đề cương ôn tập môn điện tàu thủy

Ch PHẦN I HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRÊN TÀU THUỶ Câu Điều kiện công tác của trang thiết bị điện tàu thủy (20 đ) Khác với các trang thiết bị điện ở bờ, ở dưới tàu các trang thiết bị điện nói chung trạm phát điện tàu thuỷ nói riêng phải làm việc các điều kiện khắt khe như: - Thay đổi nhiệt độ một phạm vi rộng có thể từ - 40oC đến + 50oC - Làm việc điều kiện thay đổi độ ẩm lớn từ 40% đến 98% - Môi trường chịu sự tác động của dầu mỡ, nước biển và các chất hóa học khác - Hoạt động điều kiện rung lắc, dao động sóng, gió, dòng chảy và sự dao động máy chính, máy phụ hoạt động gây nên - Điều kiện giới hạn không gian tập trung thiết bị diện tích hẹp Câu Các yêu cầu về kỹ thuật đối với các trang thiết bị tàu thủy (20 đ) + Các trang thiết bị điện dùng tàu phải có cấp cách điện cao (từ cấp F trở lên), có khả chống ẩm tốt, có khả chống lại sự tác động của dầu mỡ, nước biển và các chất hóa học khác + Chúng cần phải có các bảo vệ chống va chạm học, chống nước, chống nổ + Trong làm việc ít gây tiếng ồn, nhiễu cho các thiết bị khác như: Ra đa, la bàn và các thiết bị vô tuyến điện hàng hải khác + Các trang thiết bị điện phải hoạt động tin cậy, chắc chắn mọi điều kiện thời tiết và trạng thái mặt biển + Dễ dàng, thuận tiện vận hành, khai thác, bảo dưỡng và sửa chữa Câu Các yêu cầu về kinh tế trang thiết bị táu thủy + Có trọng lượng, kích thước nhỏ, giá thành hạ + Có khả lắp lẫn và dễ thay thế cần thiết + Khai thác kinh tế và có hiệu quả nhất Câu Phân loại dựa sở nhiệm vụ trạm phát điện tàu thuỷ (20 đ) + Trạm phát điện cung cấp lượng cho toàn mạng điện (dùng tổ hợp D/G hay máy phát đồng trục) + Trạm phát điện cung cấp lượng điện để quay chân vịt chạy tàu (Các tàu chuyên dùng có tổ máy phát cấp điện riêng cho hệ động lực đẩy tàu) + Trạm phát điện cố cung cấp nguồn điện cho số phụ tải cố Trạm hoạt động trạm phát bị cố, thường đặt mớn nước tàu Câu Phân loại dựa theo hệ truyền động trạm phát điện tàu thuỷ (20 đ) + Trạm phát điện truyền động động đốt trong: Dùng động đốt (diesel) lai máy phát điện Số lượng tổ hợp diesel – máy phát thường từ đến Cơng suất, chủng loại tổ hợp giống hay khác Phổ biến trạm có số lượng máy phát ít, tổ hợp D/G giống nhau, công suất để nâng cao độ tin cậy, có khả thay lẫn dễ dàng công tác với người ta thường thiết kế có chủng loại + Trạm phát điện truyền động hỗn hợp: Thường kết hợp truyền động động đốt tuốc bin tốc độ thấp Tuốc bin cấp từ nồi đốt dầu Trên tàu hàng khách tàu chở dầu lớn thường có trạm phát truyền động theo hình thức Ví dụ tàu Beskidy trọng tải 13716T có tố hợp x 440KVA dùng truyền động diesel tố hợp x 125KVA dùng truyền động tuabin + Trạm phát điện có máy phát điện đồng trục: Thường kết hợp truyền động động diesel – máy phát (D-G) động diesel lai đồng trục với máy phát địên (máy phát điện đồng trục: ShaftGenerator) + Trạm phát điện tàu cứu hộ, nạo vét, cơng trình Loại trạm phát điện tàu tuỳ vào chủng loại dùng hệ truyền động lai máy phát dùng chung với thiết bị bơm thuỷ lực (tàu hút, xén, thổi nạo vét), Hay tàu khoan, thăm dị dùng hệ truyền động diesel hay diesel lai máy phát công suất động phụ tải lớn cần điều chỉnh tốc độ nên chúng thường biến đổi sang nguồn điện chiều … Tóm lại có nhiều sở phân loại khác thực tế, để thuận tiện cho việc khai thác sửa chữa đồng loại động lực truyền động cho chân vịt loại động lực truyền động cho máy phát Câu Trình bày khái niệm chung máy phát điện tàu thủy (20 đ) Trạm phát điện tàu thuỷ trạm phát điên xoay chiều máy phát điện máy phát điện xoay chiều pha Máy phát điện xoay chiều gồm máy phát điện đồng bộ, dị bộ Tuy nhiên chỉ có máy phát điện xoay chiều đồng bộ thông dụng Máy phát đồng bộ là loại máy mà phần cảm (phần kích từ) được cấp dòng một chiều Còn phần ứng phần lấy điện có tần số đồng với tốc độ quay của từ trường kích từ (tức đồng với tốc độ quay động sơ cấp lai máy phát) Máy phát đồng bộ có loại pha hoặc một pha Điện áp của máy phát từ 6V đến 20KV Vai trò phần ứng và phần cảm có thể thay đổi nằm ở phần quay (rô to) hay phần tĩnh (Stato) Công suất mạch kích từ nhỏ, thường không vượt quá 30% công suất định mức máy của máy phát Điện áp mạch kích từ khoảng từ 10V - 300VDC Câu Cấu tạo máy phát điện đồng pha có chổi than (20 đ) Câu Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng pha có chổi than phần ứng stator (20 đ) Câu Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng pha có chổi than phần ứng rotor (20 đ) R S T R S T + + - a/ b/ Hình 1.1 a/ Sơ đờ ngun lý máy phát đờng bợ có phần ứng ở stato được cấp dòng kích từ từ máy kích từ: Phần ứng (stato); Cuộn kích từ (phần cảm); 3.Vành trượt; chổi than; 4.Máy phát kích từ chiều; Điện trở điều chỉnh điện áp máy phát b/ Máy phát đồng bộ có phần ứng ở rôtó: Phần ứng (rôto); Cuộn kích từ (stato); Vành trượt, chổi than; Máy phát kích từ chiều Câu 10 Các thông số định mức của máy phát đồng bộ (20 đ) - Số pha : pha ; pha - Điện áp định mức của máy phát: Uđm(V) - Công suất biểu kiến định mức: Sđm (KVA) - Công suất tác dụng định mức: Pđm (KW) - Dòng định mức: Iđm (A) - Tần số định mức: fđm (Hz) - Hệ số công suất định mức: cosϕđm - Dòng kích từ định mức: Iktđm(A) - Điện áp kích từ định mức: Uktđm(V) - Tốc độ quay định mức: nđm(v/p) - Cách đấu cuộn dây phần ứng v.v Công suất biểu kiến S (KVA) nhằm xác định giới hạn tải tồn phần Cơng suất tác dụng P(KW) để sự giới hạn công suất của động sơ cấp lai máy phát Công suất phản tác dụng Q(KVAR) máy phát điện phát phụ thuộc vào dịng điện kích từ, dạng lượng tích phóng, khơng sinh cơng Cả loại công suất tạo thành tam giác công suất S2 = P2 + Q2 ; S.cosϕ = P; S.sinϕ = Q Câu 13 Phân tích ưu, nhược điểm máy phát điện đồng pha có chổi than không chổi than (20 đ) Trong quá trình vận hành và khai thác máy phát đồng bộ có chổi than điểm yếu nhất của hệ thống là chỗ tiếp xúc giữa vành trượt và chổi than là: - Thường xuất hiện tia lửa điện gây nhiễu loạn cho các thiết bị vô tuyến điện - Thường đột nhiên mất kích từ tiếp xúc không tốt đó mất điện toàn tàu - Khó khăn quá trình tự kích ban đầu điện trở tiếp xúc lớn - Chi phí và tốn công bảo dưỡng vành trượt và chổi than Ngày nay, yêu cầu kỹ thuật cũng vấn đề cung cấp lượng điện cho tàu thuỷ ngày càng cao nên động lai máy phát thường là động Diesel có tốc độ cao, vành trượt nhanh bị bào mòn và từ đó làm ảnh hưởng rất lớn quá trình cung cấp điện cho tàu Để khắc phục được nhược điểm nhà chế tạo đã đưa loại máy phát đồng bộ là máy phát đồng bộ không chổi than Do có nhiều ưu điểm nổi bật nên loại máy được sử dụng rất rộng rãi vào thực tế Việc đưa máy phát đồng bộ không chổi than vào hoạt động tàu thuỷ là mang lại hiệu quả kinh tế cao Tính hệ thống của loại máy này cũng cao hơn, nó cho phép rút ngắn quá trình quá độ, làm việc ổn định Hơn nữa, tất cả các thiết bị theo nó cũng gọn nhẹ và chắc chắn Cấu trúc chung của máy phát không chổi than được thể hiện hình 1.2 Câu 12 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ ba pha không chổi than (20 đ) Hình 1.2 Cấu trúc chung máy phát đồng bộ không chổi than: - Máy phát đồng bợ (G)có phần ứng stato, phần cảm rotor - Máy phát kích từ xoay chiều máy phát đồng có phận ứng quay, phần cảm đứng n (F) cung cấp dịng kích từ cho cuộn kích từ máy phát Cầu chỉnh lưu quay C̣n kích từ tĩnh cấp dòng kích từ cho máy phát kích từ thông qua tự động điều chỉnh điện áp tĩnh (Static Exciter), tức tự động điều chỉnh điện áp AVR – Auto Voltage Regurator Trong đó máy kích từ xoay chiều và bộ chỉnh lưu quay được lắp rotor của máy phát chính Tín hiệu xoay chiều ba pha của máy kích từ được chỉnh lưu thành tín hiệu một chiều thông qua bộ chỉnh lưu quay để cấp cho cuộn kích từ chính máy phát Trong quá trình vận hành và khai thác bản thân máy phát đã phát nhiệt góp phần làm giảm độ ẩm của máy phát máy ngừng hoạt động máy phát có thể hấp thụ khí ẩm từ môi trường bên ngoài Chính vì thế sẽ làm giảm điện trở cách điện của máy phát dẫn tới gây nên dòng rò quá trình làm việc và có nguy làm cho lớp cách điện bị đánh thủng có xung điện áp cao Vì vậy, máy được trang một thiết bị sấy để giữ cho nhiệt độ của máy phát lớn nhiệt độ môi trường, làm tăng điện trở cách điện đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và làm giảm trở kháng các cuộn dây, đảm bảo khả tự kích tốt Bộ sấy được đặt ở nơi thấp nhất của khung máy để lượng nhiệt dễ dàng tuần hoàn máy, phục vụ có hiệu quả, bảo vệ cuộn dây và các phần tử có liên quan đến độ ẩm Câu 15 Giới thiệu phần tử chức sơ đờ tởng thể máy phát đờng bợ khơng chởi than của hãng TAIYO(20đ) Ví dụ máy phát điện không chổi hãng TAIYO (Nhật Bản) Sơ đồ tổng thể máy phát và hệ thống tự động điều chỉnh điện áp hãng TAIYO hình 1.3 Trong đó : ACGENERATOR & EXCIETER : Phần máy phát kích từ đặt máy SWITCH BOARD: Bảng điện G : Máy phát chính CT : Biến dòng cấp tín hiệu dòng cho mạch phức hợp pha song song EX : Máy phát kích từ RT : Cuộn kháng cấp tín hiệu áp cho mạch phức hợp Si1 : Bộ chỉnh lưu quay VR : Biến trở hiệu chỉnh điện áp Si2 : Cầu chỉnh lưu silic AVR : Mạch hiệu chỉnh điện áp S1,2 : Hai bộ bảo vệ xung cho các bộ CCT chỉnh lưu : Biến dòng cấp cho mạch hiệu chỉnh F1 : Cuộn kích từ của máy phát chính : Điện trở sấy cho máy phát chính F2 : Cuộn kích từ của máy phát kích từ SP ACGENERATOR & EXCIETER SPACE HEARTER K k H1 H1 H2 H2 R L l G ISP CT SWITCH BOARD R R S S K T T k S L T l I F1 CCT ACB AUX CONT RT Si1 3A 3A 4A 4A A F2 RC S2 l k k2 k2 l2 AVR l2 B Si2 Ex xx R1 S T 1 IAVR S1 3 VR 10 Hình 1.3 Sơ đồ tổng thể máy phát đồng bộ không chổi than của hãng TAIYO Câu 12 Nguyên lý hoạt động máy phát điện đồng bộ ba pha không chổi than (20 đ) Khi động sơ cấp lai rotor của máy phát chính (động sơ cấp tàu thuỷ thường là động Diesel) chạy với tốc độ ổn định ở giá trị định mức, ban đầu máy phát có từ dư nên điện áp máy phát sẽ nhanh chóng được thành lập và tín hiệu kích từ lấy từ cầu chỉnh lưu Si2 được đưa tới cuộn kích từ F2 của máy phát kích từ Từ trường cuộn dây F rotor của máy phát quay nên tạo cuộn dây ba pha của máy phát kích từ có sức điện động pha (máy phát kích từ máy phát đồng pha) Nguồn điện xoay chiều ba pha này được bộ chỉnh lưu cầu ba pha S i1 chỉnh lưu thành nguồn một chiều cung cấp cho cuộn kích từ chính F1 tạo từ trường kích từ cảm ứng cuộn dây ba pha của máy phát G sức điện động pha, tạo lên điện áp cực của máy phát chính Câu 14 Đặc tính ngồi máy phát điện đồng pha từ phân tích nguyên nhân gây dao động điện áp (30 đ) Đặc tính ngồi mối quan hệ điện áp cực máy phát với dòng tải I KT = const, n = const cosϕ = const Ta xét cho trường hợp : - Khi tải R,L : lúc ta có đặc tính nằm kẹp đường góc ϕ = ϕ = 900 - Khi tải R,C : có đặc tính nằm kẹp đường góc ϕ = - 900 ϕ = Hình 1.4 Họ đặc tính ngồi máy phát điện đồng + Từ đặc tính ngồi ta thấy : Các máy phát xoay chiều đồng pha có thay đổi điện áp lớn trình nhận bớt tải Sự thay đổi điện áp định mức khoảng : U  ∆U dm = (40 ÷ 50)% U đm  100% = ∆U dm   Eo  + Tải thực tế máy phát xoay chiều tải hỗn hợp R L (Tải mang tính chất cảm kháng: ϕ> 0) Do IT tăng dẫn đến UMF giảm Nếu với giá trị dòng tải, giá trị cos ϕ thay đổi (Tính chất tải thay đổi) U thay đổi + Tất thiết bị điện phụ tải máy phát điện hay khí cụ trang bị hệ thống lượng chế tạo để làm việc với điện áp định gọi điện áp định mức Nếu điện áp có thay đổi giá trị cho phép nhỏ , khoảng từ (2 ÷ 3)% Uđm Nếu điện áp thay đổi lớn ảnh hưởng đến chất lượng ánh sáng, tốc độ động đến lực hút công tắc tơ, rơle Trong trường hợp U >U đm ảnh hưởng đến tuổi thọ chúng 11 Qua việc xét họ đặc tính ngồi ta thấy có ngun nhân gây thay đổi điện áp độ lớn dịng tải tính chất tải Dựa vào ngun nhân mà người ta thường chế tạo tự động điều chỉnh điện áp máy phát nguyên lý tác động nhiễu trình bày chương sau ương TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU THUỶ Câu Phân tích CN hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát tàu thuỷ (20 đ) a/ Chức - Chức tự kích (tự hình thành điện áp) - Tự động điều chỉnh điện áp có dao động điện áp - Tự đông phân bố tải vô công máy phát công tác song song câu Nêu yêu cầu Đăng kiểm hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát tàu thuỷ (20 đ) - Chế độ tĩnh: + Khi tải thay đổi từ ÷ Iđm, cos ϕ = cos ϕđm (Tốc độ quay động sơ cấp ∆n ≤ ± %nđm) ∆U ≤ ± 2,5 % + Đối với máy phát cos ϕ thay đổi từ 0,6 – 0,9 ∆U ≤ ± 3,5 % - Chế độ động: + Khi nhận tải đột ngột 60%P đm thời gian điều chỉnh tđc≤1,5 sec cos ϕ I1 → UMF ↓ IIΣ2 > IΣ1 Ikt2 > Ikt1 → UMF↑ U CC X t UI IU Bd Bd It CL F Ikt CL F Ikt kt kt a Ikt It XCC I.I U a Ikt It R K.I R Xt U U IU b b Hình 2.2 Phức hợp pha song song Hình 2.3 Phức hợp pha nối tiếp Ua I2 IIΣ2 I1 IΣ1 ϕ Uc Ub Hình 2.4 Đồ thị véc tơ cường độ dòng tải thay đổi tính chất tải khơng thay đổi Khi tính chất tải thay đổi cường độ dịng tải khơng đổi (Hình 2.5) Hình 2.5 Đồ thị véc tơ tính chất tải thay đổi cường độ dịng tải khơng đổi UA + Nhược điểm: Độ xác thấp + Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản, độ bền độ tin cậy cao IΣ1 ổn định động tốt (Khơng giao động, thời gian q độ - Có khả cườngI kích lớn tính I ϕ1 ϕ2 IΣ2 ngắn, độ điều chỉnh nhỏ) IU UC 14 UB cos ϕ1 > cos ϕ2 → UMF ↓ IΣ2 > IΣ1 Ikt2 > Ikt1 → U - Kích thước lớn: có biến dịng cuộn cảm - Khả tự kích (Để cải thiện q trình tự kích cần mắc thêm tụ điện) - Chỉ điều chỉnh với cường độ dịng tải tính chất tải Câu Trình bày nguyên lý hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện đồng pha tàu thủy (25 đ) - Một ưu nhược điểm hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu độ xác khơng cao Bởi hệ thống phức hợp pha có khả giữ điện áp ổn định hai nguyên nhân gây dao động điện áp dịng tải tính chất tải Cịn ngun nhân gây dao động điện áp thay đổi tốc độ quay diezel, thay đổi nhiệt độ cuộn dây kích từ hệ thống phức hợp pha phức hợp dịng khơng có khả giữ ổn định điện áp SS: Bộ so sánh KĐ: Bộ khuyếch đại Uo UMF CL: Bộ chỉnh lưu SS ∆ U = U0 - UMF UMF: Điện áp máy phát U0: Điện áp cho trước K§ MF CL kt Ikt Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch + Phần tử so sánh nhận tín hiệu so sánh U MF Điện áp so sánh với điện áp cho trước đưa tín hiệu sai lệch ∆U = U0 - UMF Tín hiệu sai lệch khuếch đại, sau điều khiển chỉnh lưu , từ điều chỉnh dịng kích từ máy phát Khi : UMF↓ → ∆U↑ → IKt↑ → UMF↑ UMF↑ → ∆U↓ → IKt↓ → UMF↓ + Ưu điểm hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch: - Hệ thống đơn giản, kích thước trọng lượng nhỏ - Độ xác cao - Hoạt động với tất nguyên nhân gây giao động điện áp 15 + Nhược điểm: - Ổn định động kém: Độ điều chỉnh thời gian độ lớn, khởi động trực tiếp động lồng sóc có cơng suất lớn Câu So sánh ưu nhược điểm hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu độ lệch (20 đ) Phức hợp pha + Nhược điểm: Độ xác thấp + Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản, độ bền độ tin cậy cao - Có khả cường kích lớn tính ổn định động tốt (Khơng giao động, thời gian độ ngắn, độ điều chỉnh nhỏ) UA cos ϕ1 > cos ϕ2 → UMF ↓ I ϕ1 ϕ2 IΣ1 I IΣ2 > IΣ1 IΣ2 Ikt2 > Ikt1 → UMF↑ IU - UC UB - Kích thước lớn: có biến dịng cuộn cảm - Khả tự kích (Để cải thiện q trình tự kích cần mắc thêm tụ điện) - Chỉ điều chỉnh với cường độ dịng tải tính chất tải Phức hợp dòng; + Với cấu trúc vậy, hệ thống điều chỉnh với nguyên nhân cường độ dòng tải, nguyên nhân khác hệ thống khơng điều chỉnh Chính vậy, hệ thống phức hợp dịng khơng ứng dụng nhiều Nó hay dùng kết hợp với nguyên lý độ lệch Ưu điểm hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch: - Hệ thống đơn giản, kích thước trọng lượng nhỏ - Độ xác cao - Hoạt động với tất nguyên nhân gây giao động điện áp + Nhược điểm: - Ổn định động kém: Độ điều chỉnh thời gian độ lớn, khởi động trực tiếp động lồng sóc có cơng suất lớn Câu Trình bày nguyên lý hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện đồng pha tàu thủy (25 đ) + Để lợi dụng ưu điểm nguyên lý điều chỉnh theo nhiễu nguyên lý điều chỉnh theo độ lệch , người ta xây dựng hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên lí kết hợp: - Kết hợp phức hợp pha độ lệch (Hình 2.7) - Kết hợp phức hợp dịng độ lệch (Hình 2.8) 16 Chương 10 HỆ THỐNG LÁI TỰ ĐỘNG TÀU THUỶ Phân tích vai trị hệ thống điều khiển lái tàu thủy (20đ) Trong chương đề cập đến truyền động điện hệ thống lái Trong chương đề cập đến hệ thống hệ thống điều khiển lái Hệ thống điều khiển lái đảm nhiệm chức ổn định tàu theo hướng cho trước, nhanh chóng thay đổi hướng tàu theo hướng đặt, điều động tàu vào cảng, luồng lạch,… Với tải trọng định mức, hệ thống lái phải làm việc an toàn, tin cậy điều kiện thời tiết khí hậu Ngồi việc giữ cho tàu hướng, hệ thống lái phải đảm bảo cho tàu theo đưòng gần thời gian hành trình rút ngắn Nếu hệ thống lái thực tốt chức hiệu kinh tế vận chuyển hàng hoá tăng cao, người thiết bị tàu đảm bảo an toàn Ngược lại hệ thống không đáp ứng đầy đủ chức gây hậu nghiêm trọng làm thiệt hại đến hàng hoá tàu tính mạng thuyền viên Hiện nhờ việc ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ đại, hãng sản xuất liên tục cải tiến hệ thống lái để ln thích ứng với yêu cầu cao đặt Hệ thống điều khiển lái có độ tin cậy lớn điều kiện khắc nghiệt môi trường Đó lái tự động hành trình theo quĩ đạo, tự thích nghi, tối ưu, kinh tế Nó có kết cấu gọn nhẹ, điều khiển đơn giản tính kinh tế cao Nêu yêu cầu hệ thống điều khiển lái tàu thủy (30đ) a Hệ thống điều khiển cho phép chỉnh định thông số điều kiện khai thác tàu thay đổi để đáp ứng yêu cầu chất lượng an toàn hệ thống b Biên độ dao động trung bình tàu so với hướng cho trước:  Khơng vượt q 10 sóng biển không cấp tốc độ tàu Vt ≥ Hlý/h  Không vượt từ 2-30 sóng biển lớn cấp khơng q cấp  Biên độ dao động trung bình ÷ 50 sóng biển cấp c Hệ thống lái tự động phải đảm bảo thay đổi hướng tàu Trong trình thay đổi ta phải thay đổi từ từ, lần thay đổi khoảng không 10% tổng giá trị thay đổi hướng Thực tế thay đổi khoảng 50 lần, tránh xảy lật tàu Với tàu chở chất lỏng, chở nước thay đổi hướng phụ thuộc vào tốc độ góc cho phép d Hệ thống có khả cho phép chỉnh định thống số chế độ chuyển động tàu điều kiện trạng thái mặt biển thay đổi để đảm bảo chất lượng an toàn 43 e Hệ thống phải đảm bảo điều khiển chế độ lái + Lái đơn giản dùng có cố + Lái lặp (truy theo) dùng tàu điều động thay đổi hướng + Lái tự động (tự động giữ hướng đi) dùng cho tàu hành trình biển f Hệ thống phải đảm bảo thuận lợi khai thác có người phải có tín hiệu báo động khai thác đèn còi: nguồn la bàn, nguồn máy lái, hệ thống lái tải, lệch hướng góc cho phép g Hệ thống hoạt động an toàn, hoàn thành chức quy định tàu lắc ngang 22 chu kỳ ÷ 22s chúi dọc 100 chu kỳ ÷ 10s, chịu rung có tần số ÷ 30 Hz, biên độ 0,3 ÷ 3,5 mm Trình bày cách phân loại hệ thống điều khiển lái tàu thủy theo chế độ công tác hệ thống (20đ)  Hệ thống lái đơn giản: Là hệ thống mà vị trí bánh lái khơng phụ thuộc vào vị trí tay điều khiển, bánh lái cịn di chuyển tay điều khiển cịn nằm ngồi vị trí “0” Nó dừng di chuyển tay điều khiển đưa vị trí “0”, người điều khiển phải thường xuyên theo dõi hệ thống báo góc lái để xác định vị trí thực bánh lái  Hệ thống lái lặp: Là hệ thống vị trí thực bánh lái ln ln trùng với vị trí thực tay điều khiển Hệ thống báo góc lái nhằm giúp người điều khiển kiểm tra tính xác hoạt động hệ thống  Hệ thống lái tự động giữ hướng: Là hệ thống có khả cho tàu theo hướng đặt trước không cần có tác động người  Hệ thống lái cố: Lái máy lái hệ thống lái bị điện hay hư hỏng hệ điều khiển chế độ * Các hệ thống lái tự động thực chế độ khác tự động thích nghi (tự động điều chỉnh tham số điều khiển), điều khiển tối ưu theo nhiên liệu, quảng đường (chế độ kinh tế) …4 Trình bày cách phân loại hệ thống điều khiển lái tàu thủy theo cấu tạo thiết bị điều khiển (20đ) a Hệ thống lái dùng phần tử điều khiển điện cơ: Thiết bị điều khiển có cấu tạo từ máy điện đặc biệt công suất nhỏ sensin, biến áp quay, máy phát tốc, động dị pha, khuếch đại từ… Ưu điểm loại có độ tin cậy cao, chắn, chịu tải tốt Nhược điểm kích thước, trọng lượng lớn, chế tạo phần phức tạp, khó xác Loại thường hệ cũ lái ABP (Liên xô cũ), ARM, ART (Đức), Anchutz (Mỹ)… b Hệ thống lái dùng phần tử bán dẫn vi mạch rời rạc: Thiết bị điều khiển có cấu tạo từ linh kiện bán dẫn: Transistor, IC sử dụng điều khiển tương tự Ưu điểm loại kích thước nhỏ, trọng lượng bé, cơng suất tiêu hao ít, độ tin cậy cao, xác, dễ chế tạo thay Nhược điểm trình làm việc đặc tính cơng tác phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường Thế hệ thời kỳ đầu công nghệ bán dẫn Đặc trưng cho hệ thống lái hệ là: Lái tự động Brown-X (Anh), Hokushin , Gylot PR 200 – 2600 (Nhật), Decca Arkass (Đan Mạch) c Hệ thống lái dùng vi xử lý Trong hệ thống dùng vi xử lý, vi điều khiển máy tính vào q trình tính tốn điều khiển Thực thuật điều khiển PID, thuật điều khiển tối ưu (nhiên liệu, tối ưu quảng đường ) hay luật thích nghi, mờ, nơ ron, điều khiển bền vững… Các phương pháp điều khiển điều khiển hành trình tàu theo phương pháp hiệu tự động điều chỉnh thời tiết, tự động điều khiển tàu theo toạ độ, hiển thị thông số cần kiểm tra, kết nối với hệ thống điều khiển khác… 44 Các hệ thống lái có ưu điểm kích thước gọn nhẹ, tín hiệu điều khiển sử dụng phương pháp số nên tính xác cao, thực chức có tính kỹ thuật kinh tế theo u cầu điều khiển, tiện lợi cho phép nối với máy tính để tạo mạng điều khiển từ xa tập trung, kết nối với thiết bị vô tuyến điện hàng hải JPS, Ra đa, … nhằm tự động hố q trình dẫn đường, tự động điều khiển vị trí động học (Hệ thống DP), tự động điều khiển tàu theo quĩ đạo, chương trình hiệu Loại thuộc sery đóng tàu đóng nước ta như: Hukushin PT11, Yokogawa – PT500 D, PT70… Nhật chế tạo Trình bày sơ đồ khối hệ thống lái lặp, giải tích chức khâu sơ đồ (25đ) Đối tượng điều khiển hệ thống lái lặp bánh lái Hệ thống gọi lái lặp vị trí bánh lái lặp lại giá trị đặt góc lái theo lệnh tay điểu khiển buồng lái Muốn bánh lái quay vị trí "0", người lái phải đưa tay điều khiển vị trí"0"; muốn bánh lái quay góc người điều khiển lái cần đưa tay điều khiển vị trí góc lệnh tương ứng hệ thống tự đưa bánh lái vị trí lệnh phát mà không cần thực thao tác Hệ thống thường sử dụng tàu vào luồng, tàu hành trình biển gặp sóng to gió lớn để tránh tải chế độ lái tự động Sơ đồ chức hệ thống lái lặp sau: x= K1 K1 bánh lái K KĐ TH K Hình 10.1 Sơ đồ khối hệ thống lái lặp β0: Tín hiệu đặt β: Tín hiệu phản hồi góc bẻ lái Để tạo tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi hệ thống lái lặp, người ta thường dùng phương pháp sau: Trình bày đặc điểm đối tượng điều khiển hệ thống lái tự động (15đ) Đặc điểm tàu đối tượng điều khiển có qn tính lớn so với phần tử cấu tạo nên hệ điều khiển, đồng thời chuyển động mơi trường nước với tốc độ khác nhau, chịu tác động sóng, gió, hải lưu có tải trọng khác làm tham số động lực học tàu thay đổi theo điều kiện Vì vậy: Hệ thống lái tự động phải có tín hiệu phản hồi âm cứng góc bẻ lái hệ thống hoạt động Trình bày sơ đồ khối hệ thống lái tự động giữ hướng kinh điển, giải thích chức khâu (30đ) §H NhiƠ ∆α α0 K1 K§ THTG ML nhiễu CT L α (-) (-) K4 LB Hình 10.2 Sơ đồ khối hệ thống lái tự động tàu thủy Sơ đồ khối hệ thống lái tự động (hình 10.2) α0: Góc đặt hướng cho trước α: Hướng thực tàu ∆α: Độ chênh lệch giứa hướng cho trước thực tế K1 : KĐ: Khối khuếch đại tổng THTG: ML: Máy lái; ĐH: Khâu đặt hướng cho trước β: Góc bẻ lái Khối khuếch đại tỉ lệ độ lệch hướng Khối thực trung gian LB: Phân tử cảm biến hướng tàu CT: Đối tượng điều khiển ( tàu ) 45 K4: Tín hiệu phản hồi góc bẻ lái Trình bày sơ đồ khối hệ thống lái tự động giữ hướng kinh điển, phân tích nguyên lý hoạt động (30đ) Phương trình thuật tốn điều khiển hệ thống lái tự động gồm khâu y = K1∆α - K4β Nếu khơng có tín hiệu phản hồi góc bẻ lái K4.β xuất độ lệch hướng tàu so với hướng cho trước ∆α xuất tín hiệu điều khiển y = K1∆α có góc bẻ lái β làm cho tàu quay ngược lại theo hướng lệch xuất qn tính lớn nên tàu khơng thể trở lại hướng cũ mà tiếp tục lệch; góc β lại tăng theo đạt βmax , sau tàu từ từ đổi hướng để trở hướng cũ ∆α giảm dần, y giảm dần, β giảm dần đến tàu trở hướng cũ y = 0, β = tàu lại quán tính lại lệch theo hướng ngược lại ∆α xuất ngược dấu, β xuất đổi dấu tuỳ vào quán tính tàu lớn hay nhỏ mà biên độ dao động lớn hay nhỏ Có thể thấy phản hồi góc bánh lái tàu dao động tính ổn định Có phản hồi góc bẻ lái xuất độ lệch hướng tàu K1∆α xuất K4β để y=K1∆α - K4β giảm dần Người ta lựa chọn K1 K4 cho tàu trả hướng hướng cho trước ∆α giảm theo β giảm theo β phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển y Sau vài lần dao động hướng với biên độ giảm dần tàu trở hướng cho trước (hình 10.3) α0 α ∆αmax Hình 10.3 Giải thích thuật điều khiển lái tự động giữ hướng Cấu tạo hoàn chỉnh hệ thống lái tự động giữ hướng 10 Phân tích vai trị khâu phản hồi góc bẻ lái hệ thống lái tự động giữ hướng (30đ) Vì tàu có qn tính lớn, đặc biệt tàu có kích thước trọng tải lớn, có tuyến hình khác nhau, có thay đổi đáng kể thông số động học thay đổi trọng tải, loại hàng sử dụng sơ đồ hệ thống lái tự động chất lượng hệ thống không cao Để nâng cao chất lượng hệ thống người ta thường đưa thêm khâu hiệu chỉnh song song phản hồi người ta cải thiện sơ đồ, mắc thêm khâu hiệu chỉnh nối tiếp, song song 46 K2d∆α/dt α0 ∆α K1∆α - f + y Σ + - KD TH ML β K4β K3∫∆αdt α BL CT T K5dβ/dt LB Hình 10.4 Sơ đồ khối đầy đủ hệ thống lái tự động giữ hướng hoàn chỉnh Sơ đồ khối đầy đủ hệ thống lái tự động giữ hướng hồn chỉnh (hình 10.4), đó: K1∆α: Khối tạo tín hiệu tỷ lệ góc bẻ lái K2d∆α/dt: Khối tạo tín hiệu vi phân góc bẻ lái K3∫∆αdt: Khối tạo tín hiệu tích phân góc bẻ lái LB: la bàn lấy tín hiệu phản hồi hướng thực tàu K4β: Khối tạo tín hiệu tỷ lệ góc quay bánh lái K5dβ/dt: Khối tạo tín hiệu vi phân góc quay bánh lái f: Tác động nhiễu(sóng, gió, hải lưu,…) y: Tín hiệu điều khiển hệ thống Phương trình thuật tốn điều khiển hệ thống lái tự động đầy đủ sau: y = K1∆α + K2d∆α/dt + K3∫∆αdt - K4β - K5dβ/dt Khi hướng tàu trùng với hướng đặt trước (= α0) ∆α = Giả sử nhiễu tác động làm tàu lệch khỏi hướng cho trước (α ≠ α0), hướng thực tế α tàu cảm nhận từ phản ánh so sánh với hướng lệnh cho trước α0 xuất ∆α = α0 - α ≠ Các tín hiệu tỷ lệ, vi phân, tích phân sau đưa vào khâu khuếch đại qua khối thực trung gian tác động bẻ lái đưa tàu hướng ban đầu Khi bánh lái quay xuất tín hiệu phản hồi K4β K5dβ/dt làm giảm tín hiệu điều khiển y Khi tàu trở hướng đặt trước ∆α = Trong trình tàu dần trở hướng đặt trước, tín hiệu điều khiển đổi dấu, bánh lái quay theo chiều ngược lại dần trở mặt phẳng đối xứng tàu Như mũi tàu trở hướng đặt trước đồng thời bánh lái trở mặt phẳng đối xứng Do có qn tính, tàu có xu hướng dao động vài lần sau tàu trở lại hướng ban đầu Đối với sơ đồ hoàn chỉnh : - Giảm độ điều chỉnh, thời gian độ số lần dao động hệ thống sử dụng khâu vi phân - Nâng cao tính xác sử dụng khâu tích phân Chương 11 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DIESEL 1.Định nghĩa hệ thống điều khiển từ xa diesel (15đ) Định nghĩa Hệ thống điều khiển từ xa Diesel hệ thống cho phép người khai thác điều khiển vị trí cách xa động (buồng lái hay trung tâm điều khiển) để thực trình: khởi động, dừng máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, … Diesel 47 Tuỳ theo mức độ tự động hố mà người ta phân ra: Hệ thống điều khiển từ xa hệ thống tự động điều khiển từ xa Hệ thống điều khiển từ xa diesel xem chức điều khiển từ xa người thực rời rạc theo lệnh đơn Với hệ thống loại người khai thác phải thao tác theo thuật điều khiển gần chỗ Ví dụ điều chỉnh tốc độ từ tốc độ sang tốc độ hay cần vượt qua vùng cộng hưởng phụ thuộc vào người điều khiển Chẳng hạn động làm việc chế độ chạy diesel “Full Ahead” để chuyển sang “Half Astern” người khai thác thường phải thực như: giảm tốc độ qua giai đoạn “Half” – “Slow” – “Dead slow” “0” (cắt nhiên liệu) để dừng động (Cũng chuyển tay điều khiển từ “Full Ahead” “0” trường hợp cần thiết); quan sát đồng hồ báo chờ vòng quay động giảm xuống tới tốc độ cho phép đảo chiều đưa tay đảo chiều từ tiến sang lùi; điều khiển nhiên liệu lên tương ứng với mức khởi động ; khởi động để khởi động lại động theo theo chiều lùi, nổ thành cơng dừng; kiểm tra chiều quay vòng quay động sau đưa tay điều khiển nhiên liệu tăng lên vòng quay định mức (chế độ Half Astern” ) Như hệ thống điều khiển từ xa hệ thống điều khiển hở, người khai thác đóng vai trị phần tử khép kín mạch Chính mà thao tác người vận hành khơng xác ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động hệ thống, giảm tính an tồn hiệu điều khiển động 2Định nghĩa hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel (15đ) - Hệ thống tự động điều khiển từ xa Diesel hệ thống cho phép dùng tay điều khiển tích hợp nhiều chức từ xa (đặt buồng lái hay trung tâm điều khiển buồng máy) để thực trình: khởi động, dừng máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, … Diesel với thao tác điều khiển Ở hệ thống người thao tác cần thực lệnh đơn sau hệ thống thực chức điều khiển động cách tự động Đối với hệ thống để điều khiển động từ chế độ “Full Ahead” để chuyển sang “Half Astern” người khai thác cần thực thao tác đơn giản kéo tay điều khiển từ vị trí tiến hết máy “Full Ahead” đến vị trí lùi nửa máy “Half Astern”, trình điều khiển chuyển trạng thái hệ thống tự động làm việc Như hệ thống tự động điều khiển từ xa diesel hệ thống kín, thao tác khơng xác người điều khiển bị loại bỏ, hệ thống an tồn, hiệu xác Ưu điểm hệ thống điều khiển từ xa tự động điều khiển từ xa diesel máy (20đ) - Giảm bớt số người phục vụ tàu - Thực lệnh nhanh, xác, ổn định - Đảm bảo trình điều chỉnh tốc độ láng (bằng phẳng), tránh thay đổi tốc độ diesel cách đột ngột, giảm ứng suất xung lực, nâng cao độ tin cậy tính an tồn - Đảm bảo máy ln sẵn sàng hoạt động - Cải thiện điều kiện lao động người - Cho phép tập trung hóa q trình điều khiển trung tâm điều khiển, tiến tới tự động hóa tồn tàu Nhược điểm hệ thống điều khiển từ xa tự động điều khiển từ xa diesel máy (20đ) - Do có kết cấu phức tạp nên giá thành đầu tư cao, việc sửa chữa, bảo dưỡng khó khăn cần phải có chuyên gia - Cũng từ nhược điểm mà người vận hành cần phải có trình độ chun mơn hệ thống để giải cố xẩy 5.Sự cần thiết phải hâm máy điều khiển diesel tàu thủy (15đ) a Sự cần thiết phải hâm máy 48 - Chế độ khởi động chế độ nặng nề Diesel, chuyển từ trạng thái đứng yên sang quay tiết bị mài mòn mạnh chịu ứng suất lớn Do việc khởi động lần thành công có ý nghĩa lớn việc nâng cao tuổi thọ Diesel - Việc khởi động lần thành cơng cịn giải kịp thời nhu cầu cấp tải liên tục cho Diesel Do bắt buộc phải hâm nóng máy trước khởi động Nhiệt độ máy hâm phải đảm bảo nằm khoảng t0min ≤ t0h < t0max Khoảng thực tế yêu cầu: 30 - 450 C 6.Các phương pháp hâm máy điều khiển diesel tàu thủy (15đ) + Dùng lượng điện (điện trở sấy) + Tận dụng nóng từ nồi + Năng lượng khí xả máy đèn + Nước làm mát máy đèn 7.Trình bày bước chuẩn bị khởi động động diesel hệ thống điều khiển từ xa diesel máy (25đ) a/ Bước 1: Chuẩn bị khởi động - Via máy: Nhằm tránh sức ì, chọn thời điểm khởi động thích hợp, kiểm tra máy có bị kẹt khơng, bơi trơn số chi tiết chuyển động Có tiếp điểm hành trình via máy để khống chế mạch khởi động, không cho phép khởi động máy via có đèn báo máy via - Khởi động bơm dầu bôi trơn bơm dầu bơi trơn hoạt động độc lập Cịn bơm dầu bôi trơn gắn đồng trục với động mạch báo động bảo vệ áp lực dầu thấp ngắt khởi động - Bơm nước làm mát - Chuẩn bị mạch điện: Bật công tắc cấp nguồn - Chuẩn bị mạch gió khởi động điều khiển - Chọn trạm điều khiển 8.Trình bày bước khởi động động diesel hệ thống điều khiển từ xa diesel máy (30đ) + Nếu diesel đảo chiều ta bẻ tay điều khiển theo chiều chuyển động cần thiết, tiếp điểm hành trình tay điều khiển cấp điện cho van đảo cam: - Dịch trục cam theo chiều tiến - Dịch trục cam theo chiều lùi Khi cam nằm vị trí chuyển động cần thiết (tiến lùi) tiếp điểm hành trình trục cam đóng lại để ngắt gió dịch trục cam báo đèn, trạng thái vị trí cam + Mở gío khởi động đưa gió khởi động (20 - 30 kg/cm 2) từ chai gió vào đĩa chia gió tới xi lanh động để tiến hành khởi động + Mở khoá điều tốc đưa tham số máy vị trí ứng với tốc độ (0,2 n đm), hạn chế nhiên liệu đưa vào động lúc khởi động + Kết hợp gió nhiên liệu dẫn tới trình cháy nổ động khởi động Lúc xẩy hai trường hợp máy khởi động thành công không thành công: - Nếu diesel khởi động thành cơng, xuất tín hiệu tốc độ, qua rơle tốc độ phản hồi ngắt gió khởi động, ngắt thiết bị điều khiển hạn chế nhiên liệu đưa tín hiệu bảo vệ áp lực dầu bơi trơn thấp vào hoạt động đồng thời báo khởi động thành công đèn - Nếu diesel khởi động không thành cơng ngắt gió khởi động báo trạng thái đèn: Dùng rơle thời gian, khống chế thời gian khởi động 49 + Sau tiến hành khởi động lại số lần 3÷4 lần - Nếu khởi động khơng thành cơng báo động đèn - Cũng có hệ khởi động khơng thành cơng có mạch khống chế thời gian lần khởi động để nạp gió 9.Chức đảo chiều quay Diesel lai chân vịt có bước cố định (20đ) a Đối với Diesel lai chân vịt có bước cố định Diesel lai có đảo chiều, thuật toán đảo chiều quay Diesel kết hợp hai trình dừng khởi động động theo chiều ngược lại Cụ thể, ta đưa tay điều khiển từ vị trí tiến lùi (hoặc ngựơc lại), hệ thống hoạt động sau: Hệ thống điều khiển ngắt nhiên liệu vào động cơ, làm cho tốc độ động từ từ giảm xuống, tốc độ động cịn khoảng (2÷5)%nđm hệ thống có tín hiệu dịch trục cam theo chiều ngược lại Khi cam dịch xong, có tín hiệu cấp gió khởi động động chưa dừng hẳn Mục đích để hãm nhanh động dừng bắt đầu khởi động theo chiều ngược lại Khi đảo chiều xong điều chỉnh tốc độ lại hoạt động theo chiều rời bỏ vị trí trình diễn khởi động ban đầu theo chiều cũ 10 Chức đảo chiều quay diesel không đảo chiều mà đảo chiều ly hợp (20đ) b Đối với diesel không đảo chiều mà đảo chiều ly hợp Với loại việc đảo chiều quay chân vịt tàu hoàn toàn nhờ vào hệ thống ly hợp hộp số, tiến hành qua bước sau: Khi có tín hiệu đảo chiều vào tay điều khiển hệ thống điều khiển đưa điều tốc vị trí tương ứng với vòng quay đảo chiều Khi tốc độ diesel giảm tới tốc độ cho phép đảo chiều, hệ thống đảo chiều ngắt ly hợp theo chiều quay cũ đóng ly hợp theo chiều quay Khi ly hợp chiều quay đóng xong, hệ thống lại tác động vào động secvo điều tốc để đưa nhiên liệu vào động cơ, điều khiển tốc độ động tăng tới vị trí điều khiển tương ứng theo chiều quay 11.Các yêu cầu điều chỉnh tốc độ HTDK tốc độ từ xa diesel máy (15đ) Có u cầu - Có thể đưa n diesel từ chiều quay tốc độ tới tốc độ theo yêu cầu - Có thểđiều chỉnh tốc độ n theo chương trình - Ổn định tốc độ với chế độ tải diesel 12 Trình bày chức dừng bình thường HTDK từ xa diesel máy (25đ) a Dừng bình thường Bẻ tay điều khiển từ vị trí tới vị trí stop q trình xẩy ra: + Giảm dần tốc độ động đến n = 0,2n dm cách giảm dần nhiên liệu vào động điều chỉnh khống chế tốc độ tác động vào điều tốc Thời gian giảm nhiên liệu vào động t = (15÷ 60) s + Tự động nhả li hợp tốc độ động n = ncp (nếu có li hợp) + Cắt toàn nhiên liệu vào động trình dừng thực + Tự động đưa hệ thống trạng thái đầu, để sẵn sàng cho lần khởi động 13.Trình bày chức dừng cố hệ thống điều khiển từ xa diesel máy (25đ) b Dừng cố: Có khả + Dừng cố tay người điều khiển thực nút ấn “Emergency Stop – E/S) buồng lái hay buồng điều khiển máy + Tự động dừng số thông số vượt giới hạn cho phép như: - Áp lực dầu bôi trơn thấp - Nhiệt độ nước làm mát cao - Quá tốc n ≥1,1đm 50 Quá trình dừng: Khi dừng cố phải dừng cách dùng cấu kéo nhiên liệu “0” tức - Cấp điện cho van điện từ tác động kéo nhiên liệu kết cấu hay gió tức vị trí O - Một số hệ thống có khả cắt đường dẫn khí từ tua bin tăng áp - áp dụng cho diesel có đảo chiều 14.Trình bày q trình dừng máy + khởi động động theo chiều ngược lại (30đ) c Dừng máy + khởi động động theo chiều ngược lại: Giả sử động chạy chiều tiến muốn động quay theo lùi: Bẻ tay điều khiển từ vị trí tiến lùi (khơng cần thực bước trung gian stop) Lúc hệ thống có tín hiệu điều khiển gửi tới điều chỉnh tốc độ giảm dần nhiên liệu vào động cơ, n đcơ từ từ giảm xuống nđ/c = 2÷5% nđm có tín hiệu điều khiển dịch trục cam theo chiều ngược lại (theo chiều lùi), đồng thời mở gió khởi động đưa vào động động chưa dừng hẵn, để nhanh chóng hãm dừng động khởi động lùi nhằm tăng tính động q trình đảo chiều Và sau bước khởi động động lại diễn khởi động động theo chiều tiến Khi động khởi động thành công, điều tốc lại hoạt động đưa nhiên liệu rời khỏi vị trí tốc độ động tăng dần lên, kết thúc trình đảo chiều * Đối với diesel khơng đảo chiều mà đảo chiều quay chân vịt li hộp: Đảo chiều quay nhờ li hộp, hộp số tiến hành: + Khi có tín hiệu điều khiển đảo chiều quay động từ tay điều khiển hệ thống điều khiển thực điều khiển đưa điều tốc vị trí ứng với vịng quay đảo chiều Khi nđ/cơ giảm đến ncp đảo chiều có tín hiệu đưa tới ngắt li hợp khỏi chiều quay cũ đóng li hợp theo chiều quay + Khi li hợp chiều quay đóng xong lại có tín hiệu điều khiển tác động vào điều tốc, kéo nhiên liệu để cấp nhiên liệu vào động để làm động tốc độ tăng dần theo chiều quay 15.Trình bày mục đích chức tự động kiểm tra báo động, bảo vệ Diesel phận khác hệ thống điều khiển từ xa diesel máy (20đ) a Mục đích - Nhằm đảm bảo kiểm tra thông số diesel cách tin cậy - Nâng cao tính an tồn khai thác - Giúp người vận hành nhanh chóng phát hư hỏng để loại trừ cố - Bảo vệ diesel với thơng số cần thiết 16.Trình bày yêu cầu chức tự động kiểm tra báo động, bảo vệ Diesel phận khác hệ thống điều khiển từ xa diesel máy (20đ) b Các yêu cầu chức - Số lượng thông số kiểm tra phải đạt giá trị tối thiểu để hệ thống đơn giản, mặt khác số lượng thơng số phải đủ để đánh giá trạng thái đối tượng (diesel) - Hoạt động phải xác, khơng nhầm lẫn, khơng bỏ sót - Hệ thống cần phải phát tín hiệu âm ánh sáng thông số kiểm tra vượt giới hạn cho phép hệ thống hoạt động bảo vệ, hệ thống nguồn chuyển sang nguồn cố - Tuỳ theo thiết kế tín hiệu ánh sáng phải rõ nguyên nhân cố Khi chưa nhận biết ánh sáng nhấp nháy, người “nhận biết” cố ánh sáng chuyển sang sáng bình thường tắt loại trừ cố ấn nút reset hay hệ thống tự động reset 51 Chương 12 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỒI HƠI PHỤ TÀU THUỶ Nêu loại nồi tàu thủy, vị trí nồi phụ tàu thủy (20đ) Trên tàu thuỷ thường trang bị loại nồi sau: - Nồi chính: Sử dụng tàu máy nước- phục vụ máy - Nồi phụ: Tàu chạy máy Diesel, phục vụ máy chức khác - Nồi khí thải : Là loại nồi tận dụng nhiệt lượng khí thải Diesel để hâm nóng nước phục vụ chủ yếu cho máy chính, ngồi dùng để sử dụng cho hệ thống phụ khác Nồi phụ dùng để: - Cung cấp nước có áp suất từ (4÷8)kg/cm2 cho hệ thống sấy: sấy máy, sấy dầu chạy máy chính, nước sinh hoạt, sưởi ấm cho phòng ở… - Đối với máy : Trước chạy chưa có đủ nhiệt lượng khí xả dùng nồi phụ để nhanh chóng cung cấp nước nóng cho hệ thống sấy vận chuyển dầu đốt Khi máy có nhiệt lượng khí xả đưa nồi kinh tế vào hoạt động thực mục đích - Đối với máy phụ: Cung cấp nóng để chạy máy phụ tua bin … Đối với tàu lớn thường sử dụng kết hợp nồi phụ nồi phụ thuận tiện Nó hoạt động chế độ tàu: Khi tàu đỗ chuẩn bị điều động dùng nồi phụ, tàu hành trình chuyển sang nồi khí thải hay kết hợp Tuy nhiên sử dụng nước, kể nhiệt nhiều nhược điểm + Tổn thất cao, hiệu suất sử dụng thấp + Khoảng cách vận chuyển ngắn, tốn bọc cách nhiệt + Đường ống máy móc dễ hư hỏng vận chuyển nước Phân quan điểm điều khiển nồi phụ tàu thủy (15đ) a Phân theo điều khiển nồi hơi: + Nồi với điều khiển tay + Nồi với điều khiển tự động phần hoàn toàn Phân theo công dụng nồi phụ tàu thủy (15đ) b Phân theo cơng dụng: + Nồi + Nồi phụ Các yêu cầu nồi tàu thuỷ (25đ) a Sử dụng an toàn u cầu quan trọng khơng nồi hỏng làm cho tàu không chạy được, chí gây tai nạn cho tàu, nồi tàu thuỷ thường dùng kiểu nồi cấu tạo bền, chắc, qua thử thách lâu dài b Gọn, nhẹ, dễ bố trí lên tàu nhằm tăng trọng tải, mở rộng tầm xa hoạt động tầu Do nồi dùng loại có dung tích lị lớn, suất bốc lớn, lưu tốc khí lị nhanh, số bầu nồi ít, đường kính bầu nồi ống bé để đảm bảo độ dầy trọng lượng c Cấu tạo đơn giản, bố trí nơi khơng gian thống mát, tiện việc coi sóc, sửa chữa, mục rỉ, sử dụng đơn giản người sử dụng tàu thường thay đổi ln d Tính kinh tế cao, đảm bảo hiệu suất tồn tải e Tính động cao, thời gian nhóm lị lấy nhanh, nhanh chóng thay đổi tải để thích ứng với chế độ làm việc động Khi điều chỉnh vị trí tầu, áp suất nhiệt độ nước ổn định, nhiệt độ nước cấp nồi thường biến đổi Khi cần thiết có khả tải từ 25 đến 45% Khi tầu nghiêng, lắc ngang 300, nghiêng, lắc dọc 120 bảo đảm mặt hấp nhiệt không bị nhô lên khỏi mặt nướ 52 Trình bày chức tự động cấp nước nồi (30đ) Mức nước điều khiển nước nồi giới hạn cho phép hmin1 ≤ h ≤ hmax hmin2: Báo động mức nước thấp hmin3: Báo động + dừng đốt lò mức nước thấp hmax hmin1 hmin2 hmin3 Hình 12.1 Các ngưỡng để điều khiển báo động mức nước nồi Phương trình thuật tốn điều khiển q trình tự động cấp nước nồi − B (t ) = hmin + B (t − 1) h max h ≤ hmin1 : B(t) = + 0.1 = (Bơm hoạt động) hmin1 < h < hmax : B(t) = + 1.1 = (Bơm hoạt động) hmax≤ h : B(t) = + 1.0 = (Bơm ngừng) h < hmax : B(t) = + 0.1 = (Bơm ngừng) h = hmin1 : B(t) = + 0.1 = (Bơm trở lại) Lưu ý: Nhiều hệ thống nồi có thêm mức báo động h max1 để báo động mức nước cao làm giảm thể tích sinh Trình bày chức tự động hâm dầu đốt nồi (30đ) Nồi thường dùng dầu nhẹ (DO) đốt mồi ban đầu sau chuyển sang dầu đốt, có người ta dùng trực tiếp dầu đốt (FO) để đốt lò từ đầu Dầu đốt thường có độ nhớt cao, trình phun sương khó khăn, độ bắt lửa kém, trước dầu phun vào lị dầu cần hâm nóng để giảm độ nhớt dầu Nhiệt độ hâm dầu thường cỡ (80-130 0C) Năng lượng thường dùng để hâm dầu lượng điện nóng Phương trình thuật tốn theo ngưỡng điều khiển mức nước nồi: t0 ≤ t0 ≤ t0max Để khống chế trình tự hâm dầu người ta sử dụng phần tử cảm biến rơ le nhiệt đơn dùng cảm biến nhiệt kiểu vi phân có ngưỡng Q trình hâm thực tự động tay Yêu cầu: Nhiệt độ hâm dầu phải đảm bảo thực trình đốt lị Trong q trình hâm dầu có phận kiểm tra áp lực dầu áp lực dầu đốt phải đảm bảo cho phép thực bước Trình bày trình chuẩn bị đốt nồi nồi tàu thủy (20đ) + Mức nước nồi phải đảm bảo + Nhiệt độ dầu đốt phải đảm bảo + Áp suất dầu phải đảm bảo + Quạt gió khơng có cố 53 + Tồn hệ thống khơng có cố + Vịi phun khơng bị tắc, bẩn Trình bày giai đoạn đốt nồi nồi tàu thủy (25đ) Tuần tự theo chương trình định Bước 1: Phát lệnh đốt (do người thực hiện) Bước 2: Quạt gió hoạt động, mở cửa gió, thổi khí lưu trữ, khí dễ nổ khỏi lị để đảm bảo an tồn đồng thời cấp xi cho lị Bước 3: Đóng bớt cửa gió q trình cháy dễ dàng, cấp điện cho biến áp đánh lửa, bơm dầu mồi dầu đốt hâm nóng * Nếu lị cháy thành cơng, có lửa xuất tế bào quang điện phát gửi tín hiệu đến rơ le cảm biến lửa, cấp tín hiệu đến rơ le trung gian phát lửa tác động ngắt biến áp đánh lửa (bơm dầu mồi chuyển sang bơm dầu đốt có), đồng thời đưa tín hiệu báo cháy thành cơng thiết bị chương trình dừng lại vị trí sau kết thúc q trình điều khiển, cửa gió mở lớn hơn, lượng gió phun vào lị nhiều * Nếu cháy khơng thành cơng tự động dừng đốt lị theo trình tự sau: Cắt van dầu ngừng cấp dầu vào buồng đốt Tắt biến áp đánh lửa Quạt gió tiếp tục hoạt động thêm thời gian để thổi khí lưu trữ lị để chuẩn bị cho lần đốt sau dừng; Thiết bị chương trình lại có điện hoạt động chở lại để quay trạng thái ban đầu chuẩn bị cho lần đốt sau, đồng thời có đèn báo cháy khơng thành cơng sáng Hệ thống thiết kế tự động đốt lại từ đền lần đến lần cuối đốt khơng thành cơng có tín hiệu phát báo động chung cho người trực ca biết Có hệ thống cần phải reset người vận hành q trình đốt có lỗi Trình bày chức tự động điều chỉnh áp suất nồi tàu thủy (20đ) Trong trình vận hành nồi áp suất thông số quan trọng cần điều khiển Yêu cầu đặt trình điều khiển trì áp suất nằm giới hạn cho phép (Pmin≤ P ≤ Pmax) Thông thường Pmin = - kg/cm2 Pmax = - kg/cm2 10 Trình bày thông số bảo vệ hệ thống điều khiển nồi tàu thủy (20đ) + Mức nước nồi giảm thấp → báo động + tắt lò + Nhiệt độ dầu đốt thấp cao → Báo động + tắt lò + Áp suất dầu phun khơng bình thường → Báo động + tắt lị + Quạt gió có cố → Báo động + tắt lò + Mất lửa → Báo động + tắt lị + Đốt khơng thành cơng + Áp suất q cao mà khơng điều khiển dừng đốt hệ thống có van an tồn để xả nồi ngồi 11 Trình bày thơng số báo động hệ thống điều khiển nồi thủy (20đ) + Mức nước nồi thấp ( h ≤ hmin2) → báo động đèn, còi + Mức nước nồi cao (h > hmax1) → báo động đèn, cịi 54 + Nhiệt độ khí xả cao → báo động đèn, còi + Nhiệt độ dầu đốt FO thấp → báo động đèn, còi + Nhiệt độ dầu đốt FO cao → báo động đèn, cịi Chú ý: Trong q trình vận hành nồi hơi, nồi có cố cần phải khắc phục cố để đưa thơng số trạng thái bình thường sau phải ấn nút hoàn nguyên Chương 13 HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM TRA BÁO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ TRÊN TÀU THUỶ 1.Vai trò hệ thống tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ tàu thủy (20đ Để hạn chế cố máy móc, thiết bị việc kiểm tra giám sát thông số hoạt động quan trọng Đặc biệt tàu thủy, điều kiện làm việc khắc nhiệt, số lượng người vận hành hạn chế, xa đất liền nên việc sửa chữa, thay vật tư khó khăn Tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ hệ thống tàu thủy quan trọng mức độ tự động hoá ngày cao số thuyền viên tàu ngày giảm Bởi tàu đại nay, số lượng thơng số kiểm tra lên đến hàng trăm, hàng nghìn thơng số mà kết cấu hệ thống lại gọn nhẹ nhiều so với hệ thống cũ Thiết bị thị không âm thanh, ánh sáng mà cịn lưu giữ thơng tin vào hộp đen, thị thơng số hình dự báo cố, hướng dẫn sửa chữa (trợ giúp) Hệ thống cịn có khả kết nối thơng tin “on line” (ví dụ với phịng kỹ thuật, hãng sửa chữa, cung cấp thiết bị ) thông qua mạng internet Về xử lý tín hiệu trung tâm tính tốn tiến bước xa Nó khơng vỉ rơle tiếp xúc vỉ bán dẫn trước mà trung tâm sử dụng thiết bị vi xử lý, máy tính số, mạng… Do q trình kiểm tra, theo dõi, xác định hư hỏng thực nhanh xác Hệ thống tự động kiểm tra phát triển hoàn hảo nguy hỏng hóc giảm, tuổi thọ khai thác cao, vấn đề an toàn đảm bảo 2.Phân tích chức hệ thống tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ tàu thủy (20đ) * Kiểm tra đánh giá khả công tác đối tượng thông qua thông số nó, đồng thời thực báo hiệu bảo vệ có cố * Giúp xác định nhanh chóng thơng số cố, vị trí mức độ cố nhanh chóng * Điều khiển trình tự động bảo vệ thơng số quan trọng quan trọng * Thông báo trạng thái thông số, giá trị thông số * Trợ giúp người sử dụng khắc phục nhanh chóng cố nhằm đảm bảo cho đối tượng làm việc an tồn 3.Trình bày u cầu hệ thống tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ tàu thủy (30đ) Tính xác Thể báo động không nhầm lẫn Với thơng số có tác động thời gian (như mức chất lỏng két tàu lắc ) phải có tín hiệu trễ thời gian nhỏ chu kỳ lắc tàu Tính liên tục - Khi thông số báo động (đã khẳng định cố hay chưa khẳng định cố) thơng số khác sẵn sàng báo động - Nếu thông số báo động trở giá trị bình thường tín hiệu báo cố thơng số đưa vào kiểm tra trở lại cách tự động qua nút RESET Tính chất đơn giản, gọn nhẹ Hệ thống phải có sơ đồ đơn giản, gọn nhẹ, tuổi thọ cao, làm việc tin cậy Nhờ kỹ thuật điện tử kỹ thuật số hệ thống có kết cấu gọn nhẹ Từ ta tăng thêm nhiều chức cho hệ thống 55 Kiểm tra hệ thống Hệ thống có trang bị chức “TEST” , có hai loại thử: - Thử đèn, còi - Thử hệ thống: đưa tín hiệu giả thay cho tín hiệu từ cảm biến để kiểm tra hệ thống hoạt động tốt hay không Các tiêu khác - Thuận tiện cho người sử dụng sửa chữa bảo dưỡng - Hệ thống phải có độ tin cậy cao - Đảm bảo tính mỹ thuật lắp đặt - Đảm bảo tiêu kinh tế, kỹ thuật 4.Thế mức báo động; báo động bảo vệ hệ thống tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ tàu thủy (20đ) - Báo động (dự báo) cho người vận hành: Thông số giới hạn mức cảnh báo (dự phòng) mà chưa cần bảo vệ gửi tín hiệu đến mạch báo động đèn cịi Cụ thể có cố đèn nháy, còi kêu, khẳng định cố đèn sáng, còi thơi kêu - Báo động bảo vệ: Khi có tín hiệu giới hạn mức nguy hiểm mà người vận hành khơng xử lý kịp thời sau thời gian trễ cho phép có tín hiệu bảo vệ thiết bị để tránh hỏng hóc 5.Các hình thức tạo tín hiệu bảo vệ báo động hệ thống tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ tàu thủy (20đ) Để người sử dụng xác định mức độ cố cách dễ dàng thường hệ thống báo, thông số xuất đèn xanh để báo trạng thái bình thường - Khi thông số đạt giá trị phải báo động có đèn đỏ sáng nhấp nháy Kết hợp đồng thời với cịi chng vị trí cần thiết - Khi người trực ca biết ấn nút khẳng định cố thong số bị cố đèn đỏ sáng liên tục, cịi chng tắt - Khi thơng số báo động trở giá trị bình thường thơng số đưa vào kiểm tra cách tự động nút Reset Các chức thử hệ thống tự động kiểm tra, giám sát bảo vệ tàu thủy (20đ) Để kiểm tra hoạt động bình thường thiết bị hệ thống hệ thống phải trang bị chức thử sau đây: - Thử hệ thống tự động kiểm tra - Thử đèn còi báo động - Báo đứt chạm chập cáp - Báo hỏng thiết bị bên hệ thống Những yêu cầu kết cấu nguồn cung cấp hệ thống tự động kiểm tra (20đ) - Các phần tử thiết bị tự động phải thử để xác định khả làm việc chúng điều kiện tàu chịu tác động chấn động khí, va đập khí, trạng thái nghiêng chòng chành ngang, độ ẩm cao, nhiệt độ thấp cao, rỉ mốc thiết bị thường xuyên công tác điều kiện nhiệt đới, … - Khả làm việc tin cậy kể khơng khí có độ ẩm tương đối lớn - Nguồn cung cấp cho hệ thống điều khiển máy hệ thống tín hiệu báo cố phải cung cấp hai đường dây độc lập Một đường dây phải lấy trực tiếp từ bảng điện qua biến áp Đường dây cịn lại từ thiết bị phân phối điện bảng phân phối dùng cho nhu cầu điện quan trọng 56 - Khi cung cấp điện cho thống điều khiển máy phụ riêng biệt từ dây cung cấp cho truyền động cần đảm bảo khả đưa máy dự trữ vào hoạt động trường hợp nguồn mạch truyền động máy hoạt động - Các hệ thống tự động kiểm tra điện điện tử phải trang bị thiết bị an toàn, đảm bảo tách mạch điện cách tin cậy mạch điện chung tàu mạch bên thiết bị tự động - Mạch điện điện tử hệ thống tự động kiểm tra phải bảo vệ để ngắt điện có chọn lọc phận hư hỏng hệ thống - Để nối thiết bị điện điện tử hệ thống tự động kiểm tra cần dùng cáp điện có tiết diện khoảng nhỏ 0,75 mm2 - Việc hẳn phần nguồn cung cấp hệ thống tự động kiểm tra không dẫn đến tình nguy hiểm - Các hệ thống tự động cần chế tạo từ phần tử thiết bị cho thay phần tử thiết bị khác loại mà không ảnh hưởng đến khả làm việc hệ thống khơng địi hỏi điều chỉnh phức tạp - Trong trường hợp sử dụng thiết bị đòi hỏi làm mát cần phải có biện pháp bảo vệ làm mát bị hỏng 8.Phân biệt hệ thống dự báo trước cố (alarm), bảo vê cố, hệ thống báo (25đ) a Hệ thống dự báo trước cố (alarm) Hệ thống tín hiệu dự báo trước cố cần phát tín hiệu khi: Các thơng số cần kiểm tra nằm ngồi giá trị giới hạn cho phép cần báo cho người vận hành Hệ thống tín hiệu báo trước cố phát tín hiệu ánh sáng âm b Hệ thống bảo vệ: Trước hệ thống bảo vệ hoạt động, phải phát tín hiệu báo động Hệ thống cần thiết kế cho thông số kiểm tra vượt giá trị giới hạn, thiết bị bảo vệ đưa trạng thái an toàn giữ lại thời gian định Hệ thống bảo vệ Diezel, hệ thống bảo vệ nồi hệ thống bảo vệ khác theo yêu cầu Đăng kiểm cần phải độc lập với hệ thống tín hiệu báo trước cố hệ thống bảo, kể cảm biến c Các hệ thống báo - Các dụng cụ báo phải thiết kế cho người vận hành thu nhận thông tin cần thiết đơn vị đại lượng vật lý đo mà khơng cần tính chuyển đổi - Nếu để kiểm tra thông số mà sử dụng hệ thống kiểm tra trung tâm có ghi lại số liệu cần phải tính đến tốc độ thay đổi giá trị hệ thống thiết lập tốc độ ghi - Nếu sử dụng hệ thống kiểm tra trung tâm phải thiết kế cho hư hỏng xảy mạch báo tự ghi không gây ảnh hưởng đến mạch báo trước, điều khiển bảo vệ - Các mạch hệ thống kiểm tra trung tâm bị hư hỏng cần báo tín hiệu ánh sáng âm 57 ... lửa điện gây nhiễu loạn cho các thiết bị vô tuyến điện - Thường đột nhiên mất kích từ tiếp xúc không tốt đó mất điện toàn tàu - Khó khăn quá trình tự kích ban đầu điện. .. phát điện tàu thuỷ trạm phát điên xoay chiều máy phát điện máy phát điện xoay chiều pha Máy phát điện xoay chiều gồm máy phát điện đồng bộ, dị bộ Tuy nhiên chỉ có máy phát điện. .. tiếp xúc lớn - Chi phí và tốn công bảo dưỡng vành trượt và chổi than Ngày nay, yêu cầu kỹ thuật cũng vấn đề cung cấp lượng điện cho tàu thuỷ ngày càng cao nên động