Внимание: опыт

Автоматизированный дозатор воды в топливо (Канд. техн. наук Исаков А.Я., канд. техн. наук Черноморцев Е.Т., канд. техн. наук Филев В.С., Петропавловск-Камчатское высшее инженерное морское училище) (УДК 662.6.004.18:621.18)

Как показал опыт эксплуатации проточных кавитационных смесителей ПКС-4 в топливных системах вспомогательных котлов на судах БПО "Даль- рыба", основной недостаток использующихся систем подготовки и сжигания водотопливных эмульсий (ВТЭ) на основе судовых жидких топлив и нефтьсодержащих вод заключается в необходимости ручной регулировки объемного содержания воды в топливе. Особенно это проявлялось при изменении режимов работы котлов, а также при их остановках и пусках.

Указанный недостаток возможно устранить путем дооборудования систем получения ВТЭ автоматическим дозатором воды в топливе АДВТ, разработанным в Петропавловск-Камчатском высшем инженерном морском училище по заданию БПО "Дальрыба".

Дозатор состоит из двух функциональных блоков - гидравлического и электронного. Структурная схема гидравлического блока представлена на рис. 1. Этот блок представляет собой две герметические емкости. В емкость 10 объемом 20 л подается из расходной цистерны жидкое котельное топливо, в емкость 12 объемом 5 л - нефтьсодержащие льяльные воды. Подача в дозатор топлива и воды осуществляется самотеком, через магистральные трубопроводы 4 и 6, оборудованные запорной арматурой, позволяющей в случае эксплуатационной необходимости исключить АДВТ из системы топливоподготовки.

Экспериментальные данные, полученные при опытной эксплуатации аппаратов типа ИКС, и теоретические исследования процесса горения ВТЭ показали, что основным условием постоянства во времени объемного содержания воды в эмульсии при использовании ИКС является необходимость поддержания на их входе равенства давлений топлива и воды. В АДВТ это достигается путем использования при подаче в дозатор воды и топлива дифференциальных напорных клапанов 7 роторного типа, снабженных поплавковыми системами S, обеспечивающими постоянство величин давлений топлива Р₂ и воды Р₄ в емкостях гидравлического блока независимо от давлений топлива P₁ и воды Р₃ на входе. Заданный с помощью предусмотренной регулировки относительного положения поплавковых систем уровень топлива и воды в емкостях 10 и 12 автоматически поддерживается постоянным при расходах топлива до 1,2м³/ч, воды - до 0,3 м³/ч. Объемное содержание воды в топливе регулируется и поддерживается на заданном уровне посредством плунжерного регулятора расхода 9, установленного в емкости 12, включающего в себя неподвижную гладкостенную цилиндрическую гильзу и перемещающийся в вертикальном направлении плунжер. Гильза регулятора снабжена вертикальной щелью 11, площадь которой однозначно определяет расход воды. Таким образом, вертикальное перемещение плунжера обеспечивает линейное регулирование расхода воды. Регулирование положения плунжера относительно щели, имеющей длину 35 мм и ширину 2 мм, осуществляется реверсивным редукторным двигателем 5 типа РД-09, имеющим механическую связь с плунжером посредством штока, шарнирно связанного с гайкой, ходового винта и муфт.

Рис. 1. Структурная схема гидравлического блока

В основу автоматического регулирования и поддержания на требуемом уровне количества воды в топливе положен ступенчато-непрерывный метод, реализованный посредством дифференциальной мостовой схемы постоянного тока 2.

В управляющее плечо моста включен линейный круговой прецизионный резисторный датчик R₁ типа ПТПП, механически связанный с осью исполнительного механизма - автомата горения 1 судового вспомогательного котла (например, КВС-30/11 А), угловое положение которого определяет количество топлива, подводимого к форсункам. Падение напряжения на датчике R₁ пропорционально расходу топлива, установленному на штатном пульте управления вспомогательным котлом. Управляемое плечо моста также выполнено в виде резисторного датчика R₂, расположенного в гидравлическом блоке дозатора и механически связанного со штоком, перемещающим плунжер. При разбалансе мостовой схемы, выполненной на операционных усилителях, работающих в компараторном режиме, подается электрическая команда в блок управления 3, который приводит в действие электродвигатель 5 до достижения равенства напряжений на R₁ и R₂. Таким образом, осуществляется непрерывное поддерживание заданного расхода воды через щель 11 в зависимости от количества топлива, потребляемого форсунками котла. Очевидно, что последнее обстоятельство приводит к постоянству объемного содержания воды в эмульсии, производимой проточным кавитационным смесителем 13.

Схемное решение моста предусматривает его питание ступенчатым напряжением, что обусловливает установку плунжера в пяти фиксированных положениях. Опорные питающие напряжения подобраны таким образом, чтобы площадь щели обеспечивала объемную концентрацию воды в топливе ср=0,2; 0,15; 0,1; 0,05 и 0,03.

Рис. 2. Функциональная схема электронного блока

Электронная схема управления выполнена в виде отдельного блока, упрощенная функциональная схема которого приведена на рис. 2. Электронный блок состоит из мостовой схемы 1, источника опорных питающих напряжений 2 с кнопочным переключателем и устройства автоматического отключения подачи воды при пусках и остановках котла. Схема отключения работает следующим образом. На один из входов операционного усилителя 3, работающего в компараторном режиме, подается напряжение с датчика R₁, отслеживающего угловое положение исполнительного органа автомата горения, на второй вход подается опорное напряжение U₀. Величина выбрана таким образом, чтобы срабатывание компаратора происходило при выходе котла на рабочий режим, т. е. при потреблении штатного котельного топлива на уровне 30 % номинального. Выход компаратора через согласующее устройство 4 соединен с блоком управления питанием электродвигателя 8. При напряжении на датчике R₁, меньшем U₀, плунжер полностью перекрывает щель, предотвращая тем самым попадание воды в систему топливоподготовки. Компаратор 7 и согласующее устройство 6 обеспечивают управление электродвигателем 5 в рабочем режиме.

Электронный блок, кроме того, снабжен стрелочными индикаторами относительно расхода топлива и воды, а также световой и звуковой сигнализацией включения и выключения системы подачи воды. Конструкция АДВТ предусматривает включение пульта дистанционного управления, состоящего из индикаторов расхода, переключателя степени обводненности топлива, а также электронного блока и проточного кавитационного смесителя, кнопками "стоп - пуск".

Гидравлический блок АДВТ располагается на одной из переборок машиннокотельного отделения судна в непосредственной близости от ПКС-4 на высоте 200÷500 мм относительно уровня входных патрубков ИКС. Гидравлический блок в рабочем состоянии имеет следующие размеры: высоту - 475 мм, ширину- 255 мм, длину - 445 мм и массу - более 40 кг. Электронный блок с размерами 250Х300Х100 мм и массой 10 кг также располагается на переборке вблизи пульта управления вспомогательным котлом.

Опытный образец АДВТ прошел лабораторные и сдаточные испытания на БМРТ пр. 394, его применение на судах флота рыбной промышленности согласовано с Северо-восточной инспекцией Регистра СССР.