2.11. Типовые схемы регуляторов

Перечень регулируемых параметров, приведённый в разделе 1.3.2. (1-я часть конспекта), свидетельствует о большом разнообразии задач, решаемых судовыми САР. Принимая во внимание соображение Козьмы Пруткова о невозможности объять необъятное, ограничимся в этой части рассмотрением только нескольких типовых схем регулирования частоты вращения главных двигателей.

2.11.1. Гидравлический регулятор частоты вращения паровой турбины

Специфической особенностью паротурурбинной установки является необходимость развития большого усилия (а значит, и мощности) при перекладке регулирующего органа – клапана, с помощью которого изменяют подачу пара к турбине.

В этой связи применён регулятор непрямого действия, гидравлический, с двумя каскадами усиления (см. приведённую ниже функциональную схему).

Условные обозначения на схеме:

1 – измерительное устройство; 2 – сервомотор первой ступени усиления; 3 – сервомотор второй ступени усиления; 4 – изодром; 5 – регулирующий орган.

Измерительное устройство 1 центробежного типа преобразует частоту вращения валика, кинематически связанного с валом турбины, в линейное перемещение муфты, которое передаётся рычажной связью на шток следящего сервомотора 2. Он называется следящим, потому, что перемещение входного штока S₁ вызывает точно такое же перемещение выходного штока m₁ , только с увеличенной силой и мощностью за счёт использования потенциальной энергии масла, подаваемого в сервомотор под давлением P₀.

Перемещение m₁ передаётся на шток золотника, управляющего сервомотором одностороннего действия 3, который дополнительно увеличивает силу и мощность перемещения выходного штока, воздействующего на регулирующий орган 5.

В целом нетрудно убедиться, что вся конструкция обеспечивает по отношению к турбине отрицательную обратную связь, поскольку самопроизвольное увеличение частоты вращения её вала будет приводить к уменьшению подачи пара, и наоборот. Т.е. схема реализует принцип регулирования «по отклонению» и является пропорциональным регулятором, характерной особенностью которого является наличие статической ошибки.

Для уменьшения величины этой ошибки в обратную связь сервомотора второй ступени усиления включён изодром 4. В начальный период переходного процесса он работает, как жёсткое передаточное звено, поскольку заполняющее его масло не может быстро перетечь из одной полости в другую через перемычку с клапаном узкого сечения. Однако с течением времени в результате перетечки масла давление в его полостях постепенно выравнивается, и он перестаёт выполнять функции жёсткой обратной связи внутри регулятора.

Благодаря действию такой гибкой обратной связи регулятор при изменении нагрузки турбины обеспечивает необходимую перестановку регулируемого органа при значительно меньшем изменении частоты вращения турбины.

2.11.2. Регулятор прямого действия дизеля 6чсш8/22

Вал 13 всережимного регулятора приходит во вращение от привода через коническую шестерню. На поперечине 14 регулятора шарнирно закреплены два груза 9 в виде угловых ры­чагов. При вращении вала 13 регулятора грузы воздействуют на муфту и стакан 1. Между муфтой и стаканом установлен упорный подшипник, поэтому при работе регулятора стакан не вращается. Центробежные силы грузов, приложенные к муфте, уравновеши­ваются силой натяжения главной пружины 2. Частота вращения вала регулируется изменением натяжения этой пружины.

. Верхней опорой главной пружины является стакан 6, перемещаемый вверх или вниз эксцентриком 4, связанным с постом управления в рулевой рубке с помощью системы ДАУ.

Перед пуском дизеля с помощью маховика 3 и регулировочного вин­та 5 стакан 6 сдвигается вниз до появления зазо­ра между ним и эксцен­триком 4.

Главная пру­жина в этом случае сжимается настолько, что регулятор при поло­жении рукоятки управ­ления в рулевой рубке на «Стоп» может обес­печить минимально ус­тойчивую скорость ко­ленчатого вала дизеля.

Исполнительным эле­ментом регулятора яв­ляется рычаг 8, соеди­ненный через вал 10 и рычаг 11 с рейкой 12 ТНВД.

Рычаг 8 прижи­мается к стакану 1 пружиной неравномерности 7.

Когда дизель не работает, грузы регулятора сведены, муфта и рычаг 8 под действием пружины сдвинуты до положения, при ко­тором рейка 12 устанавливает подачу топлива, необходимую для облегчения пуска.

С включением дизеля в работу скорость колен­чатого вала начинает увеличиваться, грузы регулятора расходятся и передвигают муфту вверх. Рычаги 8,11 и вал 10 исполнительно­го механизма, воздействуя на рейку 12, приводят цикловую пода­чу топлива в соответствие с заданной скоростью вала дизеля.

При изменении нагрузки наступает несоответствие между по­дачей топлива и скоростью вала. Если, например, произошло уменьшение нагрузки, то в первый момент увеличенная подача топлива приведет к повышению скорости вала. Грузы регулятора расходятся от центра вращения, рычаг 8 Через валик 10 смещает рейку 12 влево так, что подача топлива уменьшается.

Степень неравномерности регулятора можно изменять пере­мещением точки подвеса пружины 7. Изменение плеча, на котором действует пружина, приводит к изменению момента, оказы­вающего воздействие на вал 10 регулятора.

Сила натяжения пру­жины 7, приложенная к стакану 1, уменьшается при перемеще­нии ее правой опоры вниз и увеличивается при ее смещении вверх. В первом случае статистическая неравномерность регулятора уменьшается, во втором увеличивается.