Гоголев Г.В.
Изучение конструкции регуляторов
Частоты вращения судовых дизелей
Рекомендовано
Учебно-методическим советом института
в качестве методических указаний
для студентов очной и заочной форм обучения
специальности
26.05.06 – Э ксплуатация судовых энергетических установок и
очной и заочной форм обучения
Севастополь
2016
УДК 621.431.74-834.6
ББК 39.46
Рецензенты: К.В. Перепадя, к.т.н., доцент каф. ОиК
В.А. Очеретяный, к.т.н., доцент каф. ЭМСС
Г.В. Гоголев
Изучение конструкции регуляторов частоты вращения судовых дизелей: методические указания к практическому занятию по дисциплине «Судовые двигатели внутреннего сгорания». – Севастополь: ФГАОУВО «СевГУ», 2016. – 24 с.
Рассматриваются конструкции регуляторов частоты вращения судовых двухтактных и четырехтактных дизельных двигателей.
Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения Севастопольского государственного университета, института кораблестроения и морского транспорта, специальности 26.05.06 – Эксплуатация судовых энергетических установок.
Выполнение практической работы направлено на изучение следующих профессионально-специализированных компетенций (Конвенция ПДНВ):
ПСК-6 – Основные принципы конструкции и работы механических систем, включая судовой дизель.( Эксплуатация главных установок и вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления)
© Гоголев Г.В. 2016
© Издание ФГАОУВО «СевГУ», 2016
СОДЕРЖАНИЕ
| Условные обозначения и сокращения …………………………. | 4 |
| Введение …………………………………………………………. | 4 |
| 1. Требования к регуляторам частоты вращения | |
| 2. Основные типы регуляторов частоты вращения …………. | 5 |
| 3. Принцип действия астатического регулятора ……………. | 8 |
| 4. Принцип действия статического регулятора ……………….. | 9 |
| 5. Принцип действия универсально-статического (изодромного) регулятора ……………………………………. | 11 |
| 6. Всережимный регулятор прямого действия двигателя 8NVD36 ……………………………………………………….. | 12 |
| 7. Всережимно-предельный регулятор двигателя 7ДКРН 70/120 …………………………………………………. | 14 |
| 8. Регуляторы частоты вращения фирмы «Вудвард» ………… | 15 |
| 9. Порядок выполнения практического занятия………………… | 21 |
| 10. Требования к отчету…………………………………………... | 21 |
| Библиографический список……………………………………… | 24 |
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АВС – рычаг обратной связи
ВД – вспомогательный двигатель
ГД – главный двигатель
ЖОС – жесткая обратная связь
К – дроссельный клапан (игла изодрома)
Мдв – крутящий момент двигателя
Мс – момент сопротивления винта
мх – малый ход
сх – средний ход
ном - номинальный
огр. - ограничительная
П – пружина изодрома
ЦПУ – центральный пост управления
ЧЭ – чувствительный элемент
h – топливная рейка
Nc – мощность сопротивления винта
Ne – эффективная мощность
Z – золотник
ω, n – частота вращения дизеля
В В Е Д Е Н И Е
Регуляторы частоты вращения коленчатых валов дизелей обеспечивают поддержание заданных частот и ограничение максимальной частоты вращения вала двигателя, а также выполнение ряда других функций.
Они являются одними из самых сложных элементов ДВС. Нарушения в работе регуляторов из-за несвоевременного обслуживания и неточной настройки могут привести к возникновению аварийных ситуаций, особенно при маневрировании в акватории портов.
1. требования к регуляторам частоты вращения
Судовые двигатели эксплуатируются на заданных скоростных режимах. При изменении условий нагружения меняется и скоростной режим работы двигателя, то есть его частота вращения. Поэтому необходимо обеспечить поддержание заданной и ограничение предельных максимальных и минимальных частот вращения вала двигателя. Таким образом, в процессе эксплуатации судовых двигателей (главных и вспомогательных) целесообразно осуществлять автоматическое регулирование частоты вращения вала двигателя.
Автоматический регулятор измеряет частоту вращения и если она отличается от заданной, то осуществляется регулирующее воздействие.
В процессе выполнения этой задачи регулятор частоты вращения должен обеспечивать:
- требуемую точность поддержания заданного скоростного режима;
- безопасную эксплуатацию и устойчивую роботу двигателя;
- эксплуатацию двигателя без перегрузок по крутящему моменту, тепловому и скоростному режимам;
- высокое качество переходных процессов;
- эффективное использование мощности двигателя;
- простое управление двигателем;
- возможность совместной работы с системой ДАУ.
Кроме того, к самим регуляторам предъявляют ряд требований в отношении надежности работы, простоты конструкции, габаритных размеров, стоимости, срока службы и др.
К автоматическим регуляторам предъявляют следующие требования:
- верхнее предельное значение настройки частоты вращения должно быть не менее 105 % номинального значения, нижнее – устанавливается на уровне минимально устойчивой частоты вращения вала дизеля;
- заброс частоты вращения и длительность переходного процесса после мгновенного сброса номинальной нагрузки не должны превышать соответсвтвенно 5…15 % номинального значения частоты вращения и 2…10 сек в зависимости от класса точности;
- наклон регуляторной характеристики может изменяться в зависимости от типа СЭУ, но не должен выходить за пределы 0…12 %. При параллельной работе двигателей номинальный наклон должен быть не менее 3 % для всережимных регуляторов;
- степень рассогласования нагрузки и амплитуда обменных колебаний мощности при параллельной работе дизелей должны находиться соответственно в пределах 5…12,5 % номинального значения нагрузки и 10…15 % номинальной мощности каждого из агрегатов в зависимости от класса точности системы регулирования.
Каждый вспомогательный двигатель должен иметь регулятор частоты вращения, характеристики которого должны удовлетворять требованиям:
- при мгновенном сбросе 100 %-ной нагрузки мгновенное изменениечастоты вращения не более 10 % номинальной, а установившееся значение по истечении 5 сек не должно отличаться от частоты предшествующего режима более, чем на 5 % номинальной;
- при мгновенном набросе 70 %-ной нагрузки также как и при последующем набросе 30 %-ной нагрузки, мгновенное изменение частоты вращения двигателя не должно превышать 10 % номинальной частоты вращения, а установившаяся частота по истечении 5 сек после наброса не должна отличаться от частоты вращения предшествующего режима более, чем на 5 % номинальной;
- при мгновенном набросе 50 % нагрузки также как и при последующем набросе оставшихся 50 % нагрузки, мгновенное изменение частоты вращения двигателя не должно превышать 10 %, а установившаяся частота вращения предыдущего режима более чем на 5 %;
- колебания установившейся частоты вращения дизель-генераторов переменного тока при нагрузках 25…100 % должны находиться в пределах 1 % номинальной частоты.
Однорежимного РЕГУЛЯТОРА
Принципиальная схема астатического однорежимного регулятора изображена на рисунке 5.
При изменении частоты вращения муфта ЧЭ будет перемещать управляющий золотник, который откроет доступ масла высокого давления в одну из полостей сервомотора. В результате воздействия сервопоршня на топливную рейку будет изменяться топливоподача в двигатель, то есть будет восстанавливаться заданная частота вращения. Окончанию процесса регулирования соответствует возврат золотника в исходное положение под действием центробежных грузов и остановка сервопоршня. При этом расстояние между крайними витками пружины задания останется прежним. Поэтому в новом установившемся режиме будет то же заданное значение частоты вращения и будет обеспечиваться работа двигателя по вертикальной регуляторной характеристике.
1 – муфта чувствительного элемента; 2 – управляющий золотник; 3 – гидравлический сервомотор; 4 – поршень сервомотора; 5 – топливная рейка; 6 – пружина
задания частоты вращения; 7 – центробежные грузы
Рисунок 5 - Принципиальная схема астатического регулятора
частоты вращения
ДВИГАТЕЛЯ 8 NVD 36
Рассмотрим работу регулятора двигателя 8NVD36 (рисунок 8). Это всережимный регулятор прямого действия.
Через шестерню 2 передается вращение от коленвала. Центробежные силы разворачивают грузы 9 вокруг пальцев 8.Через вращающуюся втулку 11 усилие передается стакану 10.
Если силы меньше или больше усилия затяжки пружин 14 и 15 стакан вместе с рычагом 16 перемещается. Через вал 17 рычаг 18 винт 19 осуществляется воздействие на топливную рейку.
Сила натяжки пружин 14 и 15 регулируется маховиком 20.Чем сильнее сжаты пружины, тем при большей частоте работает двигатель.
Максимальная скорость вращения ограничивается гайкой 29 с фиксатором 30.
Ослабление затяжки пружин возможно до определенной величины пока шток 24 не упрётся в болт 27. Таким образом обеспечивается минимальная частота, чтобы двигатель не заглох.
Рисунок 8 – Регулятор двигателя 8NVD-36
ДВИГАТЕЛЯ 7ДКРН 70/120
Всережимно-предельный регулятор двигателя 7ДКРН 70/120 приводится в действие через шестерню 5 (см. рисунок 9).
НП- нулевая подача; ПП – предельная подача
Рисунок 9 – Регулятор двигателя 7ДКРН 70/120
Грузы 7 могут передвигать поршень 18, который уравновешен пружинами, натяжение которых регулируется маховиком 17. Золотник 15 управляет перемещением поршня 13 сервомотора.
При нормальных условиях эксплуатации регулятор действует как предельный. Между толкателем 9 и роликом 19 имеется зазор. Управление подачей топлива осуществляется с ЦПУ (регулятор не задействован).
Если частота достигла предельной величины, то толкатель 9 упрется в ролик 19. Увеличения оборотов не будет, так как поршень 13 поднимается вверх будет опускать рычаг 20 тягу 21 в сторону нулевой подачи.
При сильном волнении моря регулятор включают как всережимный. Уменьшают подачу топлива. Между толкателем и роликом устанавливают проставку. Несколько ослабевают затяг пружин маховиком 17. Затем увеличивают подачу топлива до номинального значения (по нагрузке).
8. РЕГУЛЯТОРЫ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ФИРМЫ “ВУДВАРД”
Рассмотрим базовую модель – регулятор UG-40 (рисунок 10).
ЧЭ 6 регулятора приводится во вращение через вал 7. Поршни аккумулятора 11 обеспечивают постоянное давление масла в напорной магистрали и быстродействие сервомотора 17.
Степень неравномерности регулятора может быть изменена от 0 до 12 %. Для дизель-генераторов ≈ 5 %.
Для дизелей с большими цилиндровыми мощностями степень неравномерности устанавливают 5…9 %.
Установка (задание) частоты вращения осуществляется маховиком 2. При увеличении нагрузки пружина ЧЭ ослабляется обратной связью 19, автоматически снижая частоту вращения.
При уменьшении нагрузки пружина поджимается и частота увеличивается. Воздействие на топливную рейку происходит через ЧЭ 6, золотник 15, сервомотор 17, валик 18, рычаг 1 и тягу 20. ЖОС возвращает золотник в исходное положение. Устанавливается новая частота и положение пружины. Степень неравномерности регулируется посредством смещения кулачка 5 в пазу рычага обратной связи 19.
Для обеспечения устойчивой работы двигателя в динамике (при резком увеличении или уменьшении нагрузки) служит гибкая обратная связь (изодромная). Настройку осуществляют путем изменения коэффициента усиления (указатель 3) и степени открытия иглы изодрома 12.
Регулятор “Вудвард” UG-40TL (рисунок 11) имеет, кроме того, два ограничения подачи топлива.
Механизм ограничения подачи топлива в зависимости от оборотов двигателя представляет собой механическое программное устройство, встроенное в регулятор. Через шток 19 ограничивается свобода движения штыря “D”, который в свою очередь ограничивает перемещение золотника при увеличении оборотов. Таким образом реализуется верхняя ограничительная характеристика.
Аналогично действует программный механизм ограничения подачи топлива в функции давления надувочного воздуха. Этот механизм состоит из рычагов 29, 30, 33, профильного кулачка 31 и измерителя давления наддувочного воздуха 32.
|
|
|
|
|
|
Рисунок 10 – Схема регулятора частоты вращения «Вудвард» UG-40
Рисунок 11 – Кинематическая схема унифицированной модели
регулятора «Вудвард» типа UG рычажного типа (UG-40TL)
Ограничение задания минимального скоростного режима осуществляется установкой винта 26 (рисунок 11). Этот винт ограничивает подъем втулки 9, чем определяется допускаемое минимальное натяжение настроечной пружины. Как правило устанавливается минимальная скорость вращения в пределах 20…25 % от нормальной (спецификационной). Для подрегулировки уставки винта 26, так же как для перестройки жесткой обратной связи, требуется вскрыть верхнюю крышку регулятора.
Остановка двигателя через регулятор возможна путем воздействия от соленоида 24 и от входного вала регулятора 4.
Таким образом регулятор UG-40 TL содержит еще устройства, реализующие дополнительные функции, а именно: механизм программного ограничения подачи топлива в функции задания скоростного режима (оборотов); механизм ограничения подачи топлива в функции от давления наддувочного воздуха; устройство ограничения минимального скоростного режима; устройство дистанционной остановки двигателя через регулятор с помощью соленоида; устройство остановки двигателя через входной вал регулятора (через механизм задания скоростного режима).
Регуляторы «Вудвард» шкального типа имеют наружное расположение рукояток настройки основных параметров: задания скоростного режима, степени неравномерности, уставки ограничения нагрузки, уставки элементов изодромной связи. Это позволяет выполнять настройку регулятора на ходу двигателя.
На рисунке 12 изображен регулятор UG-8 шкального типа.
Рисунок 12 – Регулятор UG-8
| Игольчатый клапан изодрома 1 расположен под пробкой и служит для настройки изодромной обратной связи. Рукоятка-указатель 2 служит для ограничения максимальной (или минимальной) величины сигнала задания скорости. Под рукояткой 2 расположен указатель текущей величины задания скорости. Рукоятка 3 служит для ограничения максимального хода сервомотора регулятора. Под рукояткой 3 расположен указатель текущего хода сервомотора. Рукоятка 4 служит для настройки угла наклона регуляторной характеристики. Маховик 5 служит для ручного задания скорости. Указательная стрелка 6 и настроечный орган служат для изменения коэффициента усиления изодрома. |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ланчуковский В.И., Козьминых А.В. Автоматизированные системы управления судовыми дизельными и газотурбинными установками: Учебник для вузов. -М.: Транспорт, 1990. –335с.
2. Кравцов А.И. Пособие по эксплуатации двигателей внутреннего сгорания рыбопромысловых судов. - М.: Пищевая промышленность, 1972. –359 с.
3. Инструкция по техническому обслуживанию, настройке и дефектации регуляторов скорости судовых дизелей. РД 31.21.15-84. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1985. - 48 с.
Литературный редактор
…………………………
Технический редактор
…………………………
______________________________________________________
Подписано к печати __.__.__. Изд. № _/__. Зак. ……/2016. Тираж 50
Объем _,__ п.л. Усл. печ. л. _,__ Уч.-изд. л. _,__
Формат бумаги 60 х 84 1/16
______________________________________________________
РИИЦМ ФГБАУВО «Севастопольский государственный университет»
Гоголев Г.В.
изучение конструкции регуляторов
Дата: 2018-12-28, просмотров: 2141.
