Схемы регуляторов частоты вращения

Предельный регулятор непрямого действия фирмы «Фиат» (рис. 92) установлен на главных двигателях большой мощности (суда типа «Лениногорск»). Вал 1 регулятора через систему передач приводится во вращение от вала двигателя. При увеличении угловой скорости выше допустимой (103-105% от номинальной) шарики 3 чувствительного элемента под действием центробежной силы будут раздвигаться и перемещать муфту 4 вверх, которая через рычаг 6 переместит золотник 7. Золотник 7 управляет двумя пневматическими сервомоторами 8 и 10 таким образом, что первоначально срабатывает один, а затем другой, отключая соответственно первую, а затем вторую группу топливных насосов. Маховик служит для изменения затяжки пружины 5 при первоначальной настройке регулятора.

 

Рис. 92. Схема регулятора частоты вращения двигателя фирмы «Фиат»:

1 — приводной вал; 2 — поперечина; 3 — грузы; 4 — муфта; 5 — пружина задания; 6 — рычаг; 7 — управляющий золотник усилителя; 8 — сервомотор, отключающий первую группу ТНВД; 9 — вал механизма отключения первой группы ТНВД; 10 — сервомотор, отключающий вторую группу ТНВД; 11 — вал

механизма отключения второй группы ТНВД

Всережимный регулятор Р13М (центробежного типа, непрямого действия, с изодромной и жесткой обратными связями) нашел широкое применение в отечественных серийных двигателях типа 8ДР 43/61, ДР 30/50 и др. Схема этого регулятора приведена на рис. 93.

 

Рис. 93. Схема всережимного регулятора частоты вращения Р13М

 

Конструктивно регулятор является типичным регулятором такого класса; выполнен в виде агрегата с замкнутой гидравлической системой. Регулятор приводится во вращение от двигателя через вертикальный вал 24 и может работать при любом направлении вращения двигателя.

Регулятор имеет устройство 28 для изменения степени неравномерности в пределах от 0 до 6%, а также устройство для ограничения нагрузки двигателя. Ограничение нагрузки осуществляется вручную и автоматически. Установка ручного ограничителя в пределах 25—110% производится поворотом рукоятки, воздействующей на шестерню 21.

При установившемся режиме центробежная сила грузов 29 уравновешивается усилием пружины 10. При уменьшении внешней нагрузки угловая скорость вала двигателя возрастает; под действием возросшей центробежной силы грузы 29 разойдутся и, преодолевая усилие пружины, переместят золотник 8 вверх. Напорная масляная магистраль, давление в которой обеспечивается шестеренчатым масляным насосом 25 и аккумулятором 16, сообщится с нижней полостью сервомотора, в результате чего поршень 27 переместится вверх, поворачивая кинематически связанные с ним продольный 5 и поперечный 15 валы в сторону уменьшения подачи топлива. При перемещении поршня сервомотора и повороте вала 5 приходит в действие механизм жесткой обратной связи, включающий в себя сектор 3, рычаг 2, шатун 1, валик с роликом 4, рычаг 9 и суммирующий рычаг 11, который через муфту 12 воздействует на пружину 10 так, что после наступления равновесия при новом положении поршня сервомотора пружина будет дополнительно поджата и новая равновесная частота вращения несколько возрастет. При движении поршня сервомотора вверх поршень изодрома 6, следуя за пальцем изодрома 7, движется вверх, создавая разрежение в канале изодрома, которое подтягивает золотник в сторону равновесного положения. Через канал иглы 26 изодрома масло подсасывается из сливной полости и изодром постепенно разгружается. При увеличении нагрузки перемещение деталей произойдет в обратном направлении.

Ограничение нагрузки двигателя достигается соответствующей установкой шестерен 20 и 21 механизма ограничителя (с помощью рукоятки 12 и трубки, расположенной справа от шестерни 21). Задавая ограничение нагрузки вручную или одновременно с заданием скоростного режима, устанавливают в определенное положение стрелки-указатели ручного 22 и автоматического 23 ограничителей нагрузки и связанные с ними шестерни 20 и 21, на торцевых поверхностях которых имеются выступы-кулаки. При возрастающей нагрузке поршень сервомотора переместится вниз, повернет вал 5 и (через сектор 3 с рычагом) шестерню 19 таким образом, что выступы на торце шестерни 19 начнут набегать на выступы-кулаки шестерен 20 и 21. В результате этого шестерня 19 вместе с толкателем 18 сместится вдоль оси и повернет при этом рычаг 17, который через вильчатый рычаг 14 и упорную тарелку 13 приподнимет золотник до нейтрального положения и прекратит перемещение поршня сервомотора.

Другим примером регулятора непрямого действия, который нашел широкое применение на двигателях иностранной постройки большой и средней мощности, является всережимный регулятор, выпускаемый серийно американской фирмой «Вудворд».

Схема такого регулятора марки UG—40TL приведена на рис. 94. Марка регулятора расшифровывается следующим образом: U — универсальный; G — регулятор; цифра 40 означает работоспособность регулятора (произведение усилия, развиваемого выходным валиком, на перемещение его) в фунто-футах (~550 кгс-см); TL — ограничение нагрузки.

Приведенная на рис. 94 схема регулятора является универсальной, так как содержит в себе дополнительные устройства программного ограничения подачи топлива в зависимости от заданного скоростного режима и ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува.

При установившемся режиме подвижная муфта, выполняющая роль устройства сравнения, находится в динамическом paвновесии под действием усилия пружины 4 и центробежных сил грузов 3. При нарушении равновесного режима муфта переместится и передвинет кинематически связанный с ней золотник 2, управляющий подводом масла в нижнюю полость сервомотора 1. При перемещении поршня сервомотора 1 вступят в действие обратные связи и переместят золотник 2 в противоположном направлении. Рычаги 25, 26 и 18 жесткой обратной связи изменят затяжку 4 таким образом, что при увеличении нагрузки она уменьшается и при новом установившемся режиме двигатель будет работать с меньшей частотой вращения.

За счет изменения соотношения плеч рычагов обратной связи можно изменять степень неравномерности в пределах 0— 12%.

Изодромная обратная связь действует следующим образом: при повороте выходного валика 23 поршень 8 изодрома смещается и изменяет давление под поршнем 6, в результате чего он переместится и в свою очередь передвинет золотник 2 в исходное (среднее) положение. По прошествии некоторого времени разрежение или избыточное давление под поршнем вследствие перетекания масла через дроссель 7 исчезает, поршень 6 под действием усилия деформированной пружины возвращается в свое первоначальное положение, а изодромная обратная связь выключается.

За счет перемещения подвижной опоры 9 можно изменять величину временного статизма изодромной связи, а время изодрома, определяющее продолжительность переходного процесса, регулируется иглой 7.

Ограничение топливоподачи по давлению наддувочного воздуха или величине крутящего момента осуществляется соответственно поворотом коромысел 12 или 19, сидящих свободно на валике 13 таким образом, что регулировочные винты нажимают на подвижный валик 14, а планка 16 поворачивается вокруг валика 13 толкателем 11 и горизонтальным рычагом удерживает золотник 2 от перемещения в направлении увеличения подачи топлива. Коромысла 12 и 19 соответственно шарнирно связаны с двухплечным рычагом 20 и планкой 10. На рычаг 10 действуют усилия, которые характеризуют соответствие закону заградительной характеристики (по коэффициенту избытка воздуха) отсечки топлива, определяемой положением поршня сервомотора 1 и давлением наддувочного воздуха в ресивере, измеряемым при помощи сильфона и преобразуемым в линейное перемещение профильного лекала 21 сервомотором 22.

 

Рис. 94. Схема унифицированной модели регулятора

фирмы «Вудворд» (UG—40TL)

 

В том случае, когда подача топлива в двигатель в процессе переходного режима меньше установленной валиком 24, а также меньше соответствующей давлению наддувочного воздуха, механизм ограничения не вступает в действие.

Настройка регулятора на требуемый скоростной режим осуществляется при помощи валика 24 через сектор 27.

Соленоид 15 предназначен для экстренной дистанционной остановки двигателя за счет выключения подачи топлива. Минимальная частота вращения устанавливается винтом 17, который ограничивает ход.втулки 5.

В целях обеспечения более высокого качества регулирования, которое особенно требуется в САР частоты вращения вала дизель-генераторов, применяют двухимпульсные регуляторы.

Основным импульсом в таких регуляторах, как и в одноимпульсных, остается отклонение частоты вращения вала, а в качестве дополнительного импульса вводится либо изменение нагрузки, либо воздействие по производной от частоты вращения вала.

 

Рис. 95. Схема двухимпульсного регулятора

частоты вращения

 

Одна из возможных схем двухимпульсного регулятора с дополнительным импульсом по нагрузке приведена на рис. 95. Ток, пропорциональный нагрузке, подается на обмотку электромагнита 1, выполняющего функции измерителя нагрузки.

Рис. 96. Схема воздействия по производной

 

При изменении нагрузки еще до изменения частоты вращения вала измеритель нагрузки 1 переместит золотник 2 усилительного устройства, в результате чего поршень сервомотора, воздействуя на регулирующий орган, изменит подачу топлива, предотвратив тем самым значительные отклонения частоты вращения вала.

Принцип действия регулятора с воздействием по производной можно объяснить на примере движения маятника, изображенного на рис. 96. Когда маятник находится в крайних положениях, движение его меняет направление и поэтому скорость равна нулю, зато ускорение, или производная от скорости, имеет максимальное значение. Точно так же при соответствующим образом сконструированном чувствительном элементе можно получить воздействие от изменения ускорения, когда изменение скорости, являющейся регулируемой величиной, еще не наступило.

Регуляторы, имеющие в качестве второго импульса воздействие по производной, по сравнению с одноимпульсными регуляторами срабатывают с некоторым опережением и поэтому обеспечивают более качественное протекание переходного процесса.