Классификация регуляторов частоты вращения

Автоматические регуляторы частоты вращения ДВС классифицируются обычно в зависимости от типа чувствительного элемента на механические, пневматические и гидравлические; от передачи усилий на органы управления двигателем — на регуляторы прямого и регуляторы непрямого действия; от регулируемых скоростных режимов — на предельные, однорежимные, двухрежимные и всережимные; от типа обратной связи — на регуляторы без обратной связи, с жесткой обратной связью, с изодромной обратной связью и с комбинированной связью; в зависимости от числа импульсов — на одно- и многоимпульсные.

Для регулирования частоты вращения вала судовых двигателей наиболее часто применяют регуляторы с механическими чувствительными элементами непрямого действия, как предельные, так и всережимные.

В случае установки предельного регулятора частота вращения вала дизеля регулируется непосредственным воздействием с поста управления на регулирующий орган топливного насоса.

При этом каждому положению рукоятки (или маховика) на посту управления соответствуют однозначное положение регулирующего органа топливного насоса и определенная частичная характеристика двигателя. Характеристики двигателя, снабженного предельным регулятором, приведены на рис. 87. Предельный регулятор вступает в действие и перемещает топливорегулирующие органы только в сторону уменьшения подачи топлива при увеличении частоты вращения выше допустимого значения, что может иметь место при оголении гребного винта в штормовых условиях, поломке гребного вала либо потере винта.

 

Рис. 87. Характеристики судового дизеля, снабженного предельным

регулятором частоты вращения:

1, 3, 4, 5 — винтовые характеристики; 2 — внешняя характеристика;

6 — регуляторные характеристики; 7 и 8 — частичные характеристики

 

При частоте вращения меньше предельной регулятор не воздействует на привод топливорегулирующих органов. Одна из возможных схем взаимодействия предельного регулятора с топливорегулирующими органами приведена на рис. 88.

 

Рис. 88. Схема взаимодействия предельного регулятора

с топливорегулирующими органами:

1 — рукоятка ручного управления топливоподачей; 2 — пружинная тяга;

3 — предельный регулятор; 4 — топливный насос

 

В последние годы все большее распространение стали получать всережимные регуляторы, которые предназначены для автоматического поддержания любого заданного скоростного режима — от минимально устойчивого до номинального. Характеристика двигателя, снабженного всережимным регулятором, приведена на рис. 89.

При всережимном регуляторе, включенном по всережимной схеме, управление топливоподачей при любых режимах работы осуществляется регулятором, выходной рычаг сервомотора которого без люфтов соединен с приводом топливорегулирующего органа топливных насосов. Режим работы двигателя задается с поста управления путем изменения затяжки пружины чувствительного элемента регулятора.

Из изложенного выше вытекает, что при наличии предельного регулятора цикловая подача топлива остается неизменной, а частота вращения вала двигателя при изменении внешней нагрузки будет изменяться в широком диапазоне (до максимально допустимых).

 

Рис. 89. Характеристика судового дизеля, снабженного всережимным

регулятором частоты вращения:

1 — внешняя характеристика; 2 — регуляторные характеристики

 

В этом случае тепловая нагрузка и связанные с ней температурные напряжения деталей цилиндро-поршневой группы остаются практически неизменными, а инерционные нагрузки в деталях движения будут достигать максимальных значений. В случае установки всережимного регулятора, включенного по всережимной схеме, при изменении внешней нагрузки будет изменяться цикловая подача топлива так, что частота вращения будет поддерживаться неизменной. В этом случае инерционные нагрузки, вызываемые изменением частоты вращения, не будут иметь места, но зато колебания тепловой нагрузки и связанные с ней температурные напряжения в деталях будут иметь максимальные значения.

Следовательно, как предельная, так и всережимная схема включения регулятора имеет свои отрицательные стороны.

В связи с этим в последние годы на дизелях с прямой передачей на винт находят применение всережимные регуляторы, включаемые по всережимно-предельной схеме (рис. 90).

 

Рис. 90. Всережимно-предельная схема включения регулятора

 

При такой схеме включения всережимный регулятор может работать как предельный и как всережимный.

Настройка регулятора 5 на необходимый скоростной режим осуществляется маховичком 1, при помощи которого через систему рычагов изменяется затяжка пружины чувствительного элемента. Маховичок 1 располагается на посту управления двигателем. Цикловая подача топлива устанавливается рычагом 2 в соответствии с требуемой нагрузкой независимо от регулирования скоростного режима. Изменение нагрузки дизеля приводит к изменению скоростного режима.

Рычаг 2 служит упором-ограничителем для указателя нагрузки 3, который при помощи шарнирного устройства связан с рычагом 4, воздействующим на регулирующий орган топливного насоса 6.

Такая связь устройства настройки 1 с рычагом 2 в зависимости от их взаимного расположения дает возможность обеспечить работу регулятора либо как всережимного, либо как предельного.

При наличии зазора х между рычагом 2 и указателем нагрузки 3 и отсутствии зазора у (у = 0) в серьге соединения рычага 4 с выходным рычагом регулятора регулятор работает как всережимный, а частота вращения вала дизеля определяется положением маховичка 1 настройки регулятора. При отсутствии зазора х и наличии зазора у регулятор работает как предельный, а частота вращения задается рукояткой 2.

Однорежимные регуляторы предназначаются для поддержания постоянного значения заданной частоты вращения при любых нагрузках. Такие регуляторы устанавливаются на вспомогательных двигателях (дизель-генераторы, дизель-компрессоры и др.) либо на главных двигателях при включении в качестве предельных регуляторов.

Двухрежимные регуляторы обеспечивают автоматическое поддержание частоты вращения вала дизеля на двух крайних режимах, соответствующих минимальной и максимальной нагрузкам (холостой ход и полная нагрузка). В промежутке между этими режимами управление двигателем осуществляется вручную с непосредственным воздействием оператора на топливорегулирующие органы. Такого типа регуляторы обычно предназначаются для двигателей небольших мощностей, работающих на винт через реверсивно-редукционные муфты.

Для улучшения динамических характеристик регуляторов (в основном устойчивости и продолжительности переходного процесса) вводятся дополнительные обратные связи. На рис. 91, а, б и в показаны схемы регуляторов с различными типами обратных связей.

Рис. 91. Схемы регуляторов частоты вращения с обратными связями:

а — жесткой; б — изодромной; в — комбинированной (жесткой силовой и изодромной)

 

Как известно, при наличии жесткой обратной связи регулятор работает со статической ошибкой или остаточной степенью неравномерности. Конструктивно жесткие обратные связи выполняются таким образом, что имеется возможность изменять остаточную степень неравномерности за счет изменения плеч рычага обратной связи.

В отличие от регулятора с жесткой обратной связью в регуляторах с изодромной обратной связью неравномерность появляется только в режиме переходного процесса, а по окончании его исчезает. Поэтому изодромные регуляторы называют также регуляторами с временным статизмом.

В регуляторах с комбинированной обратной связью остаточная степень неравномерности за счет настройки может изменяться от нуля до своего максимального значения (6-12%). Остаточная степень неравномерности требуется для обеспечения параллельной работы двигателей, а также для уменьшения колебания цикловой подачи в случае работы двигателя в условиях периодически изменяющейся нагрузки (например, штормовые условия).