книги из ГПНТБ / Регуляторы скорости дизель-генераторов

Р а б о т а р е г у л я т о р а м о щ н о с т и в у с т а н о в и в ­ ш е м с я р е ж и м е . При этом режиме золотник 14 своими рабо­ чими дисками перекрывает отверстия в золотниковой втулке 15, а поршень серводвигателя 22 находится в положении, соответ­ ствующем определенной нагрузке при данной частоте враще­ ния коленчатого вала дизеля, т. е. нагрузка на дизель соот­ ветствует его отдаваемой мощности.

Р а б о т а р е г у л я т о р а м о щ н о с т и п р и у м е н ь ш е н и и

н а г р у з к и . Если нагрузка на дизель снижается, то регулятор скорости уменьшает подачу топлива. При этом шток 21 опу­ скается вниз, поворачивает левый конец коромысла 20, которое опустит вниз золотник 14. При этом масло под давлением посту­ пает в полость Е серводвигателя 22 и сливается из полости К. Поршень серводвигателя перемещает якорь индуктивного дат­ чика, что увеличивает возбуждение генератора. Масло из поло­ сти К вытекает через верхний игольчатый клапан 18 в масля­ ную ванну. Давление масла в верхней полости над золотнико­ вой втулкой перемещает последнюю вниз, сжимая нижнюю пру­ жину и открывая перепускное отверстие в золотниковой втулке, через которое масло поступает в полость К серводвигателя. Ве­ личина открытия игольчатого клапана определяет скорость дви­ жения поршня серводвигателя.

После того, как нагрузка на дизель увеличится (так как воз­ растет нагрузка на генератор), регулятор увеличит подачу топ­ лива. При этом шток 21 переместится вверх и передвинет золот­ ник 14 в среднее положение. Золотниковая втулка 15 под дей­ ствием пружин 16 также возвратится в среднее положение, а ра­ бочие пояски золотника перекроют отверстия в золотниковой втулке. Масло в полость Е серводвигателя поступать не будет и, следовательно, прекратится движение его поршня. В резуль­ тате поршень серводвигателя 22, а вместе с ним и якорь индук­ тивного датчика займут новое положение, при котором увели­ чится нагрузка на генератор, что приведет к восстановлению

нагрузки на дизель.

Р а б о т а р е г у л я т о р а м о щ н о с т и п р и у в е л и ч е н и и н а г р у з к и . Если нагрузка на дизель возрастет, то регулятор начнет увеличивать подачу топлива. При этом шток 21 подни­ мется вверх, повернет левый конец коромысла 20, который под­ нимет вверх золотник 14. Масло будет поступать в полость К сер­ водвигателя 22 и сливаться из полости Е. Поршень серводвига­ теля переместит якорь индуктивного датчика в положение, при котором уменьшится возбуждение генератора, а значит и сни­

зится его нагрузка.

Масло перетечет из полости Е через нижний игольчатый кла­ пан в масляную ванну. Давление масла в нижней полости под золотниковой втулкой заставит ее двигаться вверх, сжать верх­ нюю пружину и закрыть перепускное отверстие в золотниковой втулке, через которое поступало масло в полость Е серводвига­

-30

теля. После того, как нагрузка на дизель уменьшится (так как нагрузка на генератор снизилась); регулятор уменьшит подачу топлива. В то же время золотник 14 и золотниковая втулка 15 возвратятся в среднее положение и прекратится движение порш­ ня серводвигателя индуктивного датчика. Поршень займет но­ вое положение, при котором уменьшится, нагрузка на . генера­ тор, что приведет к восстановлению нагрузки на дизель.

Таким образом, в ответ на возросшую нагрузку и на пони­ женную в результате этого частоту вращения коленчатого вала дизеля при временном., увеличении подачи топлива регулятор приводит в движение золотниковую часть регулятора мощности в направлении, вызывающем уменьшение нагрузки дизеля. Воз­ растание частоты вращения коленчатого вала дизеля (увеличе­ ние сжатия пружины измерителя) вызывает такое же действиерегулятора мощности, как и снижение нагрузки, а уменьшение частоты вращения действует так же, как рост нагрузки. Если увеличивается сжатие пружины измерителя (возрастает ско­ рость), то опускается поршень 17 серводвигателя 13, что вызы­ вает движение золотника 14 вниз.

В установившемся режиме золотник 14 своими дисками пере­ крывает отверстия золотниковой втулки 15. Поэтому каждому положению правого плеча коромысла (заданная частота враще­ ния) будет соответствовать определенное положение левого кон­ ца коромысла (подача топлива). Таким образом, каждому режи­ му работы дизеля будет соответствовать строго определенная мощность, зависящая от точки подвеса'золотника 14.

Индуктивный датчик включается на IV позиции контролера.. Поэтому для плавного пуска тепловоза необходимо, чтобы якорь индуктивного датчика на пусковых позициях (по III вклю­ чительно) находился в положении минимального возбуждения. Это достигается при определенном соотношении плеч коромысла20. От точки подвеса золотника 14 также зависит мощность ди­ зеля на промежуточных позициях контроллера. При смещенииэтой точки в сторону серводвигателя 22 мощность увеличивает­ ся, а при смещении в сторону пружины 7 — уменьшается. Таким образом, от выбора точки подвеса золотника зависит средний эксплуатационный расход топлива, а следовательно, и эконо­ мичная работа дизеля.

Для возможности экономичной работы и обеспечения плав­ ного пуска тепловоза на верхнем штоке серводвигателя регуля­ тора установлена втулка с контргайкой. При переводе рукоятки контроллера машиниста с высших позиций на пусковые шток серводвигателя 22 перемещается в направлении, вызывающем уменьшение подачи топлива. При этом на пусковых позициях втулка 19, упираясь своим торцом во втулку стакана серводви­ гателя, ограничивает перемещение вниз верхнего штока, что разрывает кинематическую связь между штоком серводвигателя 22 и верхним штоком. Золотник регулятора мощности устанав-

31

ливается в положение, при котором якорь индуктивного дат­ чика находится на упоре, соответствующем минимальной подаче топлива, и остается в этом положении при переводе контроллера с нулевой позиции до четвертой включительно.

Регулятор с изменяемым статизмом

На дизель-генераторах с генераторами переменного тока, ис­ пользуемых для стационарных, передвижных и судовых элек­ тростанций, устанавливают регуляторы, имеющие комбинирован­ ную обратную связь (изодромную и жесткую), осуществляемую механизмом остающейся степени неравномерности. Этим меха­ низмом устанавливают наклон регуляторной характеристики дизеля.

Рис. 9. Принципиальная схема механизма жесткой обратной связи:

Механизм остающейся степени неравномерности (рис. 9) представляет собой рычажный механизм, связывающий конец верхнего штока 3 с верхней опорой пружины 8 измерителя. При постоянном (нулевом) статизме точка контакта профильной ча­ сти 6 рычага 5 совмещена с осью качания рычага. При измене­ нии нагрузки от 0 до 100% верхняя опора пружины измерителя

32

остается неподвижной и предварительное сжатие пружины не меняется, хотя шток серводвигателя перемещается соответствен­ но вниз и вверх и изменяет подачу топлива. При этом частота вращения коленчатого вала остается постоянной и осущест­ вляется изодромное регулирование дизель-генератора. Такое ре­ гулирование применяется при одиночной работе дизель-генера­ тора или в том случае, когда один из резервных агрегатов (ди­ зель-генераторов) является «пиковым». В группе с «пиковым» агрегатом на каждый из остальных приходится строго опреде­ ленная часть общей нагрузки в оптимальных режимах, а «пико­ вый» агрегат воспринимает избыточную нагрузку, которая не должна превышать его номинальную мощность. Если требует­ ся равномерное распределение нагрузки между параллельно работающими дизель-генераторами, то степень неравномер­ ности устанавливают одинаковой для всех регуляторов.

Точность распределения нагрузки и устойчивость параллель­ ной работы повышаются при увеличении степени неравномерно­ сти. При регулировании степени неравномерности профильную часть 6 рычага 5 перемещают влево от оси качения рычага и ус­ танавливают в определенном положении.

При перемещении штока 3 вверх (увеличение подачи топли­ ва) рычаг 5 своей профильной частью 6 уменьшает сжатие пру­ жины 8 измерителя, что несколько снижает частоту вращения коленчатого вала дизеля. При перемещении штока 2 серводви­ гателя вниз (уменьшение подачи топлива) рычаг 5 увеличивает сжатие пружины 8 измерителя и частота вращения коленчатого

имеют одинаковые основные узлы независимо от того, какие функции они должны выполнять для обеспечения эксплуатаци­ онных качеств дизелей. Такими основными узлами являются:

масляный насос, ванна для масла и аккумуляторы, обеспечи­ вающие постоянное давление масла в системе;

золотниковая часть, управляющая потоком масла к серво­ двигателю регулятора;

серводвигатель, управляющий рейками топливных насосов, газовых клапанов и т. п.;

обратная связь обеспечивающая устойчивость процесса ре­ гулирования;

механизм для регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Базовым регулятором, имеющим перечисленные узлы и слу­ жащим основой всех модификаций регуляторов, является регу­ лятор тепловозного дизеля Д50.

Базовый регулятор Д50 является всережимным регулятором непрямого действия с центробежным измерителем частоты вра­ щения, изодромиой обратной связью с собственной системой масляной циркуляции. Базовый регулятор — нереверсивный, со

стоп-устройством по импульсу от системы защиты. Регулятор состоит из следующих основных узлов: нижнего корпуса 19 (рис. 10), среднего корпуса 18, верхнего корпуса 14, золотнико­

34

вой части 17; масляного серводвигателя; золотника автоматиче­ ского выключения (стоп-устройства). Нижний корпус 19 обра­ зует основание регулятора и своим фланцем устанавливается на корпус привода регулятора, к которому прикреплен четырьмя шпильками.

Внутри нижнего корпуса 19 помещается вал привода регу­ лятора с рессорным соединением, служащим для безударного привода золотниковой части и поглощения вибраций коленчатого вала. Вал привода состоит из верхнего (ведомого) 20 и нижнего (ведущего) 22 валиков, соединенных втулкой 23. В пазы вали­ ков вставлены рессоры 21 (по четыре в каждый паз). На концах валиков, в местах установки рессор имеются выступы, которые могут соприкасаться в случае поломки рессор. Втулка 23 и ниж­ ний валик 22 соединены коническим штифтом. Верхний край втулки 23 имеет внутренний буртик, который удерживает втулку на заплечиках верхнего валика. Заплечики расположены в месте перехода шлицевой части в тело валика.

Вал привода уплотнен сальником 24, установленным в бук­ се 25, которая прикреплена четырьмя болтами к нижнему торцу корпуса. На нижний конец валика 22 надета коническая шестер­ ня 1 привода регулятора. На верхнем торце шестерни установ­ лена шайба. Между этой шайбой и внутренней обоймой подшип­ ника надета на валик распорная втулка, изготовленная из хро­ мистой стали 40Х или 38С для обеспечения минимального из­ носа ее наружной поверхности. Кроме того, наружную поверх­ ность втулки полируют, что в значительной мере снижает исти­ рание ее манжетой. Шестерню 1 крепят на верхнем валике 20 корончатой гайкой, одновременно фиксирующей положение при­ водного валика относительно подшипника. Во фланце нижнего корпуса 19 имеется наклонное отверстие, через которое подво­ дится масло для смазки шарикоподшипника вала привода.

Средний корпус 18 крепится к фланцу нижнего корпуса во­ семью шпильками. В центральном отверстии корпуса помещает­ ся золотниковая часть 17, приводимая во вращение от вала при­ вода через коническую шестерню. В нижней части корпуса имеется расточка, в которой на оси помещается ведомая ше­ стерня 2, составляющая вместе с ведущей шестерней 1 масля­ ный насос регулятора. Рядом с центральным отверстием сред­ него корпуса расположен канал, сообщающий масляный насос

саккумуляторами масла.

Всреднем корпусе размещены два соединенных между собой аккумулятора масла, обеспечивающих постоянство давления масла и непрерывную подачу его даже в том случае, если тре­ буемый расход масла через серводвигатель превысит расход, обусловленный производительностью масляного насоса. Акку­ муляторы состоят из двух цилиндров, в каждый из которых вставлен поршень 5 (рис. 11), опирающийся на пружины 4. Пор-

2* 35

шни имеют цилиндрические уплотнительные канавки. Один из цилиндров имеет наклонное отверстие для перепуска масла из полости над поршнем 5 в масляную ванну, что обеспечивает постоянство давления в аккумуляторах. Цилиндры аккумуля­ торов имеют в верхней и нижней части резьбу для навертывания заглушек 3 и 6.

В приливе корпуса ввернут игольчатый клапан 2, закрытый пробкой 1. Клапан 2 регулирует проходное сечение отверстия в

Рис. 11. Аккумулятор базового регулятора Д50:

/ — пробка; 2 — компенсирующий игольчатый клапан; 3 и 6 — заглушки; -/ — пру­ жины; 5 — поршень

стенке канала, соединяющего полость над поршнем компенси­ рующего цилиндра с полостью над поршнем золотника. Это от­ верстие соединяет данный канал с масляной ванной. Для пре­ дотвращения самоотвинчивания игольчатый клапан 2 имеет про­ резь по оси.

Внутренняя полость среднего корпуса (см. рис. 10) заполне­ на маслом и является масляной ванной. На верхней плоскости корпуса двумя винтами укреплен фланец 26, ограничивающий перемещение золотниковой части 17 вверх. Осевой зазор золот­ никовой части, определяющий торцевой зазор ведущей шестер­ ни масляного насоса, регулируют шайбами, так как увеличение торцевого зазора приводит к снижению производительности мас­ ляного насоса. На передней стенке среднего корпуса установлен указатель уровня масла 27 и имеются пробки для спуска масла,

атакже закрывающие аккумулятор и игольчатый клапан.

Золотниковая часть регулятора расположена в центральном

отверстии среднего корпуса и состоит из буксы 10 (рис. 12), ведущей шестерни масляного насоса, золотника И, золотнико­ вой втулки 9, траверсы 12 и рычагов с грузами 14. Букса 10 от­ лита из чугуна и имеет пять проточек с отверстиями для сообще­

3«

ния каналов корпуса регулятора с полостями золотника 11 и зо­ лотниковой втулки 9. Назначение проточек на буксе, считая их сверху вниз, следующее:

первая проточка служит для постоянного подвода мас­ ла от аккумуляторов к -золот­ нику;

вторая проточка сообщает регулировочный диск золот­ ника с рабочей полостью под поршнем серводвигателя; в ус­ тановившемся режиме эта полость отсечена диском золот­ ника от полости аккумулято­ ров;

третья проточка служит для отвода масла из рабочей полости серводвигателя в мас­ ляную ванну регулятора (при уменьшении нагрузки дизеля);

четвертая проточка обеспе­ чивает обратную связь, сооб­ щая полость над поршнем ком­ пенсирующего цилиндра с по­ лостью над поршнем золотни­ ковой втулки;

пятая проточка при резком увеличении или уменьшении нагрузки дизеля сообщает по­ лость над поршнем золотнико­ вой втулки с масляной ванной, обеспечивая отключение об- !ратной связи.

37

для ее надежной смазки и предотвращения просачивания масла между полостями.

Гайка 2 хвостовика установлена в таком положении, при ко­ тором зазор между наружными торцами тарелок пружины 4, точно соответствует глубине отверстия во втулке 8. При этом верхний торец нижней тарелки 3 будет находиться на одном уровне с нижним торцом втулки 8, а нижний торец тарелки 3 — на уровне верхнего торца ведущей шестерни 1. Золотниковая втулка не будет перемещаться без сжатия пружины 4, которая установлена с предварительнымсжатием, регулируемым про­ кладками 7. Втулка 8 прикреплена к буксе 10 одним, а ведущая шестерня 1 двумя коническими винтами 24.

Золотник 11 в средней части имеет диск, высота которого равна величине диаметров регулировочных отверстий золотни­ ковой втулки. В полость над диском подводится масло из акку­ муляторов. В золотниковой части регулятора использован наибо­ лее эффективный способ распределения осевой силы трения зо­ лотника при вращении буксы между корпусом и золотником (зо­ лотник неподвижен). Это способствует сохранению масляной пленки на трущихся поверхностях, так как золотник стремится занять нейтральное положение (самоцентрируется).

На верхнюю часть золотника И напрессованы два шарико­ подшипника 20 и установлена тарелка 19, закрепленная гай­ кой 18. Через наружную обойму шарикоподшипников золотник 11 опирается на концы рычагов 14 с грузами. Под шарико­ подшипником установлены регулировочные прокладки 13 для регулирования положения золотника относительно золотниковой втулки. Траверса 12 напрессована на буксу и дополнительно прикреплена к ней стопорным кольцом 22 и двумя винтами 21.

Втраверсу 12 запрессованы оси 17 и ограничители 15. На осях на шарикоподшипниках 16 качаются грузы.

Грузы представляют собой гайки, навинченные на концы ры­ чагов. Рычаги с грузами отбалансированы. Верхний корпус 14 (см. рис. 10) укреплен на корпусе регулятора четырьмя винтами.

Вверхнем корпусе находятся пружина 16 измерителя, зубчатая

рейка 15 и шлицевой валик 29 с зубчатым сектором. Пружина 16 измерителя опирается на тарелку и зубчатую рейку, которая размещена в приливе верхнего корпуса 14. С рейкой находится в зацеплении зубчатый сектор, при повороте которого изменяет­ ся сжатие пружины измерителя.

На верхней плоскости корпуса 14 установлена крышка 13, в отверстие которой запрессована масленка для заливки масла в регулятор. Масляный серводвигатель закреплен на боковой площадке среднего корпуса 18 четырьмя шпильками. Серводви­ гатель состоит из корпуса 4, поршня 7 силового цилиндра, што­ ка 3, пружины 12 и поршня 5 компенсирующего цилиндра. В корпусе 4 серводвигателя, разделенном на две полости пере­ городкой, помещена поршневая пара, нагруженная пружиной 12.

38

Эта пара состоит из поршней 7 и 5, напрессованных на шток 3. Шток уплотняется в крышке сальником и имеет серьгу для со­ единения с рычажной передачей системы управления подачей топлива.

Полость под поршнем 7 соединяется каналом в корпусе ре­ гулятора с полостью над" поршнем золотниковой втулки. В пло­ скости крепления корпус серводвигателя имеет Н-образные ка­ налы, которыми полости под поршнем 5 и над поршнем 7 соеди­ няются с масляной ванной регулятора.

Сопрягаемые детали серводвигателя (корпус и поршневая пара) изготовляются с большой точностью и высокой чистотой обработки. Для предотвращения утечек масла по зазорам меж­ ду поршнями и расточкой корпуса серводвигателя, монтажные зазоры между ними выбраны минимальными и практически вы­ держиваются в пределах 0,02—0,05 мм. Для обеспечения подбо­ ра сопрягаемых деталей с требуемыми зазорами, поршни и ра­ сточку в корпусе серводвигателя при изготовлении делят на две группы с разностью в величинах их диаметров в пределах 0,01 мм. Например, поршни серводвигателя регулятора Д50 из­ готовляют диаметром 58Ио’озі мм 0 'я группа) и мм (2-я группа). Аналогично по группам делят и расточку в кор­ пусе серводвигателя. Номера групп клеймят непосредственно на оси поршневой пары и на корпусе со стаканом. Корпус изго­ товляют из специального чугуна со стабилизирующим отпуском для исключения деформации корпуса при изменении темпера­ туры во время работы.

При сборке нового или отремонтированного серводвигателя необходимо проверить, имеют ли корпус и поршневая пара клей­ ма одной и той же группы. Наружные диаметры этих деталей шлифуют, что обеспечивает плавность перемещения поршней в корпусе и исключает задиры при указанных минимальных зазо­ рах. Кроме того, для обеспечения плотности и исключения уте­ чек масла по зазорам на наружных диаметрах поршней выпол­ нено по семь специальных канавок, образующих «замок», кото­ рый препятствует просачиванию масла.

Стоп-устройство предназначено для аварийной останов­ ки двигателя в случае падения давления масла в системе смаз­ ки ниже допустимой величины. Стоп-устройство состоит из кор­ пуса 6, соединенного с корпусом серводвигателя каналом для перепуска масла из-под поршня 7 в пространство над ним. Ка­ нал перекрывается золотником 8, который через толкатель 9 связан с сердечником электромагнита 10 (типа ЭТ-54), закреп­ ленного на верхней плоскости корпуса 6. Электромагнит — пря­ моходовой, с ограничителем хода, втяжным якорем, имеющим усеченно-конический конец. Обмотка намотана на латунную втулку, изолированную миканитом. Концы обмотки припаяны к выводам штепсельного разъема. Кожух, фланец, сердечник, об­ мотки и штепсельный разъем залиты компаундом на основе

39