Стартовая >> Архив >> Аварии и неисправности в судовых электроустановках

Аварийность из-за неудовлетворительной настройки первичных двигателей - Аварии и неисправности в судовых электроустановках

Оглавление
Аварии и неисправности в судовых электроустановках
Недостатки схем главного тока ГЭУ
Аварийные случаи в ГЭУ из-за недостатков их систем возбуждения и резких колебаний нагрузки
Аварийные случаи в ГЭУ при качке судна
Неблагоприятные режимы работы в ГЭУ переменного тока
Аварии ГЭУ при ходе судна на свободной воде
Авария в системе главной электроустановки землесоса Черное море
Настройка систем регулирования и аварийность ГЭУ
Аварийные ситуации из-за неудовлетворительной настройки систем возбуждения
Несовершенство систем защиты и сигнализации и аварийные происшествия
Несовершенство схем, применяемых для испытаний электроустановок
Качество изоляции электрических машин
Качество изоляции и затраты на обеспечение безаварийности ГЭУ
Повреждения генераторов ГЭУ
Повреждения гребных электродвигателей
Повреждения в конструкциях токосъемных узлов электрических машин
Аварийные ситуации в ГЭУ из-за неудовлетворительной коммутации электрических машин
Вентиляция судовых электрических машин
Повреждения судового электрооборудования при попадании морской воды
Возгорания судового электрооборудования
Зависимость рабочих характеристик первичных двигателей от условий эксплуатации
Изодромный астатический регулятор дизеля
Аварийность из-за неудовлетворительной настройки первичных двигателей
Влияние настройки иглы изодрома и сервомотора на работу ГЭУ
Аварии рулевых электроприводов
Аварии якорно-швартовных электроприводов
Аварийные повреждения в судовых электростанциях
Заключение

§ 14. Аварийные случаи по причине несовершенства настройки регулятора частоты вращения дизеля

Влияние несовершенства настройки пружин золотника изодрома.

Пружина золотника изодрома (см. рис. 88) входит в состав устройства, которое называется компенсатором. Роль компенсатора заключается в понижении давления рабочей среды в полости изодрома. Считая, что жидкость в пределах изменения избыточного давления в полости изодрома несжимаема, можно сделать вывод, что компенсатор является ограничителем хода золотника в функции от хода поршня сервомотора регулятора. Это верно для хода поршня сервомотора в сторону увеличения подачи топлива (вверх). Однако при ходе поршня вниз вследствие дросселирования в зазоре игла—седло происходит аэрация масла в полости изодрома. Пренебрежение сжимаемостью рабочей среды для этого процесса может привести к значительным ошибкам. В данном случае компенсатор является ограничителем хода золотника в функции от избыточного давления в полости изодрома (0—0,002 МПа).
Значительную роль во взаимосвязи хода поршня сервомотора и положения золотника при определенных положениях иглы изодрома играет величина предварительной затяжки пружины золотника изодрома. Это подтверждается, в частности, опытом эксплуатации тепловозов. В судовых условиях как при сдаточных испытаниях, так и при эксплуатации изменение предварительной затяжки пружины золотника изодрома, которое осуществляется посредством изменения количества регулировочных стандартных прокладок в виде шайб, практикуется весьма широко. Рассмотрим последствия, к которым может привести неудовлетворительное состояние этой настройки.
В августе 1967 г. во время швартовки рефрижератора «В. Серов» гребная электроустановка потеряла управляемость. По инерции судно продолжало двигаться в направлении причала, затем последовал удар его о причал и быстрое движение по инерции кормы судна в сторону, в результате чего произошел следующий удар по рядом стоящему судну. Оба судна получили значительные повреждения. В результате этой аварии был понесен существенный материальный ущерб.
После ремонта на транспортном рефрижераторе «В. Серов» находилась испытательская группа, основной задачей которой вовсе не являлось определение причины аварии. Однако в ходе испытаний были выявлены обстоятельства, которые помогли найти эту причину.
При проведении осциллографирования реверсивных характеристик ГЭУ для режима, когда в схеме главного тока находились ГДГ1, ГДГ3 и ГДГ4, при перекладке поста управления с положения, соответствующего полному ходу вперед, на положение «полный задний ход» и наличии полного хода судна вперед на свободной воде произошло срабатывание предельной защиты ГДГ4 (точка А на рис. 89). Как видно из рисунка, после перекладки поста управления в положение, соответствующее полному заднему ходу, имели место периодические колебания положения топливной рейки ГДГ1 hp1 следствием чего явились периодические колебания частоты вращения ГДГ1 nг1. Диапазон отклонений частоты вращения пг1 от номинальной — 760 об/мин составил 0,95-l,16. Перекладка поста управления была осуществлена за 1,5 с (см. кривую напряжения на выходе поста управления Un.у).


Рис. 89. Реверс ГЭД ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов» (скорость судна 15,6 уз).


Рис. 91. Реверс ГЭД ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов» при полной остановке ГДГ4.
Рис 90 Реверс ГЭД ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов» при срабатывании предельной защиты ГДГ4.

 

При повторном осциллографировании реверса ГЭУ (с регистрацией изменения частоты вращения ГДГ4) также произошло срабатывание предельной защиты ГДГ4 (рис. 90), причем частота его вращения достигла значения 972 об/мин, т. е. 1,28, затем началось ее понижение. В точке А устройство предельной защиты было вручную возвращено в исходное состояние, и после некоторых колебаний установилась номинальная частота вращения дизеля. Время перекладки поста управления в данном случае составило 1,1 с. В обоих случаях срабатывала предельная защита лишь у ГДГ4. Во время швартовки судна с аварийным исходом в схеме был включен только ГДГ4, и в результате его остановки произошла потеря управления ГЭУ.
О причине срабатывания предельной защиты можно судить по осциллограмме реверса ГЭУ (рис. 91), на которой произведена одновременная запись изменения частоты вращения двух ГДГ (ГДГ1 и ГДГ4) и, кроме того, хода топливной рейки ГДЕ4 ЛР4. В данном случае при перекладке поста управления за время tn.у=1,3 с вновь сработала предельная защита ГДГ4. Подгон частоты вращения ГДГ4 в период рекуперации энергии от системы гребной винт — ГЭД при реверсе достиг значения nг4=962 об/мин, т. е. 1,26 номинальной частоты вращения, равной 760 об/мин, а подгон частоты вращения находящегося в том же контуре ГДГ1 составил nГ1 = 1,16nг.ном.
Резко повышенный подгон частоты вращения ГДГ4 объясняется ненормальным режимом работы регулятора ГДГ4. Как видно из рис. 91, вслед за перекладкой поста управления произошел мгновенный возврат топливной рейки ГДГ4 в положение, близкое к нулевой подаче топлива. При этом значение пг4 несколько понизилось. Затем тяга рейки вновь мгновенно перешла в первоначальное положение, соответствующее номинальной подаче топлива, и находилась в этом положении в течение 0,35 с. Номинальная подача топлива в процессе начавшейся рекуперации энергии от системы гребной винт — ГЭД вызвала недопустимый подгон частоты вращения ГДГ4 и срабатывание предельной защиты ГДГ. Впоследствии (см. кривую hp4 на рис. 91) рейка топливного насоса вновь вернулась в положение, близкое к нулевой подаче топлива.
Таким образом, очевиден неустойчивый релейный характер работы регулятора частоты вращения ГДГ4, чем и объясняется неустойчивость переходных процессов ГЭУ при реверсе. Аналогичный характер работы регулятора ГДГ4 наблюдался и при пусках ГЭУ (рис. 92). В данном случае топливная рейка совершала практически периодические повторяющиеся колебания, что приводило к длительным периодическим колебаниям частоты вращения ГДГ4, а также оказывало влияние на остальные параметры ГЭУ. Если перекладка поста управления осуществлялась менее чем за 1 с, наблюдалась длительная неустойчивая работа и регулятора ГДГ1, в результате чего работа дизеля в целом также была неустойчивой (рис. 93).
При вскрытии регулятора частоты вращения ГДГ4 было выявлено, что пружина золотника изодрома перекошена и находится в сжатом состоянии, т. е. она практически не оказывала влияния на работу золотника изодрома. Указанное явление соответствует полному ослаблению предварительной затяжки


Рис. 92. Пуск ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов».
пружины золотника изодрома, осуществляемому при настройке регулятора удалением регулировочных прокладок, что приводит к неустойчивой работе дизеля в режиме холостого хода.

Рис. 93. Реверс ГЭД ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов» с фиксацией положения топливной рейки ГДГ1.

Этот дефект и явился причиной анормальной работы установки при сбросах нагрузки дизеля в процессе проведения реверса ГЭУ. После замены регулятора ГДГ4 установка работала нормально. На основании вышеизложенного можно утверждать, что причиной аварии в данном случае явилась неудовлетворительная работа регулятора частоты вращения ГДГ4.
Одной из основных ошибок, допущенных персоналом транспортного рефрижератора «В. Серов», было то, что он производил швартовку, имея в схеме главного тока лишь один ГДГ. При наличии в схеме хотя, бы двух ГДГ судно не лишилось бы управления, и исход швартовки был другим.
Проанализируем влияние времени перекладки поста управления ГЭУ на динамику установки при одной и той же настройке пружины золотника изодрома. На рис. 94 дана осциллограмма реверса ГЭУ при схеме и условиях, аналогичных рис. 91. Разница заключается лишь в том, что в случае, представленном на рис. 94, перекладка поста управления осуществлена с задержкой в нулевом положении в течение 1,2 с и предельная защита ГДГ4 не сработала. Частота вращения ГДГ4 достигла значения nг4=1,2 nг.ном. Таким образом, выдержка времени в нулевом положении поста управления оказывала существенное влияние на качество переходного процесса при реверсе ГЭУ.

Рис. 94. Реверс ГЭД ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов» при перекладке поста управления с задержкой времени в нулевом положении.
Как показали испытания ГЭУ транспортного рефрижератора «В. Серов», подгон частоты вращения ГДГ и при реверсах, когда предельная защита не срабатывала, превышал допустимые нормы Регистра СССР.
На практике часто прибегают к быстрой перекладке поста управления. Однако во время сдаточных испытаний при реверсах ГЭУ пост управления перекладывается сравнительно медленно (в течение нескольких секунд). Это подтвердилось и при ознакомлении со сдаточной документацией «В. Серова». До проведения испытаний судно находилось в эксплуатации менее года. За это время регулировка пружин изодромов регуляторов дизелей ГЭУ не производилась, поэтому есть основания полагать, что вышеуказанные недостатки были еще до ввода судна в эксплуатацию.
Динамические характеристики системы регулирования дизелей невозможно оценить визуальным путем, поэтому при сдаточных испытаниях современных дизель-электроходов необходимо производить оценку динамики ГЭУ посредством осциллографирования. С этой целью при проектировании ГЭУ целесообразно предусмотреть на щите ГЭУ плату для подключения осциллографа.

На основании вышеуказанного можно заключить, что настройка пружины золотника изодрома регулятора частоты вращения дизеля в значительной мере влияет на характеристики ГДГ. Каковы же рекомендации по ее настройке? Сама пружина в соответствии с ее конструкцией имеет линейную характеристику. Ответственным моментом настройки является усилие предварительной ее затяжки. Оптимальное значение этого усилия зависит от качества масла, залитого в регулятор, его давления и температуры, угла открытия иглы изодрома и других факторов. Вопрос динамического сжатия аэрированного масла в настоящее время не изучен в достаточной мере. Ниже приведены результаты стендовых испытаний регулятора дизеля типа Д100, осуществленных в лабораторных условиях в ЛВИМУ им. адмирала С. О. Макарова:


Величина предварительной затяжки, Н.........................................................

12

11,7

11,4

11,1

11,1

Амплитуда автоколебаний выходного штока регулятора, мм . . .

4,0

3,0

 

_

_

Величина предварительной затяжки, Н.........................................................

11,0

10,7

10,4

10,2

9,5 9,4

Амплитуда автоколебаний выходного штока регулятора, мм . . .

0,5

0,5

0,5

1,0

1,0 1,5

В ходе эксперимента производилась различная предварительная затяжка пружины изодрома, измерялась температура рабочей среды. Оптимальность настройки определялась по наименьшей амплитуде автоколебаний выходного штока регулятора. Возмущающим условием служил 100%-ный сброс номинальной нагрузки. Регулятор был залит маслом марки МС-20. Исследование производилось при температуре масла 50° С. Данные соответствуют положению иглы изодрома, открытому на 0,25 оборота.
Для приведенных условий эксперимента величина предварительной затяжки пружины золотника изодрома может быть рекомендована в пределах от 11 до 11,4 Н. Область неустойчивой работы регулятора ограничена верхним и нижним значениями предварительной затяжки. Амплитуда автоколебаний резко возрастает при увеличении затяжки выше оптимального значения и равномерно увеличивается при уменьшении ее ниже оптимального значения.



 
Автоматическая установка для варки битумной мастики »
электрические сети