轮机补差新技术(3)-讲课
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轮机补差新技术(3)-讲课
三、MAN B&W公司的ME系列电控型柴油机控制系统
MAN B&W公司的ME系列电控型柴油机也是采用共轨技术,但是燃油共轨管路的压力为低压7-8bar,伺服油的压力为200bar,都属于低压力系统,能比较有效防止漏油。
这样在机械结构上与Wartsila公司共轨柴油机有所不同。
对于燃油就得各缸进行二次增压来达到喷射压力要求。
图1-1-14为ME系列电控型柴油机的共轨系统示意图:
(1)燃油泵使燃油增压到7-8 bar,送到各个气缸的二次增压器进行喷射前的再增压,使压力达到喷射压力。
(2)液压伺服油是由主滑油泵送来的滑油通过二次过滤(6um),再通过曲柄轴驱动的增压泵或电动驱动增压泵,增压到200bar送到阀箱,通过控制各缸的电磁阀.
(3)伺服油分别进入各缸排气阀的液压缸单元进行排气操作和进入各缸燃油增压的液压缸
单元进行增压喷油操作。
图1-1-14 ME系列电控型柴油机的共轨系统示意图
ME系列柴油机也有燃油喷射、排气阀、起停和换向等控制。
(1)输入通道:它有开关量信号,模拟量信号(有电压信号±10V,电流信号4~20mA),有脉冲信号(曲柄轴角度编码脉冲信号)等输入;
(2)输出通道:有控制各个电磁阀的开关量信号,也有继电接触器控制信号,模拟量电压(±10V),电流(4~20mA)信号等去控制相关执行
器;
(3)通信通道:与其它计算机进行串行通信,与上、下位机进行网络通信,人机界面专用通道。
图1-1-15 ME系列柴油机计算机控制系统硬件示意图
(一)、ME系列柴油机的电控控制系统
图1-1-16为ME系列柴油机的电控控制系统:主控板也是采用冗余结构。
在集控室有两个并联冗余的主机信息控制单元A与B和两个并联冗余的控制面板(实现人机信息交换)。
这两个主机信息控制单元也与驾驶台上的操作显示面板进行信息交换,在机舱里有两个主机控制单元A和B,与冗余设计的双总线相连接,它与
集控室中的主机信息控制单元(EICU)、执行器控制单元ACU1、2、3以及与各气缸的控制器CCU 进行信息交换(通信)。
1、主机信息控制单元(EICU)
在集控室的操作台中,上面有两个操作界面(MOP),其中一个为运行状态,另一个为热备用状态,一旦运行中操作界面发生故障,它能自动切换到另一台备用机上。
它接收驾驶台上操作信息和集控室操作界面上信息,同时,它还与外部系统进行通信。
图1-1-17为主机信息控制单元(EICU)与外部系统通信示意图。
它与上位机的主机功率管理系统、手动操作系统、主机遥控系统、报警系统、安保系统进行信息交换,其功能和作用与WECS-9500控制系统相似,这里不重述。
2、主机控制单元(ECU)ME系列柴油机智能控制器的核心
它管理着三个辅助控制单元和各缸控制单元(CCU),并对其进行监控,同时,接收现场传
感器送来的信号和机旁操作板的操作指令,对ACU、CCU下达指令,实现主机换向、起动、喷油、排气、停车等一系列操作,使主机各运行状态达到最佳运行状态,为了安全可靠,它可直接控制备用泵的起、停运行。
图1-1-16 ME系列柴油机智能控制系统
在图1-1-16中,有一气缸自动润滑器(AL),它也是由CCU控制的,也是一个启、闭阀,它
的通断馈给率是由喷射的频率来控制,即燃油喷射频率高,说明主机转速高,气缸的润滑注油也要频繁,保持气缸活塞良好润滑。
图1-1-17 主机信息控制单元与外部系统进行通信
3、辅助控制单元(ACU)
辅助控制单元(ACU)是对燃油泵、润滑泵和辅助鼓风机进行起、停控制,使其共轨管路中保持所要求的压力。
它有自动控制模式和手动控制模式。
(1)、自动控制模式,各台辅助鼓风机是根
据设定好的“起动顺序”,按扫气压力的大小进行起、停控制,
当扫气压力小于等于0.4bar时,就按“起动顺序”起动辅助鼓风机
当扫气箱中压力达到0.7bar时,就依次停止这些鼓风机,其停止是按扫气压力逐一减台的
大于等于0.7bar时,先延时停一台鼓风机,扫气压力小于0.7bar,大于0.4bar,就不再停第二台,若停了一台鼓风机,扫气压力还是大于0.7bar时就停止第二台,以此类推,起动正好相反,
以0.4bar为起动值,当主机停车时,辅助鼓风机将继续运行15分钟后才停机,在手动操作模式下,由操作人员控制。
4、气缸控制单元(CCU)
每个气缸都有一个独立的气缸控制单元(CCU),
(1)、接收曲柄轴自由端安装的曲柄轴角度编
码器的脉冲信号,由此计算出本气缸活塞位置和工作进程状态。
(2)、接收主机转速传感器信息,计算出活塞的运行速度信号。
(3)、采集燃油增压活塞和废气排气阀的位置信号。
(4)、根据ECU发来的指令进行综合处理,去控制主机各缸的起动、停车、喷油、排气等操作。
(5)、与RT-flex机型有所区别:
a.它的燃油喷射采用模拟量控制,燃油喷射是采用比例阀,
b.排气阀控制是采用开关量控制的,采用开关量的开启/关闭。
c.两者不会混乱,因为燃油喷射时间段与排气阀开启时间段是不会重合在一起的,所以,它采用了一个三位三通液压伺服阀来控制,如图1-1-18所示。
图1-1-18 燃油喷射和排气阀液压操作原理
(1)、进行燃油喷射时,使电磁阀左边有信号,左位通,高压动力油进入左边的燃油增压器活塞的下位,高速推动增压缸活塞,使燃油缸内的燃油升压,从喷油嘴向气缸内喷油。
燃油量的多少是由CCU控制FIVA的比例阀(图中未画出)来控制,它是靠控制燃油进油阀的开度来实现,
Suler RT-flex机型是以量油缸的活塞位置来度量。
(2)、当排气操作时,CCU就使得电磁阀右端有信号,右位通,高压动力就进入排气阀执行
器的液压油缸的活塞的下端,高速推动液压油使排气阀执行器的油缸活塞向上运动,形成高压动力油去操作排气阀,使其打开排出废气。
当排气结束时,处于即不喷油,又不排气操作时,控制阀两端都没有信号,阀处于中位,两个增压器的活塞下端高压油回流到回油柜,其中,燃油量的测量、喷射以及排气阀的运动过程,参见《船舶柴油机》的ME系列柴油机介绍,这里不重述。
(一)、柴油机转速控制
当驾驶台或集控室的车钟发生主机转速指令,通过转速协调器进行调制,按照主机的运行参数和本身特性参数对车钟的转速指令进行调制:如稳速过程,停车减速过程,最小转速、最大转速、定速航行过程,紧急停车指令、故
障减速、功率与转矩最佳配合、起动时的等速速率加率、负荷程序、临界转速回避、转速微调等,这时车令的发送是不一样的,按照对应的设定程序发送车令,然后,这个车令与主机实际转速信号进行比较,得到偏差值,送到转速调节器(Governor)进行比例积分微分调节或智能控制算法进行计算处理,所得的信号,经过主机性能指标的限制器进行相应限制,不超过限制值,把现结果输出作为当时燃油量的给定值,若超过限制值,只能以限制值输出作为当时燃油量的给定值指令,送到气缸控制单元(CCU),由它控制FIVA的比例阀,实现燃油量控制,使主机转速跟随车令的要求,ME系列机型的调速控制器功能被集成在主机控制单元(ECU)中,图9-9-19就是主机控制单元(ECU)实现调速器(Governor)功能的操作界面图。
图1-1-19 ME系列机型调速器界面图
图1-1-20 曲柄轴编码器原理图
(三)、曲柄轴角度偏码器
ME系列机型转速传感器是采用磁脉冲式输出转速传感器,它的曲柄轴角度编码器与通常编码器有所不同,图1-1-20为该机型曲柄轴编码器原理图。
它有8个磁感应探头,分成二组A与B;
A组中两个为检测转速和方向,另二个为标记位检测,一个放在0°位,另一个放在90°位上,
B组用二个探头检测转速和方向,其它二个为标记位,但与A组的标记位相差45°,一个放在45°位上,另一个放在135°位上,这样,曲轴自由端驱动一个磁性半圆环转动,在标记位上的探头就会有输出电动势变化,若输出高电平为“1”,低电平为“0”,则可作出曲柄轴位置角度与四个探头的输出的电平高低的变化表,如表1-1-1。
表1-1-1 四个标记位探送输出电平高低与角度的关系表
位置0°-44
°45°-89
°
90°-134
°
135°-179
°
180°-224
°
225°-269
°
270°-314
°
315°-359
°
MM 1 1 1 1 0 0 0 0
A
MMB 0 1 1 1 1 0 0 0 MSA 0 0 1 1 1 1 0 0 MSB 0 0 0 1 1 1 1 0
用于检测转速的两个探头是正交的,在时间上相差90°(1/4周期)。
这两组信号通过转速角度测量系统处理后送到主机控制单元(ECU)和气缸控制单元(CCU),从而推算出气缸活塞的位置,做出相应控制和操作。
ME系列机型的智能控制系统的操作软件是采用组态软件方式,界面友好,操作方便。