第十一章艙室輔助機械的電氣控制

本章概述船舶艙室輔助機械的電氣控制是現代自動化船舶的重要組成部分，涉及的面較廣。本章選取幾個典型的船舶電氣自動控制系統進行分析和探討，主要包括泵浦的自動切換控制電路、空壓機的自動控制和船舶輔鍋爐的電氣自動控制。第十一章艙室輔助機械的電氣控制本章主要講解內容第一節泵組自動切換控制電路分析第二節空壓機控制電路分析第三節船舶輔鍋爐的電氣自動控制第一節泵組自動切換控制電路分析

為主機服務的燃油泵、滑油泵、冷卻水泵等主要電動輔機，為了控制方便和工作可靠均設置兩套機組。不僅能在機組旁控制，也能在集中控制室進行遙控；而且在運行中泵系統出現故障時能實現機組的自動切換，使備用機組立即起動投入工作，以保證主機處于正常工作狀態。

圖11-1為某輪泵的自動切換控制線路原理圖

一、機組的手動操作二、機組的自動切換操作返回返回圖11-1泵的自動切換控制線路原理圖第二節空壓機控制電路分析

現代化船舶柴油主機和柴油發電機的功率越來越大，起動能源主要依靠高壓空氣。同時在船舶的其它系統中也廣泛的應用。例如用于主機的控制空氣、用于其他自動控制系統中的氣動元件的壓縮空氣、船用汽笛以及船舶雜用空氣等。因此，船舶空氣壓縮機系統是船舶輔機系統的重要組成部分。在船上船舶空壓機一般都設有兩套機組，并設計成為互為備用的系統，可同時使用，也可單獨使用。圖11-2（a）、（b）、（c）為某輪無人機艙自動化船舶主空壓機系統電氣原理圖。返回控制回路變壓器QS01KMFRMFU49695T1T2FU5FU62*22*02*0電源回路電流表空壓機電動機1M空壓機電機2QS主開關3KM主接觸器4FR熱繼電器5KT1時間繼電器6KT2時間繼電器7KT3時間繼電器8KA3輔助繼電器9KA4輔助繼電器10KA5輔助繼電器11A電流表12rh計時器13S0主、備用轉換開關14S1手動-自動轉換開關15S2控制位置轉換開關16S3遙控手動-自動轉換開關17S4復位按鈕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保險絲26KP1壓力開關27F12溫度開關28KP3壓力開關29Y3泄放閥A圖11-2（a）返回圖11-2（b）圖11-2（c）一、空壓機“手動”起動二、空壓機“手動”停止三、空壓機控制系統的保護措施1．空壓機低油壓停車2.空壓機高溫停車3.空壓機高溫停車4.空壓機自動控制過程5.空壓機的“遙控”控制過程

第三節船舶輔鍋爐的電氣自動控制

船舶輔鍋爐是船舶動力裝置的重要組成部分。在柴油機提供推進動力的船舶上，輔鍋爐產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。為了提高機艙的自動化程度，輔鍋爐的全自動控制是不可缺少的。對于小型輔鍋爐，由于產生的蒸汽主要供主機暖缸、加熱燃油以及日用生活用，故對蒸汽參數的穩定性要求不高，一般采用雙位控制或比例調節，允許蒸汽壓力在設定范圍內波動，實現有差調節。而對于大容量的油輪輔鍋爐，因為加熱貨油、驅動貨油泵、蒸汽輔機以及洗艙的需要，多采用比例--積分環節，使蒸汽壓力基本穩定在設定值，實現無差調節。返回一、船舶輔鍋爐電氣自動控制系統的主要環節

不管采用何種類型的鍋爐，其自動控制環節是類似的。概括地講，輔鍋爐的自動控制環節主要包括：水位自動調節、蒸汽壓力自動控制、燃燒程序控制以及警報和保護環節。

圖11–3是船舶輔鍋爐電氣自動控制系統框圖。圖11-3船舶輔鍋爐電氣自動控制系統框圖1-蒸汽壓力傳感器；2-供油電磁閥；3-點火變壓器；4-火焰傳感器；5-鍋爐水位傳感器1．鍋爐水位的自動調節

鍋爐的工作水位在安全水位以上，是燃燒系統自動點火起動的必要條件。鍋爐的工作水位降至最低水位時，水泵應能自動起動補水；升至最高水位時水泵應自動停止補水；水位降到極限低水位時應能發出聲光報警信號，并使整個系統停止工作。

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節器、電極式水位傳感器以及參考水位罐檢測水位裝置三種，由此構成了不同的水位自動控制系統。（1）電極式水位調節系統

圖11–4所示是一種電極式水位調節系統。（2）浮子式水位調節系統

圖11–5是磁性浮子式水位調節器。（3）參考水位罐水位檢測系統

圖11–6是采用參考水位罐的水位檢測系統。圖11-4電極式水位調節系統返回返回圖11-5磁性浮子式水位調節器1-浮子；2-支點；3-磁鐵；4-調節板；5、8-定位釘；6-觸磁鐵；7-電觸點圖11–6采用參考水位罐的水位檢測系統1-鍋爐；2-參考水位罐；3-測量水位管；4-參考水位管；5-差壓變送器返回

2．蒸汽壓力的自動控制鍋爐氣壓穩定的前提是必須保持蒸發量和送汽量能量的平衡。燃燒過程自動調節的主要任務是使鍋爐汽壓維持在規定值或是在規定的允許范圍之內；同時為了保證燃燒良好，必須使供風量與供油量相適應。蒸汽壓力的自動控制主要有雙位控制和比例控制兩種。（1）雙位控制系統燃燒系統的雙位控制，就是汽壓上升至設定值上限時，停止燃燒；而汽壓下降至設定值的下限時，點火燃燒。采用雙位控制系統，鍋爐的點火和熄火比較頻繁。如圖11–3所示，鍋爐內的蒸汽壓力作用于壓力雙位調節器，實際上它是一個壓力繼電器（如圖11–7示）。只有蒸發量小、負荷較穩定的鍋爐比較適宜采用雙位自動控制系統。對于貨輪輔助鍋爐，由于產生的蒸汽僅用于加熱燃油、滑油以及日用生活用，它的蒸發量小（一般小于5t／h）、蒸汽壓力低（一般低1MPa），對蒸汽壓力的波動要求不高，一般都采用雙位控制。

為了彌補雙位自動控制系統只有最大和零兩種輸出的特點，可采用多位調節系統。其特點主要是除了設置一個具有相當于鍋爐高負荷噴油量的主噴油器外，還配置了一個相當于鍋爐低負荷噴油量的輔助噴油器（甚至還有主噴油器帶兩個可切換使用的噴油器），輔助噴油器一般兼作點火噴油器，各噴油器配合不同的風量運行時，可有不同的產汽量。采用多位調節系統可以使鍋爐不須經常點火和熄火，提高了運行安全性。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–差動值指針；11–接線柱圖11-7YD-651型壓力繼電器（2）比例控制系統對于用汽量比較大的船舶，特別是大容量的油輪，因為加熱貨油、驅動貨油泵、鍋爐給水泵等蒸汽輔機以及洗艙都需要大量蒸汽，鍋爐的蒸發量大，需要汽壓穩定，故其蒸汽壓力的自動控制多采用比例---積分環節，使噴油量與供汽量相適應，并使噴油量和供風量保持固定比例關系，使汽壓基本穩定在設定值，實現無差調節。

圖11–8是比例控制系統方框圖。圖11–9是比例控制系統結構圖。該調節系統的基本組成部分是一個壓力比例調節器YBT和一個由比例調節器控制的電動比例操作器DBC，同時調節回油閥和風門擋板。

圖11–10是壓力比例調節器的原理圖。返回圖11-8比例控制系統方框圖返回圖11-9比例控制系統結構圖返回1–平衡杠桿；2–滑動觸點；3–波紋管；4–電位器；5–主彈簧；6–調整螺釘；圖11-10壓力比例調節器原理圖3．燃燒的程序控制

鍋爐的程序控制是指對鍋爐的起動和停止按預先設定好的時間順序進行的自動控制，它屬于時序程序控制系統

圖11–11是船舶鍋爐的典型程序控制方案框圖。

在程序控制系統中，其主要元件包括信號發送器、時序控制器，點火變壓器及點火電極和火焰傳感器。圖11-11船舶鍋爐的典型程序控制方案框圖返回（1）信號發送器

信號發送器包括手動信號發送器和自動信號發送器。前者一般采用按鈕和選擇開關。后者采用各種自動繼電器（俗稱開關），如壓力繼電器、溫度繼電器、液位繼電器等。用它們來接通或斷開控制電路，以完成程序控制的起動和停止。（2）時序控制器

時序控制器是輔助鍋爐程序控制的核心部分。它根據起動信號發送器送出來的電信號接通或切斷電路，或根據規定的時間來接通或切斷電路。目前時序控制器有有觸點控制器、無觸點控制器、可編程序控制器和微型計算機控制器。

a、有觸點時序控制器：船上用得較多的主要有多回路時間繼電器和凸輪式時間繼電器兩種，它們的工作原理類似。圖11–12是多回路時間繼電器的結構簡圖。圖11–12多回路時間繼電器的結構簡圖1-微型同步電機；2-電磁線圈離合器；3-減速器；4-標度盤；5-復位彈簧；6-爪形塊；7-電觸點返回

b、無觸點時序控制器：無觸點時序控制器是利用晶體管的開關特性，使晶體管工作在飽和或截止狀態，從而控制繼電器通電或斷開。延時作用是根據電容充放電原理組成的RC延時環節來實現的，其工作原理如圖11–13所示。（A）單管延時釋放電路（B）繼電器延時通電電路圖11-13晶體管延時開關電路（3）點火變壓器及點火電極船用的自動點火裝置，大部分通過點火變壓器，將380V的交流電壓升至8000V或10000V，然后在點火電極兩端利用高壓電尖端放電。產生火花點火。點火電極是兩根為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點火裝置的結構示意圖1–點火電極；2–點火噴油嘴；3–主噴油嘴（4）火焰傳感器火焰傳感器用于監測爐膛內有無火焰，以便在鍋爐起動點不著火或正常燃燒突然熄火時的報警和執行停爐保護程序，它是保證鍋爐可靠運行的關鍵。輔助鍋爐中常用的火焰傳感器主要有光敏電阻、光電池和紫外線檢測管。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成。光敏電阻的主要特性是接受光照射時其電阻值很小，無光照時其電阻值很大。圖11–15是用光敏電阻組成的火焰傳感器。光敏電阻監視火焰的電路原理如圖11–16所示。圖11–15光敏電阻火焰傳感器1–光敏電阻；2–磨沙玻璃；3–耐熱玻璃返回返回圖11-16光敏電阻火焰監視電路原理圖b、光電池光電池實際上也是一種半導體器件。它是利用有光照射后兩電極之間產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，當它接受光照射時，正負極之間將會產生小于1V的電壓，經過放大器MV后足以使繼電器FR動作。圖11–17（B）采用2CR11型光電池，當它接受光照射時，光電池兩極之間將會產生0.5V的電壓，經過晶體管放大后使繼電器J動作。光電池使用壽命長，而且它的光譜敏感范圍僅限于可見光，而不是紅外線，這對火焰的監視是合適的，因此現在在船上用得越來越多。返回圖11-17光電池控制電路原理圖c、紫外線檢測裝置

圖11–18是它的結構示意圖。管泡是用能透過紫外線的石英玻璃制成，泡內充以惰性氣體，兩個電極對稱放置。當陰極接受到足夠數量的紫外線時，就有光電子發射出來。在外電場的作用下，光電子加速運動使惰性氣體電離，管子導通；若無光照射，紫外線管截止。紫外線管的優點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紫外線檢測裝置結構示意圖1–電極；2–引腳；3–石英玻璃泡；4–基座；5–管腳返回4．警報及保護環節

在輔助鍋爐運行過程中，為了達到安全、可靠、無人