Судовые установки (стр. 7 из 12)

DQср = Qг - Q2 , [14],

гдеQг - температура газов;

Q2 - температура воды на выходе из двигателя.

Сторона отвода объекта оценивается количеством тепла, которое воспринимается охлаждающей водой и выражается уравнением [14]:

qотв = c*G*(Q2-Q1) ,

где с - удельная теплоёмкость воды;

G - расход охлаждающей воды через зарубашечное пространство;

Q1 - температура охлаждающей воды на входе в зарубашечное пространство;

Q2 - температура воды на выходе из двигателя.

Если предположить, что температура охлаждающей воды на входе Q1 постоянна и постоянно количество циркулирующей воды G, то получим одну характеристику отвода, описываемую линейным уравнением [14]:

qотв = m * t^2 - d ,

где m = c * G ;

d = c * G * Q1.

Такая характеристика отвода показана на рисунке 4.1. жирной линией.

Характеристика отвода

рис. 4.2.

Точки пересечения её с характеристиками подвода соответствуют установившимся режимам системы охлаждения. Чтобы обеспечить процесс регулирования с поддержанием постоянного значения регулируемого параметра Qр = Q2 , устанавливают на стороне отвода регулирующий орган, который воздействуя на условия отвода тепла позволяет иметь не одну характеристику отвода, а семейство характеристик. При этом возможны два принципа изменения условий отвода тепла. Один из них заключается в изменении температуры воды на входе Q1, другой - в изменении количества прокачиваемой воды G. В первом случае, при Q1¢ > Q1 , характеристика отвода смещается эквидистантно, во втором случае (G¢ < G) - изменяется угол её наклона g на g ¢, т.е. характеристика поворачивается. Изменение положения характеристик отвода показано на рисунке 4.1. штриховыми линиями.

Взаимное расположение статических характеристик подвода и отвода наглядно показывает, что система охлаждения как объект регулирования температуры охлаждающей воды обладает свойством положительного самовыравнивания.

Из двух возможных принципов изменения отвода тепла, принцип, основанный на изменении количества прокачиваемой через зарубашечное пространство двигателя охлаждающей воды, в судовых условиях самостоятельно не применяется. Это объясняется тем, что при малых количествах, а следовательно при малых скоростях воды возможно нарушение циркуляции и появление местных перегревов стенок с образованием паровых мешков.

Принцип изменения условий отвода тепла путём изменения температуры воды на входе в двигатель Q1 может быть реализован следующими конструктивными способами:

* перепуском во внутреннем контуре;

* дросселированием;

* обводом;

* перепуском в контуре забортной воды.

Способ перепуска во внутреннем контуре в замкнутой системе позволяет изменять температуру воды на входе в двигатель Q1 при постоянном её количестве G. Это достигается путём смешивания холодной воды поступающей из холодильника и горячей воды, поступающей из двигателя непосредственно перед входом её в двигатель.

Регулирующий орган распределяет поток воды выходящей из двигателя таким образом, что поддерживается необходимая температура для заданного режима работы двигателя. Во всех способах регулирования при замкнутой системе перепад температуры пресной воды в холодильнике пропорционален перепаду забортной воды в нём:

Qпр1-Qпр2 = (Gх/G)*(Qх2-Qх1), [14]

Отношение расходов воды в контурах Gх/G при способе перепуска имеет постоянное значение. Анализируя полученные зависимости для перепадов температуры пресной воды на двигателе и на холодильнике можно заметить, что перепады этих температур равны между собой: Qпр1-Qпр2 = Q2-Q1 , причём равны также и температура Qпр1 = Q2 = Qр и Qпр2 = Q1. По этим перепадам температур можно судить о тепловой нагрузке двигателя, так как на установившихся режимах при G=const , она пропорциональна количеству отводимого тепла.

Следует отметить, что при эксплуатации САР температуры охлаждающей воды судовых дизелей необходимо учитывать изменение технического состояния водяной рубашки и ЦПГ дизеля, а также теплообменного оборудования (загрязнение, обрастание холодильников). С этой точки зрения выгодно использовать САР температуры с двумя датчиками регулятора «Плайгер», однако такое исполнение автоматики ведёт к увеличению стоимости её изготовления и эксплуатации. В дипломном проекте принят вариант САР температуры охлаждающей воды с установкой датчика регулятора «Плайгер» на выходе воды из дизеля, что позволяет учитывать изменение технического состояния дизеля при надлежащей чистоте теплообменного оборудования СЭУ.

4.3.3 Статические свойства объектов при регулировании способом перепуска

Под объектом регулирования понимается система охлаждения, включающая в себя двигатель как теплообменное устройство. На рисунке 4.2. показаны координаты воздействий на объект и регулирующий орган.

Схема объекта

Рис.4.2.

Входная координата в объект со стороны отвода Хотв представляет собой координату регуляторного воздействия. Она равна выходной координате РО Yро. В качестве координаты Хотв (или Yро) выступает расход охлаждающей воды или соотношение её расходов по потокам. Эти расходы определяются расходными характеристиками РО.

Сторону подвода объекта представляет координата Хпод, которая характеризует нагрузку двигателя. В качестве координаты подвода принимается температура газов tг .

За выходную координату объекта принимается температура охлаждающей воды на выходе из двигателя (регулируемый параметр Y), так как она характеризует тепловое состояние стенки Y=t2. Свойства стороны подвода объекта можно определить уравнением [14]:

qпод = qдв = Kдв*Fдв*DQдв ,

где DQдв - средний температурный напор, который может быть определён как разность между температурой газов и средним арифметическим входной и выходной температур охлаждающей воды [14]:

DQдв = Qг - (Q2+Q1)/2

тогда уравнение подвода примет вид [14]:

qпод = Kдв*Fдв*(Qг-(Q2+Q1)/2)

Коэффициент теплопередачи Кдв при постоянном количестве воды G, прокачиваемой через двигатель (что характерно для всех способов регулирования, имеющих практическое значение), зависит главным образом от типа двигателя и состояния поверхностей теплообмена (степени загрязнённости). Поэтому для нашего двигателя, состояния его поверхностей теплообмена и установленного количества циркулирующей воды во внутреннем контуре коэффициент теплопередачи Кдв может быть принят постоянным. Но в условиях эксплуатации из-за загрязнения поверхностей, изменения характеристик циркуляционного насоса или увеличения сопротивления трубопровода вследствие прикрытия клапана или при его засорении коэффициент теплопередачи изменяется.

4.3.4 Статические свойства и характеристики регулирующих органов

В системах терморегулирования дизельных установок находят применение трёхходовые регулирующие органы клапанного и золотникового типов. Конструктивная схема золотникового регулирующего органа выполнена так, что торцевые поверхности золотника служат запирающими поверхностями. Слив на холодильник закрыт при нижнем положении золотника. Существенным недостатком регулирующих органов золотникового типа является то обстоятельство, что между золотником и втулкой в процессе эксплуатации попадают частицы накипи и других твёрдых включений, вызывающие заедание и заклинивание, что приводит к скачкообразному движению золотника и нарушению процесса автоматического регулирования. При золотниковом РО трудно получить в начальный момент малое открытие. В средней части хода РО теряет способность управлять потоками, если общий ход золотника достаточно велик. Чтобы обеспечить желаемое пропорциональное и плавное изменение регуляторного воздействия и исключить появление пассивного хода в средней части, применяют клапанно-золотниковый регулирующий орган [13]. Такая конструкция характеризуется наличием запорной поверхности, одновременно с профильными окнами в золотнике. Общий ход золотника при этом ограничивается до 15¸40 мм.

Качество работы любой системы автоматического регулирования в значительной мере зависит от свойств и статических характеристик РО. У РО терморегуляторов рассматривают статические характеристики геометрических, гидравлических и расходных видов.

Геометрическая характеристика представляет собой зависимость площади проходного сечения клапана от от входной координаты РО - Хро в качестве которой выступает перемещение штока клапана hкл: Fкл = f(hкл).

Гидравлическая характеристика РО описывает зависимость гидравлических сопротивлений по потокам охлаждающей жидкости в функции перемещения клапана [14]:

xро.хол/xро.пер = f(hкл),

гдеxро.хол - коэффициент гидравлического сопротивления РО на клапане слива в холодильник ;

xро.пер - коэффициент гидравлического сопротивления РО на клапане перепуска.

Расходная характеристика представляет собой зависимость выходной координаты РО - Yро от входной - перемещения клапана hкл [14]:

Yро = Gсл/G = f(hкл),

В эксплуатационных системах охлаждения нередки случаи , когда расходные характеристики РО существенно нелинейны. Существует «пассивная зона» в которой перемещение клапана не вызывает изменения регуляторного воздействия, что приводит к неустойчивому состоянию системы регулирования в этой зоне и к нарушению плавности статической характеристики системы, на которой также появляется участок пассивной зоны, увеличивающий общую неравномернрсть регулирования. Две существующие схемы включения регулирующих органов смешения и разделения потоков, с точки зрения гидравлических сопротивлений принципиально различаются только направлением движения жидкости.