книги из ГПНТБ / Регуляторы скорости дизель-генераторов

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ

Широкое распространение дизелей выдвинуло проблемы со­ вершенствования их экономических показателей, упрощения об­ служивания, улучшения рабочего процесса, а также привело к необходимости совершенствования систем автоматического регу­ лирования.

Создание более совершенных систем автоматического регу­ лирования дизель-генераторных установок, обеспечивающих удобства эксплуатации, в сочетании с новыми принципами регу­ лирования представляет собой одну из актуальнейших задач. В настоящее время необходимо конструировать регуляторы на базе новых принципиальных схем с использованием новых прин­ ципов управления — по возмущению при двухимпульсном регулировании.

Применение таких совершенных регуляторов открывает ши­ рокие возможности улучшения динамических показателей регу­ лирования, совершенствования электрической передачи тепло­ возов, обеспечения параллельной работы нескольких дизельэлектрических агрегатов при упрощении их конструкции.

§ 19. РЕГУЛЯТОР С СИЛОВОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ БУФЕРНОГО ТИПА

В процессе эксплуатации регулятора возникает необходи­ мость настройки отдельных его элементов и узлов для согласо­ ванной работы системы автоматического регулирования. Так, при настройке регуляторов с кинематической обратной связью, непосредственно на дизеле требуется изменение предваритель­ ного сжатия компенсирующей пружины, для чего необходима установка или уменьшение числа прокладок в золотниковой части. Для этого частично разбирают регулятор и извлекают золотниковую часть.

Такие работы весьма трудоемки, связаны со значительной потерей времени и крайне неудобны. Выполнять их может толь­ ко специалист, имеющий соответствующий опыт. Кроме того, в регуляторах с кинематической обратной связью при уменьше-

114

нии подачи топлива возможен разрыв потока рабочей жидко­ сти, ухудшающий качество процесса регулирования. Эти недо­ статки, а также необходимость использования специального демпфирующего устройства в измерителе частоты вращения, сложность конструкции поршневой пары и следящей системы, и т. п. доказали целесообразность применения новых принципов регулирования.

Регуляторы 10Д100, выполненные по новой принципиальной схеме, начинают заменять с 1972 г. все прежние регуляторы. Отличительной особенностью регулятора 1 ОД100 является при­ менение изодромной компенсирующей обратной связи (нередко называемой «буферной»), осуществляющей силовое воздействие непосредственно на золотник измерителя в результате перепада давлений в полостях компенсирующей системы.

Принципиальная схема регулятора 10Д100 дана на рис. 48. Между золотниковой втулкой 23 и поршнем 9 серводвигателя расположена компенсирующая система, состоящая из буферно­ го цилиндра, поршня 7, нагруженного с двух сторон буферны­ ми пружинами, и компенсирующего игольчатого клапана 8. Зо­ лотник 24 имеет специальный компенсирующий поясок D боль­ шего диаметра.

Движение золотника 24 вниз позволяет потоку масла под давлением, равным давлению в аккумуляторе, пройти через золотниковую втулку 23 в полость А цилиндра буфера. При этом поршень 7 буфера смещается влево, выжимает масло из полости Б, поднимая поршень 9 силового цилиндра, и увеличи­ вает подачу топлива. Движение золотника 24 вверх позволяет маслу из полости Л, а следовательно, и из силового цилиндра сливаться в ванну регулятора. Поршень силового цилиндра при этом будет направляться пружиной вниз, уменьшая подачу топлива.

Этот поток масла в буферной системе (в любом направле­ нии) определяет смещение поршня 7 в направлении потока, сжимая одну из пружин и освобождая другую. Такое действие создает перепад давления масла на обеих сторонах поршня 7 (полости А и Б) с более высоким давлением на стороне, проти­ воположной сжатой пружине.

Перепад давлений передается в полости над и под компенси­ рующим пояском D золотника 24 и создает силу, направленную вверх или вниз. Эта сила действует на компенсирующий поясок D (т. е. на золотник), что и является обратным воздействием, способствующим возврату золотника в среднее положение пере­ крытия.

Компенсирующая система — обратная связь бывает двух мо­ дификаций: нерегулируемая и регулируемая. В случае нерегу­ лируемой обратной связи (регулятор 10Д100) предварительное сжатие буферных пружин не изменяется. Однако для работы на дизелях различного назначения устанавливают пружины

115

разной жесткости, обеспечивающие устойчивость процесса регу­ лирования при любых условиях работы.

Регулируемая обратная связь допускает изменение предва­ рительного сжатия буферных пружин, что особенно важно при установке регуляторов на газомоторкомпрессорах (машины с

искровым зажиганием, где возможен пропуск вспышек) и на машинах с ударными нагрузками, например на поршневом компрессоре.

Узел регулируемой обратной связи показан "на рис. 49. Пор­ шень 4 установлен в расточке корпуса 2 регулятора. На внутрен­

116

ние торцы поршня 4 опираются две пружины 8 со стаканами 3 и 5, регулировочными винтами 6 и 9 и тарелками 7, упираю­ щимися в гайки. На винт 9 навернута направляющая 1 с уплот­ нительным резиновым кольцом 10. Снаружи на направляющую 1 надет колпачок 11.

Сжатие пружин изменяют вращением регулировочного винта 6 при снятом колпачке 11. Возможно регулирование с нулевым

Рис. 49. Конструкция узла регулируемой обратной связи:

и предварительным сжатием. В обоих случаях пружины могут иметь линейную и нелинейную характеристики, что также опре­ деляется условиями работы.

Работа регулятора при различных реж имах работы дизеля.

своим рабочим диском перекрывает окно в золотниковой втулке 23, закрывая доступ масла к поршню 7 из аккумулятора 5. Поршень 7 находится в среднем положении под действием своих пружин. Давление масла под поршнем 9 и в полостях Л и Б оди­ наково. Шток серводвигателя находится в положении, при кото­ ром подача топлива соответствует определенной нагрузке ди­ зеля.

У в е л и ч е н и е н а г р у з к и . При увеличении нагрузки на дизель (или снижении частоты вращения) уменьшается частота вращения коленчатого вала дизеля, грузы сходятся к оси вра­ щения, перемещая золотник 24 вниз и открывая доступ масла из аккумулятора 5 в полость А. Поршень 7 под давлением мас­ ла смещается в сторону серводвигателя, сжимая левую пружи­ ну и освобождая правую. Одновременно поршень 7 вытесняет соответствующий объем масла под поршень 9 серводвигателя, перемещая его вверх и увеличивая подачу топлива в цилиндры дизеля.

117

При движении поршня 7 в направлении потока масла (к серводвигателю) создается промежуточное давление масла в по­ лости А, которое больше давления масла в полости Б на вели­ чину, пропорциональную смещению поршня 7. Одновременно с движением поршней 7 и 9 перепад давлений масла на противо­ положных сторонах поршня 7 передается в полости над ком­ пенсирующим пояском D золотника 24 и под ним (более высо­ кое давление будет под пояском D).

Давление на компенсирующий поясок D снизу возрастает до> тех пор, пока оно в дополнение к подъемной силе расходящихся грузов 22 не преодолеет усилие пружины измерителя 21 и не поднимет золотник 24 до перекрытия регулирующего окна в зо­ лотниковой втулке 23. Как только регулирующее окно за­ кроется, поршень 9 серводвигателя 25 остановится в положении увеличенной подачи топлива, необходимой для работы дизеля.

Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, так как давление масла в полостях А и Б вырав­ нивается игольчатым клапаном 8. Процесс выравнивания дав­ лений должен быть приведен в соответствие со скоростью вос­ становления частоты вращения коленчатого вала дизеля. При больших и резких изменениях нагрузки дизеля поршень 7 пере­ мещается в крайнее левое положение, При этом полости А и Б, помимо игольчатого клапана, сообщаются непосредственно, что' улучшает переходные процессы.

У м е н ь ш е н и е н а г р у з к и . При уменьшении нагрузки на дизель (или увеличении частоты вращения) увеличивается ча­ стота вращения коленчатого вала дизеля, грузы расходятся от оси вращения, перемещая золотник 24 вверх и открывая доступ масла из полости А на слив в ванну. Поршень 7 под давлением масла смещается в сторону от серводвигателя, сжимая правую пружину и освобождая левую. При этом поршень 9 серводвига­ теля под действием пружины перемещается вниз, уменьшая по­ дачу топлива в цилиндры дизеля.

При движении поршня 7 в направлении потока масла (к ванне) создается промежуточное давление масла в полости Б, которое больше давления масла в полости А на величину, про­ порциональную смещению поршня 7. Одновременно с движе­ нием поршней 7 и 9 перепад давлений масла на противополож­ ных сторонах поршня 7 передается в полости под компенсирую­ щим пояском D золотника 24 и над ним (более высокое по величине давление над пояском D).

Давление на компенсирующий поясок D сверху возрастает до тех пор, пока оно в дополнение к усилию пружины измери­ теля 21 не преодолеет центробежное усилие грузов 22 и не опу­ стит золотник 24 до перекрытия регулирующего окна в золот­ никовой втулке 23. Как только регулирующее окно закроется, поршень 9 серводвигателя 25 остановится в положении умень­ шенной подачи топлива, необходимой для работы дизеля.

118

Поршень 7 возвращается в среднее положение под дейст­ вием своих пружин, так как давление масла в полостях А и Б выравнивается при помощи игольчатого клапана 8. Процесс вы­ равнивания давлений также должен быть приведен в соответст­ вие со скоростью восстановления частоты вращения коленчатого вала дизеля.

При значительных и резких уменьшениях нагрузки (или рез­ ком переводе контроллера для увеличения частоты вращения коленчатого вала дизеля) поршень 7 перемещается в крайнее правое положение. При этом полости А и Б, помимо игольчато­ го клапана, сообщаются непосредственно, что улучшает пере­ ходные процессы.

Основные узлы тепловозного регулятора. Тепловозный регу­ лятор 1 ОД100, выполненный по новой принципиальной схеме, принят в качестве базового. Такой регулятор состоит из следую­ щих основных узлов: нижнего корпуса 7 (рис. 50) с приво­ дом; среднего корпуса 5; золотниковой части; серводвигателя 1\ верхнего корпуса 3\ золотника 2.

Нижний корпус 7 с приводом и золотник 2 аналогичны ниж­ нему корпусу с приводом объединенного регулятора 9Д100 и золотнику регулятора Д50.

Средний корпус прикреплен к фланцу нижнего корпуса 27 (рис. 51). В корпусе 27 помещена золотниковая часть регулято­ ра, приводимая валиком 28. В нижней части корпуса имеется расточка, в которой на оси помещена ведомая шестерня, состав­ ляющая вместе с ведущей шестерней масляный насос регулято­ ра. В нижней части корпуса установлен также нагнетательный клапан. В среднем корпусе 26 помещены аккумуляторы масла, аналогичные аккумуляторам регулятора Д50, но расположенные в нижней части.

На боковой стороне корпуса имеется расточка, в которой помещен буферный поршень 3 (рис. 52) с пружинами 2 (буфер­ ная связь нерегулируемая, пружины конические, имеющие нели­ нейную характеристику), направляющей 4 и пробкой 1 с уплот­ нительным кольцом. В средний корпус 5 (см. рис. 50) ввернуты маслоуказатель 4, пробка 9 для выпуска воздуха из масляных полостей обратной связи, пробка 8 для замера давления масла в аккумуляторе, пробка 6 для слива масла, а также обратный клапан и штуцер для подсоединения пускового серводвигателя. Масляный насос регулятора 10Д100 имеет значительно большую производительность, чем насос регулятора Д50.

Золотниковая часть (см. рис. 51) состоит из буксы 25 золот­ ника с запрессованной в нее золотниковой втулкой-хвостовиком 24, направляющей втулки 23, золотника 22, грузов 19 (анало­ гичных грузам регулятора 9Д100), тарелки 20 с шарикоподшип­ ником и пружины 17 измерителя. В отличие от пружины изме­ рителя регулятора Д50, выполненной из проволоки диаметром 2,5 мм, пружина регулятора 10Д100 — более жесткая из прово-

119

локи диаметром 2,8 мм. Пружина 17 измерителя закреплена на тарелке 20 и на своем верхнем торце имеет опору 16 со штиф­ том для предотвращения проворачивания во время работы регу­

лятора.

Рис. 50. Тепловозный регулятор 10Д100:

Положение золотника 22 относительно золотниковой втулки 24 регулируют гайкой 18 так, чтобы при верхнем крайнем поло­ жение золотника (грузы разведены) и его нижнем крайнем поло­ жении (грузы сведены) диск золотника открывал отверстие в золотниковой втулке на одинаковую величину. При сведенных и разведенных грузах диск Б золотника не должен перекрывать отверстий Г и В.

120

Серводвигатель регулятора смонтирован на боковой поверх­ ности корпуса 26 и состоит из корпуса серводвигателя 3, порш­ ня 4, верхнего штока 5, пружины 9, стакана 6 и возвратной пружины верхнего штока. Верхняя часть стакана 6 заведена в

корпус 2.1 и уплотнена резиновой прокладкой 8, прижатой к корпусу пружиной 7. Шток уплотнен в крышке сальником 2 и имеет вилку 1 для соединения с рычажной системой привода реек топливных насосов. На верхнем штоке есть винт 15 для

121

регулирования мощности, поддерживаемой регулятором на определенном уровне.

В отличие от серводвигателей регулятора Д50 и всех дру­ гих регуляторов с кинематической обратной связью, серводви­ гатель регулятора 10Д100 имеет только один поршень, что де­ лает его более технологичным. В корпусе серводвигателя уста­ новлен компенсирующий игольчатый клапан 6 (рис. 52), под-

держивающий устойчивую работу дизеля. Этот клапан уплот­ нен в корпусе резиновым кольцом 5.

В верхнем корпусе 21 (см. рис. 51) расположены узлы регу­ лирования мощности и узлы электрогидравлической системы управления частотой вращения. Эти узлы аналогичны описан­ ным ранее узлам объединенного регулятора 9Д100, однако си­ стема каналов в регуляторе 10Д100 выполнена в плите, имею­ щей фасонные пазы и установленной на боковой стенке верхне­ го корпуса 21.

К верхнему корпусу укреплен серводвигатель с индуктивным датчиком, аналогичный серводвигателю регулятора 9Д100 и от­ личающийся лишь тем, что к его корпусу масло подводится не­ посредственно через верхний корпус 21, а не по трубкам, как это выполнено в регуляторе 9Д100.

В верхнем корпусе 21 имеется отключающее устройство для автоматической установки узла регулирования мощности в поло­ жение разгрузки (минимального возбуждения) при буксовании тепловоза (этого устройства в других регуляторах нет), а так­ же при трогании тепловоза с места (на регуляторе 9Д100 для

122