Устройство для управления работой главного судового двигателя и гребного винта регулируемого шага

 

Использование: при управлении комплексом главный двигатель - винт регулируемого шага, преимущественно для крупнотоннажных судов. Сущность: устройство содержит задатчик оборотов, компараторы оборотов для нижней и верхней границ зоны критических оборотов, блок управления шагом винта и коммутатор, переключающий сигналы задатчика оборотов и блока уставки оборотов на вход блока регулятора оборотов главного двигателя. Дополнительно устройство содержит задатчик шага винта, вырабатываемого согласно комбинаторной характеристике, и задатчик альтернативного шага для зоны критических оборотов, а также датчик оборотов винта и компаратор сравнения этих оборотов с задаваемыми. Когда проход зоны критических оборотов необходим и возможен, коммутатор переключает сигналы, подводимые к блоку управления шагом винта от задатчиков шага, осуществляя переход шага с комбинаторного значения на альтернативное. Поскольку альтернативное значение шага винта выбирают существенно меньше комбинаторного, момент сопротивления винта при прохождении зоны снижается и она проходится ускоренно. При этом соответственно ограничивается и развитие крутильных колебаний. Положительный эффект: повышение эксплуатационной надежности винтомоторного комплекса. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматизации главных двигателей (ГД) крупнотоннажных судов и судов ледового класса с винтом регулируемого шага (ВРШ).

Известно устройство, исключающее статическую работу ГД в зоне критических оборотов и обеспечивающее автоматическое прохождение зоны аналогично [1] или применяемое фирмой "Kamewa" (Швеция) на большинстве судов с ВРШ, обеспечивающее прохождение зоны при фиксированном шаге винта.

Известно также устройство для управления работой судового двигателя и гребного винта регулируемого шага [2] содержащее блок задания оборотов, следящую систему их задания, выполненное с компараторами, блоком нелинейности, формирующим сигнал с заданной мощности двигателя по сигналу заданных оборотов, коммутатором, блоком деления, блоками уставок оборотов, соединенными между собой и с регулятором скорости ГД, а также с регулятором мощности (шага винта).

Устройство позволяет проходить зону критических оборотов при изменении шага винта в ограниченных пределах, соответствующих поддержанию мощности двигателя, равной среднему значению ее в зоне согласно заданию комбинаторной характеристики.

Недостаток устройства состоит в том, что оно не позволяет сколько-нибудь существенно регулировать скорость прохождения зоны, так как эта скорость находится в обратной зависимости от крутящего момента сопротивления винта, величина которого при таком прохождении зоны предопределяется по необходимости большим шагом винта и соответственно соизмерима с номинальным крутящим моментом двигателя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей по регулированию скорости прохождения зоны критических оборотов в направлении увеличения ее путем задания альтернативного, пониженного относительно задания по комбинаторной характеристике шага винта при прохождении зоны.

Указанная цель достигается тем, что устройство для управления работой главного судового двигателя и гребного винта регулируемого шага, содержащее задатчик оборотов, первый, второй и третий компараторы оборотов, первый и второй блоки уставки оборотов соответственно для нижней и верхней границ зоны критических оборотов, коммутатор, блок регулятора оборотов главного двигателя и блок управления шагом винта, причем выход задатчика оборотов соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков уставки оборотов, а выходы всех компараторов, выход задатчика оборотов и выход первого блока уставки оборотов соединены с входами коммутатора, первый выход которого соединен с входом блока регулятора оборотов, содержит также два задатчика шага винта, первый задатчик шага Н_к винта по комбинаторной характеристике и второй задатчик альтернативного шага Н_а винта для зоны критических оборотов, блок уставки шага винта для нижней границы зоны критических оборотов и датчик оборотов винта, при этом выходы обоих задатчиков шага винта и блока уставки шага винта соединены с входами коммутатора, выход датчика оборотов винта соединен с одним из входов третьего компаратора, к другому входу которого подключен выход второго блока уставки оборотов, а коммутатор соединен своим вторым выходом с входом блока управления шагом винта.

Благодаря наличию задатчика альтернативного шага винта для зоны критических оборотов и третьего компаратора, сравнивающего задаваемые обороты с действительными, устройство отслеживает ситуацию, когда проход зоны критических обороты выше оборотов верхней границы зоны, а действительные обороты ниже оборотов этой границы) и осуществляет посредством коммутатора автоматическое переключение задания шага винта с комбинаторного значения (т.е. задаваемого по комбинаторной характеристике) на альтернативное значение (выбираемое для критических оборотов), как только по мере возрастания действительных оборотов их значение превысит обороты нижней границы зоны. Обратное изменение шага с альтернативного значения на комбинаторное автоматически осуществляется как только действительные обороты станут выше оборотов верхней границы зоны.

Поскольку альтернативное значение шага На винта выбирают существенно меньше комбинаторного значения Нк, момент сопротивления винта при прохождении зоны также существенно снижается и поэтому опасная зона проходится значительно быстрее и при меньших напряжениях в деталях валопровода.

В частном случае задатчик альтернативного шага винта может быть образован блоком деления и датчиком скорости судна, выход которого соединен с первым входом блока деления, по второму входу которого подсоединен выход датчика оборотов винта.

В этом случае делитель, а, следовательно, и задатчик альтернативного шага Н_а винта вырабатывает сигнал шага винта, изменяющийся по закону Н_а А , где v текущая скорость судна, n_д обороты винта, А некоторый коэффициент пропорциональности, который может быть выбран так, что альтернативный шаг винта поддерживается равным флюгерному значению Н_ф.

При этом крутящий момент сопротивления винта сказывается минимальным, соответственно предельно увеличивается скорость прохождения зоны критических оборотов, в результате чего крутильные колебания в системе главный двигатель валопровод винт не успевают развиться и тем самым осуществляется минимизация напряжений от крутильных колебаний в деталях главного двигателя в валопровода.

Задатчик альтернативного шага винта может быть в принципе реализован и по другим схемам в зависимости от задаваемого закона реализации альтернативного значения шага винта.

На чертеже показана схема устройства управления комплексом ГД-ВРШ.

Устройство содержит комбинаторный блок 1, образованный задатчиком 2 оборотов n_з (задаваемых оборотов) и задатчиком 3 комбинаторного шага Н_к винта, три компаратора 4, 5, 6, формирующие единичные сигналы а, в, с, соответственно при n_з > n_н, n_з > n_в, n_д > n_в, где n_н и n_в соответственно обороты нижней и верхней границ зоны критических оборотов, n_д действительные обороты, два блока 7, 8 уставки оборотов n_н и n_в, блок 9 уставки шага Н_н винта для нижней границы зоны критических оборотов, датчик 10 действительных оборотов n_д, задатчик 11 альтернативного шага Н_а винта, коммутатор 12, на выходы которого в зависимости от сигналов а, в, с, вырабатываемых компараторами, подаются соответственно (таблица значений сигналов) значение задаваемых оборотов n_з или оборотов уставки n_н (на первый выход) и значение комбинаторного шага Н_к или альтернативного шага Нз (на второй выход), блок 13 регулятора оборотов ГД, блок 14 управления шагом винта.

Элементы устройства соединены следующим образом.

Выход задатчика 2 оборотов соединен с первыми входами компараторов 4 и 5, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блоков 7 и 8 уставки оборотов.

Выход датчика 10 оборотов соединен с одним из входов компаратора 6, к другому выходу которого подключен выход блока 8 уставки оборотов.

Выходы всех компараторов 4, 5, 6 задатчика 2 оборотов, блока 7 уставки оборотов, блока 9 уставки шага Н_н, задатчика 3 комбинаторного шага и задатчика 11 альтернативного шага соединены с входами коммутатора 12, первый выход которого соединен с входом блока 13 регулятора оборотов, а второй с входом блока 14 управления шагом винта.

Задатчик 11 альтернативного шага винта может быть образован блоком 15 деления, формирующим сигнал альтернативного шага по закону Н_а А , где v текущая скорость судна, n_д обороты винта, А коэффициент пропорциональности, и датчиком 16 скорости судна, выход которого соединен с первым входом блока 15, ко второму входу которого подсоединен выход датчика 10 оборотов.

В принципе задатчик 11 может быть выполнен и по другой схеме в зависимости от выбора входных сигналов.

Устройство работает следующим образом. Компараторы 4 и 5 сравнивают величину n_з задаваемых задатчиком 2 оборотов с уставками n_н и n_в оборотов нижней и верхней границ зоны, формируемыми блоками 7 и 8 уставок.

Компаратор 6 сравнивает величину n_д текущих оборотов с уставкой n_в оборотов верхней границы зоны.

Задатчики 3 и 11 шага винта постоянно вырабатывают сигналы соответственно комбинаторного Н_к и альтернативного Н_а шагов.

Блок 9 уставки шага винта вырабатывает сигнал Н_н шага винта нижней границы зоны, соответствующий оборотам n_н по комбинаторной характеристике.

Компараторы 4, 5 и 6 формируют единичные сигналы а, в, с соответственно при n_з > n_н, n_з > n_в, n_д > n_в.

В зависимости от сочетания сигналов, вырабатываемых компараторами, коммутатор 12 пропускает на блок 13 регулятора оборотов ГД и на блок 14 управления шагом винта соответственно сигналы оборотов n и шага Н, определяемые согласно приводимой таблице.

Если заданные обороты n_з лежат вне зоны критических оборотов n_н n_в, коммутатор 12 подключает к входу блока 13 регулятора оборотов ГД и к входу блока 14 управления шагом винта соответствующие выходы комбинаторного блока 1 (при этом n n_з, Н Н_к).

Если задание оборотов лежит в зоне n_н n_в, то двигатель прекращает увеличивать обороты по достижении оборотов n_н нижней границы зоны. При этом коммутатор 12 на вход блока 14 управления шагом винта подает сигнал шага от блока 9, вырабатывающего уставку шага Н_н (Н Н_н).

Если после этого задание оборотов увеличат до n_з > n_в, а n_д окажется в диапазоне n_н n_в, то коммутатор 12 отключит выход задатчика 3 комбинаторного шага от блока 14 управления шагом винта, а подключит к его входу выход задатчика 11 альтернативного шага (Н Н_а). При этом, поскольку альтернативное значение шага Н_а винта выбирают существенно меньше комбинаторного значения Н_к, момент сопротивления винта при прохождении зоны также существенно снижается, что позволяет значительно ускорить прохождение опасной зоны.

Как только обороты n_д винта достигнут значения n_в, коммутатор 12 переключит вход блока 14 управления шагом винта с выхода задатчика 11 альтернативного шага на выход задатчика 3 комбинаторного шага (Н Н_к).

Дальнейшее управление оборотами и шагом винта осуществляется обычным способом по команде комбинаторного блока 1.

В частном случае, при реализации задатчика 11 альтернативного шага винта с помощью блока 15 деления и датчика 16 скорости судна, задатчик 11 может быть настроен на выработку сигнала флюгерного шага (при котором винт имеет минимальный момент сопротивления), определяемого по закону Н_ф А_ф , где v текущая скорость судна, n_д текущие обороты винта, А_ф коэффициент пропорциональности, определяемый для флюгерного положения винта, исходя из параметров судна и винта.

Флюгерное положение лопастей винта (независимо от размеров судна) предопределяет минимальный момент сопротивления, что значительно снижает как величину возмущающих сил, так и время прохождения зоны критических оборотов, главных факторов, вызывающих возрастание напряжений от крутильных колебаний при резонансе.

Следовательно, предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить напряжения от крутильных колебаний в деталях главного двигателя и валопровода и тем самым повысить надежность судовой силовой уставки и безопасность плавания.

Наибольший положительный эффект от применения предлагаемого устройства может быть получен при его использовании на крупнотоннажных судах, у которых время прохождения зоны может составлять десятки секунд и на судах ледового плавания во время следования в караване за ледоколом. Если при обычных условиях плавания судна зона критических оборотов проходится сравнительно редко, то при следовании в караване судоводитель вынужден постоянно маневрировать, часто изменяя обороты (нагрузку), многократно проходя при этом зону критических оборотов.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ГЛАВНОГО СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГРЕБНОГО ВИНТА РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА, содержащее задатчик оборотов, первый, второй и третий компараторы, первый и второй блоки уставки оборотов соответственно для нижней и верхней границ зоны критических оборотов, коммутатор, блок регулятора оборотов главного двигателя и блок управления шагом винта, причем выход задатчика оборотов соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков уставки оборотов, а выходы компараторов, выход задатчика оборотов и выход первого блока уставки оборотов соединены с соответствующими входами коммутатора, первый выход которого соединен с входом блока регулятора оборотов главного двигателя, отличающееся тем, что оно содержит задатчик шага винта по комбинаторной характеристике, задатчик альтернативного шага винта для зоны критических оборотов, блок уставки шага винта для нижней границы зоны критических оборотов и датчик оборотов, при этом выходы обоих задатчиков шага винта и блока уставки шага винта для нижней границы зоны критических оборотов соединены с соответствующими входами коммутатора, выход датчика оборотов соединен с одним из входов третьего компаратора, к другому входу которого подключен выход второго блока уставки оборотов, а коммутатор соединен своим вторым выходом с входом блока управления шагом винта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что задатчик альтернативного шага винта содержит блок деления и датчик скорости судна, выход которого соединен с первым входом блока деления, к второму входу которого подсоединен выход датчика оборотов.

РИСУНКИ

Рисунок 1