книги из ГПНТБ / Регуляторы скорости дизель-генераторов

ния дизелей, для которых предназначены испытываемые регу­ ляторы.

Передаточное число от объектов регулирования к приводному валу регулятора должно быть таким, чтобы номинальной часто­

генератор ДГ-50/1-2-1. Этот дизель-генератор состоит из шести­ цилиндрового дизеля К-457 типа 6412/14 и синхронного генера­ тора мощностью 50 кВт, напряжением 400 В, которые смонти­ рованы на одной раме. Привод регулятора выполнен со сто­ роны переднего конца коленчатого вала и состоит из полу­ жесткой муфты и редуктора.

На стенде установлена система ускоренного прогрева масла в регуляторе, схема которой показана на рис. 72. Нагреватель­ ным элементом является проволочный электронагреватель, по­ лучающий питание от сети переменного тока напряжением 220 В. Стенд имеет пульт управления, щит контрольно-измери^ тельных приборов и нагрузочное устройство. С пульта управле­ ния осуществляют дистанционный пуск дизеля, задают требуе­ мый скоростной и нагрузочный режимы работы дизеля, контро­ лируют рабочие параметры стенда и останавливают дизель. С пульта управления также регулируют возбуждение синхрон­ ного генератора. Пульт получает питание от сети переменного тока напряжением 220 В.

На щите контрольно-измерительных приборов установлены: ваттметр (для измерения мощности); амперметр; вольтметр; ча-

178

стотомер (для измерения параметров вырабатываемой электро­ энергии) ; дистанционный тахометр (для измерения частоты вращения коленчатого вала дизеля). Питание подведено к этим приборам через трансформаторы тока. Вольтметры подключены непосредственно на линейное напряжение генератора.

В нагрузочном устройстве стенда применены проволочные реостаты с естественным воздушным охлаждением. Реостаты включены по схеме звезды с секционированием нагрузки, позво­ ляющим использовать 25, 50, 75 и 100% мощности. Ступенчатое изменение нагрузки осуществляется при помощи шести двухпо­ люсных контакторов. Нагрузку уменьшают или увеличивают при помощи трехполюсного автоматического выключателя. Стенд предусматривает также воз­ можность параллельной ра­ боты двух дизель-генера­ торов.

Специальный возбудитель МВС 18/16 (с независимым воз­ буждением) предназначен для возбуждения генератора. Управ­ ление возбуждением осуществляется вручную регулятором воз­ буждения, включенным в цепь постоянного тока. Таким образом, при помощи регулятора возбуждения и ступенчатого подключе­ ния нагрузочного устройства можно практически реализовать любую желаемую величину нагрузки на дизель. Дизель пускают при помощи установленного на нем стартера.

Общая электрическая схема испытательного стенда с исполь­ зованием электрических машин для моделирования объекта ре­ гулирования показана на рис. 73. Модель состоит из асинхрон­ ного двигателя, приводящего во вращение генератор постоянного тока мощностью 24 кВт при 1450 об/мин. Нагрузкой генератора

приводит во вращение синхронный генератор с возбудителем и испытуемый регулятор.

Шток исполнительного органа регулятора механически свя­ зан с индуктивным датчиком перемещения. Механическое пере­ мещение якоря индуктивного датчика при помощи специального

179

преобразователя (рис. 74) трансформируется в электрический сигнал. Этот сигнал управляет напряжением генератора посто­ янного тока, воздействуя на его обмотку независимого возбуж­ дения. Таким образом, положение штока исполнительного орга­ на регулятора однозначно определяет величину тока возбужде­ ния генератора и, следовательно, частоту вращения якоря электродвигателя.

Рис. 74. Схема преоб­ разователя датчика перемещения

Для уменьшения динамической ошибки при запаздывании и повышения быстродействия системы возбуждения, применяют системы на транзисторах. Преобразователь состоит из панели сеточного управления, входного усилителя, реле времени с конт­ ролем напряжения трех фаз и устройства питания. Механиче­ ская связь регулятора с исполнительным электродвигателем обеспечивается при помощи конического редуктора. Для описы­ ваемого стенда передаточное отношение редуктора г = 0,582.

Электродинамическая модель позволяет испытывать также агрегаты, работающие параллельно. Схема моделирующего стен­ да с пневмодвигателем показана на рис. 75. Стенд состоит из пневмодвигателя 1, приводящего во вращение генератор 10 и испытуемый регулятор 2. Привод осуществлен при помощи ко­ нических редукторов. Шток регулятора механически связан с золотниковым устройством 7, управляющим подачей воздуха к пневмодвигателю. Нагрузкой генератора являются реостаты. Частоту вращения контролируют по указателю 8 электротахо­ метра. Пневмодвигатель подключен к магистрали сжатого воз­ духа. Для поддержания постоянного давления сжатого воздуха на стенде предусмотрен регулятор давления 6.

Наиболее достоверным моделированием объекта регулирова­ ния является моделирование при помощи дизелей, так как оно

180

позволяет учесть влияние рабочего процесса дизеля на динами­ ческие показатели системы. Однако испытательные стенды с ис­ пользованием дизелей сложны по устройству, громоздки и мало­ экономичны.

Электродинамические испытательные стенды являются наибо­ лее экономичными в связи с высокими значениями к. п. д. элект­ рических машин и возможностью использования энергии из сети.

Рис. 75. Схема моделирующего стенда с пневмодвигателем:

золотниковое устройство; 8 — указатель электротахометра; 9 — нагрузочное устройство; 10 — генератор

Но эти стенды громоздки, так как необходимо двойное преобра­ зование энергии и устройств возбуждения.

Наименее громоздкими и более простыми по устройству яв­ ляются пневматические испытательные стенды. Однако при их разработке, чтобы избежать дополнительных динамических по­ грешностей в связи с сжимаемостью воздуха, следует уделить большое внимание конструкции воздухопроводов на входе и вы­ ходе из пневмодвигателя. Кроме того, необходимо учитывать также большой наклон характеристики крутящего момента пневмодвигателя по сравнению с такой же характеристикой дизеля.

§25. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ РЕГУЛЯТОРОВ

Впроцессе испытаний регуляторов скорости регулируют: по­ ложение компенсирующего игольчатого клапана; частоту вра­ щения при заданных скоростных режимах; механизм остаю­ щейся степени неравномерности (жесткой обратной связи); кон­ тактную систему; электромагнит стоп-устройства; уровень мощ­ ности.

181

Регулирование положения компенсирующего игольчатого клапана является внешним и для его выполнения не требуется разбирать или демонтировать регулятор (см. § 22). От правиль­ ного положения игольчатого клапана зависит устойчивость рабо­ ты регулятора, время переходных процессов и легкость пуска дизеля.

Малое открытие игольчатого клапана вызывает замедленное действие регулятора, затрудняет пуск и удлиняет время пере­ ходного процесса. Чрезмерно большое открытие — вызывает не­ устойчивую работу дизеля, особенно в режиме холостого хода.

Материалы по регулированию частоты вращения дизелей, оборудованных регуляторами Д50, 2Д100 и ЗД100, были приве­ дены в главе IV. На дизелях с регуляторами 1Д50, 4Д100, 7Д100 и 16Д100 минимальную частоту вращения регулируют изменением положения шестерни 5 указателя (см. рис. 17), имеющей упор относительно зубчатой рейки. Для этого останав­ ливают дизель, отвертывают гайку крепления рукоятки ручного управления и снимают ее вместе с шестерней указателя. Затем ставят на валик рукоятку, пускают дизель и вращением рукоят­ ки устанавливают требуемую минимальную частоту вращения коленчатого вала дизеля: для дизелей с регуляторами 1Д50— 300 об/мин, а для дизелей с регуляторами 4Д100, 7Д100 и 16Д100 — 400 об/мин.

Кроме регулирования минимальной частоты вращения, на дизелях с регуляторами 7Д100 и 16Д100 при их холостом ходе устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала — 785 об/мин. Для этого завинчивают винт 2 (см. рис. 18) до упора в штифт шестерни указателя, после чего этот узел пломбируют. Регулирование частоты вращения дизелей с регу­ ляторами 9Д100 и 1 ОД100 было рассмотрено в главе IV.

Для регулирования механизма остающейся степени неравно­ мерности регуляторов 1Д50, 4Д100, 7Д100 и 16Д100 снимают колпак 8 с верхнего корпуса (см. рис. 16) и отпускают гайку на оси качания рычага. Затем передвигают кулису 1 до полу­ чения требуемой остающейся степени неравномерности. Устанав­ ливаемую степень неравномерности определяют измерением ча­ стоты вращения коленчатого вала дизеля при холостом ходе и полной нагрузке для неизменного положения органов управле­ ния частотой вращения. При этом, положение органов управле­ ния должно соответствовать номинальной частоте вращения коленчатого вала дйзеляи 5.0% нагрузки.

Для регулирования контактной системы регуляторов 7Д100 и 16Д100 снимают колпак, устанавливают рукоятку управления на упоре минимальной частоты вращения и регулируют положе­ ние микропереключателя КР01 (до замыкания его контакта). Контакты микропереключателей КР02 и КРОЗ должны быть разомкнуты. При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля на 20—25 об/мин контакт микропереключателя

182

KPOl должен розомкнуться, а контакт КР02 — замкнуться. Во время работы дизеля при 758+5 об/мин регулируют положение микропереключателя КРОЗ (до замыкания его контакта).

повышает частоту вращения коленчатого вала дизеля, при кото­ рой происходит переключение контактов. После окончания регу­ лирования гайки 3 стопорят и устанавливают колпак контактной системы.

При регулировании электромагнита стоп-устройства устанав­ ливают величину хода его якоря. Для этого прекращают пита­ ние катушки электромагнита, отсоединяя вилку штепсельного разъема. Затем освобождают пробку электромагнита от шплин­ та и ввертывают ее до упора в якорь электромагнита. После этого осуществляют пуск дизеля и постепенно отвертывают проб­ ку до тех пор, пока дизель не остановится. После остановки дизеля пробку стопорят, вставляют вилку штепсельного разьема и пускают дизель.

Регулирование уровня мощности, поддерживаемого объеди­ ненными регуляторами 9Д100 и 10Д100, выполняют при реостат­ ных испытаниях тепловоза. Предварительно проверяют мощ­ ность, развиваемую дизелем в номинальном режиме при поло­ жении реек топливных насосов на упоре максимальной подачи топлива. При работе в этом режиме вращением верхнего штока 14 (см. рис. 22) ставят якорь индуктивного датчика в такое положение, при котором уровень мощности, поддерживаемый объединенным регулятором, на 40—50 кВт ниже уровня мощ­ ности, развиваемой дизелем при положении реек топливных на­ сосов на упоре максимальной подачи топлива. Этот запас мощ­ ности необходим для обеспечения устойчивой работы системы регулирования.

Уровень мощности регулируют, вращая верхний шток 14. 1 При вращении штока против часовой стрелки уровень мощности

регулятора при регулировании уровня мощности должны быть отвернуты примерно на 1,5—2 оборота.

Перед определением уровня мощности, поддерживаемого объединенным регулятором, необходимо установить метку на траверсе регулятора против соответствующего деления на план­ ке коромысла 9 (см. рис. 24). Это необходимо, потому что от положения траверсы зависит как величина номинальной мощ­ ности дизеля, поддерживаемой регулятором, так и мощности при частичных режимах. Значение последних оказывает влияние на экономичность дизель-генераторной установки в целом.

183

Г л а в а IX

КОНСТРУКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И УЛУЧШЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ

За время от начала эксплуатации первых образцов регуля­ торов типа Д50 и Д100 выявлены недостатки в их работе, кото­ рые в основном можно разделить на две группы. Первая груп­ п а— это недостатки, связанные с принципиальной схемой регу­ лятора; вторая группа — это конструктивные и технологические недостатки, устраняемые в процессе доработки и доводки конст­ рукции.

мя поршнями и соответственно двумя различными расточками в корпусе, что затрудняет обеспечение соосности, приводит к увеличению утечек масла через зазоры и, как следствие, к по­ вышению нечувствительности и нестабильности частоты вра­ щения;

б) сложность и трудоемкость изготовления золотниковой части регулятора, состоящей из нескольких движущихся одна в другой деталей. Попадание мельчайших посторонних веществ в золотниковую часть приводит к неустойчивой работе регулятора. С золотниковой частью жестко соединена ведущая шестерня масляного насоса, что нередко вызывает износ ее торца и тре­ бует дополнительного регулирования осевого зазора;

в) необходимость в частичной разборке регулятора для на­ стройки золотниковой части;

г) необходимость притирки плоскости стыка среднего и ниж­ него корпусов регулятора;

д) недостаточную производительность масляного насоса ре­ гулятора и, в связи с этим, необходимость в установке серво­ двигателя для пуска.

Перечисленные недостатки свойственны всем без исключения регуляторам типа Д50 и Д100 с кинематической обратной связью.

Ко второй группе недостатков относят несовершенство конст­ рукции отдельных узлов и деталей и недостаточно тщательное их изготовление. Для повышения надежности работы в конст­ рукцию регуляторов внесены усовершенствования и изменения,

185

а также реализованы технологические мероприятия но улучше­ нию изготовления, сборки, регулирования и испытаний.

До 1962 г. на дизелях типа Д100 регуляторы устанавливали на переднем торце (со стороны управления) между выпускными патрубками, что создавало неудобство в обслуживании регуля­ тора, приводило к перегреву в нем масла и затрудняло нормаль­ ный пуск дизеля. Для устранения указанных недостатков регу­ лятор стали устанавливать на левой стороне дизеля. При такой установке обеспечен удобный доступ к регулятору и значитель­ но уменьшен нагрев в нем масла, происходящий в процессе ра­ боты дизеля.

Значительной модернизации была подвергнута контактная •система регулятора 7Д1С0. На этих регуляторах до 1962 г. ис­ пользовали контактную систему, корпус которой устанавливали на боковой плоскости верхнего корпуса регулятора. Электриче­ ские импульсы в цепь автоматического управления дизеля по­ давали с двух контактных групп кодового реле. Каждая кон­ тактная группа имела свой приводной кулачок. Такая конст­ рукция вызывала трудности при эксплуатации регуляторов, так как отсутствовало раздельное регулирование подаваемых в эту цепь электрических импульсов. При регулировании одного из импульсов нарушалось регулирование другого импульса. Кроме того, при работе дизеля вследствие вибраций было возможно самопроизвольное замыкание контактов.

С 1962 г. в регуляторах 7Д100 стали устанавливать контакт­ ную систему с микропереключателями МП1, имеющую раздель­ ное регулирование импульсов. Для установки регулятора с ука­ занной контактной системой на дизели, у которых регуляторы

верхний корпус регулятора вместе с контактной системой, вы­ водят из зацепления зубчатую рейку с ее валиком и снимают рейку вместе с рычагом неравномерности и кулисой. Затем вращают верхний корпус относительно корпуса регулятора на 180° и вновь устанавливают зубчатую рейку с рычагом нерав­ номерности. При этом валик рейки войдет в зацепление с зубья­ ми рейки на другой ее стороне.

При чрезмерном затягивании гаек крепления корпуса серво­ двигателя возможна деформация корпуса и как следствие — за­ клинивание поршневой пары. Для устранения этого недостатка корпус серводвигателя подвергают промежуточной термообра­ ботке (стабилизирующий отпуск) после его предварительной ме­ ханической обработки.

В связи с форсированием дизелей Д50 с 1000 до 1200 л. с., нри их работе стали наблюдаться случаи срабатывания предель­ ного регулятора при полном снятии нагрузки, когда увеличи­ вается частота вращения. Кроме того, наблюдались случаи не­ устойчивой работы системы регулирования при минимальной

186

частоте вращения холостого хода и значительная пульсация: штока серводвигателя регулятора при работе дизеля в номи­ нальном режиме. Установка золотниковой части регулятора 5Д50 в регулятор Д50 устранила эти недостатки, так как по­ высилось быстродействие регулятора. При этом были не только устранены случаи срабатывания предельного регулятора при полном снятии нагрузки (1200 л. с.), но и улучшилась устойчи­ вость системы регулирования на всех режимах (от минималь­ ной частоты вращения холостого хода до номинальной — под на­ грузкой) .

Доводку регуляторов типа Д50, эксплуатируемых с 1964 г., а также регуляторов 2Д100, ЗД100, 4Д100 и 7Д100, можно считатьзаконченной. В последние годы занимаются доводкой и модер­ низацией объединенных регуляторов 9Д100, к недостаткам кото­ рых относят: высокочастотные колебания измерителя частоты вращения и штока серводвигателя; нестабильность частоты вра­ щения коленчатого вала дизеля, поддерживаемой регулятором; недостаточная плавность увеличения частоты вращения; неустой­ чивость работы при холостом ходе; неустойчивость работы ре­ гулятора мощности; ненадежная работа блок-магнитов, тяговых электромагнитов, регулировочного реостата; мелкие конструктив­ ные недостатки.

Для устранения указанных недостатков внедрено много конструктивных улучшений и изменений. В измеритель частотьт вращения внедрено пружинно-гидравлическое демпфирующееустройство для гашения высокочастотных составляющих колеба­ ний, поступающих к валу привода регулятора и вызывающих повышенные вибрации реек топливных насосов. Подобраны оп­ тимальные торцевые и радиальные зазоры в гидравлической части демпфирующего устройства, позволившие значительно снизить указанную вибрацию. Изготовление грузов измерителя точным литьем по выплавляемым моделям и обработка их про­ фильной части специальной фрезой (в месте сопряжения груза- с упорным подшипником) обеспечило полную идентичность гру­ зов. Для обеспечения точности статического балансирования грузов внедрено специальное приспособление.

Электрогидравлическое управление ранее выпущенных регу­ ляторов не обеспечивало требуемую плавность увеличения ча­ стоты вращения, что вызывало повышенную дымность и нагароотложение в выпускной системе дизеля, вследствие неполногосгорания топлива. Это обуславливалось тем, что при переходных режимах турбокомпрессор дизеля из-за своей инерционности неуспевал подавать необходимое количество воздуха для сгорания увеличенного количества топлива. Для повышения плавности увеличения частоты вращения в верхнем корпусе и золотнико­ вой втулке управления подобрано сечение отверстий для подачи масла из аккумуляторов: отверстие в корпусе имеет диаметр- 3 мм, а в золотниковой втулке — 1 мм. Кроме того, в золотнико­

18Г