Назначение, конструкция и принцип действия регулятора частоты вращения коленчатого вала.

Регуляторы частоты вращения. Для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала необходимо изменять подачу топлива соответственно изменению нагрузки. При возрастании нагрузки частота вращения уменьшается и подачу топлива для поддержания заданной частоты вращения следует увеличить, иначе двигатель может остановиться. При понижении нагрузки частота вращения увеличивается и подачу топлива надо уменьшить, иначе значительно повысится частота вращения и двигатель пойдёт «вразнос». Для автоматизированного изменения подачи топлива в соответствии с изменением нагрузки на двигателях устанавливают регуляторы частоты вращения. Автоматическое регулирование подачи топлива в цилиндры двигателя производится центробежным регулятором, который воздействует на рейки топливных насосов. Воздействие может быть непосредственным (регуляторы прямого действия) и с помощью вспомогательного механизма (регуляторы непрямого действия). Вспомогательным исполнительным механизмом, усиливающим действие регулятора, является сервомотор, обычно гидравлического типа.

Регуляторы прямого действия применяют во всех дизелях мощности и частично средней мощности. Они просты в изготовлении и обеспечивают регулирование подачи топлива в цилиндры двигателя. В настоящее время для дизелей большой мощности используют исключительно регуляторы непрямого действия, которые также широко применяют на дизелях средней мощности. Они обладают лучшими характеристиками, универсальны и более удобны для комплектования дополнительными автоматическими устройствами, необходимыми для организации системы автоматизированного управления. По назначению и предъявляемым техническим требованиям регуляторы частоты вращения подразделяют на однорежимные, двухрежимные и всережимные. Однорежимные регуляторы служат для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала двигателя при любом изменении нагрузки и применяются в основном в двигателях, работающих при постоянной частоте вращения коленчатого вала. Двухрежимные регуляторы предназначены для поддержания постоянной максимальной и минимальной частоты вращения коленчатого вала; на промежуточных скоростных режимах управление частотой вращения осуществляется вручную через топливный насос. Всережимные регуляторы служат для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала двигателя при любом изменении нагрузки и применяются на двигателях, работающих в широком диапазоне частот. По принципу действия чувствительного элемента различают механические, гидравлические, пневматические и электрические регуляторы. В дизельных двигателях чаще всего применяют механические регуляторы с чувствительным элементом центробежного типа. Двигатели малой мощности, работающие с постоянной частотой вращения вала, зачастую оснащают однорежимным механическим регулятором, изменяющим подачу топлива в цилиндры. Валик 1механического регулятора соединён передачей с коленчатым валом дизеля. Вместе с валиком вращаются корпус 3 регулятора и грузы 5, подвешенные на осях 2. Положение грузов фиксируется пружиной 9, нажимающей на муфту 7 и противодействующей центробежной силе. При увеличении внешней нагрузки уменьшается частота вращения вала, и центробежная сила грузов оказывается недостаточной для преодоления усилия пружины. В таком случае положение сближающихся грузов фиксируется упорами 6. При этом тяга 8, связанная с рейкой топливных насосов, находится в положении, обеспечивающем наибольший рабочий ход плунжеров топливных насосов, т.е. наибольшую подачу топлива. При уменьшении нагрузки возникает избыточная мощность двигателя, способствующая повышению частоты вращения валика. Расходящиеся под действием центробежной силы грузы 5 поднимают муфту 7, вследствие чего тяга 8 будет передвигаться в сторону уменьшения рабочего хода плунжеров топливных насосов. Подача топлива в цилиндры уменьшается, соответственно снижается мощность двигателя, и частота вращения становится номинальной. Если грузы достигнут упоров 4 и 11, тяга 8 займёт положение, соответствующее нулевому рабочему ходу плунжера, т.е. подача топлива прекратится. Каждой частоте вращения соответствуют определённое промежуточное положение грузов и величина хода плунжера. Винт (синхронизатор) 10 регулирует силу нажатия пружины, т.е. позволяет изменять задаваемую частоту вращения вала дизеля. Чувствительный элемент регулятора непосредственно соединён системой тяг и рычагов с органом управления подачей топлива (с рейкой топливного насоса и т.п.), регулятор называется регулятором прямого действия. В этом случае работа, необходимая для перестановки органов управления, совершается за счёт изменения энергии чувствительного элемента. Однорежимные регуляторы частоты вращения устанавливают на дизелях мощностью до 50 кВт. Многорежимные регуляторы обеспечивают работу двигателей с несколькими строго фиксированными частотами вращения, например, тепловозных дизелей. Регуляторы непрямого действия делятся на регуляторы с жёсткой обратной связью и изодромные, т.е. с гибкой обратной связью, которая обеспечивает постоянную частоту вращения на всех нагрузках. У дизелей также предусматривают установку регуляторов безопасности или предельных выключателей, прекращающих подачу топлива в цилиндры при увеличении частоты вращения на 10-25% более номинальной.

Cхема однорежимного механического регулятора: 1-валик, 2-ось, 3- корпус регулятора, 4,6,11-упоры, 5-груз, 7-муфта, 8-тяга, 9-пружина, 10-винт.

Всережимный механический центробежный регулятор прямого действия дизеля, поддерживающий любой заданный частотный режим.

Всережимный механический центробежный регулятор прямого действия дизеля, поддерживающей любой заданный частотный режим. Основной его частью является чувствительный элемент, непосредственно реагирующий на изменение частоты вращения и состоящий из группы деталей (грузы, пружины), смонтированных на кулачковом валике топливного насоса в корпусе регулятора. Грузами 10 являются шесть стальных шаров, расположенных в радиальных пазах крестовины 11, насаженной на конец кулачкового валика насоса. Крестовина с шарами помещена между неподвижной в осевом направлении конической тарелкой 9 и подвижной плоской тарелкой 12, перемещающейся по цилиндрическому выступу крестовины и вращающейся во время работы топливного насоса. Рейка 2, связанная с плунжерами насоса, устанавливает их на определённую подачу топлива. При этом две пружины 5 и 7 стремятся через переводной рычаг 6 и тягу 1 вдвинуть рейку в насос и увеличить подачу топлива. Эти же грузы, расходясь под действием центробежной силы, вызывают осевое перемещение плоской тарелки и вместе с ней муфты 13 и через тот же рычаг 6 и тягу 1 стремятся уменьшить подачу топлива, вытягивая рейку из насоса.

При уменьшении нагрузки частота вращения коленчатого вала в первый момент возрастает. Центробежная сила шаров при этом увеличивается, и они, перемещая всю систему и рейку влево, поворачивают плунжеры в сторону уменьшения подачи топлива до положения, при котором мощность, развиваемая двигателем, равна внешней нагрузке. При увеличении нагрузки частота вращения понижается и происходит обратное явление: усилие пружин превосходит снижающуюся центробежную силу шаров и проворачивает вправо рычаг 6 вокруг его оси, перемещая рейку 2 вправо, в сторону увеличения подачи топлива. Когда момент сопротивления на коленчатом валу дизеля равен крутящему моменту, развиваемому двигателем, в регуляторе устанавливается равновесие между центробежной силой шаров и натяжением пружин регулятора, соответствующее определённой частоте вращения. Повышения частоты вращения при данной нагрузке достигает поворотом рычага 4 вправо. При этом увеличивается затяжка пружин регулятора, и равновесие между силой пружин 5, 7 и центробежной силой грузов 10 устанавливается при большей частоте вращения. При переходе на меньщую частоту вращения рычаг 4 передвигают влево, уменьшая тем самым натяжение пружин. В период пуска и прогрева во избежание повышенного износа деталей двигателя необходимо поддерживать малую частоту вращения. Поддержание регулятором малой частоты вращения холостого хода осуществляется пружиной 7 с меньшей свободной длиной.

При частоте вращения коленчатого вала дизеля 500-900 об/мин натянута только эта пружина. Пружина 5 с большей свободной длиной включается в работу при частоте вращения коленчатого вала более 900 об/мин. Она натягивается при значительном повороте вправо рычага 4, когда будет выбран зазор в специально удлинённых пазах пружины. Следовательно, при натянутых обеих пружинах, коленчатый вал дизеля развивает частоту вращения более 900 об/мин. При дальнейшем их натяжении можно получить ещё большую частоту вращения двигателя, вплоть до максимальной. При этом ось рычага 4 упрётся в винт максимальной частоты вращения, расположенный на внешней стороне корпуса регулятора. Данное положение рычага отрегулировано таким образом, что он ограничивает максимальную частоту вращения при номинальной мощности на уровне 1500 об/мин. Если при установке рычага на номинальную мощность при номинальной частоте вращения 1500 об/мин полностью разгрузить двигатель, частота вращения начнёт повышаться, а регулятор автоматически ( в результате воздействия на рейку насоса) начнёт снижать подачу топлива, пока не наступит равновесие между усилием обеих пружин и центробежной силой грузов, которое наступает при 1650 об/мин. Развить большую частоту вращения благодаря регулятору двигатель не может, т.е. регулятор предохраняет от «разноса» при снятии нагрузки.

Регулирование частоты вращения дизелей. В эксплуатации мощность двигателя изменяется от мощности холостого хода до номинальной. Для получения мощности меньше номинальной снижают частоту вращения ( не изменяя подачу топлива) или уменьшают количество сжигаемого топлива, не изменяя частоты вращения. Возможно также одновременное снижение частоты вращения и подачи топлива. При этом меняются все показатели работы двигателя. При равенстве мощности двигателя и потребителя параметры двигателя остаются постоянными, и такой режим работы называется установившимся. При изменении мощности потребителя и мощности двигателя параметры работы меняются. Переходным режимом называют переход двигателя на другое значение мощности, по окончании которого наступает новый установившийся режим работы дизеля. Регулировать мощность двигателя на заданном скоростном режиме можно вручную или регулятором частоты вращения. При отклонении частоты вращения коленчатого вала от заданной регулятор передвигает регулирующий орган топливного насоса и соответственно увеличивает или уменьшает подачу топлива. Изменение частоты вращения воспринимается чувствительным элементом или измерителем скорости. По принципу действия чувствительного элемента различают механические, гидравлические, пневматические и электрические регуляторы. Закономерности, определяющие изменение мощности и вращающего момента дизеля в зависимости от частоты вращения вала или от положения рейки топливного насоса, являющейся регулирующим органом, называют характеристиками двигателя. Под внешней характеристикойпредельной мощности понимают зависимость максимально достижимых мощностей двигателя и соответствующих им расходов топлива от частоты вращения. Нагрузочная характеристика двигателя устанавливает зависимость показателей его работы от нагрузки, что характерно для дизель-генераторов рефрижераторного парка. Винтовая характеристика ограничена максимальной мощностью при номинальной частоте вращения и минимальной мощностью при минимально устойчивой частоте вращения.