ZAKA
AD AUTOMATYKI
W Y Ż S Z A Nazwisko i imię
OKR
TOWEJ
S Z K O A
A
Nr ćw. Temat ćwiczenia:
M O R S K A
w S Z C Z E C I N I E
UKA
ADY STEROWANIA
ŚRUB
NASTAWN

WYDZIAA

MECHANICZNY
Data wyk. ćwicz. Data odd. spr. Ocena Podpis wykł. GRUPA
IV MA
02-02-2000
09-02-2000
Schemat układu sterowania
Z
X
n v
z
Układ OBIEKT
sterujący
- silnik główny
H
z
Y Y
i i
- śruba nastawna
- kadłub
Obiekt sterowania stanowią: silnik napędu głównego z regulatorem prędkości obrotowej,
śruba nastawna z serwomechanizmem zmiany skoku i regulatorem skoku oraz kadłuba statku.
Układ sterujący stanowi jednostka główna z zapisanym w jej pamięci programem
sterowania oraz zestaw urządzeń umożliwiających połączenie jednostki z różnego
rodzaju czujnikami , dz
wigniami sterującymi itp. . Układ sterujący w oparciu o
uzyskane informacje (Y z , Y i ) , wypracowuje takie nastawy dla silnika i śruby , aby z
jednej strony , spełnić wymaganie jazdy z zadaną prędkością , z drugiej zaś , aby zadana
prędkość utrzymana była przy pracy zespołu napędowego z maksymalną sprawnością .
Sterowanie programowe zespołem napędowym
Jest realizowane za pomocą automatycznej regulacji realizacji związku
funkcyjnego pomiędzy dwoma parametrami pracy zespołu , równolegle z utrzymaniem
wartości zadanej prędkości statku lub mocy silnika . programy wyznacza się
bezpośrednio z charakterystyk napędowych stosując kryterium minimalnego zużycia
paliwa dla różnych prędkości statku lub na podstawie charakterystyk silnika , śruby ,
kadłuba z uwzględnieniem warunku maksymalnej sprawności pracy zespołu
napędowego .
Program wyznaczony jest dla warunków przyjętych za najbardziej typowe dla statku .
Przewidując trasy statku i opory kadłuba należy wyznacza się program zmiany nastaw
skoku śruby i prędkości obrotowej .Sterowanie wg tak określonego programu w
warunkach innych niż te , dla których został opracowany jest zawsze związane ze
spadkiem sprawności .
Stosowane na statkach układy sterowania pracują wg następujących programów :
1. H = f(n)  skok śruby w funkcji prędkości obrotowej
2. M = f(n)  moment obrotowy silnika w funkcji prędkości obrotowej
K
Q
T
D2
K
QB
B
H=f(n)
T
D1
D M=f(n) A
K
QA
(H/D)
1
C
(H/D)
2
J
Ad 1. Warunki pływania określa krzywa T , w których będzie pływał statek .
D1
Przecinając charakterystykę H = f(n) tworzy z nią punkt pracy dla tych warunków (A) .
Przy zmianie warunków pływania z T na T otrzymujemy punkt pracy (B) .
D1 D2
Warunki zewn. uległy pogorszeniu , wzrósł moment obrotowy śruby oraz obciążenie .
Przyrost momentu obrotowego śruby może być tak duży , spowoduje przeciążenie
silnika napędzającego śrubę . Z tych względów układy sterowania pracujące wg tego
programu powinny być wyposażone w urządzenia zabezpieczające silnik przed
przeciążeniem . pogorszenie warunków zewn. spowoduje również spadek sprawności
śruby , a przez to i układu napędowego .
Ad 2. Praca programu odbywa się po prostej M = f(n) . Przy zmianie
warunków pływania z T na T punkt pracy przesuwa się z (A) na (D) . Spadek
D1 D2
sprawności jest teraz mniejszy niż w przypadku poprzedniego programu .Inną zaletą
pływania wg tego programu jest to , ze nie wymaga specjalnego zabezpieczenia silnika
przed przeciążeniem . Nadążając za zmianami warunków zewnętrznych układ sterujący
będzie dobierał taki skok śruby , aby nie spowodować przeciążenia silnika .
Sterowanie optymalne zespołem napędowym
Dla danej prędkości statku istnieje tylko jedna para nastaw ( n , H ) przy której
występuje maksymalna sprawność zespołu napędowego . Położenie optymalnego punktu
pracy uzależnione jest od szeregu wielkości o charakterze stochastycznym , jak warunki
zewnętrzne , stan kadłuba , stan śruby czy silnika . Celem wyznaczenia optymalnej pary
nastaw skoku śruby i prędkości obrotowej , wymagana jest znajomość aktualnych
charakterystyk silnika , śruby i kadłuba lub wypadkowa charakterystyka napędowa
całego zespołu napędowego .
System doboru optymalnych nastaw stanowi klasyczny układ doradczy , w
którym dane z zespołu napędowego w postaci skoku śruby H , prędkości statku v ,
prędkości obrotowej n , momentu obrotowego na wale M są wprowadzane poprzez
układ pomiarowy do pamięci komputera .
Rozwiązanie tego typu odznacza się zwiększonym bezpieczeństwem jego
stosowania . Jego zadaniem jest określenie optymalnych nastaw skoku śruby i
prędkości obrotowej silnika dla proponowanej prędkości statku . Również w przypadku
awarii systemu komputerowego nie ma problemu przejścia na klasyczne sterowanie bez
wspomagania .
Algorytm sterowania składa się z dwóch zasadniczych części : pomiarów okresowych
( charakterystyka zespołu napędowego ) oraz wyznaczenia  z uwzględnieniem
aktualnego stanu obciążenia  optymalnych wartości nastaw ( n , H ) dla zadanej
prędkości statku .
Zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem
Zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem można zrealizować na różne sposoby
, np. : przez zastosowanie układu redukującego skok śruby gdy nastawa listwy
paliwowej ( obciążenie silnika ) osiąga wartość maksymalną lub przez zastosowanie
urządzenia , w którym program program sterowania zmieniał się będzie płynnie wraz ze
zmianą prędkością statku .
Optymalny punkt pracy  różnica w stosunku do stanu wyjściowego
Stan stan
śruba ciężka śruba lekka
pierwotny optymalny
M [%] 75 78,8 82,00 65
N [kW] 4799 4654 5247 1459
H [dz] 40 45 40 40
n [obr/min] 130 121 130 130
v [w] 14 14 11,2 18
G [kg/h] 967,2 938,2 1056,4 840,9
Wnioski z ćwiczenia
Porównując stan pierwotny do stanu optymalnego stwierdzam, że silnik jest bardziej
dociążony momentem obrotowym, moc zapotrzebowana do uzyskania tej samej prędkości
statku jest mniejsza. Nastąpiło to kosztem zmniejszenia prędkości obrotowej silnika i
zwiększeniem nastawy skoku śruby napędowej. Uzyskaliśmy dzięki temu mniejsze zużycie
paliwa, a punkt współpracy silnika ze śrubą napędową statku przesunął się w kierunku
większej sprawności.
Porównując stan pierwotny ze stanami w różnych warunkach pływania stwierdzam że
nastawa skoku śruby oraz nastawa prędkości obrotowej silnika są nieprawidłowo dobrane do
zaistniałych warunków zewnętrznych.
W przypadku śruby ciężkiej statek porusza się z prędkością 11.2 [w], zaś przy
optymalizacji nastaw (H=44 n=134) uzyskalibyśmy prędkość wynoszącą 12.4 [w]. Warunki
optymalne przesunęły się w kierunku wyższych prędkości obrotowych i większego skoku
śruby. Obserwujemy tu znaczny przyrost obciążenia, mocy oraz godzinowego zużycia paliwa.
Sytuacje tą możemy porównać do jazdy samochodem pod górkę.
Porównując zaś stan pierwotny do lekkich warunków pływania obserwujemy znaczny
wzrost prędkości statku, spadek momentu obrotowego, mocy oraz godzinowego zużycia
paliwa. Mimo tych zysków nie trafiliśmy jednak w punkt pracy optymalnej, gdzie układ
pracowałby z najwyższą dla tych warunków sprawnością. Przy optymalnych nastawach
(H=49 n=136) uzyskalibyśmy prędkość odpowiadającą 20.8 [w]. Sytuację tą można porównać
do jazdy samochodu z górki.
Na wykresie ze strony pierwszej przedstawiono także położenia poszczególnych
punktów optymalnych dla realizacji różnych prędkości pływania. Zaobserwowałem, że układ
zaleca zmianę prędkości statku w zakresie 16 do 10 węzłów poprzez zmianę prędkości
obrotowej silnika napędu głównego przy zachowaniu stałego skoku śruby napędowej. Dalsza
regulacja realizowana poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika jest ograniczona przez
charakterystykę minimalnych obrotów silnika. Regulacja prędkości statku ralizowana jest
więc poprzez zmianę skoku śruby przy zachowaniu stałej prędkości obrotowej silnika
napędowego.