где Dh? = 10°С - ордината асимптоты ;
DРвх = 9 кПа - возмущение поданное на сервомотор;
Qном = 60°С - базовое значение температуры;
DР =70 кПа - базовое значение пневматического сигнала.
Аппроксимируя, находим точку перегиба и проводим касательную к кривой. Находим участок запаздывания Z между началом координат и точкой пересечения касательной с осью абсцисс. Постоянную времени То экспоненты разомкнутой системы определяем во времени отклонения на 62,3% от нового установившегося состояния асимптоты. Имеем:
Z=60 с ; То = 186 с ; Ко=КоR = 1,3.
Расчёт оптимальных настроечных параметров производим по формулам [12]:
КR opt * Ko = A*(Z/To)^(-B);
Tи opt / To = C*(Z/To)^D,
где коэффициенты А, В, С, D выбираем для интегрального квадратичного критерия по таблице [12]:
Имеем: А= 1,305 ; В= 0,959; С= 2,033; D= 0,739;
КR opt = 1,305/1,5 * (44/224)^(-0,959) = 4,14
Tи opt = 224*2,033*(44/224)^0,739 = 136,79
с большой степенью точности можно считать что:
КR opt = 4 ; Tи opt = 137 с
Передаточная функция ПИ-регулятора в данном случае запишется в виде:
WRs = KR*(1+S*Tи)/(S*Tи) = 4*(1+137*S)/(137*S) [12]
Чтобы воспользоваться диаграммой Вышнеградского при вычисленных параметрах настройки, звено с запаздыванием, соответствующее функции W(S), следует преобразовать в линейное звено. Это может быть выполнено с удовлетворительной степенью приближения на основании аппроксимации Падда [12]:
е^(-Z*S) » (1-0,5*Z*S)/(1+0,5*Z*S)
Отсюда передаточная функция разомкнутой системы :
W(S) = Ko*(1-0,5*Z*S)/[(1+S*To)*(1+0,5*Z*S)],
подставляя численные значения получаем:
W(S) = 1,5*(1-22*S)/[(1+224*S)*(1+22*S)].
Передаточная функция замкнутой системы:
W(S)з = Kol*W(S) / (1+KoR * W(S)*WR(S) ,
где знаменатель есть характеристическое уравнение этой системы , если его приравнять к нулю:
4928*Ти*S^3+Ти*(246-49,5*КR)*S^2+[Ти+2,25*КR*(Ти-22)]*S+2,25*KR=0
Расчёт координат точек в диаграмме Вышнеградского сведён в таблицу.
Таблица 4.3.
Расчёт координат точек САР по диаграмме Вышнеградского
| Показа-тель | Настроечные параметры | Коэффициенты характеристического уравнения | Координаты точек по диаграмме | |||||
| KR | Ти | Ао | А1 | А2 | А3 | А=А1/А3* (А3/Ао)^(2/3) | В=А2/А3* (А3/Ао)^(1/3) | |
| Оптимальное значение | 4 | 137 | 675136 | 6576 | 1172 | 9 | 1,4 | 3,1 |
| Усиление завышено | 10 | 137 | 675136 | -34113 | 2724,5 | 22,5 | система не устойчива | |
| Усиление занижено | 1 | 137 | 675136 | 26920,5 | 395 | 2,25 | 3,7 | 2,6 |
| Время Ти завышено | 4 | 300 | 1478400 | 14400 | 2802 | 9 | 1,5 | 5,7 |
| Время Ти занижено | 4 | 70 | 344960 | 3360 | 432 | 9 | 1,3 | 1,4 |
Уход и обслуживание
Основными условиями надёжной и качественной работы САР являются чистота и постоянство давления сжатого воздуха, подаваемого к элементам системы. Поэтому необходимо регулярно проверять состояние и работу фильтров и редукторов. В нижней части редукционно-очистительной станции предусмотрен клапан продувания, который необходимо периодически приоткрывать для удаления конденсата, и также периодически необходимо вынимать фильтрующий патрон через крышку нижней коробки и промывать его. Также необходимо проверять затяжку крепёжных винтов крышки мембраны, чтобы предотвратить утечку управляющего воздуха. Уплотнения штоков необходимо подтягивать, а при необходимости менять набивку. Следует проверять состояние кольцевого уплотнения маховичка ручного управления штоком мембранного привода регулирующего клапана в месте его прохождения через крышку мембраны.
Причиной ухудшения качества регулирования после долгого периода безупречной работы системы часто служат засорения станции регулирования, дроссельных игольчатых клапанов и сопел усилителя. В этом случае их необходимо прочистить и продуть. После продувания дроссельный игольчатый клапан установки коэффициента усиления регулятора необходимо отрегулировать заново.
При хорошем монтаже и правильной регулировке может быть достигнута точность регулирования температуры в пределах ±1°С.
4.3.2 Работа САР температуры, обеспечивающая работу СЭУ
Работа пропульсивной судовой дизельной установки обеспечивается замкнутой системой охлаждения пресной водой и разомкнутой системой охлаждения забортной водой. Существует много вариантов построения автоматических систем регулирования и управления охлаждением дизельных энергетических установок. Разнообразие вариантов объясняется различием производственных возможностей заводов-строителей и требований заказчика. Управление осуществляется при помощи замкнутых автоматических систем, защиты, блокировок, сигнализации, дистанционных цепей управления и других средств автоматизации.
Системы автоматического регулирования температуры охлаждающей воды, топлива и масла идентичны друг другу. Температура среды регулируется перепуском помимо охладителя. С этой целью перед охладителем устанавливают трёхходовые или дроссельные клапаны, а датчики регуляторов помещают в регулируемую среду на входе или на выходе из охладителя. Температура забортной воды тоже регулируется, т.к. она может изменяться в течение суток.
Эксплуатационные и экономические показатели работы дизеля в большой степени зависят от выбора температуры охлаждающей воды. В тоже время режим охлаждения в дизеле является определяющим фактором температурного режима смазывания. Температурный режим в системе охлаждения определяется тем влиянием, которое оказывает температура на эксплуатационные показатели дизеля. Изменение температуры охлаждающей воды при всех прочих равных условиях вызывает изменение количества теплоты, передаваемой рабочими цилиндрами охлаждающей среде. Чем выше температура охлаждающей среды, тем меньше теряется теплоты. Часть теплоты, сохранённой таким образом, позволяет повысить полезную работу. Однако, повышение температуры охлаждающей воды приводит к уменьшению коэффициента наполнения цилиндров дизеля , что приводит к понижению его индикаторной мощности. С увеличением температуры охлаждения до определённых пределов уменьшаются потери на трение и изнашивание деталей механизма движения. Режим охлаждения влияет на лакообразование, нагарообразование и окисление масла. Правильный выбор режима охлаждения и поддержание его в условиях эксплуатации уменьшают коррозионное и эрозионное поражение охлаждаемых поверхностей дизеля. При применении высокосернистых топлив важным является вопрос выбора и поддержания соответствующего температурного режима в целях уменьшения изнашивания деталей цилиндропоршневой группы под влиянием серы.
С точки зрения сохранения температуры поверхностей охлаждения в допустимых пределах, обеспечения минимальных потерь теплоты с охлаждающей водой, уменьшения тепловых напряжений в охлаждаемых деталях двигателя, интенсивности кавитационной эрозии и электрохимической коррозии, а также предотвращения изнашивания деталей цилиндропоршневой группы при применении высокосернистого топлива оптимальным считается режим температур 70¸90°С для замкнутых систем охлаждения.
Говоря о системах охлаждения двигателей как объектах автоматического управления, сам двигатель рассматривают как теплообменное устройство. Для обеспечения стабильной средней температуры охлаждающей воды по высоте цилиндра рекомендуется поддерживать в заданных пределах температуру воды на выходе из двигателя.
Систему охлаждения современного автоматизированного судна выполняют по двухконтурной замкнутой схеме с отдельными циркуляционными насосами в каждом контуре и общей расширительной цистерной. Но до сих пор применяются на мощных тихоходных судовых дизелях одноконтурные схемы охлаждения для цилиндров, поршней и форсунок.
При перепуске регулирующий орган распределяет выходящий из двигателя поток горячей воды частично на водоводяной охладитель (теплообменник, охлаждаемый забортной водой) при замкнутых системах охлаждения, или на слив при разомкнутых системах охлаждения, а частично на перепуск обратно к двигателю. Температура воды, входящей в двигатель, будет определяться соотношением потоков, идущих через охладитель и перепуск. Количество воды, прокачиваемой через двигатель не изменяется.
Процесс отвода тепла осуществляется последовательно через два теплообменных устройства: от газов через стенку цилиндровой втулки к пресной воде (первый теплообменник) и от пресной воды через теплообменник (холодильник) - к забортной воде. Забортная вода прокачивается через холодильник насосом забортной воды. Температурное состояние стенки цилиндра определяется температурой воды на выходе из двигателя Q2 , поэтому эта температура принимается в качестве регулируемого параметра.
Сторону подвода объекта регулирования представляет тепловой поток, поступающий от рабочего тела (газа) через цилиндровую втулку к воде, циркулирующей в зарубашечном пространстве. Количество тепла, передаваемого воде в единицу времени через стенку цилиндровой втулки, можно выразить так:
qподв = qдв = Kдв * Fдв * DQср , [14],
где Kдв - коэффициент теплопередачи от газов к воде;
Fдв - площадь теплообмена цилиндров двигателя;
DQср - средний температурный напор.
В соответствии с теорией теплопередачи[16] средний температурный напор DQср может определяться как средняя логарифмическая либо как средняя арифметическая разность при различных комбинациях суммирования граничных температур, включая и регулируемый параметр - температуру охлаждающей воды на выходе.
С целью предварительной оценки физической сущности свойств объекта будем полагать, что коэффициент теплопередачи Кдв является постоянной величиной, имеющей определённое значение для каждой нагрузки двигателя, а средний температурный напор упрощённо представим так: