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  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 .