
книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций
.pdf170
Сила сжатия пружины пропорциональна перемещению рейки:
г д е |
спр ~ ч е т к о с т ь пружины. |
Следовательно, условие динамического равновесия датчика |
|
может |
быть представлено в следующем виде: |
m |
d- h |
cLh |
, |
г |
|
|
|
|
Уравнение является нелинейным, так как в него входят квадрат
угловой скорости |
со |
(т . е . входной |
величины) и величина |
р |
, |
||||
связанная |
с перемещением |
h |
( т . е . |
с выходной |
величиной) |
с о |
|||
отношением |
Дг» = |
аД / 7 . |
|
|
|
|
|
|
|
Линеаризуем |
уравнение |
в |
точке |
СО0 предполагаемого равно |
|||||
весного скоростного |
режима |
дизеля, |
пользуясь |
обычной |
общей |
||||
методикой |
линеаризации нелинейного |
уравнения. |
|
|
|
(If)°=ЧІЬ'
Уравнением линейного приближения будет выражение
m&h + cd&h+(c |
- |
ш ^ а с О д )Д/7 |
= |
liDEm4ahcàiO. |
|
В стандартном виде |
уравнение |
запишется |
так: |
||
( Г / р 2 + Trp |
+ l)àh |
= / |
C Ä ( |
D , |
|
где |
|
|
|
|
|
2 |
|
V |
тМ* |
|
|
71 |
= |
с д |
|
|
|
|
|
|
|
^ _ 1 cùgmKah0
171
Таким образом, центробежный датчик оборотов регулятора я в ляется звеном второго порядка.
Затяжка пружины 7 рычагом 8 настройки дизеля на необходи мый скоростной режим приводит к схождению грузов, т . е . к пере
мещению рейки |
Дп |
. Поэтому |
в общем виде |
уравнение |
центробеж- • |
|||||
ного датчика вместе с механизмом-задатчиком оборотов |
может |
|||||||||
быть |
представлено |
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( Г 2 У + |
T l P \ |
Oâh^k&mL |
Л , , |
|
(58) |
|||
где |
к Г л 3 - коэффициент |
эффективности |
задающего |
воздействия; |
||||||
|
hjod ~ перемещение рычага 8, |
т . е . |
задающее |
воздействие. |
||||||
|
Уравнение |
гидравлического |
усилителя. Входным |
воздействием |
||||||
в гидроусилитель является перемещение |
S^0J, |
золотника |
6 (см . |
|||||||
р и с . 5 6 ) . Выходным |
воздействием является перемещение |
рейки 5 |
||||||||
ТНВД, т . е . перемещение поршня |
$ п |
в цилиндре гидроусилителя 4). |
||||||||
В гидроусилителе скорость перемещения поршня пропорциональна |
||||||||||
перемещению золотника ( т . е . открытию окон |
т и п |
) : |
|
|||||||
|
|
|
|
рб |
= * S |
, |
|
|
|
(59) |
где к - коэффициент усиления золотника;
р- оператор дифференцирования.
Уравнение гидроусилителя свидетельствует о том, что он я в ляется интегрирующим звеном. Коэффициент усиления гидроусили теля к показывает, на какую величину изменяется скорость поршня при единичном перемещении золотника. Значение коэффи циента определяется давлением в гидроусилителе, вязкостью жид
кости, сопротивлением магистралей подвода и отвода |
жидкости |
|
(с учетом местных сопротивлений в окнах / л и п ) , |
а также |
|
геометрией цилиндра |
и золотника гидроусилителя. |
|
Гидроусилитель |
следящего действия (см . рис . 57) |
представ |
ляет собой интегрирующий гидроусилитель, охваченный идеальной
жесткой |
отрицательной |
обратной |
связью: при перемещении |
ци |
|||||
линдра |
Ю |
прикрываются |
окна m |
и п |
гидроусилителя, что |
я в |
|||
ляется |
обычно |
результатом |
входного |
воздействия |
(перемещения |
||||
золотника |
5j |
) . |
|
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом, на |
вход |
усилителя подается |
величина |
|
172
Уравнением гидроусилителя являются выражения:
и окончательно
|
СГчР*»в,. |
в, . |
<6°> |
Таким |
образом, гидроусилитель следящего действия представляет |
||
собой |
апериодическое звено первого порядка. |
|
|
|
Изодромная обратная связь |
представляет собой |
инерционную |
гибкую отрицательную с в я з ь :
где Тнс- постоянная времени изодромной связи, определяющаяся гидравлическими сопротивлениями в изодроме 3 (см . рис.56) и жесткостью пружины изодрома 2;
6^и - |
корректирующее перемещение |
золотника |
изодромным у с т |
||||
|
ройством, связанное с входным перемещением золотника |
||||||
|
S^êxod |
и его результирующим перемещением |
в кор |
||||
|
пусе |
гидроусилителя |
соотношением: |
^'^.êxoS'^и\ |
|||
к и с - |
коэффициент изодромной связи, равный |
отношению дли |
|||||
|
ны нижнего плеча рычага I I к его общей длине. |
||||||
Совместное |
решение уравнения (59) |
и уравнения изодромной |
|||||
обратной |
связи |
и уравнения ( * - ) |
позволяют определить |
уравнение |
|||
гидроусилителя, |
охваченного изодромной |
связью: |
|
|
|||
|
[тн.ср+и+к2унис)\р8п |
= а^р+пк^ |
|
( б і ) |
Система регулирования дизель - регулятор в целом описы вается системой соответствующих уравнений. Регулятор прямого действия (см . рис . 52) описывается системой дифференциальных
уравнений |
(57) и |
(58) . Система изодромного регулирования |
опи |
|
сывается |
системой |
дифференциальных уравнений |
(57), (58) |
и (61). |
В результате решения системы соответствующих |
уравнений |
могут |
быть определены переходные характеристики системы, т . е . могут
быть определены все |
динамические |
и статические качества |
регу |
лирования. Решение |
уравнений является предметом теории автома |
||
тического регулирования. Небезынтересно отметить, что именно |
|||
в связи с решением |
дифференциальных уравнений системы регули |
||
рования оборотов машин в 1876 г . |
проф.И.А.Вышнеградским |
был з а - |
173
ложен фундамент теории автоматического регулирования. Вопросами регулирования хода машин с 1903 г . стал заниматься проф.Н.Е.Жу ковский, разработавший некоторые вопросы в области нелинейной теории регуляторов, связанные с влиянием на динамику регулиро вания сил сухого трения. В советское время вопросы устойчи вости систем регулирования транспортных дизелей исследованы проф.Г.Г.Калишем.
§ 15. СИСТЕМЫ СМАЗКИ ДИЗЕЛЕЙ
Назначение, состав и схема системы смазки стационарного дизеля
Система смазки служит для подачи масла к трущимся поверх ностям, чтобы уменьшить трение между ними и их износ, для герметизации камеры сгорания, а также для охлаждения и удале
ния из узлов трения продуктов |
износа. |
|
По способу подвода |
масла |
к трущимся элементам и, в первую |
очередь, к шатунным и |
коренным |
подшипникам системы смазки р а з |
деляются:
1) на принудительные (циркуляционные и с дозированной по
дачей |
смазки насосами высокого давления - лубрикаторами); |
2) |
с разбрызгиванием; |
3)на смешанные.
Утронковых двигателей, как правило, шатунные и коренные подшипники, подшипники распределительного вала, приводы вспо могательных агрегатов и иногда поршневая головка шатуна смазы ваются принудительно. Втулка цилиндра, поршень, поршневые
кольца и иногда поршневой палец смазываются разбрызгиванием, а у некоторых двигателей - лубрикаторами. По месту расположения основной емкости для масла системы смазки двигателей бывают с сухим и мокрым картером. При сухом картере масло, стекающее в поддон, сливается в отстойник, откуда отсасывается насосами в бак, стоящий отдельно от двигателя. При мокром картере необхо димый для нормальной работы двигателя запас масла находится не посредственно в поддоне.
При циркуляционной системе смазки-масляный (обычно шесте ренчатый) насос под давлением, регулируемым редукционным кла - . паном, прокачивает масло ко всем трущимся элементам, за исклкь чением цилиндро-поршневой группы, которая смазывается разбрызги-
1*4
ваниеы или от лубрикаторев. Для очистки масла в системе смазки предусматриваются фильтры грубой и тонкой очистки, а также во многих случаях используются центрифуги. В некоторых двигателях система смазки включает также систему масляного охлаждения поршней. Охлаждение масла осуществляется в теплообменниках (водо-масляных холодильниках).
Систему смазки стационарных дизель-генераторов условно р а з деляют на наружную и внутреннюю. Принципиальная схема наружной
В систему охлаждения
|
|
|
Рис.58 |
|
|
|
|
|
системы смазки дизель-генератора 7Д-І00 приведена |
на |
р и с . 5 8 . |
||||||
В наружную систему смазки двигателя входят: приемный колодец I , |
||||||||
маслоперекачивающий |
насос |
2 , |
резервуар 3 |
для |
масла, |
маслосбор- |
||
ный бак 8, масляный |
насос |
10, |
навешенный |
на |
двигатель,фильтр |
|||
грубой очистки масла 12, холодильник масла 6, фильтр тонкой |
||||||||
очистки масла 5, |
центробежный |
фильтр I I , |
маслопрокачивающий |
|||||
насос 9, маслопрокачивающий агрегат 4, трубопроводы с пере |
||||||||
пускными клапанами |
7 и контрольно-измерительными |
приборами, |
||||||
расположенными на трубопроводах и щитах приборов. |
|
|
||||||
Наполнение резервуара 3 для масла осуществляется |
самоте |
|||||||
ком через приемный колодец I , оборудованный сливной воронкой, |
||||||||
сетчатым фильтром |
и |
задвижками. |
|
|
|
|
ч
175 Пополнение маслосборного бака 8 производится маслоперека-
чивающим насосом 2 с электрическим |
приводом. |
|
|||
Перед |
пуском дизеля |
включается |
маслопрокачивающий |
а г р е |
|
гат 4 . |
Из |
бака 8 масло |
засасывается и нагнетается |
через |
|
фильтр |
12 |
грубой очистки и холодильник б в нижний масляный |
|||
коллектор |
двигателя. Через 3 0 - 4 0 |
сек после включения масло- |
прокачивающего агрегата 4 появляется масло в коренных и шатун ных подшипниках верхнего коленчатого вала двигателя.
После запуска дизеля включается в |
работу масляный насос 10, |
|
а маслопрокачивающий агрегат 4 автоматически выключается. |
|
|
При работе дизеля насосом 10 масло |
засасывается из бака |
8, |
расположенного под дизелем (или рядом, |
но ниже двигателя), |
и |
нагнетается через фильтр 12 грубой очистки и холодильник 6 по трубопроводу в нижний масляный коллектор двигателя.
Перепускной клапан 7, установленный параллельно холодиль
нику 6, |
предохраняет |
холодильник |
от повреждений при повышенных |
||
сопротивлениях проходу масла (во |
время запуска холодного |
дви |
|||
гателя |
или в случае |
засорения трубок |
холодильника). |
|
|
На |
трубопроводе |
за холодильником |
расположен приемник |
( т е р |
мобаллон) регулятора температуры, который управляет клапаном, установленным на входе технической воды в масляный холодильник.
Таким образом поддерживается в установленных пределах |
темпера |
|||||
тура масла, входящего в |
двигатель. |
|
|
|
||
С целью повышения срока службы масла и уменьшения износа |
||||||
трущихся частей |
двигателя |
предусмотрена тонкая очистка |
масла, |
|||
осуществляемая |
фильтром |
5 |
с бумажными |
фильтрующими |
элементами |
|
и центробежным |
фильтром |
I I . Фильтр 5 |
тонкой очистки |
масла |
||
включен параллельно основной системе смазки. |
|
|
||||
Центробежный фильтр |
I I |
работает от маслопрокачивающего на |
соса 9, который засасывает масло из баяа 8 и нагнетает в цен тробежный фильтр. Очищенное масло из центробежного фильтра
сливается в картер двигателя, а из двигателя - |
в масляный |
бак. |
Для контроля давления масла в верхнем масляном коллекторе |
и |
|
подачи аварийно-предупредительного сигнала при |
понижении |
д а в |
ления масла в верхнем коллекторе предусмотрены |
манометры |
и |
реле давления.
Во внутреннюю систему смазки двигателя входят нижний мас
ляный |
коллектор, верхний масляный коллектор |
и трубки, |
подво |
||
дящие |
масло к |
смазываемым |
узлам. Из нижнего |
и верхнего |
кол |
лекторов масло |
подводится |
к коренным опорам коленчатых |
валов. |
176
Отсюда по трубкам, запрессованным в валы, масло подается к ша тунным шейкам и по сверлениям в шатунах поступает на смазку подшипников верхней головки шатуна и охлаждение поршней. Охла див поршни и смазав трущиеся поверхности кривошипно-шатунного механизма, масло стекает в полость блока и оттуда в поддон. По специальным трубкам и сверлениям масло под давлением поступает для смазки других узлов и агрегатов двигателя.
Назначение и схемы основных агрегатов системы смазки
Масляные насосы. На подавляющем большинстве двигателей устанавливаются шестеренчатые масляные насосы. Нагнетающие и отсасывающие насосы компонуются на двигателе как совместно в виде одного многосекционного насоса, так и раздельно. Конст рукции шестеренчатых насосов рассматриваются в курсе "Механи ческое оборудование и установки технических систем".
Для смазки цилиндров дизелей крейцкопфного типа или типов, в которых не обеспечивается достаточная смазка от центральной системы, применяются многоплунжерные насосы высокого давления (до 100 к г / с м 2 ) - лубрикаторы. Наиболее распространенным типом
Рис.59
177 лубрикатора является лубрикатор с механическим приводом. Коли
чество |
секций насоса (плунжеров, каплѳуказателей и |
рабочих о т |
водов) |
принимается равным числу смазываемых точек. |
г |
Лубрикаторы бывают двух типов: с дозировкой подачи масла |
путем изменения хода плунжера и с дозировкой масла при поступ
лении его к насосному элементу. Схема |
действия насосного э л е |
||
мента лубрикатора с дозировкой подачи |
масла путем |
изменения |
|
хода плунжера приведена на р и с . 5 9 . Лубрикатор работает |
следую |
||
щим образом. При перемещении плунжера |
5 вниз (рис.59 а) |
проис |
|
ходит нагнетание масла к месту смазки |
по каналу 3 рабочего о т |
||
вода. Золотник I при этом расположен |
таким образом, |
что |
масло |
из-под плунжера поступает в канал 3. |
Во время хода |
плунжера |
вверх положение золотника дает возможность маслу по всасываю щему каналу 2 перейти из картера лубрикатора в подплунжерное
пространство |
(рис.59 б ) . При следующем ходе плунжера |
вниз |
|||
(рис.59 в) золотник приподнимается |
и |
соединяет |
подплунжерное |
||
пространство |
с каналом 3 контрольного |
отвода и |
масло |
нагнетает |
|
ся в него. Далее масло направляется |
к |
штуцерам, |
ввернутым в |
||
верхнюю часть корпуса лубрикатора, |
а |
затем по изогнутым труб |
кам - к контрольным стеклам. После положения, показанного на рис.59 в , плунжер идет вверх и вновь происходит засасывание масла.
Масляные фильтры. Масляные фильтры предназначаются для удаления из масла продуктов износа металлов, окислов масла, нагара, смолистых веществ и пыли.
По принципу действия все фильтры делятся на механические, поглощающие, комбинированные, магнитные и гидродинамические. Большинство типов масляных фильтров имеют перепускной клапан,
который открывается при перепаде давления 0,8 |
- 1,2 к г / с м 2 |
для |
|||
пропуска нефильтрованного масла в магистраль, |
минуя |
фильтр, |
|||
при слишком вязком масле во время пуска и при сильном |
засоре |
||||
нии фильтра. |
|
|
|
|
|
Механические фильтры грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки |
|||||
конструктивно |
аналогичны топливным |
фильтрам. Фильтры |
грубой |
||
очистки задерживают твердые частицы |
величиной |
до 0,08 |
- 0,05 |
мм |
|
в зависимости |
от примененного фильтрующего материала. |
Через |
фильтр грубой очистки |
проходит все масло, поступающее в нагне |
||||
тательную |
магистраль |
дизеля. Средняя скорость масла в |
фильтре |
||
колеблется |
в пределах |
от 2 до |
12 см/сек в |
зависимости |
от типа |
фильтра. Часто фильтры тонкой |
очистки масла |
удерживают |
не |
|
|
|
|
|
178 |
|
только механические примеси с размером |
частиц 0,01 - 0,001 мм, |
|||||
но и |
поглощают |
кислоты, |
щелочи, |
воду и |
другие продукты, произ |
|
водя |
тем |
самым |
глубокую |
очистку |
масла. |
В качестве фильтрующих |
элементов |
поглощающих фильтров |
(ФТОрегенераторов) служит |
войлок, пряжа и некоторые другие материалы со специальными про
питками, а также смеси из окиси алюминия (30 * 35%), |
боксита |
||||||
(50%), присадок марганца и серы (1,5%) и наполнителя |
- шлако |
||||||
вой ваты (15 |
*• 20%). |
|
|
|
|
||
К о м б и н и р о в а н н ы е |
ф и л ь т р ы |
(рис . 60 а) |
|||||
объединяют |
в |
себе |
ФГО и ФТО. Фильтры |
грубой очистки |
включают |
||
в масляную |
систему |
последовательно, |
а |
фильтры тонкой |
очистки - |
5)
Рис.60
179
параллельно. При этом 10 - 15% масла подвергается тонкой очистке и сливается в картер, а все масло, поступающее в ма гистраль дизеля, проходит через ФГО. Путь масла покаван на рисунке стрелками.Неочищенное масло поступает в корпус I и про ходит через проволочно-щелевой фильтр 5. Пройдя щели фильтра 5,
одна часть масла поступает к фильтру |
4, |
а |
другая |
направляется |
|||||||||
на выход из фильтра через отверстие |
а |
в |
стержне |
2 . |
Стержень2 |
||||||||
разделен заглушкой |
с . Небольшая |
часть |
масла |
(10 |
- |
15%) |
прохо |
||||||
дит через элемент тонкой очистки 4, представляющий собой |
ци |
||||||||||||
линдрический |
патрон из хлопчатобумажной |
нити, |
навитой |
на |
сетча |
||||||||
тую |
трубку, |
и |
через |
отверстие Ъ |
в |
стержне |
отводится |
в |
картер |
||||
дизеля. Калиброванное отверстие 3 предохраняет масляную |
систе |
||||||||||||
му |
дизеля |
от |
чрезмерного падения |
давления |
в |
случае |
малого |
||||||
гидравлического сопротивления фильтра 4. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
М а г н и т н ы й |
ф и л ь т р |
|
(рис.60 |
б; |
предназначен |
|||||||
для |
удаления |
частиц |
черного металла, |
попавших в |
масляный |
по |
ток циркуляционной системы в результате износа трущихся дета лей или небрежности при сборке узлов . Простейший магнитный фильтр может быть изготовлен в виде цилиндрического сосуда без каких-либо сеток, перегородок и других элементов, фильтрующих масло. Такой фильтр создает небольшое сопротивление, поэтому его можно ставить даже на всасывающей трубе. Фильтр состоит из стального фланца I , к которому приварена скоба 2 . В скобе по средством валика 3 закреплена текстолитовая вставка 4, в вырез
которой |
с |
помощью двух |
болтов |
поставлен |
подковообразный |
маг |
||
нит 5. |
Фильтр |
помещен в |
цилиндрическом |
корпусе. |
|
|
||
Г и |
д р |
о д |
и н а м и ч е с |
к и е |
ф и л ь т р ы |
(центри |
||
ф у г у очищают |
масло от |
механических примесей, используя центро |
||||||
бежные |
силы. Центрифуги |
имеют гидравлический привод от масляно |
||||||
го насоса |
дизеля, либо |
механический привод от коленчатого вала |
||||||
двигателя. |
При |
вращении |
ротора |
(свыше 5000 об/мин) центрифуги |
||||
взвешенные |
в масле частицы под |
влиянием |
центробежной |
силы |
о т |
брасываются и оседают на стенках ротора. Недостатками гидроди намических фильтров являются плохая фильтрация холодного мас ла, незначительное снижение кислотности масла и других приме сей, имеющих плотность, близкую к плотности масла. К преимуще ствам центрифуг следует отнести отсутствие сменных фильтрующих элементов и незначительный отсев присадки к маслу.
Центрифугирование масла может осуществляться и з шейках к о ленчатого вала двигателя (см . § I I ) .