Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

12.54 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 3216 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 > Следующая >>>

150

Такиы обраэом, фактор устойчивости является удлбным пара-^ метром, качественно и количественно характеризующим свойство системы дивель-нагрузка к самовыравниванию. При Ф^ст> 0 си стема устойчива, при Фѵе„< 0 система неустойчива, при Фуст=0 система безразлична к нарушениям скоростного режима. Последнее положение сопровождается совпадением характеристик двигателя и

нагрузки в некотором интервале изменения оборотов.
При увеличении	оборотов дизеля от оборотов холостого	хода
п до оборотов п м	, соответствующих максимальному крутя
щему моменту М к / , , м в к с Г "крутящий момент дизеля возрастает .		Это

возрастание объясняется нежелательной скоростной характеристи

кой ТНВД, представленной

на рис . 50 . Вследствие уменьшения утеч

ки топлива из надплунжерного пространства через зазор

пары

плунжѳр-гильва доэа впрыскиваемого топлива

ДѴ

возрастает с

возрастанием скорости

движе

ния плунжера ( т . е . с

возрас

танием

скорости вращения ко -

4 Ѵ

ленчатого вала дизеля) . Умень

шение

дозы

ДѴ при очень вы

соких

оборотах

объясняется

тем,

что вадплунжерное

прост

ранство

не успевает

заполнять

ся топливом. Увеличение оборо-

тов от

Г 7 М

и более

(см .

14 ионе

рис . 4?) сопровождается поло-

Рис.50

гив уменьшением

крутящего мо

мента вследствие ухудшения процессов сгорания (см . § 8 ) .

Анализ скоростных моментных характеристик дизеля позволяет

сделать важный вывод: дизель

является

неблагоприятным

объектом

в отношении самовыр^аввивания

вследствие

положительного

значе

ния ПРОИЗВОДНОЙ

-J~-

Д° т

ч к и

кр

макс и

МЭЛ0Г0 ОТрицЭ-

тельного значения

производной

в области

средвих

и вы

соких оборотов.

дп

Характеристики

нагрузок

на дизели

Сопротивление

сил сухого

трения. Для данной

нагрузки

кру

тящий момент практически не зависит от оборотов

(см.прямую I

на р и с . 5 1 ) . Можно

считать

производную

І.н.

= о, и,

следова

тельно, данная нагрузка

является

весьма

неблагоприятной

в от -

151

		п
		Рис.51
ношении саиовыравнивания. Данная зависимость характерна для
колодочных тормозов в установках для обкатки и испытания				ди
зелей . Как было изложено выше, близка к ней зависимость				сил
трения в дизеле от оборотов, являющихся нагрузкой дизеля в				р е -
жиме	холостого хода.
	Насосная	нагрузка. Насосной называется нагрузка, определя
емая	соотношением
		М,
		н
	Такая характеристика характерна для воздушного		винта,греб
ного	винта,	гидравлического тормоза, центробежного	насоса	для

перекачки жидкости, радиального центробежного компрессора, р о тора объемного продувочного насоса. На рис.51 характеристика нагрузки представлена параболой 2 . Для этой нагрузки производ

ная	-2кип>	0 , следовательно, нагрузка является
on	"

весьма благоприятной в отношении самовыравнивания. Сопротивление перемещению тягача . Тяговое усилие перемеще

нию транспортного средства определяется зависимостью

Р = Р, + Рг + -Ръ	= fKGa±	Gjinifk'tâ
где Са вес тягача;
коэффициент трения	качения;
уклон дороги;

							152
к'	-	аэродинамический					коэффициент;
	-	лобовая			площадь		тягача;
V	-	скорость			движения.
При		малых скоростях движения основное значение								имеют	с о
противление			сил	трения		Р,	и составляющей	силы	Рг	веса	т я г а
ча 0а	при		его	движении		по уклону дороги.		Силы	Р7	и Рг	не

зависят от скорости движения, поэтому в области малых скоро стей сопротивление перемещению тягача по характеру близко к силам сухого трения. В области высоких скоростей движения со противление движению в основном определяется аэродинамической силой Р3 , поэтому характеристика сил сопротивления прибли жается к насосной характеристике.

На рис . 51 характеристика сил сопротивления тягача пред ставлена кривой 3. Из графика следует, что данная нагрузка весьма неблагоприятна в отношении сановыравнивания в области

малых скоростей, так как Щ^-х.			О ,	и весьма благоприятна в
области больших	скоростей,	an	как	дм
		так		н > 0.
Нагрузка на	синхронный	генератор		ЛГУ. Синхронные генера
торы ЛГУ оснащаются автоматическими				регуляторами напряжения,

поддерживающими напряжение генератора постоянным независимо от изменения нагрузки ( т . е . силы тока генератора) и от изменения частоты. Следовательно, при изменении оборотов дизеля изме няется только частота тока. Различные нагрузки имеют различную частотную характеристику. При работе генератора на индуктивную нагрузку сопротивление нагрузки резко увеличивается с увеличе

нием частоты тока. При работе		генератора на	емкостную нагрузку
ее сопротивление	уменьшается	с увеличением	частоты т о к а . При
работе генератора	на чисто омическую (активную) нагрузку ее

сопротивление не зависит от частоты. При работе генератора на электрические двигатели, приводящие насосные нагрузки, харак

теристика	нагрузки	приближается к насосной. Надежных данных
о характеристиках		нагрузок	войсковых ЛГУ	в настоящее время	не
имеется,	но можно	считать	их по характеру	приближающимися	к

силам сухого трения, т . е . весьма неблагоприятными в отношении самовыравнивания.

Анализ необходимости установки регулятора на различные типы дизелей. На режиме малых оборотов холостого хода фактор устойчивости дизеля отрицателен, поэтому устойчивая работа ди

зеля без регулятора невозможна. В диапазоне пы	- п	э к с -
мнокс	ном

153

плуатационных оборотов (см . рис . 47) скоростная характеристика

имеет производную -=—- < 0 » поэтому дизель должен устой- а л

чиво работать на нагрузках, благоприятных в отношении самовы равнивания, с этой точки зрения установка регулятора на дизель


необязательна.	Но величина	нагрузки на дизель		обычно	колеблет
с я . Из-за пологости момѳнтной скоростной			характеристики			даже
незначительные	колебания нагрузки (AM		на	рис.47)	приведут
к весьма значительным колебаниям скоростного				режима дизеля (Û/7
на р и с . 4 7 ) . Следовательно,		при возрастании сопротивления				пере
мещению резко упадет скорость движения транспортной машины,
имеющей дизель	в качестве	двигателя. При	возрастании		усилия

копания бульдозера резко упадет его скорость и производитель

ность. Кроме т о г о ,	дизель окажется в невыгодном с точки зрения
его характеристик	скоростном	режиме. При даже незначительном
изменении нагрузки	на дизель	ДГУ резко изменится частота тока .

Следовательно, работа транспортного дизеля и дизеля инженерной

машины	без регулятора	весьма нежелательна,	а дизеля	ДГУ -
просто	невозможна.
Для дизеля высокие скоростные режимы нежелательны с				точки
зрения	его скоростных	характеристик (увеличивается доза топли
в а , уменьшается заряд		воздуха, топливо не	успевает сгорать,

дизель	перегревается, наступает предел дымности)						и	весьма
опасны	с точки зрения сил инерции. Подвижные детали дизеля
массивны, силы		инерции	при	"разносе"	дизеля	могут	превосходить
силы	давления	газов	и могут быть причиной поломки ди
з е л я .	Поэтому	верхний	скоростной		предел	дизеля		должен
быть ограничен.
Из	изложенного следует,			что на дизель желательна				установка

всѳрежимного регулятора, который должен поддерживать неизмен ным любой заданный по воле оператора скоростной режим. Обычно регулятор является достаточно сложным агрегатом, поэтому во избежание разноса в случае неисправности регулятора дизель д о полнительно оснащается регулятором, прекращающим подачу топли ва или воздуха в случае разноса . Такие регуляторы называют однорежимными - предельными. Особенно жесткие требования предъ

являются	к регуляторам дизелей ДГУ. Эти требования будут р а с
смотрены	ниже.

				154
		Схема всережииного регулятора дизеля и понятие
	о	статических и	динамических		качествах		регулирования
	Схема всережииного			центробежного		статического			регулятора
дизеля		представлена	на	р и с . 5 2 . Вал I		регулятора		кинематически
связан		с коленчатым	валом дизеля.		На крестовине			2,	напрессо
ванной		на вал I , шарнирно установлены				двуплечие		рычажки		3, вы
полненные заодно с грузами 4. Пружина						регулятора 7			через	муф
ту	5	и шарикоподшипник		воздействует		на рычаги		3,	уравновеши
вая	в	установившихся	режимах центробежные				силы	грувов 4 .		Цен

тробежное устройство является чувствительным элементом регуля

тора,	т . е .	измерителем скорости. С муфтой 5 кинематически с в я
зана	тяга	6, воздействующая на рейку 10 ТНВД. В установившемся

				10
				I
		•еньіиение		П П/ П П
		фддчи		~\|ППЕ=
				~\|ППЕ=
		/	i
				нд. be
ll'	N .		12
Увеличение п		Уменьшение п
		Рис.52
режиме нагрузок положение рейки ТНВД ( т . е .				количество	подава
емого топлива) определяется затяжкой			пружины 7 ( которую			можно
изменять рычагом 8 и фиксировать стопорным				устройством	9.
Упор 13 ограничивает настройку регулятора на максимальные
(обычно номинальные)	обороты,	а упором 12		ограничивается		мак-'

симальная подача топлива.

В данном регуляторе рейка ТНВД перемещается за счет силы центробежного измерителя скорости, поэтому регулятор называет ся регулятором прямого действия. Работа регулятора при измене ниях нагруз. л на дизель-генератор поясняется р и с . 5 3 , на кото -

			155
ром представлен график изменения оборотов				после сброса		(сплош
ная кривая) и после наброса (пунктирная кривая) нагрузки							на
дизель-генератор. Допустим, что до момента				і0	нагрузка	на	ди
зель-генератор была номинальной и обороты				п0	соответствовали
частоте	тока 50	г ц .
Предположим		далее,	что в момент времени t0		произошел		сброс
нагрузки	с генератора.		Вследствие избытка	крутящего момента на

Рис.53

коленчатом валу дизеля его обороты резко начнут повышаться и грузы 4 (см.рис.52) начнут расходиться, достигнув значительной скорости расхождения. Из-за инерционности грузов и связанных с

ними деталей произойдет бросок	муфты 5 вправо, количество		впрыс
киваемого топлива изменится ТНВД в		большей мере, чем это	необ
ходимо для компенсации сброса нагрузки. Поэтому обороты,			до
стигнув максимального значения	п^акс	(см . рис . 52), начнут	по

нижаться. Далее процесс повторится с меньшими отклонениями обо

ротов. После нескольких колебаний к моменту времени								і^ат	з н а
чение	оборотов		приблизится к значению п		м .
Особенностью рассматриваемого регулятора является то									об
стоятельство,			что после сброса нагрузки установившиеся обороты
не могут		быть	равны	прежнему значению	п0	. Если	бы они		стали
равны	п0	, то	грузы	4 (см . рис . 52) и рейка		заняли	бы	прежнее

	156
положение,	что соответствовало бы прежней подаче	топлива в ди
з е л ь . Чтобы	подача топлива уменьшилась, без чего	невозможна

компенсация сброса нагрузки, необходимо некоторое расхождение грузов 4. А это расхождение возможно только в том случае,если


установившиеся обороты будут несколько больше па				. Отклонение
оборотов		на	графике (см . рис . 53) определяется разностью		Л п	=
= п	м м с ~ п о	•	Рассуждая аналогичным образом, мы придем к выводу
о	том, что		после наброса нагрузки на дизель до / Ѵ м а к с и		после
динамических бросков оборотов в течение времени				затухания		к о
лебаний		t}am	обороты уменьшатся до значения пмаН	(пунктирная
кривая на р и с . 5 3 ) . Таким образом, компенсация изменения					на

грузки осуществляется регулятором за счет некоторого изменения оборотов.

Кривые(ом.рис.53)изменѳния оборотов после сброса или на броса нагрузки называются графиками переходных процессов или переходными характеристиками САР оборотов. Их можно получить, решив дифференциальное уравнение системы дизель - регулятор, или снять экспериментально. Переходная характеристика опреде ляет динамические качества регулирования: максимальный заброс

оборотов ns	-пв	, время затухания переходного процесса tj-am »
вид переходного		процесса. На рис.53 представлен затухающий к о

лебательный переходный процесс. Вид переходного процесса кор ректируется клапаном I I гидравлического демпфера ( с м . р и с . 5 2 ) . При увеличении сопротивления клапана колебательный процесс мо жет быть заменен более длительным монотонно убывающим.


Отклонение		установившихся оборотов			àn	= " м а к с -	пд	от
номинальных	пв	после затухания переходного				процесса	(после
промежутка	времени		t^am	) называется	статической ошибкой			САР.
Систѳна регулирования, обладающая статической ошибкой,							назы
вается статической,			а регулятор - статическим. Если в				резуль

тате переходного процесса в системе всегда устанавливаются но минальные обороты пв , то статическая ошибка отсутствует и система называется астатической.

Регулятор, схема которого представлена на рис . 52, позво ляет изменять скоростной режим дизель-генератора посредством регулировки затяжки пружины рычагом 8. При неизменной нагрузке увеличение затяжки пружины приводит к схождению грузов 4 , у в е личению подачи топлива и увеличению оборотов. Следовательно, рычагом 8 можно задать любой скоростной режим и в дальнейшем этот режим будет поддерживаться регулятором автоматически

		157
(в пределах		статической оиибки) независимо от нагрузки.			По
этому	устройство для затнаки пружины		называют	з а д а	т ч и -
к о м	р е	г у л и р у е м о г о	п а р а м е т р а .		В р е

гуляторах дизель-генераторов имеется упор максимальных оборо

тов 13. Если рычаг8 поставить

на упор

13, то

дизель-генератор

настраивается на частоту 50 гц

при номинальной нагруэке.

Заметим, что даже в установившемся режиме ( т . е . при неизме

няющейся нагрузке) происходит

динамическое колебание

оборотов

в пределах

а п н е

с т . Величина

^ п

н е

с т

называется

величиной

нестабильности

оборотов.

Степень неравномерности регулирования и ее влияние на па

раллельную

работу

дизель-генераторов. Из кривых

рис.53 сле

дует,

что при изменении

нагрузки

пределах

от NHaKC

до нуля

установившиеся

обороты

изменяются

пределах

2 Д л .

Статические

качества

сиотемы

регулирова

ния

удобно

представить

ее

статической

характеристикой,

которая

выражает

зависимость

оборотов дизель-генератора от

нагрузки

установившихся ре

жимах. Статическая характери

стика

системы

д и з е л ь - р е г у л я

тор

представлена

на рис . 54 .

Наклон характеристики

опре

деляет

с т е п е н ь

н е р а в

н о м е р н о с т и

регулирова

Рис.54

ния оборотов,под

которой

по -

нимается отношение статической ошибки при полном изменении на грузки к номинальным, средним оборотам:

/ 7 м а к с ^ м і ш 100% ,

где Ö - степень неравномерности, %;

п- обороты незагруженного дизель-генератора;

пмин "* о б о Р о т ы П Р И		максимальной нагрузке.
Чем больше	степень	неравномерности" 6	тем	хуже статиче-
ские качества	регулирования.
Рассмотрим	влияние	степени неравномерности		на параллельную

работу дизель-генератора с внешней сетью. Предположим, что час

тота	внешней сети соответствует оборотам дизель-генератора /70 .
При	параллельной работе дизель-генератор синхронизирован	с
внешней сетью, поэтому его обороты будут равны пд . Грузы		ре -

158

гулятора займут такое положение, при котором дизель будет от

давать нагрузке мощность Nндм		(см . рис . 54). Если произойдет
уменьшение частоты	во внешней	сети	до значения, соответствую
щего оборотам п м ц н	, то вследствие		синхронной работы дизель-
генератора с сетью	его обороты	упадут до значения п м и н ,

рейка ТНВД переместится в сторону увеличения подачи топлива и

нагрузка на дизель-генератор возрастет до NHmc, При еще боль
шем уменьшении частоты во внешней сети наступит			опасная пере
грузка	дизель-генератора. По аналогичной причине		при повышении
частоты	во внешней сети до значения,	соответствующего оборотам
пмокс	» Д и з в л ь - г е в ѳ р а т о р полностью	разгрузится,	а при еще

большем увеличении частоты 3-фазный генератор перейдет в дви

гательный режим

работы. Заметим, что чем меньше степень

нерав

номерности ( т . е . больше наклон статической характеристики),

тем опаснее для дизель-генератора

колебания

частоты

во

внешней

с е т и . С другой

стороны,

уменьшение

степени неравномерности а в

тономно

работающего дизель-генератора полезно, так как оно со

провождается уменьшением

колебания

оборотов

и частоты

при из

менении

нагрузки

на дизель-генератор. В этом

случае

идеальной

является

нулевая

степень

неравномерности (пунктирная

прямая

п0п'0

на рис.54),

характеризующаяся тем, что при любом

изме

нении

нагрузки

пределах

от <VN Q K C

до нуля обороты остаются по

стоянными и равными пд

, Статистическое

исследование

колебаний

частоты

во внешних

сетях

показало,

что безопасная

параллельная

работа

дизель-генераторов

наблюдается при степени

неравномер

ности

5 = 2 *• k%.

Рассмотрим влияние степени неравномерности на параллельную

работу

двух дизель-генераторов,

имеющих различную

степень не

равномерности. Предположим, что прямая

а , Ъ 1

на рис.55

яв

ляется

статической

характеристикой

первого

дизель-генератора,

а прямая

агЪг

статической характеристикой второго

дизель -

генератора. Предположим далее,

что оба дизель-генератора на

строены

так, что при средней нагрузке

J-^HOM

агрегаты

имеют

номинальные обороты пд

. в этом

случае

номинальная

нагрузка на

каждый

агрегат

выражается

отрезком

т0пѵ

. Из статических ха

рактеристик следует, что при изменении

нагрузки на агрегаты бу

дут изменяться их обороты, причем вследствие электрической сия<- хронизации генераторов их обороты будут одинаковы при всех на грузках . Допустим, что вследствие увеличения нагрузки на ди зель-генераторы их обороты уменьшились от п0 до nt . В этом

1,59 случае вагрузка на первый дизель-генератор выражается отрезком

n,mf	,	а на второй	-	п,тг.	Заметим, что большую часть увели
чившейся		нагрузки (	АТ7,/7,>		тгпі	) принял на себя первый ди
зель - генератор, так			как	его	статическая характеристика имеет

больший наклон, т . е . меньшую степень неравномерности Ъ . Умень

шение оборотов дизель-генератора	от	п0 до п,	вызвано увеличе
нием нагрузки Û/V = m m , + ттг	.	Допустим,	что настройка

Рис.55

степени неравномерности первого дизель-генератора изменена и

статические характеристики обоих дизель-генераторов							отображают
ся прямыми йгЪг . Определим обороты			синхронно работающих					ди
зель-генераторов при прежнем увеличении				âN	нагрузки на			них.
При одинаковом наклоне статических характеристик						изменяющаяся
нагрузка на дизель-генератор делится			поровну:
Д/Ѵ	m/77,+		тт.
:	—	ь	!	—	mm-
т . е . изменению нагрузки	-^—	соответствует			отрезок		mms	-
среднее арифметическое отрезков ' mmz			и	mm,	.	Следовательно,
каждый из дизель-генераторов		будет отдавать			нагрузке		мощность,

<<< < Предыдущая 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 / 3216 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ