Файл: Регуляторы скорости дизель-генераторов..pdf

передачу связан с рейками топливных насосов. Поршень 22 дви­ жется вверх (увеличение подачи топлива) под действием давле­ ния масла, а вниз (уменьшение подачи топлива) под действием пружина 21.

Рис. 7. Принципиальная схема регулятора Д50:

Механизм обратной связи состоит из поршня 24, поршня 14,

золотниковой втулки 18, компенсирующей пружины 13 и компен­ сирующего игольчатого клапана 12. При изменении нагрузки на дизель поршень 22 начинает перемещаться и вызывает увеличе­ ние или уменьшение подачи топлива, которое продолжалось бы

24

до восстановления частоты вращения* коленчатого вала дизеля, соответствующей изменившейся нагрузке. ■

Однако благодаря инерции кривошипно-шатунного механиз­ ма дизеля изменение частоты вращения его коленчатого вала начинается не одновременно с изменением подачи топлива, а че­ рез какой-то незначительный промежуток времени. Поэтому не­ обходимо ограничить перемещение поршня 22 и, тем самым, из­ бежать излишней или недостаточной подачи топлива. Это огра­ ничение осуществляется обратной связью, управляющей движе­ нием золотниковой втулки 18. Обратная связь является изодром­ ной и обеспечивает постоянную частоту вращения коленчатого вала дизеля независимо от изменения нагрузки. При работе дизеля с заданной частотой вращения коленчатого вала усилие пружины 2 измерителя через тарелку 4 и шарикоподшипник 5 воспринимается концами угловых рычагов-грузов. 3. Букса 19 вместе с шестернями масляного насоса 11 и траверсой 6 с гру­ зами 3 приводится во вращение от шестерни распределитель­ ного вала дизеля. Масло нагнетается насосом 11 в гидравличе­ ские аккумуляторы 8, которые необходимы для поддержания по­ стоянного давления масла в масляной системе регулятора при любых режимах работы дизеля (гидравлический аккумулятор работает как редукционный клапан).

Во время внезапного увеличения нагрузки на дизель в пер­ вое мгновение частота вращения, а следовательно, и произво­ дительность масляного насоса регулятора резко уменьшаются. Для. быстрого завершения процесса регулирования в этом слу­ чае необходима мгновенная подача под поршень 22 серводвига­ теля значительной дозы масла. В этот момент масляному насо­ су «помогает» гидравлический аккумулятор. Как только давле­ ние масла в системе регулятора станет ниже расчетного, пружи­ ны аккумулятора, перемещая поршни, направят в магистраль дополнительное количество масла. Таким образом, задачей гид­ равлического аккумулятора является также создание запаса масла под давлением и использование этого запаса в необходи­ мый момент.

Работа регулятора при пуске дизеля. Пружина 2 измерителя имеет предварительное сжатие, соответствующее минимальной частоте вращения холостого хода. При неработающем дизеле центробежная сила грузов чувствительного элемента равна ну­ лю. Поэтому грузы под действием пружины 2 сведены внутрь, а золотник 20 находится в крайнем положении. Поршень 22 также находится в крайнем нижнем положении, соответствующем вы­ ключенной подаче топлива. Поршни гидравлических аккумуля­ торов пружинами прижаты к верхним заглушкам аккумулято­ ров. При частоте вращения, соответствующей пуску дизеля, мас-

*■Здесь и далее под частотой вращения понимаем число оборотов в ми­ нуту коленчатого вала дизеля.

25

ло под давлением от масляного насоса поступает по каналам 7 и 17 в полость под поршень 22 и заставляет поршень преодолеть усилие пружины 21 и переместиться вверх.

Поршень 24, поднимаясь вместе с поршнем 22, создает давле­ ние в масляной системе обратной связи. Однако подъем порш­ ня 22 и, следовательно, возрастание давления масла в масляной системе обратной связи происходит медленно. Поэтому масло из этой системы успевает вытечь через игольчатый клапан 12 и не выводит поршень 14 и связанную с ним золотниковую втул­ ку 18 из среднего положения. При движении поршня 22 вверх рейки топливных насосов перемещаются в положение начала подачи топлива, происходит пуск дизеля и устанавливается ми­ нимальная частота вращения, соответствующая предварительно­ му сжатию пружины измерителя. При этом золотник 20, под­ нявшись до среднего положения, перекрывает своим рабочим диском отверстия в золотниковой втулке и прекращает поступ­ ление масла под поршень 22 серводвигателя.

Работа регулятора при неизменной нагрузке дизеля. В этом случае усилие пружины измерителя уравновешено центробеж­ ной силой грузов 3, а отверстие в золотниковой втулке 18 пе­ рекрыто рабочим диском золотника 20. Золотниковая втулка 18 удерживается компенсирующей пружиной 13 в среднем положе­ нии, обеспечивающем необходимую подачу топлива.

Работа регулятора при уменьшении нагрузки дизеля. При уменьшении нагрузки частота вращения коленчатого вала дизе­ ля начинает возрастать и грузы под действием увеличивающей­ ся центробежной силы расходятся на расстояние, пропорцио­ нальное изменению частоты вращения. При этом золотник 20 передвигается вверх, нижний поясок золотника открывает отвер­ стие в золотниковой втулке 18 и масло из полости под поршнем 22 перетекает по каналам 17 и 16 в масляную ванну 9. Поршень 22 под действием пружины 21 перемещается вниз. Шток 25 пор­ шня 22 через рычажную передачу перемещает рейки топливных насосов в сторону снижения подачи топлива, и частота враще­ ния коленчатого вала дизеля уменьшается. При движении порш­ ня 22 вниз, в полости над поршнем 24 создается разрежение, ко­ торое распространяется по каналу 15 в полость над поршнем 14 золотниковой втулки 18.

Под действием этого разрежения золотниковая втулка 18, сжимая пружину 13, передвигается вверх и отверстие в золот­ никовой втулке 18 вновь перекроется нижним диском золотника 20. Вытекание масла из-под поршня 22 прекратится и поршень остановится. При правильном взаимодействии частей регулято­ ра количество подаваемого в цилиндры,топлива уменьшится в строгом соответствии со снижением нагрузки и частота враще­ ния будет восстановлена. Возвращение золотника 20 и золотни­ ковой втулки 18 в исходное положение происходит следующим образом: пока частота вращения коленчатого вала дизеля не

•26

восстановилась, необходимо сохранить поршень 22 неподвиж­ ным'. В процессе этого восстановления грузы 3 сходятся и золот­ никовая втулка 18 возвращается в исходное положение одновре­ менно с грузами и золотником 20. Это достигается регулирова­ нием потока масла через игольчатый клапан 12.

Завершение цикла работы при уменьшении нагрузки дизеля состоит в следующем: золотник 20 и золотниковая втулка 18 дви­ жутся вместе вниз к своему исходному положению; отверстие в золотниковой втулке 18 остается закрытым и, следовательно, поршень 22 остается неподвижным. Все движущиеся части ре­ гулятора возвращаются в свое исходное состояние за исклю­ чением штока 25 серводвигателя, который находится в положе­ нии, соответствующем уменьшенной нагрузке дизеля.

При резком снижении нагрузки, грузы с золотником и, следо­ вательно, золотниковая втулка, устанавливаются в крайнее верх­ нее положение. При этом поршень 14 золотниковой втулки 18 своей нижней кромкой открывает отверстие в буксе 19, сообщая полость над ним с масляной ванной. Этот перепуск масла кром­ ками поршня 14 в дополнение к перепуску масла через иголь­ чатый клапан 12 сокращает длительность переходного процесса.

Работа регулятора при увеличении нагрузки. В регуляторе при увеличении нагрузки дизеля происходят процессы, противо­ положные описанным. С увеличением нагрузки частота враще­ ния дизеля начинает уменьшаться, грузы сходятся к оси враще­ ния и пружина 2 измерителя передвигает золотник 20 вниз. При этом рабочий диск золотника 20 открывает отверстие в золотни­ ковой втулке 18 и масло, находящееся под давлением, начинает поступать по каналам 7 и 17 в полость под поршнем 22. Этот поршень начнет передвигаться вверх, преодолевая усилие пружи­ ны 21.

При движении поршня 22 вверх подача топлива увеличит­ ся и частота вращения дизеля возрастет. При движении поршня 22 вверх в полости над поршнем 24 создается повышенное дав­ ление масла, которое по каналу 15 распространяется в полость над поршнем 14 золотниковой втулки 18. Это давление застав­ ляет поршень 14 вместе с золотниковой втулкой 18 двигаться вниз, сжимая пружину 13 до тех пор, пока отверстие в золот­ никовой втулке 18 вновь перекроется рабочим диском золотни­ ка 20. Поступление масла под поршень 22 прекратится и он бу­ дет остановлен в положении, соответствующем увеличившейся нагрузке дизеля.

Возвращение золотника 20 и золотниковой втулки 18 в исход­ ное положение происходит следующим образом: частота враще­ ния дизеля начинает увеличиваться, грузы 3 регулятора расхо­ дятся, поднимая золотник 20 вверх; пружина 13 возвращает зо­ лотниковую втулку 18 в среднее положение, заставляя масло выходить из полости над поршнем 14 золотниковой втулки 18 через открытый игольчатый клапан 12. При этом отверстие в зо-

27

лотниковой втулке 18 перекрыто рабочим диском' золотника 20 и поршень 22 остается неподвижным. !

По окончании цикла работы регулятора при увеличений на­ грузки грузы, золотник и золотниковая втулка будут находиться в исходном положении, а поршень серводвигателя в положёнии, соответствующем увеличенной нагрузке дизеля. При резком уве­ личении нагрузки грузы с золотником и золотниковая втулка устанавливаются в крайнее нижнее положение, а поршень зо­ лотниковой втулки своей нижней кромкой открывает отверстие в буксе, сообщая полость над ним с масляной ванной. Этот пе­ репуск масла кромками поршня золотниковой втулки в дополне­ ние к перепуеку масла через игольчатый клапан также ссікращает длительность переходного процесса, как и в режиме регу­ лятора при уменьшении нагрузки.

Рассмотренная принципиальная схема воплощена в ряде мо­ дификаций регуляторов Д50, 2Д100, ЗД100 и др. Дополнитель­ ные требования, предъявляемые к системам автоматического регулирования современных тепловозов, вызываемые особенно­ стями работы его силовой установки, привели к созданию новых схем регуляторов. Так, для тепловозных дизель-генераторов 10Д100, кроме заданной частоты вращения, необходимо поддер­ живать и постоянную мощность генератора. Такое требование для тепловозов с электропередачей может быть выполнено при дополнительном воздействии на систему возбуждения генерато­ ра. Схемы регулирования, использующие воздействия как на сис­ тему подачи топлива дизеля, так и на систему возбуждения ге­ нератора, получили название схем объединенного регулирова­ ния, а регулятор, выполняющий обе функции, — объединенного регулятора частоты вращения и нагрузки.

Объединенный регулятор

Объединенный регулятор состоит из регулятора скорости, аналогичного устанавливаемому на дизелях Д50 и 2Д100, регу­ лятора мощности и механизма электрогидравлическо го управле­ ния частотой вращения.

Регулятор мощности. Главным назначением системы регули­ рования силовой установки тепловоза является поддержание та­ кого режима работы дизеля, при котором обеспечивается наи­ более эффективное использование локомотива. Нагрузка тяговых электродвигателей, а следовательно, и величина потребляемого ими тока, изменяется в зависимости от профиля пути и скорости движения тепловоза. При постоянном напряжении главного ге­ нератора это привело бы к изменению его мощности и мощности дизеля. Для обеспечения постоянства мощности главного гене­ ратора необходимо изменять его напряжение так, чтобы про­ изведение величины тока на напряжение оставалось постоянным. Такое изменение напряжения достигается воздействием индук-

28