Автоматика судовых энергетических установок и вспомогательных механизмов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ 

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

В.А. Зябров, Д.А. Попов

АВТОМАТИКА СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Практикум для лабораторных работ

Альтаир - МГАВТ

Москва, 

2011

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ 

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

В.А. Зябров, Д.А. Попов

АВТОМАТИКА СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 

И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Практикум для лабораторных работ

Альтаир - МГАВТ

Москва, 

2011

Зябров Владислав Александрович, 

Попов Дмитрий Александрович

АВТОМАТИКА СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И 

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Практикум для лабораторных работ

Компьютерная верстка: Нистратов И.Н.

Подписано в печать _____. ___________.2011 

Формат 60x90/16. Объем 4 п. л. 
Заказ № _________ Тираж 25 экз.

Альтаир - МГАВТ

Московская государственная академия водного транспорта 
117105 г. Москва, Новоданиловская набережная, д. 2, корп. 1

УДК 629.12
З–99

В.А. Зябров, Д.А. Попов Автоматика судовых энергетических установок и 

вспомогательных механизмов. Практикум для лабораторных работ. - М.: Альтаир МГАВТ, 
2011 – 64 с., ил. 59.

В практикуме для лабораторных работ предлагается оригинальный метод изложения 

материала. Структура практикума составлена в соответствии с рабочей программой 
дисциплины, входящей в состав учебно-методического комплекса дисциплины «Автоматика 
СЭУ и СВМ», по разделам:

 контрольно-измерительные приборы;
 общее устройство и принцип действия регуляторов угловой скорости, температуры и 

вязкости прямого и непрямого действия;

 дистанционные системы управления дизелей;
 системы автоматической сигнализации и защиты;
 автоматизация котельных, электроэнергетических и холодильных установок и 

общесудовых систем и механизмов.

Ценным является то, что в практикуме даны краткие теоретические, справочно
информационные и другие  материалы по теме каждого занятия. Приводится перечень  
материала, используемого на занятии, а также перечень и краткое описание технических 
средств, необходимых для проведения занятий.

В практикуме даны задания и упражнения студентам для самостоятельной работы, а 

также контрольные вопросы по теме каждого занятия.

Рецензент – к.т.н., проф. В.С. Епифанов

Издается по решению учебно-методического совета МГАВТ.

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут авторы и 
кафедры академии, выпускающие учебно-методические материалы

© МГАВТ, 2011
© Зябров В.А., Попов Д.А. 2011

Содержание

Стр.

Введение
4

Лабораторная работа №1. Контрольно-измерительные приборы. 
5

Лабораторная работа №2. Регуляторы частоты вращения (скорости) дизелей.
18

Лабораторная работа №3. Изучение регулятора скорости РН30.
27

Лабораторная работа №4. Изучение конструкции и принципа действия 

регуляторов температуры и вязкости. Средства автоматизации топливных систем.
32

Лабораторная работа №5. Дистанционные системы управления дизелей.
38

Лабораторная работа №6. Системы автоматической сигнализации и защиты.
45

Лабораторная работа №7. Системы управления и автоматической защиты 

паровых котлов, их регулирование и настройка.
52

Лабораторная работа №8. Автоматизация электроэнергетических и холодильных 

установок и общесудовых систем.
57

Литература
64

Введение.

На судах морского речного флота значительное распространение получили различные 

средства автоматизации по управлению 
главным и вспомогательными дизелями, 

автономными и утилизационными котлами, судовыми системами, вспомогательными 
механизмами и другим оборудованием СЭУ.

Поэтому в практикуме для лабораторных работ по дисциплине «Автоматика судовых 

энергетических 
установок 
и 
вспомогательных 
механизмов» 
предусматривается 

приобретение студентами специальности №190502 необходимых знаний по конструкции и 
принципу действия контрольно-измерительных приборов, регуляторов прямого и непрямого 
действия, систем дистанционного автоматического управления, сигнализации и защиты, а 
также автоматики котельных и холодильных установок и общесудовых систем.

Лабораторная работа №1.

Контрольно-измерительные приборы.

Продолжительность: 4 часа.
Цель работы: Изучить конструкцию и принцип действия контрольно-измерительных 

приборов.

Порядок выполнения работы:
1. Изучить конструкцию и принцип действия контрольно-измерительных приборов.
2. Оформить отчёт по лабораторной работе.
3. Ответить на контрольные вопросы.
Давление — физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и 

численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно 
этой поверхности.

Описание приборов. Приборы для измерения атмосферного давления называют 

барометрами, для измерения избыточного давления – манометрами и для измерения 
разрежения (вакуума) - вакуумметрами.

Жидкостные манометры. В системах индикации (измерения) и контроля параметров 

работы СЭУ
используют U-образные и чашечные жидкостные манометры. Первые 

представляют собой U-образную стеклянную трубку 2 (рис. 1.1, а), укрепленную
вертикально на доске со шкалой 1. Трубку обычно заполняют ртутью или подкрашенной 
водой. При давлении в трубке, равном атмосферному, жидкость в обоих ее коленах 
находится на одном уровне по закону сообщающихся сосудов. Если одно из колен трубки, 
например левое, соединить с измеряемой средой, имеющей давление больше атмосферного, 
то уровень жидкости в нем понизится, а в другом колене трубки соответственно повысится. 
Расстояние Н по вертикали между этими уровнями и определит значение измеряемой среды.

У манометров второго типа (рис. 1.1, б) вертикальная стеклянная трубка в нижней 

части соединена с широким металлическим сосудом 3. Вследствие разности диаметров  
трубки и чаши незначительному снижению уровня жидкости в чаше соответствует 
значительный подъем уровня в трубке 2, что облегчает отсчет показаний по шкале 1.

Для 
измерения 
сравнительно 
небольших 

избыточных давлений и разрежений, например для 
измерения давления воздушного дутья в котлах или 
силы тяги в газоходах при теплотехнических 
испытаниях, 
используют 
чашечные 
жидкостные 

манометры с наклонной трубкой. При замерах 
нулевое 
деление 
подвижной 
шкалы 
прибора 

устанавливают 
на 
уровне 
жидкости 
в 
чаше, 

соединенной 
с 
измеряемой 
средой. 
Такие 

микроманометры позволяют измерять давление 150 –
1000 Па.

Преимуществами 
жидкостных 
манометров 

являются сравнительно высокая точность измерения 
и постоянство показаний независимо от срока 
службы, так как они не имеют передаточных 
механизмов, 
изнашивание 
которых 
могло 
бы 

привести к погрешностям измерения.

Рис 1.1. Жидкостные манометры:
а — U-образные; б — чашечные

Пределы измерений жидкостных манометров — от нескольких паскалей до 0,3 МПа
Деформационные манометры. В практике эксплуатации СЭУ широкое применение 

получили деформационные манометры с трубчатой пружиной (рис. 1.2). Они представляют 
собой трубку 4 эллиптического сечения, соединенную через штуцер 7 с измеряемой средой. 
При повышении давления трубку «распирает» изнутри и она стремится выпрямиться, а при 
уменьшении давления — наоборот, сжаться. Под давлением среды свободный конец трубки, 
перемещаясь через тягу 5, зубчатый сектор 6 и шестерню 2 поворачивает стрелку 3 в ту или 

другую сторону.

Передаточное число сектора и шестерни подбирают так, чтобы при максимальной 

деформации трубки стрелка поворачивалась на 270°. Спиральная пружина  жестко 
соединенная одним концом с осью стрелки, а другим – с корпусом манометра, обеспечивает 
непрерывный контакт в сочленениях передаточного механизма, исключая влияние зазоров на 
показания прибора.

У манометров с трубчатой пружиной возможны засорения и изнашивание последней, 

особенно при усиленной вибрации и резких изменениях давления. Однако такие манометры 
отличаются сравнительно высокой точностью и применяются для измерения давления 0,02 100 МПа.

Трубчатые пружины для измерения давления до 

15 МПа изготавливают из латуни, а для измерения 
более высокого давления — из стали.

Мембранные 
манометры
имеют 
мембрану 

(диафрагму), закрепленную между соединительными 
фланцами камеры. Под давлением среды диафрагма, 
прогибаясь, перемещает стержень, который через 
тягу, зубчатый сектор и шестерню поворачивает 
стрелку прибора.

Мембранные манометры измеряют давление не 

более 3 МПа.

Сильфонные манометры имеют такой же 

передаточный 
механизм, 
как 
и 
мембранные. 

Изменение давления среды в них воспринимает 
цилиндр с гофрированными стенками, называемый 
сильфоном.

Рис 1.2. Деформационный манометр

Вакуумметры и мановакуумметры.
По конструкции и принципу действия 

вакуумметры аналогичны манометрам с трубчатой пружиной, но обладают большей 
чувствительностью. Появление в трубчатой пружине разрежения заставляет пружину под 
действием атмосферного давления «сжаться», поэтому она. При работе не раскручивается, 
как у манометра, а, наоборот, закручивается. Вакуумметры применяют на судах для 
измерения разряжений за воздушным фильтром, в конденсаторах паровых машин и на 
всасывающих линиях насосов.

Мановакуумметрами измеряют избыточные давления до 0,5 МПа и вакуум до 0,1 МПа. 

Мановакуумметр с трубчатой пружиной отличается от аналогичного манометра только 
шкалой, которая у него разделена на две части. На шкале мановакуумметра нуль 
располагается в верхней средней части так, что стрелка при возрастании давления 
перемещается в одну сторону от него, а при разрежении – в другую. Мановакуумметры
устанавливают для контроля давления газов в картере двигателя, на центробежных насосах, 
компрессорах холодильных установок и цилиндрах низкого давления паровых машин.

Дифманометры. Иногда требуется измерять разность 

давлений рабочей среды, например, разность между 
давлениями масла до фильтра и после него. В подобных 
случаях на магистралях устанавливают дифманометры. Они 
бывают жидкостными и деформационными (мембранные и 
пружинные). Устройство и принцип работы жидкостных 
дифманометров те же, что и жидкостных U-образных 
манометров. У жидкостного дифманометра одно колено 
соединено со средой высокого давления, другое – со средой 
низкого давления. Разность столбов жидкости (обычно 
ртути) и является разностью измеряемых давлений

Мембранные дифманометры представляют собой одну 

мембрану, к которой давление подводится с двух сторон, 
либо две мембраны, каждая из которых измеряет разные 
давления.
Рис.1.3 Дифманометр
Пружинный дифманометр (рис. 1.3) имеет подвижную 3 и неподвижную 1 шкалы. 

Стрелка 2 неподвижной шкалы через зубчатый сектор и соответствующие тяги соединена с 
трубчатой пружиной 4, а подвижная шкала с пружиной 5. Открытые концы через левый 
штуцер соединены с магистралью до фильтра, а штуцером 6 с магистралью после фильтра, 
стрелка манометра занимает положение, при котором давление до фильтра составляет 0,4 
МПа, после фильтра — 0,26 МПа и разность давлений масла до и после фильтра 0,14 МПа.

Температура. Общие сведения. Температуру (степень нагретости) воды, топлива, 

масла, пара и газа измеряют термометрами. Принцип их действия основан на изменении 
свойств тел при изменении их температуры. В зависимости от физических свойств тел, 
используемых в термометрах, последние подразделяют на термометры расширения, 
манометрические, термометры, сопротивления и термоэлектрические.

Термометрами расширения измеряют температуру среды от 200 до 500 °С, 

манометрическими от 130 °С до 550°С, термометрами сопротивления от 200 до 500 °С, 
термоэлектрическими — от 200 до 1600 °С. Обычно приборы, измеряющие температуру в 
пределах до 500 — 600 °С, называют термометрами, а приборы, пределы измерения 
температуры которыми выше 600 °С, — пирометрами.

Термометры расширения. Принцип их действия основан на различии температурных 

коэффициентов теплового расширения разных тел. Термометры расширения бывают 
жидкостные, биметаллические и дилатометрические.

На судах речного флота применяют в основном 

жидкостные 
и 
биметаллические 
термометры 

расширения. 
Принцип 
работы 
жидкостных 

термометров 
основан 
на 
свойстве 
теплового 

расширения ртути, этилового спирта и других 
жидкостей, заключенных в стеклянную трубку. Для 
измерения температуры в судовых условиях в 
качестве 
жидкостных 
используют 
в 
основном 

ртутные термометры. 

Температура кипения жидкости, как известно, 

повышается 
с 
ростом 
давления, 
поэтому 
для 

увеличения верхнего предела измерения температур 
пространство над ртутью в стеклянной трубке 
(капилляре) заполняют азотом под давлением до 2 
МПа. Верхний конец трубки запаян, а нижний имеет 
форму расширяющегося резервуара. 

Ртутные жидкостные термометры выпускают 

прямыми и угловыми. В зависимости от предела 

Рис 1.4. Ртутные жидкостные термометры:

а — с прямой оправой; б — с угловой 

оправой; в — электроконтактный

измерения температуры они имеют номера от 
первого до одиннадцатого. Наибольший номер 
соответствует 
наибольшему 
пределу 
измерения. 

Металлические оправы стеклянных трубок бывают 
прямыми (рис. 1.4, а) и угловыми (рис. 1.4, б).

Для измерения температуры и сигнализации о достижении ею предельных значений 

применяют электроконтактные ртутные термометры (рис. 1.4, в). Недостатки таких 
термометров – небольшая механическая прочность, некоторое неудобство отсчетов по шкале 
и низкая чувствительность при быстрых изменениях температуры.

Биметаллические термометры (рис. 1.5) представляют собой пружину, составленную 

из двух спаянных между собой металлов, например инвара (сплава железа с никелем) и 
латуни, с разными температурными коэффициентами теплового расширения.

Пружина 2 может быть плоской (рис. 1.5, а) или 
спиральной 
(рис. 
1.5, 
б). 
При 
нагревании 

разнородные металлы удлиняются неодинаково, 
что вызывает изгиб плоской или скручивание 
спиральной пружины и перемещение стрелки по 
шкале 1. Биметаллические термометры просты по 
конструкции и надежды в эксплуатации. Их 
недостаток заключается в том, что при перегреве 
измерительный механизм быстро выходит из 
строя, В судовых условиях биметаллические 
термометры 
используют 
в 
основном 
как 

дистанционные 
с 
электрической 
или 

механической передачей сигналов.

Рис 1.5. Функциональные схемы 

биметаллических термометров с пружиной:

а – плоской; б – спиральной.

Манометрические термометры. Принцип их действия основан на зависимости 

давления термометрического вещества от его температуры. Термометр (рис, 1.6) состоит из 
термобаллона 3, манометра 1 и соединяющей их капиллярной трубки 2.

Термобаллон заполняют жидкостью (ртутью, ксилолом, метиловым спиртом) или 

инертным газом (обычно азотом) и помещают в среду, температуру которой измеряют. При 
нагревании баллона давление в его внутренней полости повышается, и стрелка манометра 1 
поворачивается на соответствующий этому давлению угол. Изменение давления жидкости 
или газа в термобаллоне прямо пропорционально изменению температуры среды, в связи, с 
чем шкалу манометра градуируют в градусах Цельсия.

В зависимости от типа заполнителя 

манометрическими термометрами измеряют 
температуру от 130 до 550 °С. Относительная 
погрешность результатов измерений таких 
приборов не превышает ±2%, а точность 
показаний зависит от температуры среды, в 
которой находятся капиллярная трубка и 
манометр. 
Эти 
термометры 
широко 

применяют на судах в системах контроля 
параметров работы СЭУ, для регистрации и 
дистанционной 
передачи 
показаний 
на 

расстояния до 60 м.

Рис 1.6. Манометрический термометр

Термометры сопротивления.
Принцип их действия основан на зависимости 

электрического сопротивления металла от температуры. Для измерения температуры среды в
нее помещают термистор, через который пропускают ток; по изменению сопротивления 
термистора судят о его температуре, а, следовательно, и температуре среды. В качестве 
термоэлектрического сопротивления прибора (рис. 1.7) обычно используют тонкий медный 
или платиновый (для измерения более высоких температур) термистор.