книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

Такая связь на работу регулятора влияет лишь в дина­ мике, т. е. в процессе переходного режима. '

Характеристики системы регулирования скорости вращения. Характер переходных процессов регулирова­ ния скорости вращения вала дизель-генератора при вне­ запном отключении нагрузки показан на рис. 3. Качест­ во системы регулирования скорости вращения вала ди­ зеля с использованием того или иного регулятора оценивают по величинам параметров, получаемых при вне­ запном |изменении нагрузки в пределах от холостого хо­ да до номинального значения и наоборот для номиналь­ ной степени неравномерности (статизма) системы регу­ лирования. Такими параметрами являются следующие.

Максимальное отклонение скорости '• вращения (за­ брос числа оборотов) ср в процентах — отношение наи­ большего отклонения мгновенного значения скорости вращения дизеля во время переходного процесса регу­ лирования к скорости вращения предшествовавшего установившегося режима: i

дп

Ф= + —- -100%, ni

нестабильность, до момента, начиная с которого откло­ нение скорости вращения от »нового установившегося значения не будет выходить за пределы допустимой нестабильности.

Степень нестабильности скорости вращения в про­ центах— отношение наибольшего размаха колебаний мгновенного значения скорости вращения вала дизеля к среднему значению скорости в установившемся режиме:

Ч>= ± — '100%,

пср

21

рис. 3 величине пхх.

В современных автоматизированных электроагрега­ тах указанные выше параметры имеют 'следующие чис­ ленные значения:

максимальное отклонение скорости вращения <р<6%; длительность переходного процесса регулирования

т < 4 сек.; {

степень нестабильности скорости вращения ф<1,0% . Кроме того, качество системы регулирования скоро­ сти [вращения вала дизеля зависит также и от других параметров, в частности, 'от степени нечувствительности регулятора и прямолинейности регуляторных характери­

стик двигателя.

В механизме [регулятора и органах топливной аппара­ туры действуют силы сухого трения, [величина которых зависит от качества обработки, материала трущихся по­ верхностей и т. п. При наличии этих сил муфта чувст­ вительного элемента /регулятора перемещается не одно­ временно с изменением угловой скорости привода, а лишь после того, Иак это изменение достигнет опреде­ ленной величины.

Интервал угловых скоростей, в ''котором чувствитель­ ный элемент не реагирует на изменение угловой скоро­ сти привода регулятора, называют Областью нечувстви­ тельности регулятора. Нечувствительность регулятора характеризуют степенью нечувствительности ер, равной отношению разности предельных угловых скоростей об­ ласти нечувствительности к средней угловой скорости:

шср

где

При наличии зоны нечувствительности регулятора увеличивается его фактическая степень неравномерно­ сти, поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы при номинальном скоростном режиме ер не превышала 0,5%.

22

Для удовлетворительной параллельной работы не­ скольких электроагрегатов необходимо, чтобы активная и реактивная составляющие мощности, отдаваемой па­ раллельно работающими генераторами, 'распределялись между ними пропорционально их номинальным мощно­ стям. В противном случае одни из параллельно рабо­ тающих генераторов окажутся недогруженными, а дру­ гие— перегруженными, что ‘может привести к выходу последних из строя.

Менять активную мощность, отдаваемую генерато­ ром, во всех случаях можно только изменением подво­ димой к |нему мощности от приводного ‘двигателя путем воздействия на его регулятор подачи топлива. Для осу­ ществления пропорционального распределения активной мощности между параллельно работающими генерато­ рами необходимо, 'чтобы системы регулирования их при­ водных двигателей имели одинаковый статизм. При не­ одинаковом статизме этих систем регулирования и оди­ наковой скорости вращения параллельно работающих генераторов распределение активной мощности между ними будет происходить не пропорционально их номи­ нальным мощностям (рис. 4). При большем статизме регуляторной характеристики дизеля III агрегата на­ грузка 'его будет значительно меньше (Яш) по сравне­ нию с первым и вторым (Pi и Рп) .

23

Поэтому автоматические регуляторы дизелей, пред­ назначенных для параллельной работы, должны иметь приспособления, допускающие изменение степени нерав­ номерности в желательном направлении. Однако воз­ можность изменения степени неравномерности не яв­ ляется достаточным условием обеспечения пропорцио­ нального распределения активных мощностей 'между агрегатами, включенными на параллельную работу при всех изменениях нагрузки. Действительные регулятор­ ные характеристики двигателей не являются идеально прямолинейными. При нелинейной регуляторной харак­ теристике четвертого дизеля даже для одинаковой сте­ пени неравномерности .систем регулирования распреде­ ление активных мощностей получается неравномерным

(* v и Р'и).

Чтобы при всех частичных нагрузках распределение активных мощностей между параллельно работающими электроагрегатами было равномерным, необходимо пол­ ное совпадение регуляторных характеристик двигателей. Форма этих характеристик зависит от многих факторов (топливного насоса, регулятора, их настройки, степени износа и т. п.), поэтому обеспечить совпадение регуля­ торных характеристик весьма трудно. Это возможно лишь в том случае, когда регуляторные характеристики прямолинейны.

Таким образом, для обеспечения параллельной рабо­ ты дизелей в составе электроагрегатов с автоматическим пропорциональным распределением активных мощностей конструкция регуляторов должна удовлетворять 'следую­ щим требованиям:

должно быть устройство для изменения степени не­ равномерности;

форма регуляторных характеристик должна быть близка к прямолинейной;

основной наклон регуляторной характеристики 'дол­ жен быть равен 3%.

В 1966 г. был модернизирован электроагрегат АД-20М и передвижная электростанция ЭСД-20М мощ­ ностью 20 кет, в которых дизель Д-40А заменен дизе­ лем ДП-20. С целью повышения качества вырабатывае­ мой агрегатом электроэнергии на дизеле ДП-20 был установлен малогабаритный прецизионный регулятор скорости РД-15 конструкции ЦНИТА.

24

Регулятор .РД-15 обладает хорошими динамическими показателями, что обеспечивает высокую точность ре­ гулирования и устойчивую работу двигателя. Этот регу­ лятор (рис. 5) представляет собой прецизионный регу­ лятор центробежного типа, прямого действия, с упруго присоединенным катарактом. Диапазон регулирова­ ния— от 600 до 1600 об/мин. 'Корпус 1 регулятора смон­ тирован на ;фланце топливного насоса 2. В корпусе ре-

Рис. 5. Регулятор скорости вращения дизеля ДП-20

гулятора, закрываемом крышкой 18, размещены: привод к измерителю скорости, измеритель скорости, исполни­ тельный механизм, механизм изменения наклона стати­ ческой характеристики регулятора, упруго присоединен­ ный катаракт, механизм изменения скоростного режима дизеля, устройство для остановки дизеля.

Привод к измерителю скорости состоит из ведущей шестерни и зубчатого венца крестовины. Венец ведущей шестерни 3 центрирован относительно наружных высту­ пов ступицы шестерни 4, сидящей на коническом хвосто­ вике кулачкового вала 5 топливного насоса. При коле­ баниях угловой скорости кулачкового ,'вала 5 топливно­ го насоса венец ведущей шестерни 3 поворачивается .от­ носительно ступицы шестерни 4, сжимая пружины 6.

25

Измеритель скорости состоит из двух грузов 14, ка­ чающихся на осях И, вставленных в отверстия кресто­ вины 10. Крестовина с грузами вращается на неподвиж­ ной оси 8, закрепленной на корпусе топливного насоса. Центробежные силы грузов передаются через ролики и упорный подшипник 13 на муфту 9, хвостовик которой перемещается в центральном отверстии оси 8. Приведен­ ная к муфте центробежная сила грузов передается через стандартный шарик 20, стакан 22 и уравновешивается силой сжатия главной пружины 21. Осевая сила, дейст­ вующая на крестовину 10, воспринимается упорным под­ шипником 7, установленным на оси 8.

Исполнительный механизм передает движение муф­ ты 9 рейке 12 топливного насоса. Исполнительный ме­ ханизм имеет главный рычаг 17, тягу 15 и стакан 22, воспринимающий через упорный подшипник 13 и ша­ рик 20 приведенную к муфте 9 силу грузов 14. Стакан 22 качается ka цапфах 31, запрессованных в главный ры­ чаг 17, который поворачивается на оси 29, вставленной

связан с цапфами 30 главного рычага 17 односторонней упругой связью таким образом, что движение главного рычага 17 в сторону увеличения подачи топлива пере­ дается через пружину 16, а движение в сторону умень­ шения подачи топлива жестко передается тяге 15 че­ рез гайку 19.;

Механизм изменения наклона статической характе­ ристики регулятора .позволяет менять наклон регулятор­ ной характеристики (степени неравномерности) в пре­ делах от 2 до 6% путем изменения приведенной к муф­ те регулятора жесткости дополнительной пружины 42. Последняя 'присоединена одним концом к главному рычагу 17, а другим — к рычагу 41. Палец 37 жестко связывает рычаг 41 с сектором 40, расположенным на наружной стороне 'корпуса регулятора. Дуговая прорезь в секторе 40 допускает поворот его на 90°, что дает возможность дополнительной пружине 42 занимать раз­ личные положения в пределах этого угла. При верти­ кальном положении оси пружины ее приведенная к муф­ те регулятора .жесткость равна нулю, и наклон стати­ ческой характеристики ’регулятора (степень неравномер­

26

ности) будет наименьшим (~ 2 % ). При горизонтальном

ра 27, смонтированного в нижней части корпуса регуля­ тора, поршня 26, соединенного пружиной катаракта 25 с главным рычагом, и иглы, регулирующей проходное сечение перепускного отверстия из рабочей полости ци­ линдра катаракта в масляную ванну регулятора, обра­ зованную стенками корпуса 1 и перегородкой 28, закре­ пленной ^четырьмя винтами 43.

В процессе регулирования при быстрых движениях

суммарную жесткость пружин. При этом временная .(ди­ намическая) степень неравномерности регулятора, дей­ ствующая в процессе регулирования, оказывается боль­ ше статической величины. В результате устойчивость регулирования на переходных режимах работы дизеля, в особенности при малых значениях статической степени неравномерности, повышается. По окончании процесса регулирования, вследствие перетекания масла через пе­ репускной канал, поршень устанавливается в такое по­ ложение, когда пружина катаракта разгружается, и сте­ пень неравномерности регулятора становится равной статической степени неравномерности, определяемой жесткостью главной и дополнительной пружин.

Настройку требуемого скоростного режима дизеля выполняют при помощи маховичка 36, расположенного сбоку корпуса регулятора. Момент вращения маховичка через червячный валик и косозубое колесо передается стакану 24, который перемещается поступательно по на­ правляющему выступу крышки 23, изменяет натяжение главной пружины 21 и соответственно скоростной ре­ жим дизеля. Поворот маховичка 36 против часовой стрелки увеличивает скорость вращения вала дизеля.

Устройство для остановки дизеля имеет рычаг 33, связанный с кривошипом 32, который при повороте ры­ чага 33 в положение «Стоп» преодолевает силу сжатия пружины 16 тяги 15 и передвигает рейку 12 топливно­ го насоса на положение выключения подачи топлива.

27

При испытаниях электроагрегата АД-20М получены следующие величины основных характеристик системы регулирования. При внезапном изменении нагрузки от номинальной до холостого хода и наоборот максималь­ ное отклонение скорости вращения <р не превышает ±5,5% от номинальной при наклоне регуляторной ха­ рактеристики, равном 3%.

Длительность переходного процесса регулирования т при том же наклоне регуляторной характеристики не превышает 1 сек. При неизменной нагрузке в пределах от холостого хода до номинальной степень нестабильно­ сти скорости вращения ф составляет ±0,5% . Степень непрямолннейности регуляторной характеристики у=0,45%, что составляет 15% наклона регуляторной ха­ рактеристики.

В последние годы начался серийный выпуск автома­ тизированных электроагрегатов мощностью 500 кет, предназначенных для работы в стационарных условиях. Первичным двигателем агрегатов является дизель М-50, на котором установлен всережимиый регулятор скорости вращения непрямого действия с упруго .'присоединенным катарактом, с регулируемой жесткой обратной связью, гидравлическим упором пуска и корректором. Диапазон регулирования 600— 1585 об!мин. Диапазон изменения наклона регуляторной характеристики 2—4% при номи­ нальном наклоне 3%. Регулятор укреплен к задней тор­ цовой крышке топливного насоса и составляет с ним единый блок (рис. 6). Корпус регулятора 14 центриро­ ван на задней торцовой крышке топливного насоса фланцем 18. На оси фланца на игольчатых подшипни­ ках вращается шестерня-водило 13, получающая враще­ ние от шестерни 19, смонтированной на хвостовике ку­ лачкового вала насоса.

К корпусу регулятора шпильками укреплен корпус сервопоршня 22. В расточке корпуса 22 смонтирован поршень 11 с золотником 12. В центральной расточке корпуса сервопоршня есть кольцевая канавка Б, запол­ няемая поступающим в регулятор маслом. В корпусе сервопоршня расположены три перепускных канала Д (на рис. 6 виден лишь один), по которым масло посту­ пает в полость корпуса регулятора и через штуцер 20 по трубке 21 сливается в картер дизеля.

Поршень 11 состоит из головки и выполненного 'за

28

одно целое с ней хвостовика. В центральной части пор­ шня есть д в а ^отверстия, по которым масло из кольцевой канавки Б поступает в полость В, и два окна Г для впуска масла в рабочую полость А и выпуска из нее в полость колпака У. Золотник 12 имеет три пояска, два

Рис. 6. Регулятор скорости вращения дизеля М-50

нз которых образуют полость В, при работе дизеля всег­ да заполненную маслом, поступающим в регулятор.

Золотник 12 с поршнем 11 составляет прецизионную пару, допускающую только их совместную замену. До­ водкой обеспечивают необходимый диаметральный зазор между поясками золотника и отверстием поршня и пере­ крытие пояском Е золотника окон Г поршня. Один ко­ нец золотника заканчивается фланцем, входящим в опор-

2 9

ное кольцо 16, смонтированное на шейке золотника на шарнирах 17 и служащее для передачи центробежных сил грузов золотнику. Другой конец золотника имеет хвостовик, входящий в вилку серьги 34.

Основная пружина 8 регулятора одним концом на­ винчена на серьгу 34. Другой конец пружины свободно навернут на держатель 6, который запрессован в винт 36, ввернутый, в свою очередь, в плунжер 1, смон­ тированный во втулке 7. В наружный конец плунжера 1 вставлен ввертыш 38, в котором смонтирован пово­ док 37, квадратный хвостовик которого входит в окно винта 36. Таким образом, поворот поводка 37 вызывает вращение винта 36 и перемещение последнего вдоль оси плунжера 1.

При этом происходит свинчивание или навинчивание основной пружины 8 на винтовой участок держателя 6, что ведет к изменению количества рабочих витков ос­ новной пружины регулятора, а следовательно, и ее же­ сткости. Изменение жесткости основной пружины регу­ лятора вызывает изменение степени неравномерности. При регулировании необходимо, ослабив гайку 39, вра­ щать поводок (37 по часовой стрелке для увеличения степени неравномерности или против часовой стрелки — для ее уменьшения.

Пружина 10 служит для перемещения поршня 11 в направлении, обратном перемещению его !силой, созда­ ваемой маслом, поступающим в рабочую полость А. При установившейся работе дизеля сила сжатия пружины 10 и сила, создаваемая маслом, устанавливают равновес­ ное положение поршня, вполне определенное для каждо­ го режима работы дизеля. Грузы 15 вместе с пружи­ ной 8 регулятора доставляют его чувствительный эле­ мент, реагирующий на изменение скорости вращения ва­ ла дизеля, а золотник 12, являющийся соединительным звеном между грузами и пружиной, управляет впуском (выпуском) .масла в рабочую полость А.

При установившейся скорости вращения дизеля сила пружины чувствительного элемента уравновешивается центробежными силами вращающихся грузов, Действую­ щими на золотник в направлении, обратном действию силы пружины 8..

Изменение растяжения пружины 8 осуществляют рычагом 3, при повороте которого поворачивается Да

30