2. Исследование динамики системы автоматического регулирования частоты вращения

2.1. Краткая техническая характеристика, устройство и принцип действия регулятора

Рис. 8. Регулятор частоты вращения UG-8 фирмы Woodward.

Рассмотрим совместную работу с главным двигателем П+ ПИ регулятора частоты вращения фирмы Woodward типа UG-8 с дифференциальным сервопоршнем, изображенный на рис. 8.

Рассмотрим случай, когда нагрузка на двигатель увеличивается:

Нагрузка увеличивается — число оборотов уменьшается. При снижении числа оборотов грузы регулятора сходятся, регулирующая штанга и возвратный рычаг движутся вниз, вследствие чего также распределительный золотник опускается, открывая распределительные отверстия во втулке. Через освобожденные распределительные отверстия масло под давлением поступает в полость ниже поршня сервомотора. Так как площадь нижней поверхности поршня сервомотора больше верхней, поршень под давлением масла движется вверх и поворачивает вал регулятора в направлении полной нагрузки. При движении поршня сервомотора вверх, возвратный поршень движется вниз; в результате этого возвратимый поршень идет вверх, сжимая возвратную пружину, чем вызывается движение вверх наружного конца возвратного рычага и распределительного золотника. Движение поршня сервомотора, возвратного поршня, возвратимого поршня и золотника продолжается, пока распределительные отверстия во втулке под распределительный золотник не будут закрыты отсечными кромками распределительного золотника. В момент закрывания распределительных отверстий прекращается движение поршня сервомотора и вала регулятора; эти детали теперь находятся в положении, соответствующем повышенному расходу топлива, необходимому для работы двигателя с нормальным числом оборотов при повышенной нагрузке. После повышения числа оборотов до нормального, грузы регулятора возвращаются в исходное положение, чем также регулирующая штанга возвращается в свое нормальное положение. Одновременно с регулирующей штангой также возвратимый поршень опять занимает свое исходное положение, в результате чего распределительные отверстия, имеющиеся во втулке под распределительный золотник, закрываются отсечными кромками последнего. Скорость потока масла через игольчатый клапан, входящий в состав механизма возврата, является решающим фактором для определения продолжительности процесса возвращения возвратимого поршня в исходное положение. По окончании операций, необходимых для регулирования числа оборотов, грузы регулятора, регулирующая штанга, распределительный золотник и возвратимый поршень находятся в соответствующем исходном положении, а поршень сервомотора и вал регулятора в положении, соответствующем повышенному расходу топлива, необходимому для работы двигателя с нормальным числом оборотов при повышенной нагрузке.

Аналогично рассмотрим случай с уменьшением нагрузки на двигатель:

Нагрузка уменьшается — число оборотов увеличивается. При увеличении числа оборотов грузы регулятора расходятся; регулирующая штанга и внутренний конец возвратного рычага движутся вверх; таким образом распределительный золотник приподымается, вследствие чего открываются распределительные отверстия во втулке распределительного золотника. Вследствие открытия распределительных отверстий освобождается связь между нижней частью цилиндра под поршень сервомотора и сборником масла. Под воздействием давления масла, находящегося в верхней части цилиндра выше поршня сервомотора, последний идет вниз, поворачивая при этом вал регулятора в направлении нулевой нагрузки. При движении поршня сервомотора вниз возвратный поршень движется вверх, причем он тянет вниз возвратимый поршень, сжимая возвратную пружину; в результате этого наружный конец возвратного рычага, а тем самым и поршень, движется вниз. Движение поршня сервомотора, возвратного поршня, возвратимого поршня и золотника продолжается до тех пор, пока распределительные отверстия не закроются отсечными кромками распределительного золотника. В момент закрытия распределительных отверстий, поршень сервомотора и вал регулятора остаются в положении, соответствующем уменьшенному расходу топлива, необходимому для работы двигателя при нормальном числе оборотов и уменьшенной нагрузке. При снижении повышенного числа оборотов до нормального значения грузы регулятора возвращаются в их исходное положение; тем самым регулирующая штанга может опускаться в исходное (нормальное) положение. Одновременно с регулирующей штангой также возвратимый поршень при помощи возвратной пружины возвращается в свое исходное положение, причем распределительные отверстия втулки под распределительный золотник перекрыты отсечными кромками последнего. Поток масла через игольчатый клапан, входящий в состав механизма возврата, определяет время возвращения возвратимого поршня в исходное положение. По окончанию вышеописанного процесса грузы, регулирующая штанга, золотник и возвратимый поршень находятся в исходном положении. Поршень сервомотора и вал регулятора занимают положение, соответствующее уменьшенному расходу топлива, необходимому для работы двигателя с нормальным числом оборотов при уменьшенной нагрузке.

Этот регулятор отличается от базового регулятора UG-40 наружным расположением рукояток настройки, что позволяет настраивать регулятор при работающем двигателе.

Принцип действия регулятора и устройство изодромной обратной связи такие же, как и у базового регулятора UG-40. Задание частоты вращения осуществляется рукояткой синхронизатора или дистанционно — электродвигателем через фрикционную муфту. Регулировка жесткой обратной связи 1 на рис. 9 осуществляется перемещением опоры с помощью винта, выведенного на панель регулятора. Ограничитель 5 нагрузки действует от рейки, связанной с силовым сервомотором. При движении поршня сервомотора вверх на увеличение подачи топлива, зубчатая рейка приводит во вращение шестерню указателя нагрузки (верхняя стрелка) и через кулачковое устройство ограничителя 5 нагрузки перемещает левый конец рычага 4 вниз. Правый конец рычага 4 поднимает золотник 3 чувствительного элемента вверх, при этом доступ масла из напорной магистрали аккумуляторов 2 в управляемую нижнюю полость сервомотора прекращается и силовой поршень останавливается. При нажатии на левое плечо рычага 4 золотник 3 поднимается, нижняя полость силового сервомотора сообщается со сливом и регулятор останавливает двигатель.

UG-8L называют рычажными, а UG-8 — шкальными. На лицевой панели регулятора UG-8L расположена только ручка настройки задания частоты вращения. По принципу действия регуляторы UG-8L и UG-8 одинаковы.

Рис.9. Схема регулятора частоты вращения «Вудвард» UG-8

1 – рычаг ЖОС; 2 – аккумуляторы масла; 3 – управляющий золотник;

4 – плавающий рычаг; 5 – ограничитель