RU2647335C1

RU2647335C1 - Control system of ship propolsar

Info

Publication number: RU2647335C1
Application number: RU2016146436A
Authority: RU
Inventors: Григорий Юрьевич Севрюгин; Сергей Николаевич Тишаков
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-03-15

Abstract

FIELD: shipbuilding; control systems.

SUBSTANCE: control system of ship propulsor contains control-point setting device, comparison element, two enhancers, two solenoid valves, slide valve, input device of change rate of the controlled parameter, device for changing the rate of supply of power fluid, actuating mechanism, ship propulsor, feedback sensor, connected in a certain way.

EFFECT: provides an increase in the efficiency of the ship's propulsor.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в системах управления судовыми движителями различного класса: водометными, винтами регулируемого шага, подруливающими устройствами и др.The invention relates to the field of shipbuilding and can be used in control systems for ship engines of various classes: water-jet propellers, adjustable-pitch propellers, thrusters, etc.

Известна система управления судовым движителем, содержащая задающее устройство, к выходу которого подключен один из входов блока сравнения, своим выходом соединенного с входами основных усилителей с большим коэффициентом усиления и большей чувствительностью и входами дополнительных усилителей с коэффициентами усиления, меньшими, чем у основных, к которым подключены электромагниты золотника постоянного расхода рабочей жидкости и электромагниты дополнительного золотника с большим или равным, чем у основного золотника, проходным сечением и расходом. Золотники соединены своими выходами с исполнительным механизмом движителя, своим выходом соединенного с входом датчика обратной связи, который своим входом соединен со вторым входом блока сравнения (см. авторское свидетельство СССР №1634569, МКИ В63Н 3/10, 25/30, 21/22, 1989 г.). Недостатком такой системы управления является невозможность плавного регулирования скорости изменения заданного угла поворота движителя, что приводит к тому, что при определенных углах поворота движителя приводной двигатель перегружается, а это ведет к необходимости изменения угла поворота на противоположный до полного снятия перегрузки приводного двигателя. Все это приводит к задержкам в управлении судном.A known ship propulsion control system comprising a master device, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit, connected by its output to the inputs of the main amplifiers with a higher gain and higher sensitivity and the inputs of additional amplifiers with amplification factors lower than the main ones, to which electromagnets of the spool of a constant flow rate of the working fluid and electromagnets of an additional spool with a passage section greater than or equal to that of the main spool are connected low consumption. The spools are connected by their outputs to the actuator actuator, their output connected to the input of the feedback sensor, which is connected by its input to the second input of the comparison unit (see USSR author's certificate No. 1634569, MKI V63N 3/10, 25/30, 21/22, 1989). The disadvantage of such a control system is the impossibility of smoothly controlling the rate of change of a given angle of rotation of the mover, which leads to the fact that at certain angles of rotation of the mover, the drive motor is overloaded, and this leads to the need to change the angle of rotation to the opposite until the overload of the drive motor is completely removed. All this leads to delays in the management of the vessel.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является система управления судовым движителем, содержащая задающее устройство, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения, подключенного к входу по крайней мере одного усилителя, выход которого соединен с электроприводом золотника, сообщенного с входом исполнительного механизма движителя, датчик обратной связи, соединенный с другим входом блока сравнения, и соединенное с выходом блока сравнения устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости, направляемой в исполнительный механизм движителя (см. патент РФ №2458818, МКИ В63Н 3/10, 21/22, 2012 г.). Недостатком данного технического решения является повышенные энергозатраты на осуществление управления судовым движителем и недостаточный КПД судового движителя. Дело в том, что в процессе стационарного движения судна, когда нет необходимости управлять движителем (например, изменять шаг лопастей гребного винта), приводной двигатель в устройстве изменения скорости подачи рабочей жидкости работает на полной нагрузке, потребляя повышенные энергоресурсы.Closest to the claimed invention in technical essence and the achieved result is a ship propulsion control system comprising a master device, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit connected to the input of at least one amplifier, the output of which is connected to an electric drive of the spool connected to the input actuator of the mover, a feedback sensor connected to another input of the comparison unit, and a device for changing the speed connected to the output of the comparison unit supply of working fluid directed to the actuator of the propulsion device (see RF patent No. 2458818, MKI V63N 3/10, 21/22, 2012). The disadvantage of this technical solution is the increased energy consumption for the management of the ship mover and the lack of efficiency of the ship mover. The fact is that during the stationary motion of the vessel, when there is no need to control the propulsion (for example, to change the pitch of the propeller blades), the drive motor in the device for changing the working fluid supply speed runs at full load, consuming increased energy resources.

Целью данного изобретения является повышение КПД судового движителя и снижение энергозатрат.The aim of this invention is to increase the efficiency of the ship propulsion and reduce energy consumption.

Данная цель достигается тем, что в известной системе управления судовым движителем, содержащей задающее устройство, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения, подключенного к входу по крайней мере одного усилителя, выход которого соединен с электроприводом золотника, сообщенного с входом исполнительного механизма движителя, датчик обратной связи, соединенный с другим входом блока сравнения, и соединенное с выходом блока сравнения устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости, направляемой в исполнительный механизм движителя, в нем устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости выполнено в виде асинхронного электродвигателя, соединенного с частотным преобразователем и гидравлическим насосом и дополнительно соединено с движителем судна, а в качестве гидравлического насоса использован аксиально-поршневой насос.This goal is achieved by the fact that in the known ship propulsion control system comprising a master device, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit connected to the input of at least one amplifier, the output of which is connected to an electric drive of the spool connected to the input of the propulsion actuator, a feedback sensor connected to another input of the comparison unit, and a device for changing the flow rate of the working fluid directed to the actuator connected to the output of the comparison unit nism propulsor unit changes therein for supplying the working fluid velocity is in the form of the induction motor connected to the frequency converter and the hydraulic pump and further connected to the vessel propeller, and the hydraulic pump used as an axial piston pump.

Выполнение устройства изменения скорости подачи рабочей жидкости в виде асинхронного электродвигателя, соединенного с частотным преобразователем и гидравлическим насосом, позволяет устранить влияние реактивной мощности на электросеть и уменьшить величину полной мощности. Как правило, более 90% времени работы движителя осуществляется при 10% нагрузке насосного агрегата. При этом приводной электродвигатель системы управления все время работает на номинальной частоте. Введение частотного преобразователя в совокупности с асинхронным электродвигателем позволяет ему при 10% нагрузке на валу этого двигателя работать при частоте в 3 раза меньше номинальной и в соответствии с законом регулирования U/f при 3-кратном уменьшении напряжения, что обеспечивает 3-кратное повышение коэффициента мощности и уменьшение величины полной мощности. Наличие насосного агрегата в системе управления можно использовать и для смазывания судового движителя, так как в качестве рабочей жидкости в большинстве случаев используется масло, применяемое для смазки движителя. В этом случае вводится связь между устройством изменения скорости подачи рабочей жидкости с судовым движителем. Применение в этом устройстве аксиально-поршневого гидронасоса обеспечивает повышенную точность регулирования подачи рабочей жидкости и КПД за счет значительно более точной зависимости подачи насосом рабочей жидкости от скорости вращения вала асинхронного электродвигателя с частотным преобразователем у многопоршневых насосов, каким является аксиально-поршневой насос, по сравнению с насосами других типов.The implementation of the device for changing the flow rate of the working fluid in the form of an asynchronous electric motor connected to a frequency converter and a hydraulic pump eliminates the influence of reactive power on the power grid and reduces the total power. As a rule, more than 90% of the operating time of the propulsion unit is carried out at 10% load of the pump unit. At the same time, the drive motor of the control system all the time works at the nominal frequency. The introduction of a frequency converter in conjunction with an induction motor allows it to operate at a frequency of 3 times less than the rated voltage at a 10% load on the shaft of this motor and in accordance with the U / f regulation law with a 3-fold voltage reduction, which provides a 3-fold increase in power factor and decrease in total power. The presence of a pumping unit in the control system can also be used to lubricate the ship propulsion, since in most cases the oil used for lubricating the propulsion is used as the working fluid. In this case, a connection is introduced between the device for changing the flow rate of the working fluid with the ship propulsion. The use of an axial piston hydraulic pump in this device provides increased accuracy of regulating the supply of working fluid and efficiency due to the significantly more accurate dependence of the pumping of the working fluid on the shaft speed of an asynchronous electric motor with a frequency converter in multi-piston pumps, which is an axial piston pump, in comparison with pumps of other types.

На фигуре показана блок-схема предлагаемой системы регулирования судового движителя со следующими обозначениями:The figure shows a block diagram of the proposed regulation system of the ship propulsion with the following notation:

1 - задающее устройство;1 - master device;

2 - блок сравнения;2 - block comparison;

3, 4 - усилители;3, 4 - amplifiers;

5 - устройство ввода скорости изменения управляемого параметра;5 - input device for the rate of change of a controlled parameter;

6 - золотник;6 - spool;

7, 8 - электромагниты;7, 8 - electromagnets;

9 - устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости;9 - device for changing the flow rate of the working fluid;

10 - исполнительный механизм;10 - actuator;

11 - судовой движитель.11 - ship propulsion.

Система управления судовым движителем содержит задающее устройство 1, к выходу которого подключен один из входов блока сравнения 2. Своим выходом соединенный с входами усилителей 3, 4, к выходам которых соответственно подключены электромагниты 7, 8 золотника 6, выход которого соединен с исполнительным механизмом 10. Выход блока сравнения 2 соединен также с входом устройства изменения скорости подачи рабочей жидкости 9, своим выходом соединенный с исполнительным механизмом 10, выход которого соединен с движителем 11. Выход движителя 11 соединен с входом датчика обратной связи 12, который своим выходом соединен со вторым входом блока сравнения 2, третий вход которого соединен с выходом устройства ввода скорости изменения управляемого параметра 5. Устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости 9, выполненное в виде асинхронного электродвигателя, соединенного с частотным преобразователем и аксиально-поршневым гидравлическим насосом, связано с движителем 11.The ship propulsion control system contains a master device 1, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit 2. Its output is connected to the inputs of amplifiers 3, 4, the outputs of which are respectively connected to the electromagnets 7, 8 of the spool 6, the output of which is connected to the actuator 10. The output of the comparison unit 2 is also connected to the input of the device for changing the flow rate of the working fluid 9, with its output connected to the actuator 10, the output of which is connected to the mover 11. The output of the mover 11 is connected to feedback sensor input 12, which is connected to the second input of the comparison unit 2 by its output, the third input of which is connected to the output of the input device for the rate of change of the controlled parameter 5. The device for changing the flow rate of the working fluid 9, made in the form of an asynchronous electric motor connected to a frequency converter and axial piston hydraulic pump connected to the propulsion 11.

Система управления судовым движителем работает следующим образом. При отклонении задающего устройства 1 на определенный угол блок сравнения 2 формирует сигнал соответственно вперед или назад, который поступает на вход усилителя 3 и 7 (вперед) или 4 и 8 (назад), и сигнал на устройство изменения скорости подачи рабочей жидкости 9 к частотному преобразователю, который изменяет обороты асинхронного электродвигателя гидронасоса. Рабочая жидкость подается в исполнительный механизм 10, подача которой в движитель 11 обеспечивается включением золотника 6 электромагнитами 7 (вперед) или 8 (назад). Тем самым обеспечивается управление движителем. При отсутствии необходимости управления судовым движителем нагрузка на гидравлический насос, входящий в устройство 9, снижается и не превышает 10% от номинальной нагрузки при управлении движителем. В этом случае с блока сравнения 2 на устройство 9 поступает сигнал и частотный преобразователь снижает частоту, поступающую на асинхронный электродвигатель, который в этом случае снижает свою мощность и потребление электроэнергии из сети. Устройство 9 дополнительно соединено с судовым движителем 11, обеспечивая не только управление судовым движителем, но и его смазку. Это также повышает КПД судового движителя, так как исключает введение в конструкцию этого движителя дополнительного насоса для его смазки.The ship propulsion control system operates as follows. When the driver 1 is deflected by a certain angle, the comparison unit 2 generates a signal, respectively, forward or backward, which is fed to the input of the amplifier 3 and 7 (forward) or 4 and 8 (backward), and a signal to the device for changing the flow rate of the working fluid 9 to the frequency converter , which changes the speed of the asynchronous hydraulic pump motor. The working fluid is supplied to the actuator 10, the supply of which to the propulsion 11 is provided by the inclusion of the spool 6 by electromagnets 7 (forward) or 8 (back). This provides control of the propulsion. In the absence of the need to control the ship's propulsion, the load on the hydraulic pump included in the device 9 is reduced and does not exceed 10% of the nominal load when controlling the propulsion. In this case, a signal is received from the comparison unit 2 to the device 9 and the frequency converter reduces the frequency supplied to the induction motor, which in this case reduces its power and power consumption from the network. The device 9 is additionally connected to the ship mover 11, providing not only control of the ship mover, but also its lubrication. This also increases the efficiency of the ship propulsion, as it eliminates the introduction of the design of this propulsion of an additional pump for its lubrication.

Выполнение устройства изменения скорости подачи рабочей жидкости в виде асинхронного электродвигателя, соединенного с частотным преобразователем и гидравлическим насосом и дополнительно соединенного с судовым движителем, позволяет рационально использовать энергоресурсы и повышает КПД этого движителя.The implementation of the device for changing the flow rate of the working fluid in the form of an asynchronous electric motor, connected to a frequency converter and a hydraulic pump and additionally connected to a ship propulsion, makes it possible to rationally use energy resources and increases the efficiency of this propulsion.

Claims

1. The control system of the ship’s propulsion device, comprising a master device, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison unit, connected to the input of at least one amplifier, the output of which is connected to an electric drive of the spool connected to the input of the actuator of the propulsion device, a feedback sensor connected to the other input of the comparison unit, and connected to the output of the comparison unit, a device for changing the flow rate of the working fluid directed to the actuator of the propulsion device, characterized in that ystvo change the supply of hydraulic fluid velocity is in the form of the induction motor connected to the frequency converter and the hydraulic pump, and further connected to the propellers.

2. The ship propulsion control system according to claim 1, characterized in that an axial piston pump is used as a hydraulic pump.