Файл: Регуляторы скорости дизель-генераторов..pdf

Г л а в а II

СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

§ 3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕГУЛЯТОРОВ

Регуляторы, несмотря на значительное разнообразие их кон­ струкции, имеют ряд принципиально сходных элементов.

Измеритель или чувствительный элемент реагирует на из­ менения частоты вращения коленчатого вала дизеля. В регуля­ торах типа Д50 и Д100 этот измеритель центробежного типа, механический, состоит из вращающихся грузов и пружины, урав­ новешивающей их центробежную силу. Имеются регуляторы, в которых использован электрический или гидравлический измери­ тель.

Пружину чувствительного элемента для возможности работы в широком диапазоне частоты вращения (тепловозные регуля­ торы) выполняют с переменным диаметром витков и разным ша­ гом (конической или более сложной формы). Пружину измери­ теля называют также всережимной. В целях унификации, эту пружину используют и для регуляторов дизель-генераторов пе­ ременного тока, у которых частота вращения постоянна.

Гидравлический серводвигатель или исполнительный элемент

нием подводится к золотнику, который связан с чувствитель­ ным элементом и управляет поступлением масла в рабочие полости цилиндра серводвигателя и сливом его из этих поло­ стей. Шток поршня силового цилиндра связан с системой по­ дачи топлива.

Серводвигатель может быть двойного действия. В одном слу­ чае золотник управляет поступлением масла в обе полости ци­ линдра. В другом случае рабочие площади поршня выполняют различными и меньшая из них постоянно находится под полным давлением масла. Серводвигатель может быть простого дейст­ вия, когда движение поршня в одном направлении (при увеличе­ нии подачи топлива) происходит под действием давления масла, а в обратном направлении (при уменьшении подачи топлива) — под действием пружины.

Механизм обратной связи (обратная связь) останавливает движение поршня серводвигателя при перемещении последнего на величину, пропорциональную изменению частоты вращения

II

двигателя. Связь между поршнем серводвигателя и золотником может быть осуществлена рычажной передачей (жесткая обрат­ ная связь) или гидравлическим способом.

Воздействие механизма обратной связи может быть направ­ лено на золотник (силовая обратная связь), золотниковую втул­ ку (кинематическая обратная связь), пружину измерителя или специальную дополнительную пружину. Если частота вращения коленчатого вала дизеля после снижения нагрузки уста­ новится большей, чем до этого снижения (возможно при жест­ кой обратной связи), то значит регулятор имеет некоторую сте­ пень неравномерности.

Изодромная обратная связь служит для восстановления ча­ стоты вращения коленчатого вала дизеля до прежнего значения после окончания процесса регулирования, вызванного сниже­ нием или увеличением нагрузки.

В начале процесса регулирования изодромная обратная связь передает движение поршня серводвигателя золотнику и ■его втулке подобно жесткой связи. Затем воздействие изодром­ ной обратной связи на золотник или его втулку ослабевает, об­ ратная связь постепенно снимается, чувствительный элемент, золотник и втулка приходят в первоначальное положение, и ча­ стота вращения коленчатого вала дизеля восстанавливается. Изодромная обратная связь может быть механической или гид­ равлической. Для обеспечения параллельной работы дизель-ге­ нераторов механизм обратной связи выполняют комбинирован­ ным, используя и жесткую обратную связь, и изодромную. В этом случае при высокой устойчивости, быстроте и точности ре­ гулирования, присущих изодромной связи, регулятор имеет не­ которую степень неравномерности (статизм), величину которой можно устанавливать по желанию. Изодромную и жесткую обратные связи можно выполнять в виде двух отдельных меха­

жесткая связь — на пружину измерителя).

Вспомогательными устройствами называют такие устройства, которые не являются основными элементами регулятора, но не­

обходимы для его работы. К ним относятся:

демпфирующие устройства, которые гасят нежелательные высокочастотные колебания, поступающие на измеритель ско­

рости со стороны привода; масляный насос для подачи масла к серводвигателю:

аккумулятор масла, представляющий собой цилиндр с пор­ шнем, нагруженным пружиной;

устройства для регулирования возбуждения главного гене­

ратора (регулятор мощности).

Дополнительными устройствами называют устройства, ко­ торые не работают при нормальных процессах регулирования, но конструктивно связаны с регулятором. К ним относятся:

12

устройства для изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля воздействием на пружину измерителя скорости (системы управления частотой вращения);

ограничитель нагрузки, препятствующий увеличению подачи топлива сверх установленного предела;

устройство для быстрого выключения подачи топлива (ава­ рийная остановка);

устройство для остановки дизеля в случае падения давления масла;

механизм отключения регулятора мощности.

$ 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

При внезапном изменении нагрузки на дизель, вследствие определенных характеристик регулятора и дизеля, частота вра­ щения коленчатого вала последнего не останется постоянной, а будет каким-то образом изменяться во времени. Это изменение частоты вращения коленчатого вала дизеля под действием како­ го-либо возмущающего воздействия, называется переходным процессом, вид которого зависит не только от свойств системы регулирования, но и от характера действующего возмущения.

Рис. 4. Зависимости переходных про­ цессов:

1 — устойчивый переход­ ный процесс; 2— процесс автоколебаний; 3 и 4 — неустойчивые переход­ ные процессы; ДА—

внешнее возмущение

В системах регулирования стационарных и судовых дизельгенераторов характер большинства внешних возмущений приб­ лижается к скачкообразному (внезапное изменение нагрузки). Для тепловозных дизель-генераторов характерным режимом яв­ ляется плавное увеличение или уменьшение нагрузки, вызван­ ное изменением профиля пути. Однако на тепловозных дизельгенераторах возможны и резкие изменения режима, обусловлен­ ные регулированием возбуждения тяговых электродвигателей и изменением частоты вращения коленчатого вала дизеля.

В системе автоматического регулирования различают три ос­ новных вида переходных процессов (рис. 4).

Устойчивый переходный процесс (кривая 1) характерен тем, что система автоматического регулирования, выведенная из ста­

13

ционарного режима внешним возмущением АЛ, через некоторое время приходит к новому стационарному режиму. Рассогласо­ вание с течением времени уменьшается.

Режим автоколебаний (кривая 2) характерен непрерывным колебанием регулируемого параметра около заданного значе­ ния. Такой переходный процесс в системах автоматического ре­ гулирования недопустим и считается границей устойчивости.

Неустойчивый переходный процесс (кривые 3 и 4) характе­ рен неспособностью системы автоматического регулирования, выведенной из стационарного режима внешним возмущением АЛ, прийти к новому стационарному режиму. Рассогласование с те­ чением времени возрастает.

Следовательно, одним из основных требований при создании и эксплуатации систем автоматического регулирования является обеспечение устойчивости процесса регулирования при любых возможных для данной системы возмущающих воздей­ ствиях. Длительность переходного процесса и отклонение регулируемого параметра не должны выходить за пределы до­ пустимых значений. К системам автоматического регулирования частоты вращения предъявляются требования по обеспечению качества регулирования, которое оценивается по величинам следующих параметров, получаемых при внезапном увеличении или уменьшении нагрузки в пределах от холостого хода до но­ минального значения.

Максимальное отклонение ср(в %) частоты вращения, т. е. отношение наибольшего отклонения мгновенного значения ча­ стоты вращения* во время переходного процесса регулирования к частоте вращения предшествовавшего установившегося режи­ ма:

где Дшр — наибольшее отклонение частоты вращения в переход­ ном процессе регулирования от частоты вращения в режиме, предшествовавшем изменению нагрузки, в об/мин; п\ — частота вращения предшествовавшего установившегося режима в об/мин **.

Длительность переходного процесса регулирования т (в с), т.. е. промежуток времени от начала переходного процесса (мо­ мента,. начиная с которого отклонение частоты вращения колен­ чатого вала дизеля превысит допустимую нестабильность) до момента, начиная с которого отклонение частоты вращения от

*Мгновенное значение параметра — это его величина в данный момент времени или для данного рабочего цикла.

**Неустановившийся режим — это режим, сопровождающийся одновре­

менным изменением (или в различных сочетаниях) частоты вращения колен­ чатого вала, нагрузки и теплового состояния дизеля.

14