IV Mech. Inż. A Data wykonania ćwiczenia : 98-12-07

Zakład Automatyki Okrętowej WSM Szczecin

Laboratorium

Temat : Układy sterowania śrubą nastawną

Schemat układu sterowania

Układ sterujący

OBIEKT silnik główny śruba nastawna kadłub

Układ sterujący stanowi jednostka główna z zapisanym w jej pamięci programem sterowania oraz zestaw urządzeń umożliwiających połączenie jednostki z różnego rodzaju czujnikami , dźwigniami sterującymi itp. . Układ sterujący w oparciu o uzyskane informacje (Y , Y ) , wypracowuje takie nastawy dla silnika i śruby , aby z jednej strony , spełnić wymagane jazdy z zadaną prędkością , z drugiej zaś , aby zadana prędkość utrzymana była przy pracy zespołu napędowego z maksymalną sprawnością .

Sterowanie programowe zespołem napędowym

Jest realizowane za pomocą automatycznej regulacji realizacji związku funkcyjnego pomiędzy dwoma parametrami pracy zespołu , równolegle z utrzymaniem wartości zadanej prędkości statku lub mocy silnika . programy wyznacza się bezpośrednio z charakterystyk napędowych stosując kryterium minimalnego zużycia paliwa dla różnych prędkości statku lub na podstawie charakterystyk silnika , śruby , kadłuba z uwzględnieniem warunku maksymalnej sprawności pracy zespołu napędowego .

Program wyznaczony jest dla warunków przyjętych za najbardziej typowe dla statku . Przewidując trasy statku i opory kadłuba należy wyznacza się program zmiany nastaw skoku śruby i prędkości obrotowej .Sterowanie wg tak określonego programu w warunkach innych niż te , dla których został opracowany jest zawsze związane ze spadkiem sprawności .

Stosowane na statkach układy sterowania pracują wg następujących programów :

1. H = f(n) - skok śruby w funkcji prędkości obrotowej

2. M = f(n) - moment obrotowy silnika w funkcji prędkości obrotowej

Ad 1. Warunki pływania określa krzywa T , w których będzie pływał statek . Przecinając charakterystykę H = f(n) tworzy z nią punkt pracy dla tych warunków (A) .

Przy zmianie warunków pływania z T na T otrzymujemy punkt pracy (B) . Warunki zewn. uległy pogorszeniu , wzrósł moment obrotowy śruby oraz obciążenie . Przyrost momentu obrotowego śruby może być tak duży , spowoduje przeciążenie silnika napędzającego śrubę . Z tych względów układy sterowania pracujące wg tego programu powinny być wyposażone w urządzenia zabezpieczające silnik przed przeciążeniem . pogorszenie warunków zewn. spowoduje również spadek sprawności śruby , a przez to i układu napędowego .

Ad 2. Praca programu odbywa się po prostej M = f(n) . Przy zmianie warunków pływania z T na T punkt pracy przesuwa się z (A) na (D) . Spadek sprawności jest teraz mniejszy niż w przypadku poprzedniego programu .Inną zaletą pływania wg tego programu jest to , ze nie wymaga specjalnego zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem . Nadążając za zmianami warunków zewnętrznych układ sterujący będzie dobierał taki skok śruby , aby nie spowodować przeciążenia silnika .

Zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem

Zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem można zrealizować na różne sposoby , np. : przez zastosowanie układu redukującego skok śruby gdy nastawa listwy paliwowej ( obciążenie silnika ) osiąga wartość maksymalną lub przez zastosowanie urządzenia , w którym program program sterowania zmieniał się będzie płynnie wraz ze zmianą prędkością statku .

Sterowanie optymalne zespołem napędowym

Dla danej prędkości statku istnieje tylko jedna para nastaw ( n , H ) przy której występuje maksymalna sprawność zespołu napędowego . Położenie optymalnego punktu pracy uzależnione jest od szeregu wielkości o charakterze stochastycznym , jak warunki zewnętrzne , stan kadłuba , stan śruby czy silnika . Celem wyznaczenia optymalnej pary nastaw skoku śruby i prędkości obrotowej , wymagana jest znajomość aktualnych charakterystyk silnika , śruby i kadłuba lub wypadkowa charakterystyka napędowa całego zespołu napędowego .

System doboru optymalnych nastaw stanowi klasyczny układ doradczy , w którym dane z zespołu napędowego w postaci skoku śruby H , prędkości statku v , prędkości obrotowej n , momentu obrotowego na wale M są wprowadzane poprzez układ pomiarowy do pamięci komputera .

Rozwiązanie tego typu odznacza się zwiększonym bezpieczeństwem jego stosowania . Jego zadaniem jest określenie optymalnych nastaw skoku śruby i prędkości obrotowej silnika dla proponowanej prędkości statku . Również w przypadku awarii systemu komputerowego nie ma problemu przejścia na klasyczne sterowanie bez wspomagania .

Algorytm sterowania składa się z dwóch zasadniczych części : pomiarów okresowych ( charakterystyka zespołu napędowego ) oraz wyznaczenia - z uwzględnieniem aktualnego stanu obciążenia - optymalnych wartości nastaw ( n , H ) dla zadanej prędkości statku .

Wnioski z ćwiczenia

W zależności od warunków pływania krzywa prędkości przesuwa się . Dla lepszych warunków ku dołowi , dla gorszych ku górze . Dlatego też wartości maksymalnej prędkości statku są zmienne . np. dla obciążenia 78,5 % maksymalna prędkość pływania mieszcząca się w polu pracy ciągłe wynosi 14 w , natomiast dla obciążenia 81 % wynosi 13,9 w . Program umożliwia taką kombinację nastaw prędkości obrotowej i skoku śruby , dla której godzinowe zużycie paliwa jest optymalne i mieści się w polu pracy ciągłej . Aby program pracował prawidłowo , konieczne jest przeprowadzanie pomiarów okresowych w celu uaktualnienia charakterystyki napędowej jednostki .

---