 7.1.	Задачи и объем автоматизации систем............. 176

§ 7.2.	АСУ общесудовыми системами...................... 178

§ 7.3.	АСУ грузовыми системами......................... 192

§ 7.4.	АСУ холодильными установками.................... 200

Контрольные вопросы.............................. 209

Раздел III. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АСУ СУДОВЫМИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ И СИСТЕМАМИ	210

Глава 8.	Основные понятия надежности АСУ.................. 210

§ 8.1.	Основные понятия и определения.................. 210

§ 8.2.	Основы оценки надежности........................ 216

§ 8.3.	Методы повышения надежности..................... 228

Контрольные вопросы.............................. 232

Глава 9.	Основы проектирования АСУ судовыми энергетическими

установками и системами.......................... 232

§ 9.1.	Организация управления СЭУ...................... 232

§ 9.2.	Последовательность проектирования............... 237

§ 9.3.	Статические расчеты АСУ......................... 241

§ 9.4.	Динамические расчеты АСУ........................ 249

Контрольные вопросы.............................. 261

Глава 10. Испытания, монтаж и эксплуатация АСУ................. 262

§ 10.1.	Наладка и испытания средств автоматизации...... 262

§ 10.2.	Требования к монтажу аппаратуры на судне и правила
эксплуатации АСУ...................................... 266

§ 10.3.	Перспективы развития АСУ судовыми энергетическими
установками и системами   ............................ 269

О'?4?

Контрольные вопросы.............................

Список литературы................................ 273

Предметный указатель............................. 274