5.31 Регулятор частоты вращения коленчатого вала

Регулятор гидромеханический, всережимный, непрямого действия с центробежным измерителем скорости и собственной масляной системой. Он предназначен для задания и регулировки (поддержания) частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Регулятор оборудован вспомогательными устройствами, позволяющими осуществлять:

— дистанционную остановку дизель-генератора посредством подачи электрического сигнала на электромагнит от системы дистанционного управления или от системы защиты дизель-генератора;

— ручное местное управление частотой вращения коленчатого вала дизеля;

— ручную местную остановку дизель-генератора;

— изменение наклона регуляторной характеристики (степени неравномерности);

— дистанционное ступенчатое управление частотой вращения коленчатого вала с использованием четырех микропереключателей,

5.31.1 Технические данные:

5.31.1.1 Работоспособность, отнесенная к полному ходу поршня силового сервомотора при давлении масла в системе регулятора 0,6 МПа (6 кгс/см²),

Дж (кгс·см) 15 (150)

5.31.1.2 Крутящий момент на силовом валу регулятора при давлении масла 0,6 МПа (6 кгс/см²),

Н·м (кгс·см) 33,3 (340)

5.31.1.3 Полный угол поворота силового вала регулятора,

рад. (град)0,454^+0,035(26⁺²)

5.31.1.4 Давление масла в системе регулятора,

МПа (кгс/см²) 0,55 - 0,67 (5,5 - 6,7)

5.31.1.5 Номинальная частота вращения приводного вала регулятора, при частоте вращения коленчатого вала дизеля 12,5 с^-1 (750 об/мин),

с^-1 (об/мин) 16,67 (1000)

5.31.1.6 Частота вращения приводного вала регулятора, и коленчатого вала дизеля по ступеням управления в соответствии с таблицей 2

5.31.1.7 Напряжение питания электрооборудования, В = 24

5.31.1.8 Наклон регуляторной характеристики, % от номинальной частоты вращения 3 ± 0,5

5.31.1.9 Направление вращения приводного вала регулятора правое

при взгляде сверху (по часовой стрелке)

5.31.1.10 Масса регулятора сухая, кг, не более 67

5.31.1.11 Количество масла в регуляторе, кг 2,6

Таблица 2

Ступень управления	Частота вращения
	приводного вала регулятора		коленчатого вала дизеля
	с^-1	об/мин	с^-1	об/мин
1	8,88	533	6,67	400
2	11,1	667	8,33	500
3	13,3	800	10,0	600
4	16,67	1000	12,5	750

5.31.2 Устройство регулятора

(рисунок 59)

Регулятор поддерживает заданный скоростной режим работы дизеля, измеряя отклонения фактической частоты вращения коленчатого вала дизеля от заданной и перемещая рейки насос - форсунок дизеля в сторону изменения подачи топлива на величину, пропорциональную отклонению. Все механизмы регулятора размещены в трёх соединённых между собой корпусах: нижнем 11 с плитой 12, среднем 13 и верхнем 18. Сверху регулятор закрыт крышкой 1. Уплотнение корпусов 11, 13, 18 и плиты 29 между собой осуществляется резиновыми кольцами 8, 28, 30, 69.

В нижнем корпусе размещён шестеренный масляный насос, ведущая шестерня 86 которого вращается во втулках 87. Шестерня соединена посредством шлицов с приводным валиком 90, который вращается в шарикоподшипнике 91.

Для предотвращения вытекания масла из регулятора приводной валик 90 уплотняется манжетой 88, расположенной в крышке 89, закреплённой винтами 92 к нижнему корпусу. Винты обвязаны проволокой. Для разгрузки манжеты во втулках 87 приводного валика выполнены канавки, соединяющие полость манжеты с масляной ванной регулятора.

Ведомая шестерня 85 масляного насоса выполнена за одно целое с валиком привода измерителя скорости. Плита 12 является крышкой масляного насоса.

В среднем корпусе размещены:

— измеритель скорости, состоящий из золотниковой части и демпфера;

— силовой и дополнительный сервомоторы;

— рычажная передача, идущая от сервомоторов к измерителю скорости;

— аккумуляторы масла.

Золотниковая часть состоит из неподвижно установленной в корпусе буксы 68, неподвижной 63 и подвижной 66 втулок, золотника 65 с тарелкой 56, упорным подшипником 55 и штоком 77.

Демпфер состоит из корпуса 60 с запрессованной в него шестерней 62. В демпфер установлен шарикоподшипник 59, несущий траверсу 58 с центробежными грузами 54 на внутреннем кольце. На наружное кольцо шарикоподшипника установлено кольцо 57 с кулаками.

Траверса 58 с корпусом 60 демпфера соединена пружиной кручения 61.

По зазорам между пазами траверсы 58 и кулаками кольца 57 осуществляется переток масла, обеспечивающий гидравлическое демпфирование.

Сверху корпус 60 закрыт колпаком 53. Завальцовка колпака на корпусе и уплотнение завальцовки эпоксидным клеем обеспечивают исключение утечек масла при вращении демпфера.

Дифференциальные поршни силового 21 и дополнительного 31 сервомоторов имеют одинаковые диаметры и расположены в корпусе 13. Оба поршня через суммирующий рычаг 20 и рычажную передачу 70 связаны с подвижной втулкой 66 измерителя скорости. Для уменьшения осевого перемещения в рычажной передаче установлена пружина 67. Поршень силового сервомотора через серьгу 42 и рычаг 43 связан с валом 41.

В корпусе под дополнительным поршнем находится буферный поршень 71 с пружинами 72.

Аккумуляторами масла являются полости среднего корпуса с перемещающимися в них поршнями, нагруженными пружинами 64.

В верхнем корпусе размещены:

— механизм изменения затяжки всережимной пружины;

— механизм остановки;

— механизм изменения наклона регуляторной характеристики;

— микропереключатели для дистанционного управления;

— вал 41 силового сервомотора.

Механизм дистанционного изменения затяжки всережимной пружины состоит из электродвигателя 76, двухступенчатого червячного редуктора 75, фрикционной муфты 74, шестеренной передачи 73, вала-рейки 35, рейки 81 и плунжера 82.

Ручное изменение затяжки всережимной пружины осуществляется посредством рукоятки 33.

Механизм дистанционной остановки состоит из электромагнита 44, управляющего с помощью золотника останова 45, поршнем 83, воздействующим через тягу 80, рычаг 79, гайку 78, шток 77 на золотник 65 измерителя скорости.

Механизм ручной остановки состоит из рукоятки 4, соединенной через валик и рычаг 40 с тягой 80. Далее воздействие на золотник 65 измерителя скорости осуществляется как и при дистанционной остановке.

Механизм изменения наклона регуляторной характеристики состоит из рычажной передачи от дополнительного сервомотора 31, к плунжеру 82, в которую входят тяга 46, рычаг 47 и полка с упором 36.

В крышке 1 регулятора расположена маслозаливная горловина с сетчатым фильтром, закрытая сверху пробкой 48, и втулка 49 для установки рым-болта (для перемещения регулятора).

5.31.3 Схема работы регулятора

(рисунок 60)

5.31.3.1 Работа системы маслоснабжения

Шестеренный масляный насос 24 создает поток масла, величина которого зависит от частоты вращения приводного вала. Аккумуляторы 13 создают запас давления масла, необходимый для быстрого перемещения поршней сервомоторов при переходных процессах.

Один из аккумуляторов имеет сливное отверстие В, открываемое поршнем аккумулятора при достижении номинального давления. Таким образом, поддерживается постоянное давление в напорной магистрали независимо от частоты вращения приводного вала.

5.31.3.2 Работа регулятора частоты вращения

В установившемся режиме работы дизель-генератора поршень 29 и вал 30 силового cepвомотоpa неподвижны, а рейки топливных насосов дизеля, связанные с силовым валом регулятора через механический привод, находятся в положении, обеспечивающем цикловую подачу топлива в цилиндры дизель-генератора, необходимую для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала дизель-генератора.

Неподвижное положение поршня 29 силового сервомотора и поршня 27 дополнительного сервомотора в установившемся режиме обеспечиваются положением золотника 19, перекрывающим своими рабочими поясками отверстия в подвижной втулке 22 и неподвижной втулке 20.

Среднее положение золотника 19 обеспечивается равенством действующих на него усилий со стороны всережимной пружины 17 и вращающихся грузов 18.

Усилие от всережимной пружины 17 пропорционально заданной частоте вращения, а усилие от центробежной силы грузов 18 измерителя скорости, связанного через шестеренную передачу с приводным валом регулятора, пропорционально фактической частоте вращения коленчатого вала дизеля. Таким образом, среднее положение золотника 19 и неподвижное положение дополни­тельного и силового поршней 27 и 29 сервомоторов имеет место при равенстве фактической частоты вращения коленчатого вала дизель-генератора заданной частоте вращения.

При изменении фактической частоты вращения изменяется центробежная сила грузов 18. Золотник 19 отклоняется от среднего положения и происходит процесс автоматического регулирования.

При уменьшении частоты вращения (например, вследствие увеличения нагрузки) центробежная сила грузов становится меньше усилия всережимной пружины, золотник 19 смещается вниз, сообщая полость Д со сливом, а полость Г с напором. Поршень силового сервомотора перемещается вниз, поворачивая вал 30 на увеличение подачи топлива, а поршень 27 дополнительного сервомотора перемещается вверх. При своем движении поршни перемещают в разные стороны концы суммирующего рычага так, что его средняя точка Е и, связанная с ней через тягу и рычажную передачу 28,подвижная втулка 22 перемещаются на величину, пропорциональную разности смещений поршней.

При этом поршень 29 силового сервомотора стремится сместить подвижную втулку вниз, вслед за золотником, а поршень 27 дополнительного сервомотора вверх, в сторону противоположную смещению золотника 19.

Подвижная втулка 22 имеет широкие окна. Окна неподвижной втулки 20 существенно меньше. Вследствие этого поршень 29 силового сервомотора движется значительно быстрее поршня 27 дополнительного сервомотора, и подвижная втулка практически мгновенно догоняет золотник 19, придя в положение, при котором ее рабочие окна перекрыты поясками золотника. Так как при перемещении поршня 29 силового сервомотора вниз, подача топлива увеличивается, то дизель разгоняется, центробежная сила грузов 18 растет,

пружина 17 сжимается, и золотник 19 .движется вверх. Однако, до тех пор, пока золотник 19 остается смещенным вниз относительно окон неподвижной втулки 20, поршень 27 дополнительного сервомотора продолжает двигаться вверх и перемещать вверх подвижную втулку.

Если скорость движения золотника 19 вверх равна скорости движения подвижной втулки, ее рабочие окна остаются закрытыми, поршень 29 силового сервомотора неподвижным, подача топлива постоянной.

Если скорость движения золотника 19 вверх превышает скорость движения подвижной втулки, полость Д сообщается с напорным каналом, поршень 29 силового сервомотора перемещается вверх, уменьшая подачу топлива и, следовательно, частоту вращения, коленчатого вала.

Если скорость движения золотника вверх меньше скорости движения подвижной втулки, полость Д сообщается со сливом, поршень 29 силового сервомотора увеличивает подачу топлива и частоту вращения коленчатого вала. Таким образом, поршень силового сервомотора, изменяя подачу топлива, управляет переходным процессом дизель-генератора, формируя его по закону, определяемому движением поршня дополнительного сервомотора.

Переходный процесс закончится в момент остановки поршня 27 дополнительного сервомотора при перекрытых окнах в неподвижной 20 и подвижной 22 втулках.

Очевидно, что это может произойти только при единственном положении подвижной втулки, и, следовательно, - средней точки Е суммирующего рычага. Поэтому, во всех установившихся режимах поршни 27 и 29 занимают одинаковые положения относительно противоположных упоров (например, если поршень 29 находится на верхнем упоре, поршень 27 находится на нижнем упоре), что достигается изменением положения сектора 25.

При увеличении частоты вращения дизеля или уменьшении заданной частоты вращения направление перемещения элементов регулятора противоположны описанным выше.

Закон движения поршня дополнительного сервомотора, обеспе­чивающий короткий апериодический переходный процесс создается, во-первых, специальной формой окон втулки 20 и, во-вторых, буферным поршнем 26 с дросселирующим отверстием.

Буферный поршень 26 при больших отклонениях золотника 19 от среднего положения перемещается до упора, позволяя поршню 27 дополнительного сервомотора быстро переместиться на определенную величину (зависящую от расположения упоров буферного поршня).

После достижения буферным поршнем 26 упора, скорость поршня 27 резко снижается, так как масло в его управляемую полость будет поступать уже через дроссельное отверстие поршня 26.

5.31.3.3 Механизм изменения затяжки всережимной пружины

Для дистанционного изменения величины затяжки всережимной пружины 17 служит электродвигатель 8, который через двухступенчатый червячный редуктор 10, фрикционную муфту, шестеренную передачу 12, рейку 14 и плунжер 16 осуществляет затяжку всережимной пружины.

Ручное изменение затяжки всережимной пружины осуществляется рукояткой 11 через шестеренную передачу 12, рейку 14 и плунжер 16.

На кронштейне рейки 14 укреплены толкатели. 51 (рисунок 59) микропереключателей 52. Длины толкателей отрегулированы на срабатывание микропереключателей при достижении соответствующей затяжки всережимной пружины (частоты вращения дизель-генератора).

5.31.3.4 Механизм изменения наклона регуляторной характеристики

Как показано выше, поршень 27 (рисунок 60) дополнительного сервомотора перемещается пропорционально изменению нагрузки.

При своем перемещении поршень 27 через тягу 31 поворачивает рычаг 32. При изменении размера Б ≠ 0 перемещается и плунжер 16. Сжатие пружины 17 и, следовательно, частота вращения изменяются пропорционально изменению нагрузки. Регулятор обеспечивает статическую регуляторную характеристику. Если размер Б равен нулю перемещение поршня 27 не вызывает перемещения плунжера 16 и изменения затяжки всережимной пружины 17, и, следовательно, частоты вращения дизеля. Регулятор работает как изодромный, обеспечивая нулевой наклон регуляторной характеристики. Желаемый наклон регуляторной характеристики устанавливается изменением положения упора 3 относительно опоры 15 рычага 32. После установки в нужное положение упор 3 крепится винтом 1. Увеличению наклона регуляторной характеристики соответствует перемещение упора 3 к оси всережимной пружины от опоры 15, уменьшению - перемещение упора 3 от оси всережимной пружины.

5.31.3.5 Механизм остановки дизель-генератора

Для дистанционной остановки дизель-генератора подается питание на электромагнит 5. Якорь электромагнита перемещает золотник останова 6 в крайнее нижнее положение. Поясок золотника закрывает слив и открывает подвод масла из аккумуляторов под поршень выключения 7, перемещая его вверх. Рычаг 2 поворачиваясь, выбирает зазор А и поднимает шток 4 с золотником 19. В результате поршень 29 силового сервомотора движется вверх до упора, выключая подачу топлива. Для ручной остановки дизель-генератора необходимо повернуть рукоятку 9, насажанную на валик, связанный через рычаг с поршнем выключения 7. При подъеме поршня 7 происходит выключение подачи топлива, описанное выше.

5.31.4 Средства автоматизации

К средствам автоматизации, встроенным в регулятор и предназначенным для дистанционного управления, относятся:

электродвигатель постоянного тока Д-25Г;

электромагнит ЭТ-52М-24В-П или ЭД-24;

микропереключатели ПМ-22-2 (4 штуки);

Схема электрических соединений регулятора представлена на рисунке 61.