Как указывалось ранее, неустойчивая работа регулятора частоты вращения дизеля ГЭУ может привести к серьезным аварийным последствиям. Поэтому кроме анализа влияния настройки пружины изодрома на работу ГЭУ существенный интерес представляет рассмотрение зависимости характеристик установки от настройки иглы изодрома и сервомотора регулятора, т. е. постоянных времени изодрома и сервомотора.
Постоянная времени изодрома Т% зависит, главным образом, от положения иглы изодрома (угла поворота а иглы от положения, соответствующего полному закрытию отверстия изодрома). Как видно из рис. 95, зависимость Т от а имеет нелинейный характер. С увеличением α происходит уменьшение Значения Т и Ts зависят также от марки масла в регуляторе. Кроме того, величина Ts зависит от предварительной затяжки пружины сервомотора и маховых масс движущихся частей этого узла.
Рис. 95. Изменение постоянной времени изодрома Тi в функции от угла поворота а иглы изодрома.
Исследования, проведенные на транспортном рефрижераторе «И. Шишкин», показали, что при ходе судна на свободной воде при отсутствии волнения изменение угла а от 0 до 225° (т. е. поворот иглы до 3/4 оборота) практически не нарушает устойчивой работы гребной электроустановки (рис. 96). Дальнейшее увеличение угла а влечет за собой нарушение устойчивости, и при а=360° (рис. 97) имеют место автоколебания всех основных параметров (тока главной цепи, напряжения генератора, топливоподачи, частоты вращения дизель-генератора пг). Топливная рейка (кривая hр) периодически доходит до упора и возвращается в положение, соответствующее уменьшению подачи топлива. Период колебаний составляет примерно 2 с. При повороте (а = 540°) максимальные значения отклона изодрома на полтора оборота нений основных параметров ГЭУ остаются прежними, частота же колебаний увеличивается (рис. 98).
Таким образом, если в цепи винт — ГЭУ — дизель-регулятор отсутствуют возмущения, перепускное отверстие изодромной обратной связи регулятора можно открывать поворотом иглы изодрома до α = 225°. С точки зрения увеличения эффективности этой обратной связи целесообразно осуществлять максимально допустимый поворот иглы αmax. Чрезмерно малое открытие иглы вызывает увеличение времени, необходимого для изменения режима работы дизеля.
Рис. 96. Неизменность параметров ГЭУ при открытии иглы изодрома регулятора дизеля на угол а=225°.
Рис. 97. Изменение основных параметров ГЭУ при открытии иглы изодрома на угол а=360°.
Рис. 98. Изменение основных параметров ГЭУ при открытии иглы изодрома на угол а=540°.
При наличии возмущений на гребном винте значение αmax уменьшается. При относительно малых колебаниях момента сопротивления Мс на гребном валу система регулирования частоты вращения дизеля работает устойчиво, если α=225° (рис. 99). Об этом свидетельствует то, что положение топливной рейки практически не изменено (график hр представляет квазипрямую линию). Однако, если отклонения момента сопротивления от номинального значения существенны, устойчивость системы регулирования дизеля нарушается. Отклонение топливной рейки от одного положения упора до другого соответствует изменению подачи топлива от полной отсечки до максимальной. В результате происходят резкие колебания частоты дизель-генераторов, а также тока главной цепи, что увеличивает вероятность срабатывания защиты от снижения частоты вращения ГДГ.
Рис. 99. Изменение параметров ГЭУ при ходе судна в условиях волнения при открытии иглы изодрома на угол >α=225°.
Такой режим работы установки уже граничит с аварийной ситуацией. При уменьшении а до 180° (см. рис. 26) и аналогичном диапазоне возмущений на гребном винте система регулирования дизеля работает устойчиво. В данном случае положение топливной рейки практически неизменно, что свидетельствует о постоянстве топливоподачи и стабильности режима работы дизеля.
Рассмотрим результаты стендовых испытаний регулятора частоты вращения дизеля Д100, представленные в табл. 5. Исследования производились при температуре масла регулятора 48° С, температуре окружающего воздуха 19° С. Использовалось масло Д11. Наброс нагрузки осуществлялся при различных положениях иглы изодрома с регистрацией отклонений топливной рейки и частоты вращения от первоначальных положений. Фиксировались также время переходного процесса и число колебаний. Из сопоставления приведенных в таблице данных становится очевидным, что при наличии возмущения (набросе нагрузки) максимально допустимое открытие перепускного отверстия изодрома соответствует amax=180° (1/2 оборота иглы).
Влияние настройки иглы изодрома на качество регулирования регулятора частоты вращения дизеля Д100
Таким образом, значения αmax полученные при стендовых испытаниях регулятора дизеля Д100 и испытаниях в реальных условиях при возмущениях на гребном винте, совпадают. Известно, что сдаточные испытания производятся чаще всего на спокойной воде, а в процессе эксплуатации имеют место дополнительные возмущения на гребном винте (при волнении, наличии льда, шуги и т. д.). Это следует учитывать при настройке системы регулирования дизелей, сдаточных испытаниях и эксплуатации.
Максимальное отклонение рейки (см. табл. 5) не зависит от а; оно определяется настройкой точки упора. Отклонения рейки в сторону уменьшения подачи топлива с увеличением а увеличиваются. Проведенные исследования показывают, что максимально возможное открытие иглы изодрома соответствует а=180°, т. е. 1/2 оборота иглы. Иногда при настройке регулятора дизеля Д100 иглу изодрома открывают всего на 1/4 оборота, несмотря на то, что с уменьшением угла поворота иглы эффективность изодромной обратной связи снижается. Было произведено математическое моделирование работы регулятора совместно с дизелем типа Д50 при сбросе и набросе номинальной нагрузки дизеля (в ГЭУ номинальной нагрузкой является момент генератора MΓ=IΓΦΓ). Нагрузка дизеля (момент генератора Мг) уменьшалась с номинального значения до нуля и увеличивалась до номинального значения в течение 0,8 с.
Результаты обработки осциллограмм сведены в табл. 6.
Как видно из таблицы, а также рис. 100, можно заключить следующее. С уменьшением степени неравномерности δр колебания частоты вращения при сбросе и набросе нагрузки уменьшаются, а амплитудные значения отклонений а штока сервомотора (в сторону уменьшения подачи топлива) и координаты втулки золотника увеличиваются. Таким образом, с уменьшением степени неравномерности реакция регулятора при изменении нагрузки становится более интенсивной, чем обеспечиваются меньшие отклонения частоты вращения дизеля nдз. При изменении δр от 0,123 до 0,05 максимальное значение частоты вращения дизеля понизилось с 1,08 до 1,04 nдз. ном (рис. 100). При равенстве постоянных времени изодрома T и дизель-генератора Tд.г кривая частоты вращения дизеля не имеет колебательного характера. При Ti≠Tд.г появляется склонность к колебаниям штока сервомотора σ, а также втулки золотника ξ и соответственно частоты вращения дизеля. Это можно объяснить следующим образом.
Рис. 100. Динамика дизель-генератора Д50 в случае сброса и наброса нагрузки при равенстве постоянных времени изодрома и дизель-генератора.
Если постоянная времени изодрома равна постоянной времени дизеля (как показано выше) или постоянной времени системы первичный двигатель — генератор (Tдг), то скорость движения втулки золотников 9 и 5 (см. рис. 88) до установившегося положения одинакова, отверстие во втулке золотника 9 по мере их движения остается все время закрытым и соответственно сервомотор остается неподвижным в течение всего времени возвращения частоты вращения дизель- генератора к исходному значению (с учетом общей степени неравномерности).
Влияние основных параметров системы регулирования дизеля на динамику дизель-генератора
При условии Τi= Τд.г регулятор частоты вращения дизеля без запаздывания осуществляет необходимую подачу топлива в соответствии с нагрузкой и изменением частоты вращения дизеля. Вероятность существенных колебаний штока сервомотора и соответственно подачи топлива при этом исключается, что подтверждается результатами испытаний ГЭУ ледокола «Киев», где настройка регуляторов дизелей осуществлялась, исходя из равенства постоянных времени Ti и Τд.г всего на 5%. Значит, величиной Ts при расчетах Как видно из табл. 6, при изменении Тi в пределах зоны устойчивости системы регулирования максимальное значение частоты вращения дизеля при подгоне не меняется. При значительной разнице величин и Тд.г возможны существенные колебания штока сервомотора, топливной рейки и подачи топлива. При увеличении постоянной времени сервомотора Т8 в 5 раз (с 0,1 до 0,5 с) подгон частоты вращения дизеля увеличивается
динамических характеристик дизель-генератора можно пренебречь.
Вышеуказанное свидетельствует о необходимости проведения стендовых испытаний дизелей на подгон при заводских сдаточных испытаниях.
