Файл: Регуляторы скорости дизель-генераторов..pdf

РЕГУЛЯТОРЫ

СКОРОСТИ ДИЗЕЛЬГЕНЕРАТОРОВ

М о с к в а , « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е » 1 9 7 3

Р32

УДК 621.313.332-843.6: 62-531.6

Регуляторы скорости дизель-генераторов. Кол. авт. A4., «Машиностроение», 1973, 200 с.

В книге описаны конструкции регуляторов ско­ рости тепловозных, судовых и стационарных дизельгенераторов Д50, Д100, Д70 и ДР-, дан краткий пе­ речень возможных неисправностей регуляторов, ана­ лиз их причин и способы устранения.

Показаны пути дальнейшего улучшения качества регулирования в том числе двухимпульсного. Отра­ жены вопросы, связанные с облегчением пуска дизе­ лей и обеспечением их параллельной работы. Отдельный раздел книги посвящен описанию техно­ логии разборки, ремонта и сборки регуляторов, их испытаниям и настройке.

Книга предназначена для конструкторов, техно­ логов и инженерно-технических работников, занима­ ющихся проектированием и эксплуатацией дизелей, регуляторов скорости и систем автоматического ре­ гулирования. Табл. 20, ил. 76, список лит. 9 назв.

Ав т о р ы : А. Г. АВРУНИН, Г. М., ГУГЕЛЬ,

Е. Г. ЗАСЛАВСКИЙ, И. М. НЕВЕЛЕВ и А. С. СЕРЕБРИЙСКИЙ

Рецензент:

инж. Е. Е. ЧЕКМЕНЕВ

334-172 Р 172-73

038(01 )-73

@ Издательство „Машиностроение". 1973г.

ЗАДАЧИ РЕГУЛИРОВАНИЯ И КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГУЛЯТОРАХ

§ 1. ЗАДАЧИ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Современные дизели обычно снабжены регуляторами скоро­ сти. Это объясняется тем, что в процессе работы двигателя в за­ данном режиме его нагрузка не остается постоянной, а изменя­ ется в весьма широких пределах. При нарушении равновесия между развиваемым крутящим моментом и моментом внешнего сопротивления, частота вращения коленчатого вала также изме­ няется.

Для сохранения заданной частоты вращения необходимо в соответствии с изменением внешнего момента сопротивления увеличить или уменьшить количество топлива, подаваемого в ци­ линдры дизеля, чтобы восстановить равенство между его кру­ тящим моментом и моментом внешнего , сопротивления. Таким дозирующим устройством на дизелях является регулятор скоро­ сти.

В зависимости от назначения дизели могут работать с раз­ личными нагрузками, а также в разных скоростных режимах. Например, частоту вращения коленчатых валов судовых и теп­ ловозных дизель-генераторов во время движения судна или ло­ комотива необходимо значительно изменять. В этом случае ре­ гулятор скорости должен обеспечить требуемую частоту враще­ ния коленчатого вала дизеля.

При пуске дизеля регулятор скорости осуществляет необхо­ димую подачу топлива в цилиндры, обеспечивающую устойчи­ вую работу дизеля с минимальной частотой вращения его колен­ чатого вала. При параллельной работе нескольких дизель-гене­ раторов регулятор скорости должен еще обеспечить заданное и устойчивое распределение активной нагрузки между дизелями. Все функции регулятор скорости должен выполнять автомати­ чески и с возможно минимальным временем переходного про­ цесса.

Таким образом, регулятор скорости выполняет следующие функции:

устанавливает и поддерживает требуемую частоту вращения коленчатого вала дизеля;

устанавливает и поддерживает требуемый режим нагрузки тепловозных дизелей;

5

улучшает пуск дизеля;

обеспечивает устойчивую работу нескольких дизель-генера­ торов;

обеспечивает устойчивую работу системы регулирования; обеспечивает остановку дизеля.

В зависимости от назначения и типа регулируемого объекта (дизеля или дизель-генератора) качественные показатели ре­ гулятора скорости регламентированы Государственными стан­ дартами. Эти стандарты устанавливают также зависимость ха­ рактеристик системы регулирования от типов регуляторов и ха­ рактеристик регулируемых объектов.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕГУЛЯТОРОВ

И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основными современными средствами регулирования часто­ ты вращения являются регуляторы, использующие в качестве уп­ равляющего воздействия сигнал, который возникает при откло­ нении регулируемого параметра. Такие регуляторы, как прави­ ло, выполнены с центробежным измерителем частоты вращения и могут быть прямого и непрямого действия.

/— муфта; 2 — измеритель; 3 — груз

Врегуляторах прямого действия измерительный центробеж­ ный элемент воздействует непосредственно на регулирующий

орган дизеля — рейку топливного насоса, дроссельную заслон­ ку карбюратора и др. Эти регуляторы (рис. 1) просты по кон­ струкции, так как не имеют промежуточных усилительных эле­ ментов и надежны в эксплуатации. Однако они обладают сле­ дующими недостатками:

малое быстродействие (14—15 с) при резком увеличении и уменьшении (на 100%) нагрузки;

высокая степень нечувствительности (2—3%);

6

большой статизм (до 6%); значительные габаритные размеры.

Регуляторы непрямого действия характеризуются следую­ щими данными:

отклонение от средней частоты вращения в установившемся режиме составляет ~0,3% ;

динамическое отклонение частоты вращения при мгновенных снижениях и увеличениях нагрузки составляет 5—8% (в зави­ симости от параметров объекта регулирования);

длительность переходного процесса равна 7—10 с. Регуляторы непрямого действия могут быть с жесткими и

гибкими обратными связями. На рис. 2 показана упрощенная схема регулятора непрямого действия с жесткой обратной свя­ зью. Измеритель частоты вращения 2 воздействует на золотник 3, открывающий доступ масла в гидравлический серво­ двигатель 5, который является исполнительным органом регуля­ тора. Шток 6 исполнительного органа связан с дозирующими элементами механизма подачи топлива в дизель.

При уменьшении нагрузки на дизель частота вращения его коленчатого вала возрастает, грузы под действием центробеж­ ной силы поднимают муфту 1 и золотник 3 открывает доступ масла в верхнюю полость серводвигателя. Под давлением масла поршень 7 перемещается вниз, уменьшая подачу топлива в цициндры. При опускании поршня вниз ось В рычага 4 также пе­ ремещается вверх и задерживает дальнейшее движение золотни­ ка при продолжающемся подъеме муфты.

Скорость движения поршня определяется размером отвер­ стия в золотнике; при уменьшении данного отверстия снижается и скорость движения поршня. При дальнейшем перемещении поршня золотник останавливается, а затем начинает двигаться вниз, закрывая отверстие, через которое масло поступает к сер­ водвигателю, и замедляя этим движение поршня.

Процесс регулирования прекратится, когда поршень серво-

ідвигателя займет положение, соответствующее новой нагрузке,

азолотник станет в положение, соответствующее перекрытию отверстий золотником в золотниковой втулке. После окончания

переходного процесса, положение муфты 1 изменится, что будет соответствовать изменению частоты вращения коленчатого вала дизеля. Регулятор с жесткой обратной связью — статический.

Принципиальная схема центробежного регулятора непрямого действия с гибкой обратной связью, называемой изодромной, показана на рис. 3. Гибкая обратная связь осуществляется при помощи цилиндра 5, наполненного маслом и шарнирно укреплен­ ного на рычаге 2. Внутри цилиндра помещен поршень 4, соеди­ ненный с поршнем серводвигателя 7. Полости цилиндра по обе стороны поршня 4 соединены каналом с калиброванным от­ верстием 6, ограничивающим скорость перетекания масла из од­ ной полости в другую. Пружина 3 стремится удержать цилиндр

7

5 в состоянии, при котором золотник 8 и муфта 1(при устано­ вившемся режиме) не изменяют своего положения и обеспечи­ вают заданную частоту вращения.

В начале процесс протекает аналогично, как и при статиче­ ском регулировании. При расхождении грузов муфта 1 подни­ мается, золотник 8 открывает отверстие и поршень 7 серводви­

равновесия. Если бы поршень 7 серводвигателя остановился вследствие перекрытия золотника, то поршень 4 под действием пружины 3 переместился бы вниз и вновь открыл доступ маола к серводвигателю. Поршень 7 обя­ зательно переходит положение равновесия, уменьшая подачу топлива больше, чем это требуется. Тогда частота вращения коленчатого вала дизеля начнет уменьшаться, муфта опустится, золотник сначала закроет отверстия, а затем откроет их в об­ ратном порядке. При этом масло поступит в нижнюю полость серводвигателя и его поршень 7 будет двигаться вверх, увеличи­ вая подачу топлива и увлекая за собой поршень 4.

Процесс регулирования прекратится, когда регулирующий орган займет положение, соответствующее данной нагрузке, зо­ лотник перекроет отверстия и поршень 4 установится в первона­ чальном положении, т. е. частота вращения коленчатого вала дизеля будет иметь начальное значение при изменившемся по­ ложении регулирующего органа. Учитывая необходимость реа­ лизации большого усилия для перемещения механизмов пода­ чи топлива, на современных мощных дизелях и дизель-генера­

8

торных агрегатах в основном применяют регуляторы непрямого действия.'.На дизель-генераторах типа Д50, Д100 и Д70 также используют регуляторы непрямого действия. Исполнительным органом этих регуляторов является гидравлический (масляный) серводвигатель. В зависимости от типа дизеля, его назначения и условий работы подбирают соответствующие регуляторы: одно­ режимные, двухрежимные и многорежимные.

Однорежимные регуляторы работают в одном определенном режиме. Обычно такие регуляторы предназначены для предот­ вращения работы дизеля с частотой вращения, превышающей допустимую. Поэтому однорежимные регуляторы часто назы­ вают предельными. Эти регуляторы устанавливают на всех ди­ зелях, так как при резком уменьшении нагрузки происходит уве­ личение частоты вращения коленчатого вала выше допустимой и дизель начинает работать «в разнос», что влечет за собой серьезную аварию. При наличии однорежимного (предельного) регулятора аварии не произойдет, так как регулятор вовремя выключит подачу топлива и остановит дизель.

Двухрежимные регуляторы работают в двух режимах: при максимально допустимой частоте вращения (как однорежимные регуляторы) и минимальной частоте вращения холостого хода.

Регулирование минимальной частоты вращения холостого хо­ да крайне необходимо для дизелей, так как в этом режиме они работают во время прогрева и при движении локомотивов или судов без нагрузки (с уклона, по инерции), когда не требуется расходовать мощность. В режиме холостого хода дизель разви­ вает лишь такую мощность, которая необходима для преодоле­ ния трения в подшипниках, трения поршней в гильзах цилин­ дров, сопротивления вспомогательных механизмов и т. п.

Если не будет обеспечено регулирование минимальной ча­ стоты вращения холостого хода, то при малейшем увеличении сил трения дизель остановится, а при снижении этих сил — резко возрастет частота вращения коленчатого вала дизеля.

Двухрежимные регуляторы конструктивно могут быть выпол­ нены как два отдельных регулятора: предельный и холостого хода. Однако установка двух отдельных регуляторов значитель­ но усложняет конструкцию дизеля. Поэтому регуляторы выпол­ няют в виде одного агрегата, называемого двухрежимным.

Всережимные регуляторы предназначены для работы во всех режимах. Управление транспортным дизелем путем непосред­ ственного воздействия водителя на регулирующие органы связа­ но со значительными трудностями и требует непрерывного наб­ людения. Поэтому на дизелях необходимо регулирование как предельных, так и всех промежуточных скоростных режимов. Та­ кое регулирование выполняют при помощи всережимных регуля­ торов. Эти регуляторы преимущественно применяют на судовых, тепловозных и стационарных дизелях мощностью 300 л. с. и выше.

9