книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

тот же угол и вилка 2, жестко соединенная с валиком рычага. Вилка 2 соединена также с плунжером 1 через сухарики, скользящие по пазам плунжера; поэтому по­ ворот вилки вызывает осевое перемещение плунжера.

Перемещение плунжера 1 изменяет силу растяжения пружины 8, что приводит к временному нарушению рав­ новесия в чувствительном элементе измерителя скорости. При этом происходит перемещение золотника 12, поясок которого открывает доступ маслу под поршень или вы­ зывает слив масла из-под поршня, вследствие чего пор­ шень следует за золотником в том же направлении и на ту же величину, что и золотник. Перемещение поршня вызывает перемещение рейки топливного насоса и изме­ нение подачи топлива. Скорость вращения дизеля при этом изменяется до величины, при которой центробеж­ ные силы грузов уравновешивают вновь установленную силу растяжения пружины 8 регулятора.

Для получения устойчивого процесса регулирования регулятор имеет упруго присоединенный 'катаракт. Кор­ пус 26 катаракта центрирован буртиком в расточке кол­ пака 9 и укреплен к нему шпильками. В расточке кор­ пуса 26 смонтированы поршень 29 катаракта и две оди­ наковые пружины 25 и 28. Слева шток 27 катаракта имеет утолщение, на котором выполнен поясок, закры­ вающий отверстие в поршне 29. :

Правый конец штока 27 пальцем 48 соединен с рыча­ гом 47, второй конец которого таким же пальцем 'соеди­ нен с серьгой 34. Рычаг 47 свободно поворачивается на оси 24 в пазу кронштейна 23.

Полость К корпуса катаракта через конусное отвер­ стие и сверление Л соединена с полостью нижней части колпака 9. Обе полости всегда заполнены маслом, так как расположены ниже перепускного канала Д. Про­ ходное сечение конусного отверстия И регулируют при помощи иглы 30.

Для поддержания скорости вращения холостого хода при положении рычага управления регулятором на упо­ ре максимальных оборотов регулятор оборудован ги­ дроупором пуска. Корпус 42 гидроупора укреплен дву­ мя шпильками к нижней части колпака 9 регулятора. В расточке корпуса смонтирован поршень 43 со штоком 46. Шток гндроупора имеет лапку, которая упирается в ограничитель 49. При подключении гндроупора 'пуска

31

масло поступает через шланг, который укреплен к кор­

пусу 42.

Для спрямления регуляторной характеристики регу­ лятор имеет корректор. Ввертыш 35 ввинчен в корпус 26 катаракта. Во ввертыше установлен болт 33 корректора с навинченной на него пружиной 31. Положение болта корректора с пружиной фиксировано контргайкой 32. Настройку корректора выполняют при наладке дизельгенератора на объекте. Соединение рычага 40 регулято­ ра с рейкой топливного насоса осуществлено при помо­ щи штока, смонтированного во втулке боковой крышки насоса.'

Регулятор имеет три винтовых упора: максимальных оборотов — 4\ «Стоп» — 5; максимальной подачи топли­ в а — 4/. Упор максимальных оборотов ограничивает по­ ворот рычага 3 в направлении увеличения скорости вра­ щения дизеля. Упор «Стоп» ограничивает поворот вил­ ки 2 в направлении уменьшения растяжения пружины регулятора. Упор максимальной подачи топлива предна­ значен для ограничения поворота рычага 40 в направ­ лении увеличения подачи топлива.

Принцип работы регулятора. Перед автоматическим пуском дизеля рычаг 3 устанавливается механизмом управления в положение, соответствующее номинальной скорости вращения дизеля. При этом вилка 2 регуля­ тора выдвигает плунжер 1, растягивающий пружину 8. Под действием пружины золотник перемещается влево, и поясок Е золотника открывает окна Г поршня 11, на­ ходящегося в крайнем правом положении, при котором рейка топливного насоса перекрывает подачу топлива.

При перемещении золотника влево шток 27 катарак­ та рычагом 47 перемещается вправо, пружина 25 под­ жимается, а пружина 28 ослабляется. Под действием результирующей силы пружин поршень 29, пропуская масло из полости колпака 9 через зазор между иглой 30

иконусным отверстием И, перемещается вправо до тех пор, пока силы пружин катаракта не станут одинаковы­ ми. Перемещение поршня регулятора, а следовательно,

ирейки насоса в положение максимальной подачи топ­ лива осуществляется маслом, поступающим в регулятор. Это масло заполняет кольцевую канавку Б сервопоршня

ичерез два отверстия в хвостовике поршня проходит в полость В. Затем через открытые окна Г поршня масло

32

поступает в рабочую полость А, давит на поршень и, преодолевая силу предварительного сжатия пружины 10, перемещает поршень влево в такое положение, при ко­ тором поясок Е золотника перекроет окна Г поршня, и доступ масла в рабочую полость А прекратится.

Перемещение поршня 11 передается рычагу 40, ко­ торый устанавливает рейку насоса в положение макси­ мальной подачи топлива. При прокачке дизеля масло поступает также в полость М корпуса гидроупора и, воздействуя на поршень 43, включает гидроупор пуска. Поступающее в полость М масло перемещает поршень влево до тех пор, пока лапка штока 46 не дойдет до ограничителя 49.

Сила сжатой пружины 44 гидроупора передается че­ рез рычаг 47 на пружину 8 регулятора и направлена в противоположную сторону. Таким образом, перед пу­ ском дизеля иа золотник 12 действует разность сил пружины 8 регулятора и пружины 44 гидроупора.

Затем дизель запускают сжатым воздухом. Скорость вращения дизеля растет, и регулятор автоматически включается в работу следующим образом. Грузы 15 сразу после пуска дизеля под действием центробежных сил расходятся и, поворачиваясь на своих осях, через опорное кольцо 16 воздействуют на золотник. Центро­ бежные силы, развиваемые грузами, оказываются доста­ точными для быстрого перемещения золотника вправо в сторону уменьшения подачи топлива, а поэтому резкого заброса скорости вращения не происходит. При переме­ щении золотника вправо его поясок Е перемещается от­ носительно окон Г поршня и образует щели, через кото­ рые масло из рабочей полости А сливается в полость колпака.

Давление масла в рабочей полости А падает, и пор­ шень под действием пружины 10 двигается за поя­ ском Е, перемещая рейку насоса в направлении умень­ шения подачи топлива. Скорость вращения дизеля сни­ жается и устанавливается такой, при которой центро­ бежные силы грузов уравновешиваются разностью сил пружины 8 регулятора и пружины 44 гидроупора. '

Величина разности определяется степенью сжатия пружины 44 гидроупора, регулируемой положением огра­ ничителя 49. При регулировке дизель-генератора огра­ ничитель устанавливают в положение, при котором раз-

ность сил пружины <9 регулятора и пружины 44 гидроупора соответствует центробежной силе грузов при ско­ рости 900—1000 об1мин коленчатого Бала дизеля. !

После пуска дизеля агрегат прокачки выключается, но масло в полость М корпуса гидроупора продолжает поступать из главной магистрали. Таким образом, при номинальном растяжении пружины регулятора гидро­ упор пуска поддерживает скорость вращения холосто­ го хода. После прогрева дизеля отключается подача ма­ сла в полость М корпуса гидроупора. Поршень 43 под действием возвращающей пружины 45 отходит вправо до упора в дно расточки корпуса 42 гидроупора. Воздей­ ствие пружины гидроупора на пружину регулятора пре­ кращается, и скорость вращения дизеля устанавливает­ ся соответственно номинальному растяжению пружины регулятора, т. е. п= 1525 об!мин.

Устойчивость любого режима работы дизеля обеспе­ чена упруго присоединенным катарактом. Действитель­ но, при любой установившейся скорости вращения дизе­ ля шток 27 катаракта, связанный рычагом 47 с серь­ гой 34, занимает вполне определенное для каждого ре­ жима положение. Пружины 25 и 28 катаракта имеют одинаковое предварительное сжатие и оказывают на шток 27 равное по величине, но противоположное по на­ правлению действие. Таким образом, результирующая сила пружин катаракта, действующая на шток 27, а следовательно, и на серьгу 34, при работе в установив­ шемся режиме равна нулю, и центробежные силы гру­ зов уравновешивают только силу пружины 8.

Золотник регулятора не может совершать произволь­ ных колебательных движений в сторону 'уменьшения или увеличения подачи топлива, так как перемещению его вправо препятствует пружина 28, а перемещению вле­ во — пружина 25. Переход с одного скоростного режима работы дизеля на другой осуществляют при помощи ры­ чага 3. Увеличения скорости вращения достигают пово­ ротом рычага вверх. При этом плунжер 1 перемещается влево, увеличивая растяжение пружины 8. Золотник 12, из-за нарушения равновесия между силой пружины 8 и центробежными силами грузов, перемещается влево.

Поясок Е золотника открывает доступ масла из по­ лости В в рабочую полость А и поршень 11, двигаясь за золотником, перемещает рейку насоса в сторону увели-

34

чения подачи топлива. Как только скорость вращения дизеля станет такой, при которой центробежные силы грузов и сила пружины регулятора будут взаимно урав­ новешены, перемещение золотника и следующего за ним поршня прекратится, и установится подача топлива, сосответствующая вновь заданному режиму.

При переходе на меньшую скорость вращения ры­ чаг 3 поворачивается вниз. Растяжение пружины регу­ лятора уменьшается, вследствие чего грузы перемещают золотник вправо. Поршень, следуя за золотником, пере­ мещает рейку насоса в направлении уменьшения подачи топлива. Скорость вращения дизеля уменьшится и ста­ нет такой, при которой центробежные силы грузов бу­ дут уравновешивать вновь установленную силу пружи­ ны регулятора. При неизменном положении рычага 3 и любом изменении нагрузки процесс регулирования про­ исходит следующим .образом.

В случае уменьшения нагрузки скорость вращения возрастает, грузы расходятся и, преодолевая силу пру­ жины 8 регулятора, перемещают золотник вправо. Пор­ шень 11, следуя за золотником, переместит рейку насо­ са в направлении уменьшения подачи топлива. Переме­ щение золотника и поршня в сторону уменьшения пода­ чи топлива прекратится, когда центробежные силы гру­ зов и увеличенная сила пружины регулятора взаимно уравновесятся. При увеличении нагрузки скорость вра­ щения дизеля снижается, и центробежные силы грузов уменьшаются. Под действием силы пружины золотник перемещается влево. Поршень, следуя за золотником, переместит рейку насоса в направлении увеличения по­ дачи топлива.,

В рассмотренных выше процессах регулирования участвует также механизм корректора. Установка кор­ ректора на регуляторе скорости обусловлена тем, что регуляторная характеристика дизеля имеет криволиней­ ный характер, причем наклон ее нижней половины, как правило, меньше, чем верхней. Таким образом, задача корректора — незначительным . повышением скорости вращения в режимах малых нагрузок и холостого хода увеличить наклон нижней половины регуляторной ха­ рактеристики и тем самым придать всей характеристи­ ке прямолинейный характер. Действие корректора про­ исходит следующим образом.

2* 35

При неизменном положении органов управления уменьшение нагрузки вызывает возрастание скорости вращения дизеля. Грузы расходятся и преодолевая силу пружины регулятора, перемещают золотник вправо. При этом рычаг' 47 смещает шток 27 катаракта влево. При этом сжимается пружина 31 корректора, сила которой, суммируясь с силой пружины 8 регулятора, вызывает дополнительное воздействие на золотник. Поэтому но­ вый установившийся режим работы дизеля будет иметь несколько большую скорость вращения, соответствую­ щую новой суммарной силе пружин 8 и 31. Настройку на режим работы дизеля, начиная с которого при умень­ шении нагрузки будет работать пружина корректора, осуществляют болтом 33.

Рассмотренная система регулирования скорости вра­ щения вала дизеля обладает следующими параметрами. Максимальное отклонение скорости вращения ср при но­ минальном наклоне регуляторной характеристики (3%) и внезапном изменении номинальной нагрузки не пре­ вышает ±6,5%. Длительность переходного процесса ре­ гулирования т составляет не более 4 сек. Степень не­ стабильности скорости вращения г|) при постоянной на­ грузке, находящейся в пределах 0—25% , составляет ±0,4%, а при нагрузке от 25% до номинальной ±0,25%. Степень непрямолинейности регуляторной характеристи­ ки у =0,4%.

§ 3. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

Общие сведения. Автоматическими регуляторами на­ пряжения называют аппараты, автоматически поддержи­ вающие напряжение генераторов в заданных пределах. Простейший автоматический регулятор напряжения со­ стоит из следующих органов: измерительного, регули­ рующего и настройки. По аналогии с регуляторами ско­ рости вращения существуют регуляторы напряжения прямого и непрямого действия. Аппарат, в которрм ре­ гулирующий орган воздействует на возбуждение генера­ тора за счет энергии измерительного органа, носит на­ звание регулятора прямого действия. Регуляторы непря­ мого действия более сложны. Энергии измерительного органа для воздействия регулирующего органа на гене­

36

ратор оказывается недостаточно, и в таких регуляторах применяют промежуточные усилители.

Успешное выполнение регулятором своих функций за­ висит не только от параметров регулятора и генерато­ ра, взятых в отдельности. Регулятор и генератор обра­ зуют вместе связанную систему автоматического регу­ лирования, свойства которой зависят от параметров всех ее частей. По характеру процесса регулирования авто­ матические регуляторы напряжения делят на регулято­ ры непрерывного и релейного воздействия. В первом случае имеет место непрерывная зависимость между от­ клонением напряжения и воздействием регулирующего органа, а во втором — периодическое скачкообразное из­ менение регулирующего воздействия. Уменьшение амп­ литуды колебаний напряжения происходит за счет по­ вышения частоты периодических изменений регулирую­ щего воздействия. В связи с этим регуляторы релейного действия называют вибрационными.

В автономных электроагрегатах наибольшее распро­ странение получили электромеханические и электромаг­ нитные регуляторы. К электромеханическим регулято­ рам относят реостатные и вибрационные, воздействую­ щие на систему возбуждения генератора изменением активного сопротивления в цепи его обмотки возбуж­ дения или обмотки возбуждения возбудителя. К элек­ тромагнитным регуляторам относят устройства: компа­ ундирования, компаундирования с электромагнитной коррекцией и др.

Характеристики регулятора напряжения. Характер переходных процессов регулирования напряжения гене­ ратора при внезапном отключении нагрузки был приве­

ден ранее (см. рис. 3).

Качество системы автоматического регулирования напряжения генератора с использованием того или ино­ го регулятора оценивают по величинам ряда парамет­ ров, получаемых как при установившемся, так и пере­ ходном процессе регулирования. Под переходным про­ цессом регулирования напряжения понимают процесс перехода системы регулирования из одного установив­ шегося состояния в другое, возникающий в результате резких изменений нагрузки и вызывающий изменение и колебание напряжения. Параметры системы регулиро­ вания следующие.

37

Точность регулирования напряжения 6 есть макси­ мальное отклонение установившейся величины напряже­ ния в ту или другую сторону от среднерегулируемого значения. Точность обычно измеряют в процентах от среднерегулируемого напряжения:

6 = ^ тах(п»'")Г -ср-р. 100о/о,

Длительность переходного процесса регулирования х

есть промежуток времени от начала переходного про­ цесса (момента, с которого отклонение напряжения ге­ нератора превысит допустимую нестабильность) до его конца, когда отклонение напряжения генератора от но­ вого установившегося значения уже не будет выходить за пределы допустимой нестабильности.

Максимальное отклонение напряжения генератора а

есть наибольшее отклонение мгновенного значения на­ пряжения генератора во время переходного процесса ре­ гулирования от величины напряжения, предшествовав­ шей переходному процессу. Максимальное отклонение напряжения обычно выражают в процентах от номи­ нального:

о— + — —-100%,

~Uх

где At/д — наибольшее отклонение напряжения гене­ ратора в переходном процессе регулирова­ ния от режима, предшествовавшего измене­ нию нагрузки, в в;

U1 — напряжение генератора, предшествующее изменению нагрузки, в в.

Нестабильность напряжения генератора при постоян­ ной нагрузке В есть мера отклонений напряжения в установившемся режиме. Нестабильность В равна раз­ маху колебаний действующего значения напряжения. Ее выражают в процентах от среднего значения напряже­ ния:

В = ± — -100%,

UCn

38

тах указанные выше параметры имеют следующие чис­ ленные значения:

Кроме приведенных выше основных параметров си­ стемы автоматического регулирования напряжения ка­ чество регулирования напряжения генератора зависит также и от других параметров, в частности от степени нечувствительности — характеристики собственно регу­ лятора. Степень нечувствительности есть диапазон от­ клонений измеряемого напряжения, в котором не проис­ ходит изменения регулирующего воздействия регулято­ ра. Эту степень выражают отношением разности пре­ дельных значений напряжения области нечувствительно­ сти к их среднему значению:

е=: JAzi^l.ioo%,

Некоторые автоматические регуляторы напряжения, применяемые в автономных дизель-электрических агре­ гатах. Электромеханические регуляторы. В электроагре­ гатах с генераторами, имеющими электромашинные воз­ будители, находят широкое применение электромехани­ ческие регуляторы напряжения. Примером электромеха­ нических регуляторов напряжения являются угольные регуляторы УРН-400, устанавливаемые в электроагрега­

39