Tự động chuyển đổi giữa chế độ tải nặng và tải quan trọng

1. Tổng quan về chức năng truy vấn tải nặng

Trên các tàu hiện đại, các tải trọng công suất lớn với công suất đơn máy lên đến hàng trăm kilowatt hoặc thậm chí hàng nghìn kilowatt đã trở nên phổ biến, chẳng hạn như hệ thống đẩy, hệ thống đẩy bên, máy cuộn cáp lớn, bơm chữa cháy lớn và một số tải trọng động lực đặc biệt trên tàu công trình, công suất của chúng thậm chí có thể so sánh với công suất đơn máy của máy phát điện. Để khởi động tải trọng lớn như vậy, trước tiên cần kiểm tra xem dự trữ công suất hiện có trong nhà máy điện của tàu có thể đáp ứng yêu cầu khởi động và vận hành tải trọng lớn hay không. Nếu không thể đáp ứng yêu cầu khởi động và vận hành tải trọng lớn, thì trước tiên cần khởi động máy dự phòng, đồng bộ hóa máy, và chỉ khi xác nhận dự trữ công suất đủ mới cho phép tải trọng lớn đó kết nối với lưới điện. Đây chính là chức năng yêu cầu tải trọng lớn.

Để thực hiện chức năng yêu cầu tải nặng, tín hiệu từ nút “Khởi động” trên hộp khởi động tải công suất lớn không được truyền vào mạch điều khiển trong hộp điều khiển, mà được truyền vào hệ thống quản lý trạm phát điện tự động. Hệ thống quản lý sẽ đánh giá xem có cần khởi động máy dự phòng hay không. Chỉ khi có đủ công suất dự trữ trên lưới điện, hệ thống quản lý mới phát lệnh khởi động tải công suất lớn, cho phép tải công suất lớn hoạt động.

Mạch khởi động được hiển thị trong Hình 2-9. Trong mạch khởi động ban đầu, tiếp điểm “cho phép khởi động” được nối tiếp. Cặp tiếp điểm này có thể được cung cấp trực tiếp bởi hệ thống điều khiển tự động hoặc thông qua rơle mở rộng. Do hệ thống điều khiển tự động thông thường chỉ xuất ra một cặp tiếp điểm, nên trong bộ khởi động được lắp đặt một rơle mở rộng K₂. Nút khởi động S₂ có hai cặp tiếp điểm thường mở, một cặp dùng để khởi động, một cặp dùng để yêu cầu khởi động. Khi công tắc chọn yêu cầu S₃ được đặt ở vị trí “yêu cầu”, nhấn S₂, mạch khởi động sẽ không hoạt động do cuộn dây K₂ không được kết nối, tiếp điểm K₁ sẽ không hoạt động; khi mạch yêu cầu được kết nối, yêu cầu khởi động sẽ được gửi đến hệ thống điều khiển tự động. Khi cho phép khởi động, tiếp điểm đầu ra tương ứng của hệ thống điều khiển tự động sẽ đóng lại, cuộn dây K₂ được cấp điện và hoạt động, đèn báo sáng, biểu thị có thể khởi động, nhấn lại nút khởi động S₂, cuộn dây K₁ được cấp điện và hoạt động, động cơ khởi động và chạy. Đồng thời, tiếp điểm thường đóng phụ của K₁ hoạt động và ngắt mạch hỏi, tránh hỏi lại trong khi đang chạy.

II. Chức năng hỏi lại tải trọng

Quá trình trình diễn truy vấn tải nặng trên trình mô phỏng như sau:

(1) Cài đặt trạng thái 1: Nhà máy điện ở trạng thái tự động, vận hành đơn lẻ, gần đạt tải 60%.

Nhấn nút yêu cầu tải nặng của tải mô phỏng, khi công suất dự trữ của lưới điện không đủ, đèn báo màu vàng nhấp nháy cho biết cần chờ trạm phát điện đồng bộ; quan sát quá trình khởi động tự động, đồng bộ tự động và chuyển tải tự động của tổ máy; sau đó đèn báo màu vàng tắt, tải được tự động đưa vào, đèn báo màu xanh sáng lên. Trong quá trình này, cần quan sát kỹ quá trình thay đổi tải của lưới điện tại thời điểm tải được đưa vào.

(2) Cài đặt trạng thái 2: Nhà máy điện ở trạng thái tự động, hai máy song song, mỗi máy mang tải nhỏ hơn 50%.

Nhấn nút yêu cầu tải nặng của tải mô phỏng, công suất dự trữ của lưới điện đủ, khởi động trực tiếp tải, đèn báo màu xanh lá cây sáng.

3. Tự động chuyển đổi tải trọng quan trọng

Các hệ thống quan trọng trên tàu, như hệ thống bôi trơn động cơ chính và hệ thống nước biển chính, phải đảm bảo hoạt động liên tục trong các điều kiện vận hành tương ứng. Ngoài việc trang bị hai bộ thiết bị động lực cho các hệ thống này, chúng còn phải có chức năng chuyển đổi tự động, để khi thiết bị đang hoạt động gặp sự cố, bộ thiết bị còn lại có thể tự động khởi động, đáp ứng nhu cầu vận hành của tàu. Dưới đây là ví dụ về chức năng chuyển đổi tự động của bơm dầu bôi trơn động cơ chính.

1. Cấu trúc hệ thống và quy trình làm việc

Hệ thống chuyển đổi tự động bơm dầu bôi trơn động cơ chính tàu thủy, chủ yếu bao gồm hai phần chính là bơm dầu bôi trơn và bộ phận điều khiển, như hình 2-10. Trong đó, cần lắp đặt một công tắc áp suất trong đường ống bơm, bộ phận điều khiển bao gồm mạch điện điều khiển chung PLC.

Sơ đồ mạch điều khiển chuyển đổi tự động giữa bơm dầu chính và bơm dầu dự phòng được hiển thị trong Hình 2-11. Quy trình hoạt động như sau: Khởi động thủ công bơm dầu số 1, bơm dầu số 2 được đặt ở chế độ tự động. Bơm dầu số 1 là bơm chính, bơm dầu số 2 là bơm dự phòng. Chỉ khi bơm chính hoạt động, bơm dự phòng mới có thể ở trạng thái dự phòng (lúc này bơm dự phòng được đặt ở chế độ tự động).

Chức năng 1: Sau khi bơm chính khởi động, bơm dự phòng sẽ chuyển sang trạng thái tự động. Khi PLC phát hiện tín hiệu hoạt động của bơm chính, bơm dự phòng sẽ hiển thị tín hiệu “Dự phòng”. Khi tín hiệu áp suất thấp của công tắc áp suất duy trì trong 10 giây, bơm dự phòng sẽ khởi động và bơm chính sẽ ngừng hoạt động (bơm chính báo lỗi).

Chức năng 2: Khi bất kỳ bơm nào đang hoạt động, nếu thanh dẫn điện trên bảng phân phối điện bị mất điện, sau khi cấp điện lại, bơm sẽ tự động khôi phục trạng thái hoạt động trước khi mất điện trong vòng 20 giây (chức năng này không bị ảnh hưởng bởi công tắc áp suất và chế độ tự động).

2. Nguyên lý và điều chỉnh công tắc áp suất

Chuyển đổi tự động của bơm dầu chính thường sử dụng công tắc áp suất làm tín hiệu kích hoạt.

Dưới đây là ví dụ minh họa bằng bộ điều chỉnh áp suất loại YT-1226. Hình 2-12 cho thấy sơ đồ cấu tạo của bộ điều chỉnh áp suất loại YT-1226. Áp suất P của tín hiệu đầu vào được đo được truyền đến buồng đo, được chuyển đổi thành tín hiệu lực thông qua ống uốn và tác động lên đòn bẩy so sánh, tạo ra mô-men đo. Ngoài ra, trên đòn bẩy còn có mô-men lực định mức do lò xo định mức tạo ra và mô-men lực chênh lệch do lò xo chênh lệch tạo ra.

Khi áp suất tín hiệu đầu vào P ở mức giới hạn dưới của áp suất, cần so sánh ở vị trí ngang. Lúc này, tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh 1 và đóng với tiếp điểm tĩnh 2. Lúc này, giữa vít tác động và đĩa lò xo chênh lệch có một khoảng trống nhất định, lò xo chênh lệch không tác động lên cần. Khi áp suất P tăng, cần so sánh xoay ngược chiều kim đồng hồ quanh điểm tựa, làm cho khung dưới của lưỡi dao chuyển sang trái thông qua cánh tay điều khiển, nén lò xo nhảy thông qua lưỡi dao, tích trữ năng lượng đàn hồi. Đồng thời, khoảng cách giữa vít tác động và đĩa lò xo dao động dần biến mất, khi cần so sánh tiếp tục xoay, không chỉ phải vượt qua mô-men xoắn nhất định mà còn phải vượt qua mô-men xoắn dao động. Khi đòn bẩy so sánh quay qua một góc nhất định, tức là áp suất P được đo đạt đến giá trị giới hạn trên, lưỡi lò xo nằm chính xác trên cùng một mặt phẳng với lá lò xo, lò xo nhảy có cơ hội giải phóng năng lượng, nhanh chóng đẩy lá lò xo ra, làm cho điểm tiếp xúc động rời khỏi điểm tiếp xúc tĩnh 2 và đóng với điểm tiếp xúc tĩnh 1. Khi áp suất P giảm, đòn bẩy so sánh quay theo chiều kim đồng hồ quanh trục, khi đòn bẩy so sánh trở về vị trí ngang, lưỡi van lại nằm trên cùng một mặt phẳng với lá van, lò xo bật lại đẩy lưỡi van ra, khiến tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh 1 và đóng tiếp điểm tĩnh 2. Khi áp suất P thay đổi trong khoảng giữa giá trị giới hạn trên và giới hạn dưới, lò xo nhảy giữ nguyên trạng thái ban đầu, tức là trạng thái đầu ra của bộ điều chỉnh không thay đổi.

Giá trị lò xo được điều chỉnh là giá trị giới hạn dưới của công tắc áp suất, được biểu thị bằng P₁. Núm điều chỉnh chênh lệch áp suất được sử dụng để điều chỉnh chênh lệch áp suất △P. Giá trị giới hạn trên của công tắc áp suất Pa bằng giá trị giới hạn dưới P₁ cộng với chênh lệch áp suất △P, tức là PH = P₁ + △P. Do đó, giá trị giới hạn trên của công tắc áp suất được thiết lập bằng cách điều chỉnh chênh lệch áp suất.

Công tắc áp suất loại YT-1226 có phạm vi chỉ thị của kim chỉ định là P₁=0～0.2 MPa, núm điều chỉnh chênh lệch áp suất được đánh dấu với 10 vạch chia độ, tương ứng với phạm vi chênh lệch áp suất là △P=0.07~0.25 MPa. Số vạch chia độ X được điều chỉnh bằng núm điều chỉnh chênh lệch áp suất có thể được ước tính theo công thức sau. Tuy nhiên, do độ chính xác của thang đo tương đối thấp, nên trong thực tế sử dụng cần tiến hành thử nghiệm đo đạc hoặc điều chỉnh tại chỗ.