Przedmiotem wynalazku jest sposób i uklad do wyznaczania charakterystyk statycznych i dyna¬ micznych regulatorów predkosci obrotowej oraz pomiaru rozkladu mocy przy pracy równoleglej wysokopreznych siników spalinowych i/lub turbin.Dotychczas regulatory predkosci obrotowej sprawdza sie w bezposredniej wspólpracy z obie¬ ktami regulacji, najczesciej podczas prób silników spalinowych na hamowni lub na statkach. Jest to metoda czasochlonna i kosztowna, a przy tym wy¬ konywanie przy jej zastosowaniu niektórych ba¬ dan parametrów regulatorów jest utrudnione lub wrecz niemozliwe.Znane dotad metody pomiarowe umozliwiaja pomiar i nastawy podstawowych charakterystyk statycznych pojedynczego regulatora predkosci ob¬ rotowej. Sa to rozwiazania firm Woodward Geve- rnor Co., Barber Colman Co., Regulateurs BV, w których po zainstalowaniu regulatora, przy pomocy ~ zadajników, nastawia sie kolejne wartosci odpo¬ wiednich syngnalów wejsciowych regulatora i mie¬ rzy jego odpowiedz. W ten sposób mozna prowa¬ dzic pomiar tylko niektórych charakterystyk sta¬ tycznych, natomiast pomiar pelnych charaktery¬ styk dynamicznych regulatora i zespolu napedowe¬ go jest niemozliwy. Ocena reakcji regulatora na zaklócenia dynamiczne odbywa sie posrednio wskutek skokowego, krótkotrwalego zmniejszenia predkosci walu napedowego przy pomocy stero¬ wanego recznie hamulca mechanicznego.Podstawowa niedogodnoscia takiego sposobu jest bardzo mala dokladnosc i niska powtarzal¬ nosc wyników przy wyzmaczaniu charakterystyk regulatora, a przy tym nie ma mozliwosci bezpo- 5 sredniego wyznaczania charakterystyk dynamicz¬ nych ukladu regulacji predkosci obrotowej zespolu napedowego silnik spalinowy — odbiornik mocy.Do badania pojedynczych regulatorów sluzy tak¬ ze znany z opisu patentowego PRL nr 56 231 ana- 10 logowy elektromechaniczny symulator silnika spa¬ linowego. Wyposazony jest on w silnik elektryczny i prosty uklad ksztaltowania charakterystyk re¬ gulacyjnych silnika.Niedogodnoscia, tego urzadzenia oraz zastosowa- 15 nego w nim sposobu pomiaru jest silny wplyw na dynamike badanego modelu wlasnosci poszcze¬ gólnych elementów skladowych, a przede wszyst¬ kim silnika elektrycznego.Ponadto, istnieje duza trudnosc w uzyskaniu w 20 szerokim zakresie parametrów dynamicznych i sta¬ tycznych modelu, jak tez brak mozliwosci mode¬ lowania niektórych parametrów, na przyklad przebigu cisnien powietrza doladowania.Do chwili obecnej nie sa znane sposoby i urza- 25 dzenia do pomiaru rozkladu mocy przy pracy równoleglej wysokopreznych silników, spalinowych i/lub turbin.Sposób wyznaczania charakterystyk statycznych i dynamicznych regulatorów predkosci obrotowej M oraz- pomiaru rozkladu mocy przy pracy równolf» 137 0033 glej wysokopreznych silników spalinowych i/lub turbin wedlug wynalazku polega na tym, ze na wejscia modelu odwzorowujacego wlasnosci sta¬ tyczne i dynamiczne badanego zespolu napedowe¬ go podaje sie sygnaly wyjsciowe regulatorów pre¬ dkosci obrotowej, a wypracowane przez model sy¬ gnaly wyjsciowe doprowadza sie na wejscia re- . gulaitorów predkosci obrotowej, po czym z uzys¬ kanej petli regulacyjnej wyznacza sie charaktery¬ styki i rozklad mocy.Uklad do wyznaczania charakterystyk statycz¬ nych i dynamicznych regulatorów predkosci obro¬ towej oraz pomiaru rozkladu mocy przy pracy równoleglej wysokopreznych silników spalinowych i turbin, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze model odwzorowujacy wlasnosci statyczne i dynamiczne zespolu napedowego, korzystnie o zmiennej strukturze, polaczony jest przynajmniej z jednym ukladem przetwarzajacym, wyposazonym w zespól przetworników wykonawczych, zespól przetworników pomiarowych, regulator predkosci obrotowej oraz uklad napedu regulatora predko¬ sci obrotowej i z aparatura sterujaco-kontrolna w ten sposób, ze jedno wyjscie modelu polaczone jest z wejsciem ukladu napedu regulatora predko¬ sci obrotowej, którego drugie wejscie polaczone jest z aparatura sterujaco-kontrolna, zas wyjscie z regulatorem predkosci obrotowej, drugie wyjscie modelu polaczone jest z wejsciem zespolu przet¬ worników wykonawczych, których wyjscie pola¬ czone jest z wejsciem regulatora predkosci obro¬ towej, zas wyjscie regulatora polaczone jest z wej¬ sciem zespolu przetworników pomiarowych, nato¬ miast wejscie modelu polaczone jest z wyjsciem zespolu przetworników pomiarowych, przy czym model, zespól przetworników wykonawczych i po¬ miarowych oraz regulator predkosci obrotowej sprzezone sa z aparatura sterujaco-kontrolna, a uklad napedu regulatora predkosci obrotowej sprzezony jest z zespolem przetworników pomia¬ rowy^.W celu sprawdzenia prawidlowosci dzialania i zgodnosci uzyskiwanych wyników na stanowisku symulacyjnym wedlug wynalazku z wynikami eks¬ perymentów na obiekcie rzeczywistym prze¬ prowadzono badania porównawcze. Na trawlerze „Denebola" przeprowadzono rejestracje przebiegu podstawowych zmiennych podsystemu napedowego w trakcie manewrów.Nastepnie regulator silnika glównego zdjeto ze statku i zainstalowano na stanowisku symulacyj¬ nym, na którym zasymulowano przebieg tych sa¬ mych manewrów.Realizowano nastepujace manewry: — zmiana wartosci zadanej predkosci obrotowej, — skokowa zmiana wartosci momentu obciazenia silnika, — zmiana skoku sruby nastawnej; przy czym zmiany te realizowano w maksymal¬ nych dopuszczalnych granicach.Nieoczekiwanie okazalo sie, ze dla calego czasu trwania badanych manewrów róznice w przebiegu zmiennych, uzyskanych w wyniku eksperymentu symulacyjnego z wynikami pomiarów w rzeczywi¬ stym podsystemie napedowym sa mniejsze od 5% 4 wartosci rzeczywistej. Jest to praktycznie maksy¬ malna, mozliwa do uzyskania dokladnosc modelo¬ wania przebiegów rzeczywistych, gdyz dotychczas w pomiarach i rejestracji zmiennych w rzeczy- ¦T : wistym okretowym podsystemie napedowym u*y» kuje sie dokladnosc co najwyzej 5%, a nierzadko i mniejsza.Na stanowisku symulacyjnym przeprowadzono równiez dobór nastaw charakterystyk regulatorów 10 typu Woodward PGA-58, przeznaczonych do pra¬ cy w podsystemach napedowych czterech kolej¬ nych jednostek typu B-400. Dobierano nastepuja- ce~ charakterystyki; — ukladu zadawania predkosci, 15 — ukladu nastawy statyzmu, — ukladu ograniczenia dawki paliwa w funkcji cisnienia powietrza doladowania w celu zapew¬ nienia poprawnej pracy równoleglej obu silni¬ ków podsystemu napedowego. 20 Po zainstalowaliiu regulatorów na statku zbed¬ nym bylo przeprowadzenie jakichkolwiek korekt nastawionych charakterystyk, gdyz od razu uzys¬ kano poprawna, spelniajaca wszystkie wymagania, prace ukladów regulacji predkosci. Dokladnosc 25 modelowania charakterystyk rzeczywistego ukla¬ du oraz powtarzalnosc nastaw jest bardzo wysoka i znacznie przekracza pierwotne oczekiwania.Sposób i uklad wedlug wynalazku pozwalaja na wyeliminowanie dotychczas prowadzonych badan 30 regulatorów na pracujacym silniku spalinowym na hamowni lub bezposrednio na statku. Na dy¬ namike modelu nie maja wplywu wlasnosci po¬ szczególnych elementów skladowych ukladu. Wlas¬ nosci dynamiczne, stale czasowe i opóznienia prze- 85 tworników predkosci i cisnienia sa pomijanie w stosunku do stalych czasowych modelu.Ponadto, przy odpowiednim zestawie urzadzen steruj aco-kontrolnych mozliwy jest bardzo ela¬ styczny dobór zakresu prac badawczych regulato- 40 ra. Istnieje równiez mozliwosc wyznaczania chara¬ kterystyk kompletnego zespolu napedowego, jak tez odpowiednie dostosowanie regulatora do zada¬ nych charakterystyk modelu.Konstrukcja stanowiska pozwala takze na do- 45 wolne rozszerzanie zespolu przetworników pomia¬ rowych i wykonawczych zaleznie od typu regula¬ tora predkosci obrotowej, instalowanego na stano¬ wisku. Mozliwe jest równiez zastosowanie mo¬ delu pracy równoleglej silnik spalinowy — silnik 50 spalinowy, silnik spalinowy — turbina oraz tur¬ bina — turbina.Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy ukaldu do wyznaczania chara- 55 kterystyk regulatorów predkosci obrotowej oraz pomiaru rozkladu mocy przy pracy równoleglej.Jak pokazano na rysunku, uklad sklada sie z dwóch identycznych ukladów przetwarzajacych 1, symetrycznie polaczonych z modelem analogowym 60 2 zespolu napedowego statku, który sterowany jest przez aparature sterujaco-kontrolna 3.W sklad ukladów przetwarzajacych 1 wchodzi zespól przetworników wykonawczych 4 w postaci przetwornika elektryczno-pneumatycznego 5, zes- 95 pól przetworników pomiarowych 6, w którym137 0 5 znajduje sie przetwornik hydrauliczno-elektryczny 7, przetwornik mechaniczno-elektryczny 8 oraz pradnica tachometryczna 9, regulator predkosci obrotowej 10 i elektryczny zespól napedowy 11 regulatora 10. Uklady przetwarzajace 1 polaczone 5 sa z modelem analogowym 2 i aparatura steruja- co-kontrolna 3 w ten sposób, ze jedno wyjscie mo¬ delu 2 polaczone jest z wejsciem przetwornika elektryczno-pneumatycznego 5, zas drugie wyjscie z wejsciem elektrycznego zespolu napedowego 11. io Jedno wejscie modelu 2 polaczone jest z wyj¬ sciem przetwornika hydrauliczno-elektrycznego 7, drugie wejscie — z wyjsciem przetwornika mecha- niczno-elektrycznego $, zas trzecie wejscie mode¬ lu 2 polaczone jest z wyjsciem pradnicy tachome- 15 trycznej 9.Jedno wejscie regulatora predkosci obrotowej 10 polaczone jest z przetwornikiem elektryczno-pne- umatycznym 5, drugie zas wejscie — z wyjsciem elektrycznego zespolu napedowego 11, natomiast 20 oba wyjscia regulatora 10 polaczone sa kolejno z wejsciem przetwornika hydrauliczno-elektrycz¬ nego 7 i z wejsciem przetwornika mechaniczno- elektrycznego 8. Wyjscie pradnicy tachometrycz¬ nej 9 polaczone jest z wejsciem elektrycznego zes- 25 polu napedowego 11. Model analogowy 2, zespól prze¬ tworników wykonawczych 4, zespól przetworni¬ ków pomiarowych 6 i regulator predkosci obroto¬ wej 10 sprzezone sa z aparatura sterujaco- kon¬ trolna 3, natomiast pradnica tachometryczna 9 30 sprzezona jest z elektrycznym zespolem napedo¬ wym 11.Sposób wyznaczania charakterystyk statycznych i dynamicznych regulatorów predkosci obrotowej oraz pomiaru rozkladu mocy przy pracy równoleglej 35 polega na tym, ze poszczególne charakterystyki statyczne i dynamiczne wyznacza sie poprzez zmiany poszczególnych stanów pracy regulatorów predkosci obrotowej dokonywane za posredni¬ ctwem odpowiednich nastaw modelu analogowego 40 2 o zmiennej strukturze i parametrach zespolu na¬ pedowego oraz nastaw wartosci wielkosci wejscio¬ wych regulatorów predkosci obrotowej 10, przezna¬ czonych zarówno do pracy pojedynczej, jak tez do-pracy równoleglej. *3 Model analogowy 2 stanowi wyspecjalizowana maszyne analogowa lub cyfrowa z zaprogramowa¬ nym modelem matematycznym zespolu napedowe¬ go statku o zmiennej strukturze i parametrach.Modelowany zespól napedowy statku sklada sie 5.° z silników wysokopreznych z doladowaniem dwóch sprzegiel podatnych, dwóch zalaczalnych dwustopniowo sprzegiel ciernych, przekladni re¬ dukcyjnej i sruby nastawnej wraz z mechanizmem zmiany skoku. Przy pomocy odpowiednich elemen- 55 tów aparatury sterujaco-kontrolnej 3 mozliwy jest' wlasciwy dobór wartosci wspólczynników mode¬ lu 2, wybór konfiguracji modelowanego zespolu oraz symulowanie wymaganych manewrów zespo¬ lu, a przede wszystkim okreslenie wartosci i prze- 60 biegu obciazenia. W regulatorze predkosci obroto¬ wej 10 mierzona jest rzeczywista predkosc walu napedowego, sprzezonego z walem silnika i po¬ równywana z wartoscia predkosci zadanej. W za¬ leznosci od róznicy wartosci rzeczywistej i zada- •* 6 • nej zmienia sie polozenie walu wyjsciowego re¬ gulatora 10, polaczonego z dzwigniami sterowania doplywu paliwa do silnika. W celu sprawdzenia dokladnosci regulacji predkosci obrotowej dla róz¬ nych wartosci zadanych z zakresu dopuszczalne-, go dla danego regulatora 10, mierzony jest dla róznych stanów obciazenia zakres wahair predko¬ sci obrotowej.Dla przeprowadzenia pelnych prób regulatora 10 koniecznym jest uzyskanie zamknietej petli regu¬ lacyjnej, o parametrach, maksymalnie zblizonych do rzeczywistych. W tym celu z regulatora 10 podawany jest sygnal wyjsciowy w postaci, na przyklad kata obrotu lub przesuniec liniowych tloka silownika, zamieniany poprzez odpowiedni przet¬ wornik mechaniczno-elektryczny 8 na sygnal na¬ pieciowy, podawany na wejscie modelu analogo¬ wego 2. Ponadto, z ukladu kontro-obciazenia w regulatorze 10 podawany jest równiez sygnal od¬ powiadajacy cisnieniu oleju, który w przetworni¬ ku hydrauliczno-elektrycznym 7 zostaje przetwo¬ rzony na odpowiadajacy miu sygnal napieciowy, przekazywany na wejscie modelu analogowego 2.Na podstawie zamodelowanych parametrów ta¬ kich jak, obciazenia oraz wielkosci z przetworni¬ ków 7, 8 i pradonicy tachometrycznej 9, które okre¬ slaja reakcje regulatora 10, w modelu analogo^ wym 2 zostaje wytworzony sygnal napieciowy predkosci badanego silnika oraz cisnienia „powie¬ trza doladowania". Napieciowy sygnal cisnienia „powietrza doladowania" przetwarzany jest przez przetwornik elektryczno-pneumatyczny 6 na rzeczywiste cisnienie „powietrza doladowania'' podawane na wejscie regulatora 10 w funkcji cis¬ nienia „powietrza doladowania" ograniczane jest dawka paliwa przez uklady ograniczajace w re¬ gulatorze 10. ; Napieciowy sygnal predkosci obrotowej podawa¬ ny jest do elektrycznego zespolu napedowego 11, w którym zostaje przetworzony * na rzeczywista predkosc silnika elektrycznego, z którym sprzezony jest wal napedowy regulatora 1& Predkosc ta sta¬ nowi ^sygnal wejsciowy do regulatora 10. Pradni¬ ca tachometryczna 9 okresla sygnal predkosci, któ¬ ry podawany jest do modelu analogowego 2 oraz elektrycznego zespolu napedowego 11. Wartosc predkosci zadanej, doprowadzonej do regulatora 10, okresla sie przy pomocy odpowiedniego doboru parametrów w aparaturze steruj aco-kontrolnej 3.W przypadku wlasciwego doboru struktury i wartosci wspólczynników modelu 2 przebiegi po-_^ szczególnych zmiennych w ukladzie stanowiska badawczego jednoznacznie odpowiadaja przebiegom tych zmiennych w ukladzie rzeczywistym. Regu¬ lator 10 pracuje identycznie jak podczas pracy z silnikiem.Dla jednoczesnego niezaleznego badania dwóch regulatorów 10, przeznaczonych do pracy pojedyn¬ czej oraz dla badania dwóch regulatorów 10, prze¬ znaczonych do wspólpracy w zespole napedowym, zlozonym z dwóch silników spalinowych, pracuja¬ cych równolegle na wspólny odbiornik, na stano¬ wisku badawczym instaluje sie dwa symetryczne uklady przetwarzajace 1, polaczone z modelem analogowym 2 o zmiennej strukturze. Przy porno-13T0O3 8 cy modelu analogowego 2 zmienia sie stan obciaze¬ nia w pelnym zakresie zmian parametrów, spraw¬ dzajac prawidlowosc rozkladów obciazen czynnych w stanach statycznych. Dla sprawdzenia popraw¬ nosci pracy w stanach dynamicznych w modelu analogowym 2 generuje sie odpowiednie dynamicz¬ ne zmiany obciazena. Zarejestrowane przebiegi podstawowych zmiennych obu regulatorów 10 i modelu 2 sa zgodne z przebiegami rzeczywistymi.Próby takie prowadzone sa dla regulatorów wy¬ sokopreznych silników spalinowych o szerokim za¬ kresie stosowania, przede wszystkim dla silników spalinowych napedu glównego statku, zespolów spalinowo-pradotwórczych oraz napedu lokomotyw.Postac modelu analogowego 2 zespolu napedo¬ wego oraz elementy skladowe zespolu przetworni¬ ków wykonawczych 4 i pomiarowych" 6 moga byc dobierane w ^leznosci od typu badanego regu¬ latora 10 oraz jego przeznaczenia. W przypadku regulatorów 10, przeznaczonych do pracy pojedyn¬ czej model analogowy 2, odwzorowuje sie zespól napedowy pracy pojedynczej o odpowiednim ob¬ ciazeniu z modelem silnika spalinowego lub pra¬ dnicy. Dla regulatorów 14), przeznaczonych dla zespolów pracy równoleglej wybiera sie model dwusilnikowego zespolu napedowego.Sklad zespolów przetworników 4 i 6 determinuje typ badanego regulatora 10 oraz sygnaly wejscio¬ we i wyjsciowe, których wymaga jego funkcjono¬ wanie. I tak na przyklad, badanie regulatora 10 t;ypu Woodward UG40 w wykonaniu dzwigniowym wymaga zastosowania jedynie przetwornika po¬ miarowego 6 kata obrotu walu wyjsciowego regu¬ latora 10, zas badanie regulatora 10 typu Wood¬ ward PGA z typowym dla zastosowan okreto¬ wych zestawem urzadzen pomocniczych powoduje koniecznosc zastosowania takze przetworników elektropneumatycznych 5 w zespole przetworni¬ ków wykonawczych 4 i hydrauliczno-elektrycz- nych 7 w zespole przetworników pomiarowych 6.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wyznaczania charakterystyk statycz¬ nych i dynamicznych regulatorów predkosci ooro- towej oraz pomiaru rozkladu mocy przy pracy równoleglej wysokopreznych silników spalinowych i/lub turbin, znamienny tym, ze na wejscia mo¬ delu odwzorowujacego wlasnosci statyczne i dyna- 5 miczne badanego zespolu napedowego podaje sie sygnaly wyjsciowe regulatorów predkosci obroto¬ wej, a wypracowane przez model sygnaly wyj¬ sciowe doprowadza sie na wejscia regulatorów predkosci obrotowej, po czym z uzyskanej petli 10 regulacyjnej wyznacza sie charakterystyki i roz¬ klad mocy. 2. Uklad do wyznaczania charakterystyk sta¬ tycznych i dynamicznych regulatorów predkosci obrotowej oraz pomiaru ro skladu mocy przy pracy równoleglej wysokopreznych silników spalinowych i/lub turbin, znamienny tym, ze model (2) od¬ wzorowujacy wlasnosci statyczne i dynamiczne zespolu napedowego, korzystnie o zmiennej struk- turze, polaczony jest z przynajmniej jednym ukla¬ dem przetwarzajacym (1), wyposazonym w zespól przetworników wykonawczych (4), zespól przetwor¬ ników pomiarowych (6), regulator predkosci obroto¬ wej (10) oraz uklad napedu (11) regulatora (10) i z aparatura sterujaco-kontrolna (3) w ten sposób, ze jedno wyjscie modelu (2) polaczone jest z wej¬ sciem ukladu napedu (11), którego drugie wejscie polaczone jest z aparatura sterujaco-kontrolna (3), zas wyjscie z regulatorem predkosci obrotowej (10), 30 drugie wyjscie modelu (2) polaczone jest z wej¬ sciem zespolu przetworników wykonawczych <4), których wyjscie polaczone jest z wejsciem regu¬ latora (10). natomiast wyjscie regulatora (Hi) po- 35 laczone jest z wejsciem zespolu przetworników - pomiarowych (6), zas wejscia modelu (2) polaczone jest z wyjsciem zespolu przetworników pomiaro¬ wych (6), przy czym model (2), zespól przetworni¬ ków wykonawczych (4) i pomiarowych {€) oraz. regulator (10) sprzezone sa z aparatura sterujaco- kontrolna (3), a uklad napedu (11) sprzezony jest z zespolem przetworników pomiarowych (6). 4013T 003 PL