柴油机调速器

一、机械式调速器1、结构组成－－机械式调速器主要由飞重3、滑动套筒4及调速弹簧5组成。如图7-13所示。飞重3安装在飞重架2上通过转轴1由柴油机驱动高速回转。由飞重3和弹簧5组成的转速感应元件按力平衡原理工作。当柴油机发出的功率与外界负荷刚好平衡时，其转速稳定，飞重产生的离心力与弹簧5的弹力平衡，油量调节杆8也停留在某一供油量位置，如图中实线所示。若外界负荷突然减少，柴油机发出的功率就大于外界负荷而使转速升高，这时飞重的离心力将大于弹簧的弹力而使套筒4上移，增加弹簧5的压缩量，同时通过角杆拉动油量调节杆8以减少供油量。当调节过程结束时柴油机的功率与外界负荷在彼此都减小了的情况下恢复平衡，调速器的飞重稳定在图示虚线位置，它的离心力和调速弹簧的作用力也在彼此都增长的情况下达到新的平衡状态。当外界负荷突然增加时，调速器的动作与上述相反，飞重离心力与弹簧作用力在彼此都减小的情况下达到平衡状2、机械调速器的特点1）由上述可知，这种调速器不能保持柴油机在调速前后的稳定转速不变，即δ2必大于零。当外负荷减少后，调节后的稳定转速要比原稳定转速稍高；而当外负荷增加时，调节后的稳定转速要比原稳定转速稍低。产生这种转速差的根本原因在于感应元件与油量调节机构之间采用了刚性连接；当外负荷减少时供油量必须相应减少才能保持转速稳定，因此调油杆必须右移减油，这就必然会同时增大了调速弹簧的压缩量而使弹簧压力变大，因而与弹簧力平衡的套筒推力以及飞重离心力也必须相应增加。上述平衡条件只有在柴油机的转速稍高于原转速时才能达到。反之，当外负荷增加时；上述平衡条件只有在柴油机的转速稍低于原转速时才能达到。显然，转动调节螺钉7可改变调速弹簧器5的预紧力，从而可改变柴油机的设定转速。2）机械调速器的工作能力较小，其灵敏度和精度均较差，但其结构简单，维护方便。多用于中、小型柴油机。二、液压调速器1．无反馈液压调速器工作原理1）组成结构－－补图7-3所示为无反馈简单的液压调速器。其主要部件有飞重3、速度杆2、弹簧4、驱动轴11、飞重支架1、液压伺服器6、滑阀7、齿轮油泵8以及连接速度杆2和滑阀7的联接摇杆5。溢流阀9使高压油路中的油保持一定的压力。2）动作原理当外负荷减少时，由曲轴带动的驱动轴11转速升高，飞重3的离心力增加，推动速度杆2右移。于是，摇杆5以A点为中心逆时针转动，滑阀7右移，压力油进入伺服器6油缸的右部空间。与此同时，油缸的左部空间通过油孔与低压油路相通，其中的油被泄放。在压差的作用下，伺服活塞带动喷油泵齿条10左移，以减少供油量。当转速恢复到原来数值时，滑阀回到中央位置，调节过程结束。当外负荷增加、转速降低时，调速过程按相反方向进行。3）特点从上述分析中可知，调速器飞重所产生的离心力仅用来推动滑阀7，因而飞重的重量尺寸就可以做得较小。而作为放大器的液压伺服器6的作用力，则可根据需要，选择不同尺寸的伺服活塞和不同滑油压力予以放大。但是，这样的液压调速器不可能根据外负荷的变化既准确而又“适可而止”地改变喷油泵的供油量。例如上述外界负荷减少时引起柴油机转速升高的情况，滑阀右移，使伺服活塞带动油泵齿条左移，供油量减少，柴油机降速。由于调速系统有一定惯性，不可能一减少供油量，柴油机的转速立即降低。柴油机转速降低迟缓必使供油量减少过头，造成柴油机降速过度。结果调速器就使油泵齿条向增加供油量方向移动，柴油机又重新加速。同理，供油量又增加过头，使调速器重新作减速调节。这样不断地重复降速、加速的调节过程，柴油机的转速便不能很快地稳定下来，甚至有可能稳定不下来，而发生严重的急剧波动。由此可见，在调速器中仅仅加入一个液压放大元件还是不能使它满足使用要求的。为了使调速器能稳定调节，在调速器中还要加入一种装置，其作用是在伺服活塞移动的同时对滑阀产生一个反作用，使其向平衡位置的方向移动，减少柴油机转速波动的可能性。这种装置称为反馈机构。2．刚性反馈液压调速器工作原理1）结构特点－－补图7-4所示是具有刚性反馈系统的液压调速器。它的构造与上述无反馈液压调速器基本相同，只是杠杆AC的上端A不安装在固定的铰链上，而是与伺服活塞3的活塞杆相连。这一改变使感应元件、液压放大元件和油量调节机构之间的关系发生如下的变化。2）动作原理当负荷减小时，发动机转速升高，飞重向外飞开带动速度杆1向右移动。此时伺服活塞3尚未动作，因此反馈杠杆AC的上端点A暂时作为固定点，杠杆AC绕A反时针转动，带动滑阀6向右移动，把控制孔打开，高压油便进入动力缸的右腔，左腔与低压油路相通。这样高压油便推动伺服活塞8带动喷油泵调节杆5向左移动，并按照新的负荷而减少燃油供给量。在伺服活塞左移的同时，杠杆AC绕C点向左摆动并带动与B点相连接的滑阀6也向左移动，从而使滑阀向相反的方向运动。防止供油量减少过头。这种在伺服活塞移动时能对滑阀运动产生相反作用的杠杆装置称为刚性反馈系统。当调节过程终了时，滑阀回到了平衡位置，把控制油孔关闭，切断通往伺服油缸的油路。这时伺服活塞就停止运动，喷油泵调节杆随之移动到一个新的平衡位置，发动机就在相应的新负荷下工作。因此，相应于发动机不同的负荷，调速器就具有不同的稳定转速。因为发动机负荷变化时需要改变供油量，所以A点位置随负荷而变。与滑阀相连接的B点在任何稳定工况下均应处于平衡的位置，与负荷无关。这样C点的位置必须配合A点作相应的变动，因而导致了转速的变化。例如当负荷减小时，调速过程结束后，滑阀6回到中间原来位置时，伺服活塞3处于减少了的供油量位置，使A点偏左，C点偏右，因C点偏右，弹簧7进一步受压，只有在较高的转速下运转才能使飞重的离心力与弹簧压力相平衡。这说明负荷减小时稳定运转后，柴油机的转速比原来稍有升高。同理，当负荷增加时，稳定运转后，柴油机的转速比原来稍有降低。具有刚性反馈的液压调速器，可以保证调速过程具有稳定的工作特性，但负荷改变后，柴油机转速发生变化，稳定速差率δ2不能为零。3.弹性反馈液压调速器工作原理1）结构特点－－这种反馈形式实际上是在“刚性反馈”装置中加入一个弹性环节——缓冲器4和弹簧2。弹簧2的另一端同固定的支点1相连，而另一端则与缓冲器4的活塞3相连。缓冲器的油缸同伺服器的活塞5成刚体联接。2）动作原理当发动机负荷减小时，转速增大，飞重12的离心力增加。同样，滑阀8右移，而伺服活塞5则左移，减少喷油泵的供油量。当活塞5的运动速度很快时，由于缓冲器4中滑油的阻尼作用，缓冲器4和缓冲活塞3就像一个刚体一样地运动。随着伺服活塞5的左移，缓冲器和AC杠杆上的A点也向左移动。这一过程和上述刚性反馈系统的调速器完全相同。但当调速过程接近终了时，滑阀8已回到原来的位置，遮住了通往伺服油缸的油路6、7，此时缓冲器和伺服活塞已停留在与新负荷相应的位置上。被压缩的弹簧2由于有弹性复原的作用，因此使A点带动缓冲器活塞3相对于缓冲器油缸4移向右方，回到原来位置。缓冲活塞右方油缸中的油经节流阀流到左方。于是，AC杠杆上的各点都恢复到原来的位置，此时调速器的套筒10亦因转速复原而回到原来的位置。这样，发动机的稳定转速就保持不变。当负荷增加时,动作过程相反。这种调速器没有静速差，即δ2=0。4.双反馈液压调速器1）目前船舶上广泛采用同时具有弹性反馈机构和刚性反馈机构的双反馈液压调速器。这种调速器稳定性高，δ2大小可调，转速调节精度和灵敏度高。2）液压调速器必须具有由控制滑阀和动力活塞组成的液压放大机构（称液压伺服器）；另外为了提高其调节稳定性，改善其动态特性，还必须具有反馈（补偿）机构。液压调速器的这些特点使它具有广阔的转速调节范围、调节精度和灵敏度高，稳定性好，广泛用于船舶大、中型柴油机。但其结构复杂，管理要求高。3）船用柴油机使用的液压调速器大多为双反馈全制式。其中以WoodwardUG和WoodwardPGA型应用较普遍。UG型分为杠杆式和表盘式两种，并按其工作能力大小分为多种规格；PGA型为气动遥控式，多用于遥控主机。另外，它们均可按使用者要求附加某些辅助装置以完成控制或安全方面的额外要求。国产全制式双反馈液压调速器，如TY111或TY555在结构和性能上与WoodwardUG型相似。5．WoodwardUG8表盘式液压调速器其输出的调节力矩（工作能力）为8英尺-磅，输出轴转角为42˚。多用于发电用柴油机。它的正面表盘上有四个旋钮：调速旋钮（右上）3、速度降旋钮（左上）8、负荷限制旋钮（左下）9以及转速指示器（右下）1。1）结构主要由以下几部分组成（1）驱动机构驱动轴28由柴油机凸轮轴经伞齿轮传动，通过油泵齿轮22、弹性轴37、传动齿轮和飞重架等使飞重39等转动，从而将柴油机的转速信号传给感应机构。（2）转速感应机构由飞重39。锥形调速弹簧8及调速杆38组成，用以感受和反映转速的变化。（3）伺服放大机构由控制滑阀36、控制滑阀套筒34、动力活塞23以及有关油路组成。用来放大感应机构的输出能量。套筒34由驱动轴28带动回转。（4）调节机构由动力活塞23、输出轴12及油量调节杆13等组成。用来拉动调油杆调节供油量。（5）恒速（弹性）反馈机构主要由大反馈活塞33、小反馈活塞30、上下反馈弹簧29、补偿针阀31、反馈杠杆45和40、可调支点47、反馈指针46以及反馈油路等组成。其作用是保证调速过程中转速稳定。（6）速度降（静速差）机构主要由速度降旋钮2、凸轮1、顶杆4、拉紧弹簧3、可调支持销6、速度降杆7和速度降指针5等组成。它是一种刚性反馈机构，不仅能使调节过程稳定，而且还能调节稳定调速率δ2以满足调节稳定性及并联运行的工作需要。7）速度设定机构由两部分组成：其一由调速旋钮42、传动齿轮41、43和调速齿轮44组成；其二由调速电机（图7-14中之6）及蜗轮减速机构等组成。前者用于调速器前手动调节，后者用于配电盘处遥调，均可通过改变弹簧8的预紧力改变柴油机的稳定转速。（8）负荷限制机构由负荷限制旋钮16、负荷限制指针14、负荷限制凸轮5、控制杆17、紧急停车杆24、限制杆25、限制销26、齿条11、齿轮10、负荷指针9等组成。用以限制动力活塞的加油行程。如图示限制指针14位于表盘刻度“10”（最大）处，而此时动力活塞的实际加油行程由指针9指示为“5”处。此时在杆17与凸轮15之间具有间隙，滑阀36的下移不受限制，动力活塞继续上行加大供油量，当动力活塞上行至最大供油位置时，指针9指示“10”，杆17与凸轮15刚好接触，限制滑阀36继续下移，即动力活塞限制在供油“10”处。同理若指针14置于“8”、“6”、“4”刻度处，柴油机的供油量亦被限制在“8”、“6”、“4”处。若转动旋钮16至“0”刻度，则柴油机自行停车。柴油机起动时为防加速过快应将负荷限制旋钮置于“5”；待起动之后运转正常将负荷限制旋钮转至“10”或规定位置。按下停车杆24可使滑阀36抬起，动力活塞23下行减油停车。但此杆仅在调速器试验中使用，并非在柴油机运转中使用。但可在其上方装设安全停车辅助装置以保护柴油机。（9）液压系统由低压油池、齿轮泵22、稳压油缸18及稳压活塞及有关油路组成。用于产生并维持规定的油压。2）工作原理当柴油机在某一负荷下稳定工作时，飞重39的离心力与调速弹簧8的预紧力相平衡，滑阀38处于图示中间位置将控制孔27封闭，动力活塞23下方空间封闭，动力活塞固定不动，输出轴12和油量调节杆13等均固定在某一位置，使柴油机有一个相应于外负荷的供油量。柴油机在由弹簧8所设定的转速稳定运转。当负荷增大时，转速下降，飞重的离心力小于弹簧的预紧力，飞重向内收拢，调速杆38下移，使浮动杆35以右端C为支点向下摆动，推动滑阀36下移并打开套筒上的控制孔27，高压油进入动力活塞23的下腔。由于动力活塞下面面积为上面面积的两倍，致使动力活塞向上移动并带动输出轴12逆时针方向转动加油，增加柴油机供油量使转速回升。/随着输出轴12逆时针转动的同时，反馈杠杆45的左端上移，右端以可调支点47为中心下移，带动大反馈活塞33下移，压缩补偿空间32中的滑油，由于补偿针阀31的节流作用（3