2. Исследование динамики системы автоматического регулирования частоты вращения.
2.1.Описание устройства и принципа действия регулятора частоты.
Рассмотрим совместную работу с главным двигателем П+ ПИ регулятора частоты вращения фирмы Woodward типа PG-58 с дифференциальным сервопоршнем, принципиальная схема которого представлена на рис. 9.
В случае уменьшения нагрузки двигателя его число оборотов будет увеличиваться и под действием центробежных грузов 2 управляющий золотник 3 поднимется вверх. При этом нижний регулирующий поясок золотника сообщит левую полость поршня изодрома 4 со сливом и поршень 6 сервомотора под действием масла, поступающего в его верхнюю полость от аккумулятора, начнет двигаться вниз, вытесняя масло в правую часть изодрома 4 и перемещая его влево, а топливную рейку – на уменьшение топлива в двигатель.
Одновременно с этим в результате возникновения перепада давлений на верхнем компенсирующем пояске золотника 3 последний опустится вниз в исходное положение и поршень 6 сервомотора остановится. После этого поршень 4 изодрома под действием своей левой сжатой пружины будет двигаться вправо, вытесняя масло через дроссельный клапан 5 из правой полости изодрома в левую. Когда поршень 4 вернется в свое исходное среднее положение, перепад давлений на компенсирующем пояске золотника 3 станет равным нулю и действие изодромной обратной связи прекратиться.
Время интегрирования (изодрома) определяется гидравлическим сопротивлением , создаваемым дроссельным клапаном 5. Оно должно соответствовать времени , в течении которого в результате изменения регулятором топливоподачи произойдет восстановление заданной частоты вращения вала двигателя. При этом переходные процессы по изменению числа оборотов будут плавными и короткими по времени.
Если увеличение нагрузки произойдет в режиме, близком к режиму полного ходу, то для восстановление заданной частоты вращения вала двигателя регулятор будет увеличивать цикловую подачу топлива и может вывести двигатель на работу за пределы ограничения мощности.
Рассмотрим этот случай. При уменьшении частоты управляющий золотник 3 опустится вниз и поршень 6 сервомотора будет двигаться вверх, оказывая воздействие через свой шток 7 на рычаги 8 и 13 и подымая шток 12 вместе с золотником 3. При этом, очевидно, управляющий золотник 3 вернется в среднее положение до т ого момента , как на его компенсирующем пояске возникнет достаточный перепад давлений в результате действия изодромной обратной связи. Поэтому поршень 6 сможет совершить только часть хода по сравнению с необходимим для восстановления заданных оборотов, и точка режима работы двигателя не выйдет за ограничительную линию 1. Таким образом ,произойдет ограничение топливоподачи, обеспечивающее предотвращение перегрузки двигателя.
Действие ограничителя зависит от положения поршня 24 задания частоты, и поэтому устройство ограничения топливоподачи называется ограничителем по заданным оборотам. Вступление в работу ограничителя и характер ограничения топливоподачи h= f (w) b зависит то четырех настроечных органов D, E, F, G, действие которых показано на рисунке 11.
Р ис 2.1.1 Действие настроечных органов ограничителя топливоподачи по заданыым оборотам
Рис 2.1.2 Действие настроечных органов ограничителя подачи топлива по давлению продувочного воздуха
В случае задания с помощью системы ДАУ повышенного скоростного режима, соответствующего переводу ГД с малого на средний или полный ход, произойдет увеличение давления управляющего воздуха, поступающего к сильфону 20. Сильфон 20 сожмется, золотник 21 опустится вниз, масло высокого давления поступит в нижнюю полость сервомотора задания 24 и его поршень переместится вниз. Он сожмет задающюю пружину 1 на величину, пропорциональную изменению давления управляющего воздуха, благодаря действию следящей обратной связи 19, 22, 23, которая возвращает золотник 21 в исходное среднее положенте.
Так как при увеличении задания усилие задающей пружины 1 окажется болльше, чем центробежная сила грузов 2, управляющий золотник 3 опустится вниз. Нижний поясок золотника 3 откроет канал для прохода масла высокого давления от аккумулятора в левую полость поршня 4 изодрома, который будет двигатся вправо, а поршень 6 сервомотора – вверх на увеличение подачи топлива. При этом поршень 6 может переместиться только на часть необходимого хода, т.к. он остановится, как тоглько рычаг 14 выберет зазор С, и произойдет поднятие штока 12 вместе с золотником 3.
В дальнейшем в результате увеличения топливоподачи, соответствующей частичному перемещению поршня 6, обороты ГТН и давление продувочного воздуха будут возрастать.Под действием повышенного давления воздуха наддува сильфон 16 расширится и поднимет конический клапан, который увеличит слив масла из-под поршня сервомотора 15 ограничителя топливоподачи по давлению наддува. Поршень ограничителя опустится и поскольку число оборотов двигателя ещё не достигло величины, соответствующей затяжке пружины 1, зазор С возникнет снова, и шток 12 вместе с управляющим золотником 3 опуститя вниз. Поршень 6 сервомотора регулятора снова переместится на увеличение топливоподачи и затем остановится в результате аналогичного повторного срабатывания ограничителя подачи топлива по давлению продувочного воздуха.
Таким образом, процесс исполнения команды на повышение режима, связанный со значительным увеличением подачи топлива, произойдёт не за один ход, а за несколько частичных перемещений поршня сервомотора 6 и каждому из них будет соответствовать полное (бездымное) сгорание топлива в двигателе.
Очевидно , в случаях значительного увеличения нагрузки на валу двигателя, ограничитель подачи топлива по давлению продувочного воздуха будет работать аналогичным образом , обеспечивая необходимый коэффициент избытка воздуха на переходных режимах значительного повышения топливоподачи. На рис. 12 показано влияние трех настроечных органов А, В, С, на характеристики ограничения топливоподачи в зависимости от давления продувочного воздуха h = f (Pнад) .
В нормальных условиях эксплуатации главный двигатель должен иметь определенный запас мощности относительно ограничительных характеристик.