NO129394B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning til belastningsre.gulering • ;

av fartøysmotorer.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til .... belastningsregulering av fartoysmotorer hvis omdreiningstall reguleres på konstant verdi ved hjelp av organer som påvirker brenselstilforse-

len til motorer, "og hvor brenselpumpestillingen ayfolps ogv sammenlig-

nes med på forhånd innstilte grenseverdier, slik at. en., overskridelse av disse grenseverdier utloser et korrigerende signal som., omdannet til et pulstog, tilfores et servosystem for omstilling av en fartpys-propell med stillbare blader på en slik.måte at; belastningen på mp- > toren går tilbake til den innstilte, verdi. Oppfinnelsen angår også en anordning til. utforelse av fremgangsmåten..

Normalt benyttes brenselpumpeslaget som parameter for motorens belastning og som inngangsverdi i.lastregulatorer av kjente typer. Brenselpumpeslaget, altså fyllingen, kan anses som direkte proporsjonalt med avgitt motormoment. Andre parametere for motorbelastning som f. eks. avgasstemperatur, omdreiningstall for turbo-ladere m.v. kan også benyttes som mål for motorbelastningen.

En lastregulator av,kjent type får sin inngangsverdi fra brenselpumpenes reguleringsstang, som (styrer en s.ignålgivér',; som kan være hydraulisk, pneumatisk .eller elektrisk... Signalet;fra signålgi-veren benyttes siden til å., korrigere propell stigningen slik at den onskede motorbelastning oppnås._ .......

Visse typer:av'regulatorer' er' forsynt med en innbygget hydraulisk lastregulatprventil, Ventilen styrer en servomotor som i sin tur på en passende !måte..korrigerer propellstigningen og dermed uttatt...motormoment.. Over en kam. fås tillatt» reias jon. mellom omdreiningstall og brenselpumpeslag. Kammen representerer onskeverdien for omdreiningstallet, og motoren kan derfor-overbelastes dersom ytre last presser omdreiningstallet ned.under onskeverdien.- Der .finnes»- , konstruksjoner som^båsérér billatt motormomerif^å 'måleverdien-av mb-^ forens omdreiningstall, men de "er kompliserte i ".mekanisk' henseende.*;".' Belastningsnivået kan justeres med skruer. Der finnes ikke enkle konstruksjoner til kontinuerlig fjernstyring av belastningsnivået. Ved visse regulatorer kan man få to belastningsnivåer som fjernkon-trolleres, men konstruksjonen blir da komplisert.

Justeringen av lastregulatorens folsomhet er ikke mulig på annen måte enn ved skiftning av regulatorventilen.

Man har vanskeligheter med å få lastregulatoren stabil, blant annet fordi der inngår flere servosystemer i konstruksjonen. Signalet fra lastregulatoren korrigerer servomotorens innstilling, som i sin tid korrigerer servomotoreri i propellnavet. For å unngå de nevnte vanskeligheter og rydde manglene av veien hår den foreliggende' oppfinnelse fått de kjennetegn som er angitt i patentkravene, og der oppnås dermed også stabilitet ved stigriingskorreksjonen. Kortvarige belastningsendrihger behover ikke å påvirke propellstigningen, bg den tid som skal til for at en be-la stnirigsendring skal påvirke stigningen, kan gjorés irinstiilbar. Videre blir motorens belastriingsnivå kontinuerlig innstillbart slik at der f.eks. foreligger eh."mulighet for å 5ke motorbelastningen langsomt'under motorens oppvarmningsfase. Ovérbelåstning av motoren på grunn av manglende overensstemmelse mellom motoromdreiningsta.il og brenselpumpeinnstilling er utelukket ved at måleverdien for motorens omdreningstall er referanseverdi for motorbelastningen.

I det folgende vil oppfinnelsen bli belyst ved to utforel-sesformer som er vist' skjematisk på tegningen. Fig. 1 viser skjematisk en forste utforelsesform for oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et styresystem for stigningsreguleringen.

Fig. 3 viser skjematisk en annen utforelsesform for oppfinnelsen. Fig. 4 er et diagram som viser et eksempel på lastkurve med kurver for grenselast inntegnet.

Arbeidsprinsipp.

Som mål for belastningen er valgt brenselpumpestillingen (pådrag) og denne avfoles derfor med en stillingsgiver (en for hver motor ved flermotoranlegg). Signaler fra giveren sammenlignes med en referanseverdi som tilsvarer maksimalt tillatt belastning for vedkommende motor ved det aktuelle omdreiningstall. Ved overbelastning fås en nedregulerende puls til stigningen og ved underbelastning en oppregulerende. Pulsen påvirker ikke hovedservomotoren direkte, men bare tilbakeforingskretsen, hvorved sikkerheten er garantert. For å sikre stabiliteten er såvel pulstid som pulsfrekvens innstillbare, og likeledes tiden til forste puls. Man kan uttrykke det slik at utrust-ningen avfoler virkningen av en puls innen der går ut noen ytterligere puls.

Ved flermotoranlegg velges automatisk den puls som indikerer overbelastning, og foreligger over- og underbelastning samtidig, får overbelastningssignalet prioritet.

Som folge av innstilling av passende tid frem til forste puls vil det foreslåtte system ikke påvirke stigningen i tilfelle av kortvarige forstyrrelser, men oker middelbelastningen (f.eks. i mot-vind) skjer der en nedregulering av stigningen, og omvendt.

Ved at stigningskorreksjonen bare kan gripe inn i begrenset omfang, kan der ikke under noen forhold inntreffe katastrofal over-regulering.

Med en omkobler mellom "hånd" og "automat" kan automatikken kobles til eller fra, og i stilling "hånd" kan stigningen finjusteres fra broen med tykknapper.

Utforelse:

For å få et pålitelig system, som lett kan tilpasses vanlig, utrustning, har man valgt et elektrohydraulisk system med halv- !Lederk'omponent:er3'fr-aA signalgi-y.ernevMl^fsty-r.eorganene-j-fore-detghy.dr.au-lisketsysterrr. og, 31 til henholdsvis sienpelet ?5 og låseskruer. 21. Innvirkning-, på-, rfart. QViS driftr. er anbrakt ne 11 om Ptc-i.inel.2t t<r>~, og

n.; a tv» r- 39 s ►Vedl-korrekt: "innstillinga ave utrustning em vill brenselpiumpens

.-stilling v(;belastning.en.)risåledesi all t-id-r. ligges rinne m -.et innst-iltt område f' pro f ulli. lastj unnt.agen-jd ider •korfte^itidsr.um:' daoiautomatikkenvlkke} når å cvxirjc-e,t'vfiiéks*,-ived?.,etj.al^^ farfcj rforo.yeri,i eller •vedi. kraftig! rapts jo .o,y.edjClan^ vil" autpmatik-rkenl.derimot?Innstille?istigningena sl-iki atj motorene gåjh fullt-tbelastet {.ejitejiL mo t st ande n, t6k erc ell e r* minke r, t (d .<yr. iS!,.lj,ma nj fjår .erv ,op timal utnyt-telse Lav- resursene .pgi dermed hjoyest mulig?, fartf uten-itva-rig tpyerjb.elast-ji-ingv. Detv forut sette s<cin|den- rf ortbindelse/tat (akselgeneratprjeruer,? inn-[kpbletjt) aitså^ at jnotprene.s,tpmd-reiningsta-11.,;er- -konstant^ i\ sun og^.-l „J jne r enj eventvUsll; utkobling -av.,-automatikken .b.lir,^ulighe-Æene.:cfor?.å inn4uster,ejtstigni^ng,; manuel.tCtf ra3 brpen^meget, gp.de.rorVed. ff.,eks.t éu.holde^{trykknappen- f.orj ^minskeJV, nedtrakket i0 fprLsk j,ellig,lang {tid får, man_(et0.stp\rrei el^lerQmindr^, t-rinn,jitcstyr^ngskoj]rejcsponen. På fig., 1, er oppfinnelsen,;me_s]taanyjendty .fatter, to-,.ho.vedmotor,er.?, 1 og. 2.p , .Dlsse.,,drlveri overn en..utveksling. 3- pro-;Pelle n?£jS;hy.isajblads t igningj kan, omstillas medj.etppmstilling^organ 5 iSom- .Bianovreres. med..et,, ser.yosystem. _ Manov.er0.f,or..omstilling., av. propellen..for fart,, forover ..eller, akterover,- kommer., inn,,på, den. direkte, lin i e rf W- $ ri??$ U. ?n?) ^ M^^^^^ m^ T Ptftemthggr &acet denner vei pWgåTr-en.signalomf ormer. SJepo^pmdannertcsignaler2rfra?:ten. fsignalyelger ,lQ.r.til, pulserDi.sse..pulser„ledes, til; (ser,vo systemet, 6 ogv blir, ved hjelp, av. relé ,og„magnetventil, omformet= til, manpvreringspulser for servosystemet. Manoyreringspulsene- svarer„.direkte, til de p.ulser som går „ut fra signalomformer. Signalvelgeren 10 får sine signaler fra et; organ 11: ved hver. motor,, et, organ som registrerer- og avfoler brenselpumpens.stilling og dermed.den respektive,motors belastning. 0r-ganet„ll utloser signaler v.ed over- eller, underbelastning.. I prinsip-per f "i i-h , hu: ,iro(p7i.i ; v -lx-ea-ei. av u^raaei winenicr u^rurr.i- v pet kan .organet bestå av to grensestillingsbrytere,. som påvirkes „ved irr^ane i. u -i P< / -> a >/ noi, .'j;aJe P^tmpe L<ire«x , noe ' kra. t.en ;-om cppr: ta r-en viss innstilling av brenselpumpen. Alternativt, kan, organet bestå ira ■-'••/K.ec -om vi Pk or p-: ae c.f oismae ovo^iwre-3 ti i piac«Pn ^r og av en stillingsomformer som stadig„avgir.et signal hvis karakter be-u" t.o f (i \ v. '-.Por :c:-. pi/ir?;-, yj :-r °frr Punaoc p^P. i\ra(*;en ocn re-.ji - stemmes av brenselpumpens stilling. ,Dette signal blir i organet. 11 tere .• i r-j rv/KC?t ^o"; vir::er pi "iPrac^M uten: Pr t rtr.' nKsoi-pSi^t i i sortert slik, at der fra dette bare ledes videre signaler av en viss o /e r t i- t - l stcr-ps^ot -fj og ur tro ve 1 v tripp vi r ;;o° srenpv ie t er karakter, f.eks. slike som tilsvarer overskridelse av eri viss stilling ; ^ rt •.; '■■ <-t' røa . av brenselpumpens innstilling. „ / ... -■ ;'t v: i , vou .Hi. -.t :•-?-<•...vv-:' r r r. som er vist : :'ig...

Ved en viss stilling av brenselpumpens innstilling, f.eks. en stilling som betyr betydelig overbelastning med ønske om en rask nedregulering av propellstigningen, blir det i organet 11 utløste signal ledet direkte til servosystemet 6 via signalvelgeren 10 som antydet ved linjen 12. Der skjer da ikke noen trinnvis omstilling av propellstigningen, men en slik inntrer først når den store overbelastning er eliminert.

I tilfelle av at organet 11 består av to grensestillingsbrytere som begrenser det innstillingsområde for brenselpumpen hvor der ikke skjer noen omstilling av propellen, blir den tilstrebede virkning oppnådd ved at der anordnes minst en ytterligere grense-stillingsbryter utenfor det nevnte instillingsområde. Signaler som utløses av denne bryter, føres gjennom ledningen 12 forbi signalomformeren 9 og til servosystemet 6, som omstiller stigningen.

I tilfelle av at organet 11 innbefatter en stillingsomformer, utfører denne en sondring slik at bare signaler av en viss karakter slippes igjennom, f.eks. signaler svarende til høy innstilling på brenselpumpen. Dette signal går forbi signalomformeren 9 gjennom ledningen 12.

På fig. 2 er det vist hvorledes servosystemet er anordnet. Reguleringsanordningen 9 - 11 er tilsluttet det normale styresystem for stigningsreguleringen. En ønskeverdi for stigningen er alltid innstillet og overføres i form av et f.eks. pneumatisk signal til en hjelpeservomotor 21. Hjelpeservomotoren påvirker via en omstil-lingsveiv 22 og en ventilstang 23 navservomotoren 24. Denne dreier propellbladene til en stilling direkte svarende til stillingen av hjelpeservomotorens stempel.

Hjelpeservomotoren 21 er forsynt med en tilbakekoblings-sløyfe bestående av en servomotor 25, mekaniske tilbakekoblingsledd 26 og 27 og en ventil 28. Servomotoren 25 styres av regulatoren over en magnetventil 29- Med servomotoren 25 kan regulatoren variere hjelpemotorens tilbakekobling og dermed variere propellstigningen omkring den innstilte ønskeverdi.

Som det fremgår av fig. 2, blir maksimalt mulig stillings-endring avhengig av omstillingsveivens stilling. Således kan f.eks. stillingen i det hele tatt ikke forandres ved servomotoren 25 hvis veiven står i hvilestilling svarende til stigning null.

En annen utførelsesform av reguleringsanordningen er vist på fig. 3. Elektronikken i denne er såvidt mulig oppbygget med integrerte kretser. De logiske kretser er av høynivåtype med forstyrrelses-folsomhet ^>3 'V, mens de benyttede tellere er av lav-nivåtype.

Inngangssignaler kommer i form av en vekselspenning fra

en turtellerdynamo 31» Et annet inngangssignal kommer i form av en likespenning fra brenselpumpenes stillingsgiver (0 - 10 V) og ledes separat via potensiometere 32, 33 til en signalvelger 34.

Utgangssignalene utgjores av styresignaler (220 V vekselspenning) til inngangene til to magnetventiler 35.

Signalene blir behandlet som folger:

Lastkurven frembringes i en funksjonsgenerator 36, og hoyeste brenselpumpestilling (BPL) avfoles i signalvelgeren 34.

Sammenligning mellom onskeverdien av BPL og hoyeste måleverdi utfores i en summerer 37* Den differanse som fås i summereren sammenlignes med grensene for over- og underbelastning.

En overskridelse av grensene starter efter en viss forsinkelse et pulstog som frembringes av en pulsgenerat.or 38.

Et eventuelt pulstog fra pulsgeneratoren til den ene eller den annen av magnetventilene 35 omstiller stigningen slik at belastningen igjen kommer innenfor de tillatte grenser, forutsatt at disse ligger innen reguleringsområdet.

Mer detaljert skjer signalbehandlingen som folger: Turtallspenningen fra turtellerdynamoen 31 likerettes i likeretteren 39 og tjener derefter til å styre funksjonsgeneratoren 36. Funksjonsgeneratoren, hvis aktive elementer utgjores av tc operasjonsforsterkere, frembringer en funksjon som med fire rette linjer tilnærmelsesvis representerer den aktuelle lastkurve. Funksjonen be-stemmes ved innstillingen på et antall potensiometere. Generatorens utgangsspenning (0 - +10 V) er altså i et hvert oyeblikk et mål for hoyeste tillatte brenselpumpestilling.

Med et potensiometer 40 som er tilsluttet efter funksjonsgeneratoren, kan lastkurven forskyves nedover til onskeverdien for brenselpumpestillingen:

Uut<=>BPLbor * K«

Brenselpumpenes stillingsgiver er tilsluttet signalvelgeren 34, som slipper det storste (mest negative) inngangssignal igjen-nem. Velgerens utgangsspenning angir storste måleverdi for BPL, men med negativt fortegn:

U ^ <=> BPL ,. max • K.

. ut maleverdi max

Velgeren 34 består av m silisiumdioder hvor m = antall motorer.

Utgangsspenningene fra signalvelgeren og fra det etter funksjonsgeneratoren 36 tilsluttede potensiometer 40 adderes i en fortegnskiftende summerer 37- Det aktive element er operasjonsfor-sterker.

Utgangsspenningen fra summereren er da et mål for differansen :

BPL o 1 a • — BPL, , .

maleverdi max bpr

Summereren er tilsluttet to komparatorer 4la og 42a.

Hvis differansen BPL o- rQ ... mQV<-> BPL, , er større enn maleverdi max bør

en viss innstillbar verdi, skifter den ene komparators utgangsspenning fra 0 V til +10 V og indikerer dermed overbelastning. Er differansen negativ og større enn en viss verdi, skifter den annen komparators utgangsspenning til +10 V og indikerer dermed underbelastning.

Komparatorene 4la og 42a er tilsluttet en logikk med følgende funksjon: Signalene fra komparatorene stoppes hvis det aktuelle omdreiningstall er lavere enn en på forhånd bestemt verdi (omdreiningstall ved tomgang). Dette realiseres ved hjelp av OG-kretser 43a, 44a og en tredje komparator 45, som avføler omdreiningstallet.

Hvis omdreiningstallet er høyere enn tomgangsverdien og der går ut over- eller underbelastningssignal fra komparatorene 4la resp. 42a, går der et signal til pulsgeneratoren 38 via en forsinkelseskrets i denne og en ELLER-krets 46. Etter en innstillbar forsinkelse begynner pulsgeneratoren å avgi et pulstog med innstillbar pulslengde og pulsfrekvens. Pulstoget varer så lenge belastningen ligger utenfor det tillatte område.

Forsinkelseskretsen og pulsgeneratoren består i hoved-saken av tre forhåndsinnstillbare tellere.

Står en omkobler "hånd-auto" 47 i stilling "auto", slippes pulstoget videre fra enten øke- eller minske-kanalen 48 resp. 49 via OG-kretser 50a, 51a, og når via en ELLER-krets 50b, 51b en forsterker 52 resp. 53. Ved stor over- resp. underbelastning og omdreiningstall høyere enn tomgangs-omdreiningstallet, påvirker et kontinuerlig signal fra komparatorene 4lb resp. 42b ELLER-kretser 50b resp. 51b via 0G-kretsene 43b resp. 44b. Til hver av ELLER-kretsene 50 og 51 er der også sluttet en signalledning 54 resp. 55 fra et manøvreringsorgan 56 til manuell styring av propellstigningen.

Forsterkerne 52, 53, som er oppbygget omkring tyristorer, slutter hvert sitt relé i takt med den innkommende pulsfrekvens. Releene 35 slutter 220 V vekselépenning til den aktuelle inngang på magnetventilen (ikke vist) hvormed der fås en stigningsendring pro-porsjonal med sammenlagt pulstid.

For manSvrering av regulatoren finnes der en manovrerings-

kasse på broen og en manovreringstavle i, kontrollrummet. På manovre-ringskassen sitter omkobleren 47. f°r "hand-auto"-styring av propellstigningen. Dessuten finnes dert to trykknapper for den manuelle styr-

ing. I trykknappene er der innbygget lamper som ved automatisk funk-

sjon indikerer korreksjonspulsene på oke- resp. minske-kanalen, mens de ved manuell funksjon indikerer under- resp. overbelastning.

På manovreringstavlen i kontrollrommet sitter fire lamper

57» 58, hvorav to 57 er parallellkoblet med lampene i manovrerings-

kassen, mens de to ovrige 5^ .alltid indikerer korreksjonspulsene.

Dessuten finnes der.seks omkoblere til innstilling av pulsgeneratorens forsinkelse, pulslengde og pulsfrekvens. For innstilling av forskjellige referanseverdier for underbelastning, overbelastning og tomgangs-omdreiningstall og for senkning av lastkurven til passende Snskeverdinivå finnes der fire potensiometer-ratt.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte til belastningsregulering av fartoysmotorer hvis omdreiningstall reguleres pa konstant verdi ved hjelp av organer som påvirker brenselstilforselenl til motoren, og hvor brenselpumpestillingen avfOles og sammenlignes mpd på forhånd innstilte grenseverdier, slik at en overskridelse av diss<p> grenseverdier utloser et korrigerende signal som, omdannet til et pulstog, tilfores et servosystem for omstilling av en fartoyspropfell med stillbare blader på en slik måte at belastningen på motoren går tilbake til den innstilte verdi, karakterisert ved ai- pulsene ved overskridelse av gren-severdiene opp til et visst punkt ledes til servosystemet slik at omstillingen av propellbladenes stigning skjer trinnvis med ett trinn for hver av pulsene i pulstoget,!mens det korrigerende signal ved overskridelse av de nevnte grenseverdier utover dette punkt forst overfares direkte til servosystemet slik at der skjer en kontinuerlig stigningskorreksjon, hvorefter det korrigerende signal ved passering av en pumpestilling nærmere en ay de nevnte grenseverdier blir omformet til et pulstog for trinnvis stigningskorreksjon.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver puls i pulstoget omformes til et pneumatisk eller hydraulisk signal for servosystemet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at pulsenes lengde er instillbar.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at tiden mellom pulsene er innstillbar.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det korrigerende signal bedommes med hensyn til sin varighet og forst efter en viss innstillbar varighet omformes til et pulstog.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at grenseverdienes stillinger er innstillbare.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at grenseverdienes innstilling utfores i et visst tids-rom avhengig av tillatt okning av motorbelastningen.

8. Anordning til belastningsregulering av fartoysmotorer hvis omdreiningstall reguleres på konstant verdi ved hjelp av organer som påvirker brenselstilforselen til motoren, og hvor brenselpumpestillingen avfoles ,og sammenlignes med på forhånd innstilte grenseverdier, slik at en. overskridelse av disse grenseverdier utloser et korrigerende signal» som omdannet til et pulstog, tilfores et servosystem for omstilling av en fartoyspropell med stillbare blader på en slik måte at belastningen på motoren går tilbake til den innstilte verdi i samsvar med krav 1, idet et inngående signal i form av en vekselspenning fra en turtellerdynamo i en funksjonsgenerator frembringer en funksjon som tilnærmelsesvis representerer en viss lastkurve, og denne funksjonsgenerators utgangsspenning gir et mål for tillatt brenselpumpestilling, samt hvor brenselpumpestillingen ved hjelp av en signalvelger angis av en spenning som i en summerer adderes til utgangsspenningen fra generatoren, og den ved addisjonen frem-kommende sum med fortegn bedommes av to komparatorer tilsluttet summereren, karakterisert ved at komparatorene er tilsluttet en pulsgenerator som omformer det ene eller det annet av signalene fra komparatorene til hvert sitt pulstog som via hver sin ledning når et relé som tilhorer vedkommende komparator og slutter i takt med den innkommende pulsfrekvens, og som tilslutter en manovre-ringsspenning for manovrering av en servomotor for omstillingen av propellbladenes stilling, samt at to komparatorer ved stor over-resp. underbelastning kontinuerlig tilslutter en manoverspenning for manovrering av samme servomotor.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at pulsgeneratoren inneholder en innstillbar forsinkelseskrets.

10. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at pulsgeneratoren kan innstilles med hensyn på pulslengde og frekvens.

11. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at hver ledning fra komparatorene til pulsgeneratoren inneholder en OG-krets tilsluttet den tredje komparator, som avfoler omdreiningstallet.

12. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved et efter funksjonsgeneratoren tilsluttet potensiometer til for-skyvning av lastkurven.

13. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at funksjonsgeneratoren utgjores av to operasjonsforsterkere, og at den avgitte funksjon ved fire rette linjer tilnærmelsesvis representerer lastkurven.