第11章 艙室輔助機(jī)械的電氣控制

第十一章艙室輔助機(jī)械的電氣控制

本章概述船舶艙室輔助機(jī)械的電氣控制是現(xiàn)代自動(dòng)化船舶的重要組成部分，涉及的面較廣。本章選取幾個(gè)典型的船舶電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和探討，主要包括泵浦的自動(dòng)切換控制電路、空壓機(jī)的自動(dòng)控制和船舶輔鍋爐的電氣自動(dòng)控制。第十一章艙室輔助機(jī)械的電氣控制本章主要講解內(nèi)容第一節(jié)泵組自動(dòng)切換控制電路分析第二節(jié)空壓機(jī)控制電路分析第三節(jié)船舶輔鍋爐的電氣自動(dòng)控制第一節(jié)泵組自動(dòng)切換控制電路分析

為主機(jī)服務(wù)的燃油泵、滑油泵、冷卻水泵等主要電動(dòng)輔機(jī)，為了控制方便和工作可靠均設(shè)置兩套機(jī)組。不僅能在機(jī)組旁控制，也能在集中控制室進(jìn)行遙控；而且在運(yùn)行中泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)切換，使備用機(jī)組立即起動(dòng)投入工作，以保證主機(jī)處于正常工作狀態(tài)。

圖11-1為某輪泵的自動(dòng)切換控制線路原理圖

一、機(jī)組的手動(dòng)操作二、機(jī)組的自動(dòng)切換操作返回返回圖11-1泵的自動(dòng)切換控制線路原理圖第二節(jié)空壓機(jī)控制電路分析

現(xiàn)代化船舶柴油主機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的功率越來(lái)越大，起動(dòng)能源主要依靠高壓空氣。同時(shí)在船舶的其它系統(tǒng)中也廣泛的應(yīng)用。例如用于主機(jī)的控制空氣、用于其他自動(dòng)控制系統(tǒng)中的氣動(dòng)元件的壓縮空氣、船用汽笛以及船舶雜用空氣等。因此，船舶空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)是船舶輔機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。在船上船舶空壓機(jī)一般都設(shè)有兩套機(jī)組，并設(shè)計(jì)成為互為備用的系統(tǒng)，可同時(shí)使用，也可單獨(dú)使用。圖11-2（a）、（b）、（c）為某輪無(wú)人機(jī)艙自動(dòng)化船舶主空壓機(jī)系統(tǒng)電氣原理圖。返回控制回路變壓器QS01KMFRMFU49695T1T2FU5FU62*22*02*0電源回路電流表空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)1M空壓機(jī)電機(jī)2QS主開(kāi)關(guān)3KM主接觸器4FR熱繼電器5KT1時(shí)間繼電器6KT2時(shí)間繼電器7KT3時(shí)間繼電器8KA3輔助繼電器9KA4輔助繼電器10KA5輔助繼電器11A電流表12rh計(jì)時(shí)器13S0主、備用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)14S1手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)15S2控制位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)16S3遙控手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)17S4復(fù)位按鈕18H1指示燈19H2指示燈20H3指示燈21H4指示燈22H5指示燈23T1互感器24T2變壓器25FU4FU5FU6保險(xiǎn)絲26KP1壓力開(kāi)關(guān)27F12溫度開(kāi)關(guān)28KP3壓力開(kāi)關(guān)29Y3泄放閥A圖11-2（a）返回圖11-2（b）圖11-2（c）一、空壓機(jī)“手動(dòng)”起動(dòng)二、空壓機(jī)“手動(dòng)”停止三、空壓機(jī)控制系統(tǒng)的保護(hù)措施1．空壓機(jī)低油壓停車(chē)2.空壓機(jī)高溫停車(chē)3.空壓機(jī)高溫停車(chē)4.空壓機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程5.空壓機(jī)的“遙控”控制過(guò)程

第三節(jié)船舶輔鍋爐的電氣自動(dòng)控制

船舶輔鍋爐是船舶動(dòng)力裝置的重要組成部分。在柴油機(jī)提供推進(jìn)動(dòng)力的船舶上，輔鍋爐產(chǎn)生的蒸汽主要用于加熱燃油、滑油、水以及提供各種生活用汽。為了提高機(jī)艙的自動(dòng)化程度，輔鍋爐的全自動(dòng)控制是不可缺少的。對(duì)于小型輔鍋爐，由于產(chǎn)生的蒸汽主要供主機(jī)暖缸、加熱燃油以及日用生活用，故對(duì)蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定性要求不高，一般采用雙位控制或比例調(diào)節(jié)，允許蒸汽壓力在設(shè)定范圍內(nèi)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)。而對(duì)于大容量的油輪輔鍋爐，因?yàn)榧訜嶝浻?、?qū)動(dòng)貨油泵、蒸汽輔機(jī)以及洗艙的需要，多采用比例--積分環(huán)節(jié)，使蒸汽壓力基本穩(wěn)定在設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。返回一、船舶輔鍋爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)

不管采用何種類(lèi)型的鍋爐，其自動(dòng)控制環(huán)節(jié)是類(lèi)似的。概括地講，輔鍋爐的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)主要包括：水位自動(dòng)調(diào)節(jié)、蒸汽壓力自動(dòng)控制、燃燒程序控制以及警報(bào)和保護(hù)環(huán)節(jié)。

圖11–3是船舶輔鍋爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖。圖11-3船舶輔鍋爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖1-蒸汽壓力傳感器；2-供油電磁閥；3-點(diǎn)火變壓器；4-火焰?zhèn)鞲衅鳎?-鍋爐水位傳感器1．鍋爐水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)

鍋爐的工作水位在安全水位以上，是燃燒系統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)火起動(dòng)的必要條件。鍋爐的工作水位降至最低水位時(shí)，水泵應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng)補(bǔ)水；升至最高水位時(shí)水泵應(yīng)自動(dòng)停止補(bǔ)水；水位降到極限低水位時(shí)應(yīng)能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并使整個(gè)系統(tǒng)停止工作。

目前船舶輔鍋爐采用較多的水位傳感器主要有浮子式水位調(diào)節(jié)器、電極式水位傳感器以及參考水位罐檢測(cè)水位裝置三種，由此構(gòu)成了不同的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。（1）電極式水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖11–4所示是一種電極式水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（2）浮子式水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖11–5是磁性浮子式水位調(diào)節(jié)器。（3）參考水位罐水位檢測(cè)系統(tǒng)

圖11–6是采用參考水位罐的水位檢測(cè)系統(tǒng)。圖11-4電極式水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)返回返回圖11-5磁性浮子式水位調(diào)節(jié)器1-浮子；2-支點(diǎn)；3-磁鐵；4-調(diào)節(jié)板；5、8-定位釘；6-觸磁鐵；7-電觸點(diǎn)圖11–6采用參考水位罐的水位檢測(cè)系統(tǒng)1-鍋爐；2-參考水位罐；3-測(cè)量水位管；4-參考水位管；5-差壓變送器返回

2．蒸汽壓力的自動(dòng)控制鍋爐氣壓穩(wěn)定的前提是必須保持蒸發(fā)量和送汽量能量的平衡。燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是使鍋爐汽壓維持在規(guī)定值或是在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)；同時(shí)為了保證燃燒良好，必須使供風(fēng)量與供油量相適應(yīng)。蒸汽壓力的自動(dòng)控制主要有雙位控制和比例控制兩種。（1）雙位控制系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)的雙位控制，就是汽壓上升至設(shè)定值上限時(shí)，停止燃燒；而汽壓下降至設(shè)定值的下限時(shí)，點(diǎn)火燃燒。采用雙位控制系統(tǒng)，鍋爐的點(diǎn)火和熄火比較頻繁。如圖11–3所示，鍋爐內(nèi)的蒸汽壓力作用于壓力雙位調(diào)節(jié)器，實(shí)際上它是一個(gè)壓力繼電器（如圖11–7示）。只有蒸發(fā)量小、負(fù)荷較穩(wěn)定的鍋爐比較適宜采用雙位自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)于貨輪輔助鍋爐，由于產(chǎn)生的蒸汽僅用于加熱燃油、滑油以及日用生活用，它的蒸發(fā)量?。ㄒ话阈∮?t／h）、蒸汽壓力低（一般低1MPa），對(duì)蒸汽壓力的波動(dòng)要求不高，一般都采用雙位控制。

為了彌補(bǔ)雙位自動(dòng)控制系統(tǒng)只有最大和零兩種輸出的特點(diǎn)，可采用多位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其特點(diǎn)主要是除了設(shè)置一個(gè)具有相當(dāng)于鍋爐高負(fù)荷噴油量的主噴油器外，還配置了一個(gè)相當(dāng)于鍋爐低負(fù)荷噴油量的輔助噴油器（甚至還有主噴油器帶兩個(gè)可切換使用的噴油器），輔助噴油器一般兼作點(diǎn)火噴油器，各噴油器配合不同的風(fēng)量運(yùn)行時(shí)，可有不同的產(chǎn)汽量。采用多位調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以使鍋爐不須經(jīng)常點(diǎn)火和熄火，提高了運(yùn)行安全性。1–主彈簧；2–幅差彈簧；3–波紋管；4–杠桿；5–叉形臂；6–拉片；7–定位片；8–電觸頭；9–控制壓力指針；10–差動(dòng)值指針；11–接線柱圖11-7YD-651型壓力繼電器（2）比例控制系統(tǒng)對(duì)于用汽量比較大的船舶，特別是大容量的油輪，因?yàn)榧訜嶝浻?、?qū)動(dòng)貨油泵、鍋爐給水泵等蒸汽輔機(jī)以及洗艙都需要大量蒸汽，鍋爐的蒸發(fā)量大，需要汽壓穩(wěn)定，故其蒸汽壓力的自動(dòng)控制多采用比例---積分環(huán)節(jié)，使噴油量與供汽量相適應(yīng)，并使噴油量和供風(fēng)量保持固定比例關(guān)系，使汽壓基本穩(wěn)定在設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。

圖11–8是比例控制系統(tǒng)方框圖。圖11–9是比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分是一個(gè)壓力比例調(diào)節(jié)器YBT和一個(gè)由比例調(diào)節(jié)器控制的電動(dòng)比例操作器DBC，同時(shí)調(diào)節(jié)回油閥和風(fēng)門(mén)擋板。

圖11–10是壓力比例調(diào)節(jié)器的原理圖。返回圖11-8比例控制系統(tǒng)方框圖返回圖11-9比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖返回1–平衡杠桿；2–滑動(dòng)觸點(diǎn)；3–波紋管；4–電位器；5–主彈簧；6–調(diào)整螺釘；圖11-10壓力比例調(diào)節(jié)器原理圖3．燃燒的程序控制

鍋爐的程序控制是指對(duì)鍋爐的起動(dòng)和停止按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間順序進(jìn)行的自動(dòng)控制，它屬于時(shí)序程序控制系統(tǒng)

圖11–11是船舶鍋爐的典型程序控制方案框圖。

在程序控制系統(tǒng)中，其主要元件包括信號(hào)發(fā)送器、時(shí)序控制器，點(diǎn)火變壓器及點(diǎn)火電極和火焰?zhèn)鞲衅?。圖11-11船舶鍋爐的典型程序控制方案框圖返回（1）信號(hào)發(fā)送器

信號(hào)發(fā)送器包括手動(dòng)信號(hào)發(fā)送器和自動(dòng)信號(hào)發(fā)送器。前者一般采用按鈕和選擇開(kāi)關(guān)。后者采用各種自動(dòng)繼電器（俗稱(chēng)開(kāi)關(guān)），如壓力繼電器、溫度繼電器、液位繼電器等。用它們來(lái)接通或斷開(kāi)控制電路，以完成程序控制的起動(dòng)和停止。（2）時(shí)序控制器

時(shí)序控制器是輔助鍋爐程序控制的核心部分。它根據(jù)起動(dòng)信號(hào)發(fā)送器送出來(lái)的電信號(hào)接通或切斷電路，或根據(jù)規(guī)定的時(shí)間來(lái)接通或切斷電路。目前時(shí)序控制器有有觸點(diǎn)控制器、無(wú)觸點(diǎn)控制器、可編程序控制器和微型計(jì)算機(jī)控制器。

a、有觸點(diǎn)時(shí)序控制器：船上用得較多的主要有多回路時(shí)間繼電器和凸輪式時(shí)間繼電器兩種，它們的工作原理類(lèi)似。圖11–12是多回路時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖11–12多回路時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-微型同步電機(jī)；2-電磁線圈離合器；3-減速器；4-標(biāo)度盤(pán)；5-復(fù)位彈簧；6-爪形塊；7-電觸點(diǎn)返回

b、無(wú)觸點(diǎn)時(shí)序控制器：無(wú)觸點(diǎn)時(shí)序控制器是利用晶體管的開(kāi)關(guān)特性，使晶體管工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)，從而控制繼電器通電或斷開(kāi)。延時(shí)作用是根據(jù)電容充放電原理組成的RC延時(shí)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作原理如圖11–13所示。（A）單管延時(shí)釋放電路（B）繼電器延時(shí)通電電路圖11-13晶體管延時(shí)開(kāi)關(guān)電路（3）點(diǎn)火變壓器及點(diǎn)火電極船用的自動(dòng)點(diǎn)火裝置，大部分通過(guò)點(diǎn)火變壓器，將380V的交流電壓升至8000V或10000V，然后在點(diǎn)火電極兩端利用高壓電尖端放電。產(chǎn)生火花點(diǎn)火。點(diǎn)火電極是兩根為2mm的鎳鉻合金絲，它用耐高壓電的瓷套管絕緣，固定在噴油器上，如圖11一14所示。圖11-14點(diǎn)火裝置的結(jié)構(gòu)示意圖1–點(diǎn)火電極；2–點(diǎn)火噴油嘴；3–主噴油嘴（4）火焰?zhèn)鞲衅骰鹧鎮(zhèn)鞲衅饔糜诒O(jiān)測(cè)爐膛內(nèi)有無(wú)火焰，以便在鍋爐起動(dòng)點(diǎn)不著火或正常燃燒突然熄火時(shí)的報(bào)警和執(zhí)行停爐保護(hù)程序，它是保證鍋爐可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。輔助鍋爐中常用的火焰?zhèn)鞲衅髦饕泄饷綦娮?、光電池和紫外線檢測(cè)管。a、光敏電阻光敏電阻元件是由涂在透明底板上的光敏層和金屬電極引出線構(gòu)成。光敏電阻的主要特性是接受光照射時(shí)其電阻值很小，無(wú)光照時(shí)其電阻值很大。圖11–15是用光敏電阻組成的火焰?zhèn)鞲衅?。光敏電阻監(jiān)視火焰的電路原理如圖11–16所示。圖11–15光敏電阻火焰?zhèn)鞲衅?–光敏電阻；2–磨沙玻璃；3–耐熱玻璃返回返回圖11-16光敏電阻火焰監(jiān)視電路原理圖b、光電池光電池實(shí)際上也是一種半導(dǎo)體器件。它是利用有光照射后兩電極之間產(chǎn)生電壓的原理而工作的。圖11–17是光電池控制電路原理圖。圖11–17（A）中采用RAR型硒光電池，當(dāng)它接受光照射時(shí)，正負(fù)極之間將會(huì)產(chǎn)生小于1V的電壓，經(jīng)過(guò)放大器MV后足以使繼電器FR動(dòng)作。圖11–17（B）采用2CR11型光電池，當(dāng)它接受光照射時(shí)，光電池兩極之間將會(huì)產(chǎn)生0.5V的電壓，經(jīng)過(guò)晶體管放大后使繼電器J動(dòng)作。光電池使用壽命長(zhǎng)，而且它的光譜敏感范圍僅限于可見(jiàn)光，而不是紅外線，這對(duì)火焰的監(jiān)視是合適的，因此現(xiàn)在在船上用得越來(lái)越多。返回圖11-17光電池控制電路原理圖c、紫外線檢測(cè)裝置

圖11–18是它的結(jié)構(gòu)示意圖。管泡是用能透過(guò)紫外線的石英玻璃制成，泡內(nèi)充以惰性氣體，兩個(gè)電極對(duì)稱(chēng)放置。當(dāng)陰極接受到足夠數(shù)量的紫外線時(shí)，就有光電子發(fā)射出來(lái)。在外電場(chǎng)的作用下，光電子加速運(yùn)動(dòng)使惰性氣體電離，管子導(dǎo)通；若無(wú)光照射，紫外線管截止。紫外線管的優(yōu)點(diǎn)是不受高溫爐壁輻射的影響，它的特性較光敏電阻好，且在交、直流控制線路中均可使用。圖11–18紫外線檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖1–電極；2–引腳；3–石英玻璃泡；4–基座；5–管腳返回4．警報(bào)及保護(hù)環(huán)節(jié)

在輔助鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，為了達(dá)到安全、可靠、無(wú)人