Устройство программного управления разогревом и охлаждением судового двигателя

. 85. Бю чик обустройсистемл и ч цель ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 3666 (22) 25. 1 (46) 07.0 (72) Я,И (53) 629 (56) .1. 1 ное упра установк (54)(57) УПРАВЛЕН СУДОВОГО;12.03(088.8)ыркин М.И. Автоматизированвление судовыми дизельнымиами. Л "Судостроение",1977УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГОИЯ РАЗОГРЕВОМ И ОХЛАЖДЕНИЕМДВИГАТЕЛЯ, содержащее задатотов двигателя, программноево, связанное через следящуюс регулятором оборотов, о тю щ е е с я тем, что, сснирения функциональных возможностей оно дополнительно снабженодатчиком температуры двигателя, апрограммное устройство выполнено ввиде двух блоков вычисления соответственно верхней и нижней границдопустимого диапазона изменения температуры двигателя, блока сравнения,блока логики и коммутатора, причемтри входа блока сравнения подключенык коммутатору, а также соответственно к задатчику оборотов и через дваблока вычисления - к датчику температуры двигателя, а выход блока сравнения через блок логики связан с входомкоммутатора, выход которого подключенк следящей системе.11600Изобретение относится к автоматизации судовых энергетических установок, в частности к системам и устройствам управления мощностью и оборотами двигателя,и может быть использовано в системах дистанционного автоматизированного управления (ЛАУ) главными судовыми двигателями.Обеспечение плавного разогрева (охлаждения) двигателя необходимо 10 для уменьшения до допустимой величины термоперегрузок, которые в динамическом режиме набора (сброса) нагрузки могут значительно превышать термические нагрузки, наблюдаемые в стационарном режиме работы двигателя.,Известно устройство программного управления разогревом и охлаждением судового двигателя, содержащее задатчик оборотов двигателя, программное устройство, связанное через следящую систему с регулятором оборотов 11 .Недостатком известного устройства является то, что йрограмма разогре- д ва (охлаждения) выбирается из условия обеспечения разогрева холодного (или охлаждения горячего) двигателя и для частично разогретого двигателя является избыточно замедленной, что ухудшает маневренные качества судна.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. 84 2блока вычислениями на,.Лиг,З - схема блока логики; на Лиг,4 - схема коммутатора; на Жиг,5 - схема следящей системы.В состав устройства входят задатчик 1 оборотов, датчик 2 температуры поверхности двигателя, два блока 3 и 4 вычисления, определяющих значения минимальных и и максимальных воборотов, блок 5 сравнения, формирующий сигнал для блока 6 логики, который вырабатывает выходные сигналы, представленные в табл. 1, Коммутатор 7 вырабатывает сигналы для следящей системы 8, представленные в табл.2. Следящая система 8 связана с регулятором 9 оборотов.Блоки 3 и 4 вычисления по текущей температуре 1 внутренней стенки втулки двигателя определяют границы допустимого диапазона скачкообразного изменения оборотов ( "маке"мин )Блоки вычисления идентичны, каждый блок (Лиг,2) содержит девять резисторов 10-18, два диода 19 и 20, два операционных усилителя 21 и 22. Блок 6 логики содержит три элемента 23-25 типа 2 И, причем первый вход элемента 23 и второй вход элемента 4 - инверсные, Такая схема формирует комбинацию выходных сигналов У 1, У 2, УЗ в зависимости от входных сигналов Х 1, Х 2 согласно табл, 1.Поставленная цель достигается .тем, что устройство программного 35 управления разогревом и охлаждением судового двигателя, содержащее задатчик оборотов двигателя, программное устройство, связанное через следя- щую систему с регулятором оборотов, 4 О дополнительно снабжено датчиком температуры двигателя, а программное устройство выполнено в виде двух блоков вычисления соответственно верхней и нижней границ допустимого ф диапазона изменения температуры двигателя, блока сравнения, блока логики и коммутатора, причем три входа ,блока сравнения подключены к коммутатору, а также соответственно к за- Ю датчику оборотов и через два блока вычисления - к датчику температуры двигателя, а выход блока сравнения через блок логики связан с входом коммутатора, выход которого подклю- И чен к следящей системе,На Лиг.1 изображена Аункциональная схема устройства; на фиг.2 - схема В качестве коммутатора 7 используется многоканальный переключатель аналоговых сигналов, Следящая система 8 содержит (Лиг.5) сумматор 26, усилитель 27, электродвигатель 28, редуктор 29, датчик ЗО обратной связи. Элементы устройства соединены следующим образом. Вход регулятора 9 оборотов через следящую систему 8 соединен с выходом коммутатора 7, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами блока 6 логики, а четвертый, пятый и шестой входы коммутатора 7 соединены с выходами первого 3 и второго 4 блоков вычисления и выходом задатчика 1 оборотов и одновременно с входами блока 5 сравнения, выходы блока 5 сравнения соединены с входами блока б логики, а вход датчика 2 температуры соединен с входами первого 3 и второго 4 блоков вычисления.Рассмотрим теоретические основы работы устройства.Термонапряжения в детаях теля определяются градиентом ЭС(,Ф) ратур 1 згИ=,который при а1160084 4двига-можно получить допустимый диапазон темпе- изменения мощностейф ,-ЕС С) 3разогреминг( )мин 1,В установках с винтомфиксированногошага зависимость оборотов вала от мощности двигателя неоднозначна и зависит от загрузки судна, ветроволновых воздействий и т.д, Однако разброс этих зависимостей невелик и,как правило, руководствуются зависимостью и =19) для номинальнойзагрузки судна. В установках с винтом регулируемого шага, оборудованных регулятором мощности, зависимостьг= (л) однозначна. В этом случаеможно получить допустимый диапазонизменения оборотов а 1(Х,)1где= диод С- градиент тем ах о х-.ь ператур на стороне нагревания, 1(0,1,) - температура детали на стороне нагрева;: С (,") - температура среды (средняя результирующая температура горячих газов); К, 1 - коэффициенты теплоотдачи (осредненный за цикл, максимальный) и теплопроводности.Заменив величину род г /Х=О на максимально допустимое значение градиента А, обозначив К /3 =В и учитывая, что при нагревании градиент считается отрицательным рияд Сдо, =-А) а нри охлаждении - положительным (гвд Сд, =+А), можно записатьЬ:-ЫВС(о,)Таким образом, способ управленияразогревом (охлаждением) двигателязаключается в том, что замеряют те-,ЗО кущую температуру нагреваемой стенки выбранной детали двигателя, вычисляют допустимый диапазон скачкообразных изменений оборотов вала; заданныеобороты подают на регулятор оборотовв качестве сигнала задания, если онилежат в допустимом диапазоне, верхнее (нижнее) значение допустимого диапазона оборотов подают на регулятороборотов в качестве сигнала задания,40 если заданные обороты лежат вьппе(ниже) допустимого диапазона, попредварительной оценке время наборанагрузки с 80 до 100 Х номинальныхоборотов и для прогретого двигателяуменьшится на порядок по сравнениюс временем нормальной программы разогрева, а время разгона судна - на15-251,и для охлаждения Яо)-А г мн ВТаким образом, задаваясь абсолют ной величиной максимально допустимого значения градиента А и зная тем пературу 1 (О,) нагреваемой поверхности детали, можно определить диапазон температур ( СгЮма гми) ф в котором любое изменение величины 1 не приводит к недопустимым 50 термонапряжениям. Очевидно, что изменением (О,.") изменяются и значения .сг(С) и С,(1) , т.е. выбор максимально допустимого воздействия производится в функции от реального те плового состояния двигателя. Учитывая, что мощность двигателя пропорциональна средней температуре газов,ве может значительно превыппать заданное допустимое значение(фгагСз )=А Известно также, что наибольшие значения градиента температур при разогреве возникают на стороне нагревания детали (Х=О).Рассмотрим выражение для граничных условий на стороне нагревания,или для нагреванияВС(О Я.)АС,Ю -юфф:-"-1 Следует отметить что при этомуправление разогревом (охлаждением)двигателя не является управлением наоснове имитирующей модели, посколькув процессе управления не решаетсяосновное уравнение теплопроводности,т.е. не используется модель объекта.Устройство работает следующим образом, 1160084Блоки 3 и 4 вычисления на основеинформации от датчика 2 температурывырабатывают сигналы, соответствующиеграницам диапазона максимально допустимого изменения оборотов двигателя с учетом его реального состояния. Если заданные обороты лежат в диапазоне Пкс - пдн блок 5 сравнениячерез блок 6 логики и коммутатор 7в соответствии с табл. 1 и 2 подключает к входу следящей системы 8сигнал оот задатчика 1. Еслизаданные обороты лежат вне диапазонами -и то к входу следящей системыМИ Н мас8 подключен сигнал с первого 3 или 15второго 4 блоков вычисления. Приэтом происходит разогрев ипи охлаждение двигателя и, следовательно, постепенное (в соответствии с разогревом (охлаждением) изменение диапазона п-ик, . Разогрев (охпаждение)прекращается, когда ооказывается в диапазонен-,4 а,п на входрегулятора 9 подается сигнал иБлоки 3 и 4 вычисления работавт 25следующим образом.Совокупность резисторов 10-12 и 14 иусилителя 21 представляют собой сум- .матор, выходной сигнал которого пропорционален сумме сигналов на выво- Зрдах резисторов 10 (смещение) и 14(вход). На вход сумматора подаетсясигнал от датчика 2 температуры. Величина смещения выбирается таким образом, что на выходе операционногоусилителя 21 блока 3 формируетсясигнал, пропорциональный величине е(И + с ), и на выходе усилителя 21блока 4 - сигнал, пропорциональныйвеличине (И+ с ), где 1, с, с - константы,Формирователь аппроксимированноймонотонной функции работает следующим образом,При увеличении входного сигнала до 4определенной величины открываетсядиод 19, что приводит к уменьшениюсуммарного сопротивления обратнойсвязи операционного усилителя 22 иуменьшению его коэффициента передачи.Дальнейшее увеличение входного сигнала приводит к открытию диода 20 и дальнейшему уменьшению коэффициента передачи усилителя 22. Величины резисторов 13, 15-18 и напряжения Ч, (Лиг,2) выбираются таким образом, что Аормйрователь реализует функцию ФСигнал задания подается на сумматор 26, который формирует сигнал разности заданного и действительного угла поворота вала следящей системы, Сигнал разности усиливается в усилителе 27 и подается на электродвигатель 28, вращение которого приводит к изменению сигнала датчика 30, и при достижении равенства сигнала от датчика 30 и сигнала задания вращение электродвигателя 28 прекращается,Таким образом достигается разогрев и охпаждение двигателя с учетом его реального теплового состояния, что позволяет улучшить маневренные качества судна без термоперегрузок двигателя.таблица 1Х 2 У 1 У 2 УЗ Х 1О 00Таблица 2 У 2 УЗ Сигналы на выходе 0 0 Ои макс 0ман1160084 Фиг1 мак с Л минпЗад ъ,: ИИПИ Заказ 371 Ь/30 Тираж 538 . Подписио илиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4