Автоматизация судовых энергетических установок

Автоматизация судовых энергетических установок

Автоматизация судов — это процесс в развитии судостроения, в результате которого различные функции управления судном и его оборудованием, ранее выполнявшиеся человеком, передаются техническим устройствам и приборам.

Автоматизация судовых энергетических установок (главных и вспомогательных), судовых электростанций, общесудовых систем и устройств позволяет повысить надежность и экономичность работы судового оборудования, продлить ресурс механизмов, улучшить условия труда плавсостава.

Все современные суда в зависимости от степени автоматизации энергетической установки делят на три группы.

К первой группе относятся суда, за исключением пассажирских, без вахты в машинном отделении и в центральном посту управления (ЦПУ). Регистр СССР присваивает этим судам знак автоматизации А1. Для краткости их иногда называют судами с безвахтенным обслуживанием машинного отделения. Ко второй группе относятся суда без вахты в машинном отделении, но с вахтой в ЦПУ. Регистр СССР присваивает им знак автоматизации А2. К третьей группе относятся суда с мощностью энергетической установки до 1500 кВт, объем автоматизации которых позволяет осуществлять эксплуатацию без вахты в машинном отделении. Суда старой постройки, находящиеся в эксплуатации, не имеют в символе знака автоматизации.

Основу автоматизации главной энергетической установки составляет система дистанционного автоматического управления (ДАУ). Все необходимые команды подаются с датчика дистанционного управления, расположенного в ходовой рубке. Исполнительными элементами, которые приводят в действие различные органы управления главного двигателя, являются электромеханические устройства (электромагниты, электродвигатели), пневматические или гидравлические, называемые сервоприводом. Дистанционным датчикам управления задается та или иная из команд; выполнение же ее осуществляется системой ДАУ автоматически по определенной программе. При этом контролируется возможность перегрузки главного двигателя и исправность отдельных узлов системы ДАУ.

Современные котельные агрегаты морских судов имеют автоматические системы регулирования питания и горения. Эти системы обеспечивают постоянство уровня воды в котле и давления пара, оптимальное количество воздуха, поступающего в топку. Иногда применяют и автоматическое регулирование температуры перегрева пара.

В настоящее время для управления главными судовыми дизелями применяют дистанционные системы различных типов. Система дистанционного автоматического управления обеспечивает выполнение следующих функций: пуск двигателя на заданную частоту вращения, сигнализацию о перегрузке двигателя; сигнализацию о работе в зоне критической частоты вращения; плавное изменение частоты вращения вала двигателя и устойчивое поддержание заданного режима в интервале от минимально устойчивой частоты вращения до частоты вращения полного хода; регистрацию поданных команд посредством реверсографа.

Дистанционное управление судовыми паротурбинными установками получило сейчас значительное распространение. В последнее время осуществлена система ДАУ, обеспечивающая дистанционное управление ГТЗА непосредственно из рулевой рубки. Одновременно сохраняется и возможность управления агрегатом из ЦПУ. Весь контроль за работой установки производится из ЦПУ, где находится вахтенный механик. Управление задатчиком частоты вращения турбины производится из рулевой рубки посредством электрогидравлической следящей системы.

Автоматизация главной энергетической установки, кроме системы ДАУ, предусматривает дистанционный пуск и остановку из ЦПУ вспомогательных механизмов, обслуживающих главные двигатели, автоматический пуск резервного масляного насоса при понижении давления в системе смазки, дистанционное или автоматическое пополнение баллонов пускового воздуха и воздуха для питания средств автоматизации, автоматический пуск резервного насоса питания гидравлических устройств автоматизации при понижении давления, автоматическое регулирование температуры воды, масла и топлива на входе в двигатель, в расходных цистернах и при сепарировании. На судах со знаком автоматизации А1 предусматривается автоматический ввод в действие всех резервных вспомогательных механизмов, связанных с ходом судна, при выходе из строя основных. Энергетическая установка автоматизированного судна оборудуется системой централизованного контроля параметров и аварийно-предупредительной сигнализацией.

Эксплуатация судовых энергетических установок

В последнее десятилетие автоматизация судовых дизельных и газотурбинных установок претерпела большие изменения: значительно возрос объем автоматизированных операций, усложнились средства автоматизации и главное автоматизация обеспечила повышение производительности труда судового экипажа и безопасности мореплавания. Изучение автоматизации судовых энергетических установок должно отводиться все большее место в подготовке судовых специалистов. Эффективность эксплуатации современного автоматизированного судна в равной степени зависит от качества судовых объектов, так средств автоматизации.

Изучение энергетического оборудования в системе автоматизации в отрыве друг от друга не соответствует реальным условиям работы специалистов. В качестве судовых энергетических установок (СЭУ) получают распространение на ряду с малооборотными дизелями, а также газотрубные, и газопаровые, обеспечивающие высокие скорости.

Создание материально-технической базы требует нарастающих темпов увеличения производительности труда на основе непрерывного технического прогресса, составной частью которого является автоматизация производства. Стремительно развиваются принципиально новые технологические процессы производства, управление которых без средств автоматизации невозможно.

Автоматика и телемеханика — это отрасль науки и техники, где разрабатываются методы и средства контроля производства, процессов и управления ними.

Под автоматикой понимается техника управления и контроля на сравнительно небольших расстояниях, для определения которых требуются специальные средства. В народном хозяйстве, в промышленности, энергетике, на транспорте.

В связи с ростом энерговооруженности флота объем средств автоматизации значительно увеличивается.

Автоматизация позволяет выполнять операции управления с быстротой и точностью, недоступными человеку; улучшать условия труда людей и значительно уменьшать численность обслуживающего персонала, повышая тем самым экономичность эксплуатации судна.

Внедрение средств комплексной автоматизации и ряд организационно технических мероприятий обеспечили переход на совмещение профессий палубной и машинной команд на всех судах внутреннего плавания, а также эксплуатацию судовой энергетической установки без постоянной вахты в машинном отделении. Это позволило освободить людей от необходимости длительного пребывания в помещениях с высокой температурой, влажностью, повышенным содержанием углеводородов, сравнительно высоких уровней звукового давления и вибрации.

Технико-экономическая эффективность систем автоматизации зависит от выбора средств автоматики, их унификации, надежности, ремонтопригодности и простоты обслуживания. Внедряемые системы автоматики создаются на основе современных требований с применением последних достижений электронной техники.

Дальнейшее совершенствование средств автоматики и внедрение ее на судах обеспечат экономичную работу силовой установки, существенно повысит безопасность плавания.

В арсенале средств, составляющих техническое вооружение всех отраслей народного хозяйства, ведущее место занимают электрические машины. Электрическая машина — это электромеханическое устройство, осуществляющее преобразование механической и электрической энергий. Если в электрической машине механическая энергия преобразуется в электрическую, то она называется электрическим генератором, если же электрическая энергия преобразуется в механическую, то машина называется электродвигателем. Электрические генераторы составляют основу современных электростанций, где преобразуют механическую энергию паровых или гидравлических турбин в электрическую. Электродвигатели составляют основу электропривода, где электрическая энергия преобразуется в механическую, необходимо для приведения в действие станков, механизмов, подъемных и транспортных средств.

По степени автоматизации судовые электроприводы принято разделять на 3 уровня автоматизации. Наиболее простыми являются электроприводы с первым уровнем автоматизации. Это приводы, которые требуют участие обслуживающего персонала как для выработки начального управляющего воздействия, так и для контроля в процессе последующей работы электропривода. При втором уровне автоматизации обслуживающий персонал участвует только в выработке начального управляющего воздействия на электропривод. Более совершенным является третий уровень автоматизации, при котором обслуживающий персонал участвует только в надзоре за электромеханической системой. Ручное управление при этом уровне предусматривается, но только при особых режимах судна и его автоматической установке.

Общая тенденция в развитии судовых механизмов характеризуется усложнением возлагаемых на электроприводы задач как по повышению степени автоматизации, так и по упрощению их обслуживания. Это направлено на повышение производительности труда путем автоматизации и механизации труда. Повышение производительности труда на судах связано также со снижением затрат времени на техническое обслуживание и ремонт за счет совершенствования конструкций электроприводов и приспособлений их к специфическим условиям судовой эксплуатации. В свете этих задач реализуются следующие направления, по которым идет совершенствование электроприводов судовых механизмов — автоматизацией отдельных электромеханизмов и объединения взаимосвязанных механизмов в автоматизированные системы с оптическим режимом эксплуатации. В системе управления электроприводом все чаще включают вычислительные машины, микропроцессоры, с большой точностью осуществляющие операции управления, ранее выполненные человеком:

— повышение надежности и ресурса электроприводов за счет совершенствования конструкций и правильного выбора отдельных элементов;

— снижение издержек на ремонтные работы за счет унификации элементов и применение блочных конструкций.

Автоматизация судовых электроприводов вместе с использованием средств диагностирования позволит в минимальные сроки восстановить их работоспособность при постепенных или внезапных отказах, а также значительно сократить трудозатраты на их обслуживание.

Современное судно представляет собой сложное инженерное сооружение с многочисленными системами и устройствами и предназначено для решения главной задачи — перевозки грузов и пассажиров, обеспечивая при этом безопасность мореплавания, сохранность груза и рентабельность перевозок.

Конечной целью развития комплексной автоматизации является полная автоматизация. При полной автоматизации все функции управления, регулирования и контроля будут переданы автоматическим устройствам. Наиболее важным и принципиально новым направлением в развитии комплексной автоматизации является использование в системах управления, регулирования и контроля цифроаналоговых систем, сопряженных с электронными вычислительными машинами.

С внедрением комплексной автоматизации повышаются эксплуатационные характеристики всех систем судна и их надежность, что позволяет существенно сократить численность экипажа, тем самым снизить стоимость перевозок.

Автоматизированные системы состоят из большого числа отдельных устройств и механизмов, параметры которых необходимо измерять, контролировать и обрабатывать. Число контролируемых параметров на судне может достигать нескольких сотен и даже тысяч. При повышении у сгруппированных параметров заданных значений включается обобщенная звуковая и световая сигнализация. Посты обобщенной сигнализации могут устанавливаться в центральном посту управления (ЦПУ), в рулевой рубке, в кают компании, каютах механиков.

Благодаря росту уровня автоматизации судов, введению без вахтенного обслуживания, сокращению численности экипажа повышается роль и значение систем автоматизированного измерения и контроля параметров, сигнализации и систем внутрисудовой связи.

В связи с этим на водном транспорте особое значение приобретает повышение надежности систем измерения, контроля, сигнализации, управления, внутрисудовой связи. Это достигается увеличением надежности элементной базы, применением функционального встроенного контроля исправности отдельных блоков, резервированием и унифицированием узлов.

Измерительные элементы обычно классифицируют по роду измеряемой ими физической величины. С этой точки зрения различают элементы, предназначенные для измерения давления, уровня, температуры, расхода, скорости, перемещения, электрического напряжения, тока, частоты и т.д. Отклонение измеряемой физической величины измерительные элементы преобразуют, как правило, в механическую или электрическую величину.

В качестве измерительных элементов для измерения давлений в судовых энергетических установках применяют упругие элементы, принцип действия которых основан на деформации упругого тела при действии на него давления. Это — плоские мембраны либо сильфоны. Плоские мембраны и сильфоны применяются также для измерения перепадов давлений и следовательно, расходов жидкости или газа, поскольку расход при данной площади переходного сечения пропорционален перепаду давления на участке трубопровода.

Для измерения уровней применяются поплавковые и мембранные чувствительные элементы. Поплавки представляют собой полые металлические шары или цилиндры, связанные рычажной системой с усилительным элементом и размещенные в герметических камерах, соединяемых по принципу сообщающегося сосуда с резервуаром, в котором регулируется уровень. Недостатком поплавковых чувствительных элементов является неудовлетворительная их работа при качке судна, а также пониженная чувствительность ввиду трения в рычажных сочленениях. Эти недостатки в значительной мере устраняются в мембранных чувствительных элементах. Преимуществом последних является также возможность установки их на некотором расстоянии от резервуара, в котором регулируется уровень. Для измерения температур в системах автоматического регулирования судовых энергетических установок применяются термоманометрические, термоэлектрические и другие элементы. В системах автоматического управления частотой вращения машин в качестве измерительных элементов на морских судах используются центробежные маятники, тахогенераторы и импеллеры либо шестеренные насосы.

Автоматические системы судовых энергетических установок

Специальность 180405 Эксплуатация судовых энергетических установок

Квалификация: Старший техник-судомеханик

Нормативный срок обучения

• — на базе среднего полного образования
  4 года 6 месяцев

Область профессиональной деятельности выпускников:

техническая эксплуатация судового главного и вспомогательного энергетического оборудования, судовых систем, корпусных устройств судов, буровых платформ, плавучих дизельных и автономных энергетических установок; техническая эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики судов, буровых платформ, плавучих дизельных и автономных энергетических установок.

Объектами профессиональной деятельности выпускников являются:

• судно;
• судовое энергетическое оборудование;
• энергетические установки буровых платформ и плавучих дизельных электростанций;
• газо-турбокомпрессорные установки;
• судоремонтные и судостроительные организации;
• судовое электрооборудование и средства автоматики;
• электрооборудование и средства автоматики буровых платформ и пла-вучих дизельных электростанций.

Старший техник-судомеханик готовится к следующим видам деятельности:

• 1. Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт судового энергетического оборудования:

обеспечивать техническую эксплуатацию главных энергетических установок судна, вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления; осуществлять контроль выполнения национальных и международных требований по эксплуатации судна; выполнять техническое обслуживание и ремонт судового оборудования; осуществлять выбор оборудования, элементов и систем оборудования для замены в процессе эксплуатации судов; осуществлять эксплуатацию судовых технических средств в соответствии с установленными правилами и процедурами, обеспечивающими безопасность операций и отсутствие загрязнения окружающей среды.

применять средства по борьбе за живучесть судна; организовывать и обеспечивать действия подчиненных членов экипажа судна при организации учебных пожарных тревог, предупреждения возникновения пожара и при тушении пожара; организовывать и обеспечивать действия подчиненных членов экипажа судна при авариях; оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим; организовывать и обеспечивать действия подчиненных членов экипажа судна при оставлении судна, использовать спасательные шлюпки, спасательные плоты и иные спасательные средства; организовывать и обеспечивать действия подчиненных членов экипажа судна по предупреждению и предотвращению загрязнения водной среды.

планировать работу структурного подразделения; руководить работой структурного подразделения; анализировать процесс и результаты деятельности структурного подразделения.

осуществлять техническую эксплуатацию судового электрооборудования и средств автоматики; наблюдать за технической эксплуатацией судового электрооборудования и средств автоматики; организовывать безопасное ведение работ по монтажу и наладке судового электрооборудования и средств автоматики; проводить испытания и опреде-лять работоспособность установленного, эксплуатируемого и ремонтируемого судового электрооборудования и средств автоматики; выбирать электрооборудование и элементы систем автоматики для замены в процессе эксплуатации судов.

Морской транспорт

Эффективность судовых энергетических установок в значительной мере определяется уровнем автоматизации и качеством управления скоростными и нагрузочными режимами их работы.

Система дистанционного автоматизированного управления (система ДАУ) главной пропульсивной установкой предназначена для управления скоростью и направлением движения судна путем изменения частоты вращения главного двигателя (ГД) и направления упора гребного вала.

На судах с винтами фиксированного шага (ВФШ) на базе реверсивных мало- и среднеоборотных ГД система ДАУ должна обеспечивать изменение упора и направления вращения гребного вала путем изменения частоты и направления вращения ГД.

На судах с ВФШ на базе главных нереверсивных дизелей система ДАУ должна обеспечивать изменение направления вращения гребного вала путем автоматизированного управления реверсивным дизель-редукторным агрегатом.

На судах, оснащаемых винтами регулируемого шага (ВРШ) или водометными движителями, система ДАУ должна работать в сочетании с системой управления главным движителем, изменяющей скорость и направление движения судна.

Электроснабжение судна обеспечивается дизель-генераторными установками (ДГ), входящими в состав судовой электростанции, которые должны иметь собственные системы ДАУ ДГ, обеспечивающие автоматический запуск и дистанционную остановку дизелей в нормальных и аварийных режимах работы.

Таким образом, большое количество и разнообразие судовых энергетических установок на базе ГД и ДГ обусловлено их назначением, условиями применения, видом потребителей, уровнем автоматизации и рядом других факторов. Соответственно различаются системы ДАУ ГД и ДАУ ДГ, каждая модификация должна иметь собственные особенности их построения и взаимодействия со смежными сопрягаемыми системами.

Судовые средства автоматизации содержат панели контроля и управления, операторские станции, программируемые контроллеры, датчики и исполнительные устройства, источники основного и резервного питания, различного рода программируемые средства сбора, обработки и передачи информации по интерфейсным каналам, устройства коммутации и преобразования выходных сигналов, поступающих к электроприводным, электропневматическим и электрогидравлическим устройствам дискретного и аналогового управления.

Особенность построения систем ДАУ ГД и ДАУ ДГ состоит в том, что они должны иметь программно-аппаратную унификацию и совместимость своих элементов со всеми перечисленными средствами автоматизации, при этом сами системы должны быть интегрированы в состав автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) судна.