Меню

Регулятор частоты вращения двигателя тепловоза

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

date image2020-10-11
views image350

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

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.

Читайте также:  Как поставить реле регулятора

Источник

Электронный регулятор дизеля тепловоза ЧМЭ3

Важным элементом системы управления тепловозом является регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля. Его устройство в значительной мере определяется степенью форсировки двигателя. На высокофорсированных дизелях применяются чрезвычайно сложные гидромеханические регуляторы, требующие квалифицированного обслуживания.

Все проблемы, связанные с регулированием работы дизеля любой степени форсировки, могут быть сняты при использовании электронных регуляторов вместо традиционных гидромеханических. Электронный регулятор содержит датчики (частоты вращения коленчатого вала дизеля, положения рейки топливного насоса высокого давления, давления наддувочного воздуха и др.), блок управления и исполнительное устройство, предназначенное для перемещения реек топливных насосов. Основа блока управления — микропроцессор с набором необходимых для его функционирования устройств, выполненных в виде микросхем.

Микропроцессор регулирует работу дизеля в соответствии с программой, заложенной в его постоянное запоминающее устройство. Электронные регуляторы, установленные на разных дизелях, отличаются друг от друга только реализуемыми ими программами. Поэтому может быть создан электронный регулятор, унифицированный для всех тепловозных дизелей и содержащий одинаковые датчики (но на разных дизелях их число и номенклатура будут разные), блок управления и исполнительное устройство.

Такой унифицированный электронный регулятор частоты вращения и мощности дизеля разработан при участии специалистов ВНИИЖТа в проектно-производственном предприятии «Дизельавтоматика» (г. Саратов) и там же освоено его производство. Помимо управления дизелем, это устройство регулирует напряжение тягового генератора и защищает тяговые электрические машины при боксовании колесных пар.

Для испытаний аппарата в эксплуатационных условиях он был установлен в январе 2000 г. на тепловозе ЧМЭЗ-2199 приписки депо Аткарск Приволжской дороги. Замена регулятора чешского производства новым унифицированным позволяет сэкономить валютные средства МПС и загрузить отечественную промышленность. Кроме того, создание и опытная эксплуатация указанного регулятора дадут возможность накопить опыт, способствующий решению многих, актуальных сегодня, технических вопросов, связанных с использованием на тепловозах микропроцессорной техники.

Электронный регулятор модификации ЭРЧМ30Т2, предназначенной для тепловозов ЧМЭЗ, содержит: электронный блок управления; исполнительное электрогидравлическое устройство со встроенным датчиком положения рейки топливного насоса высокого давления; датчик частоты вращения коленчатого вала дизеля; датчик давления масла.

Блок управления (БУ) предназначен для регулирования частоты вращения коленчатого вала и мощности дизель-генератора в соответствии с имеющейся у него программой и положением органов управления тепловозом и сигналами датчиков, контролирующих состояние дизеля. Он представляет собой микропроцессорное программируемое устройство управления, унифицированное для всех отечественных тепловозов. На локомотиве БУ размещается в правой нише передней стенки кабины машиниста.

Исполнительное устройство (ИУ) служит для перемещения реек топливных насосов высокого давления в соответствии с сигналом, формируемым БУ. Исполнительное устройство устанавливается на место снимаемого с тепловоза штатного гидромеханического регулятора дизеля. Его выходной вал с помощью тяги и рычага соединяется с валом управления рейками топливных насосов высокого давления.

Датчик частоты вращения коленчатого вала дизеля вырабатывает импульсный сигнал, частота следования импульсов которого пропорциональна упомянутой частоте вращения. Он монтируется на защитном кожухе шестерни привода распределительного вала.

Датчик давления масла обеспечивает защиту дизеля при снижении давления масла в его системе. Необходимость его применения объясняется тем, что на тепловозе ЧМЭЗ со штатным регулятором дизеля данная защита осуществляется непосредственно самим регулятором и при его демонтаже дизель ее лишается. Датчик давления масла устанавливается на масляном фильтре штатного регулятора дизеля.

Электронный регулятор обеспечивает:

— поддержание постоянной частоты вращения коленчатого вала на каждой позиции контроллера машиниста, независимо от режима работы дизеля. Значения частот вращения в зависимости от позиции контроллера приведены в табл. 1;

— раздельное регулирование времени увеличения и уменьшения частоты вращения коленчатого вала при изменении позиции контроллера в пределах 2 — 30 с;

— включение подачи топлива при пуске только тогда, когда частота вращения коленчатого вала дизеля достигнет 34 ± 8 об/мин;

— снижение частоты вращения коленчатого вала и мощности дизеля, а также плавное восстановление их значений соответственно при возникновении и прекращении боксования колесных пар;

— перемещение реек топливных насосов в положение нулевой подачи при:

— отключении питания БУ, обрыве цепи датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля или цепи управления ИУ;

— снижении давления в масляной системе дизеля менее 0,1 МПа (1 кгс/см2);

— увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля до 800 ± 2 об/мин.

Функциональная схема электронного регулятора представлена на рис. 1. Основной элемент регулятора — БУ — получает питание от части аккумуляторной батареи БА через автоматический выключатель А1. Номинальная величина напряжения питания БУ равна 34 В. БУ сохраняет работоспособность, если напряжение питания изменяется в пределах 18 — 36 В. При пуске дизеля допускается снижение напряжения до 10 2 В в течение не более 6 с.

К БУ подключены ИУ и датчики: давления масла (ДДМ), частоты вращения коленчатого вала дизеля (ДЧ) и положения реек топливных насосов высокого давления (ДПР). Последний расположен в корпусе ИУ.

Помимо перечисленных устройств, БУ соединен с резистором RPM, находящимся в цепи обмотки D возбуждения возбудителя.

Как известно, регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля серийных тепловозов ЧМЭЗ снабжен устройством регулирования мощности обеспечивающим поддержание мощности дизеля постоянной на данной позиции контроллера и предотвращающим перегрузку дизеля. Это достигается

путем изменения тока, протекающего по обмотке D возбуждения возбудителя при изменении сопротивления резистора RPM, с помощью контактов регулирующего устройства регулятора дизеля (если кон такты переключателя ВВО разомкнуты).

У электронного регулятора принцип регулирования мощности дизеля оставлен прежним. Имеются конструктивные отличия, заключающиеся в следующем:

— так как резистор устройства регулирования мощности снимается с дизеля вместе со штатным регулятором то при монтаже электронного регулятора в качестве резистора RPM используется резистор типа ПЭВ-100-160 Ом, устанавливаемый на панели регулятора;

— мощность дизеля регулируется с помощью транзистора, подключенного параллельно резистору RPM и работающему в импульсном режиме. Это обеспечивает плавное изменение сопротивления участка цепи обмотки D возбуждения возбудителя, содержащего параллельно соединенные силовой транзистор БУ и резистор RPM от 160 Ом (силовой транзистор электронного регулятора закрыт) до нуля (транзистор постоянно открыт)

Для управления режимом работы дизель-генератора к БУ подводятся сигналы от электрической схемы тепловоза. На рис. 1 эти сигналы условно обозначены «стоп — работа», «холостой ход — нагрузка», «боксование» и «РУ1» — «РУЗ»

Перечисленные выше сигналы управления необходимы для:

— «стоп — работа» — пуска, а также обеспечения работы или остановки дизеля;

— «холостой ход — нагрузка» — выбора режима работы дизеля. На холостом ходу дизеля по каждой позиции контроллера поддерживается по стоянная частота вращения коленчатого вала. В режиме нагрузки на данной позиции контроллера поддерживаются постоянными частота вращения вала и мощность дизеля в соответствии с имеющейся у БУ программой. Для обеспечения этого дополнительно используются сигналы датчиков ДЧ и ДПР;

— «боксование» — уменьшения частоты вращения вала и мощности дизеля для прекращения боксования колесных пар;

— «РУ1» — «РУЗ» — формирования заданий по частоте вращения коленчатого вала и мощности дизеля для каждой позиции.

Схема подключения БУ электронного регулятора к электрической схеме тепловоза ЧМЭЗ-2199 представлена на рис 2. Сигналы «стоп — работа» снимаются с провода 2602 (рис. 2,а) через контакты ДДМ. Для пуска дизеля необходимо включить выключатель ВОД и нажать на кнопку КНПД1 (см. схему тепловоза).

Когда давление в масляной системе дизеля достигнет 0,1 МПа (вследствие работы маслопрокачивающего насоса), замкнутся контакты ДДМ и к контакту ХЗ-18 БУ будет подано напряжение по цепи1 провод 2602, контакт Х2-9 перемычка внутри БУ контакт ХЗ-19, провод 3, контакты ДДМ, провод 2 Это напряжение будет интерпретировано программой БУ как появление сигнала «работа», при наличии которого возможны пуск и работа дизеля. Отсутствие напряжения в проводе 2602 или размыкание контактов ДДМ соответствует сигналу «стоп», при появлении которого дизель будет остановлен.

Читайте также:  Колонки genius регулятор громкости

Сигналы «холостой ход — нагрузка» подаются к контакту 4 разъема Х2 через провод 8, подключенный к катушке контактора КВ вместе с проводом 232 (см. рис. 2,6). Если к указанной катушке подано напряжение, оно через контакт 4 подается в БУ, где программой интерпретируется как появление сигнала «работа». Отсутствие напряжения на катушке КВ является сигналом «холостой ход».

Сигнал «боксование» подводится в БУ (рис. 2,в) через контакт 21 разъема Х1 и провод 1, подключенный к контакту РУ53 реле управления РУ5 вместо провода 75 (см. схему тепловоза). При отсутствии боксования реле РУ5 включено, контакты РУ53 замкнуты и к контакту 21 разъема Х1 подается напряжение. С возникновением боксования реле РУ5 отключается, его контакты РУ53 размыкаются и с указанного контакта снимается напряжение. В данном случае именно это и воспринимается БУ как появление сигнала «боксование».

Позиция контроллера машиниста определяется программой БУ по комбинации напряжений, подводимых к контактам 1, 2 и 3 разъема Х2 по проводам 9, 10 и 11, подключенным к замыкающим контактам реле управления РУ1, РУ2 и РУЗ (см. рис. 2,в). Соответствие позиций контроллера машиниста и комбинаций включения этих реле оставлено без изменения.

Цепи подключения ДПР, ДЧ и ИУ к БУ просты и поэтому не приводятся.

Схема подключения регулирующего элемента БУ к резистору RPM представлена на рис. 3. Соединение осуществлено через контакты 9 и 4 разъема Х1 и провода 6 и 7, соединенные с контактами ВВ01 переключателя ВВО, на которых установлены провода 62 и 64.

Регулятор работает следующим образом.

При пуске дизеля после нажатия на кнопку «Запуск дизеля» (КНПД1) появляется напряжение в проводе 2602. Как только в процессе прокачки масла давление его достигнет 0,1 МПа, замкнутся контакты ДДМ и БУ получит сигнал «работа». В соответствии с программой начинается периодический опрос ДЧ. Необходимо отметить, что выполнение предпусковой прокачки масла через масляную систему дизеля и включение пусковых контакторов на тепловозе ЧМЭЗ-2199 происходит так же, как и на серийных тепловозах ЧМЭЗ. Как только тяговый генератор начнет вращать коленчатый вал дизеля и частота вращения достигнет 34 ± 8 об/мин, БУ сформирует команду, при получении которой ИУ быстро выдвигает рейки топливных насосов высокого давления в заранее заданное для режима пуска положение.

Пока частота вращения коленчатого вала не достигнет 200 об/мин, положение реек не изменяется, а затем (после того, как частота вращения превысит указанное значение) БУ переходит на режим поддержания частоты вращения коленчатого вала постоянной и соответствующей позиции контроллера путем подачи команд управления на ИУ и использования сигнала обратной связи, получаемого от ДЧ.

При работе тепловоза в режиме тяги в момент установки главной рукоятки контроллера на 1-ю позицию подается напряжение на катушку контактора КВ, и в БУ поступит сигнал «работа». Он переводит БУ в режим поддержания частоты вращения коленчатого вала и положения реек топливных насосов высокого давления постоянными на каждой позиции контроллера.

Если возникает боксование колесных пар, то отключается реле РУ5, контакты РУ53 которого снимают напряжение с провода 1 (см. рис. 2,в). БУ воспринимает это как появление сигнала «боксование» и начинает уменьшать частоту вращения коленчатого вала. Соответственно падает напряжение на зажимах тягового генератора, что способствует прекращению боксования, после чего частота вращения плавно восстанавливается.

Необходимо отметить, что при размыкании контактов РУ53 (см. рис. 2,в) снимаются напряжения и с проводов 9, 10, 11 (если были включены все реле управления РУ1 — РУЗ или некоторые из них). Но это происходит также и при установке главной рукоятки контроллера на нулевую позицию. Однако характер изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля, в частности, темп ее уменьшения, в указанных ситуациях будет разный.

После монтажа на тепловозе всех узлов регулятора на пункте реостатных испытаний депо Аткарск проверили его работу. Значения частот вращения коленчатого вала по позициям контроллера на холостом ходу дизеля и под нагрузкой представлены в табл. 2.

Данные этой таблицы свидетельствуют о том, что на всех позициях контроллера нестабильность частоты вращения (\|/п), обеспечиваемая регулятором, меньше заданной ТУ на 0,6 %. Следует отметить, что для штатных регуляторов дизеля тепловоза ЧМЭЗ эта величина равна 2 — 3 %.

При проверке работы регулятора в переходных режимах было зафиксировано следующее.

Заброс частоты вращения коленчатого вала дизеля после «мгновенного» сброса 100%-ной нагрузки на 8-й позиции контроллера равен 21 об/мин, что по отношению к частоте вращения в момент сброса (750 об/мин) составляет 2,8 %. Это значительно меньше значения, задаваемого ТУ (5 %). Время переходного процесса зафиксировано равным 3,1 с (по ТУ — 5 с).

Заброс частоты вращения коленчатого вала дизеля при «мгновенном» перемещении главной рукоятки контроллера с 1-й на 8-ю позицию зафиксирован равным 11 об/мин, что составляет 1,5 % от последующего установившегося значения (750 об/мин). По ТУ этот показатель не должен превышать 2,5 %. Время переходного процесса равно 0,9 с (по ТУ не более 1 с).

Провал частоты вращения коленчатого вала дизеля при «мгновенном» перемещении главной рукоятки контроллера с 8-й на 1-ю позицию зафиксирован равным 6 об/мин, что составляет 1,7 % от последующего установившегося значения (350 об/мин). По ТУ этот показатель не должен превышать 2 %. Время переходного процесса равно 0,8 с (по ТУ не более 1 с).

Значения мощности на зажимах тягового генератора по позициям контроллера при сопротивлении реостата 0,18 Ом приведены в табл. 3.

Реализуемые значения мощности тягового генератора несколько снижены по сравнению со значениями, задаваемыми ТУ на тепловоз ЧМЭЗ. Это объясняется состоянием дизеля, в частности его турбокомпрессора, а также атмосферными условиями в день проведения реостатных испытаний (давление воздуха 740 мм рт. ст. при температуре +25 °С).

Внешние характеристики тягового генератора по позициям контроллера соответствуют требованиям инструкции для реостатных испытаний тепловозов ЧМЭЗ.

В декабре 2000 г. в депо Москва III электронные регуляторы были установлены на трех тепловозах ЧМЭЗ. В настоящее время все они используются на маневровой работе на станциях депо приписки.

Кандидаты технических наук В.А. АЗАРЕНКО, И.П. АНИКИЕВ, инж. А.Н. КИРЬЯНОВ, д-р техн. наук Е.Е. КОССОВ, инженеры С.В. ЛОБАНОВ, В.В. МАЗУНИН, В.В. ФУРМАН, ВНИИЖТ

Источник



Регулятор частоты вращения двигателя тепловоза

5 Регулятор частоты вращения и мощности дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10М, 3ТЭ10М

Назначение и принцип работы регулятора частоты дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10М, 3ТЭ10М

Дизель 10Д100 имеет всережимный изодромный регулятор частоты вращения и нагрузки (мощности) центробежного типа с автономной масляной системой, а также дополнительными устройствами, обеспечивающими дистанционное управление изменением частоты вращения вала. Назначение регулятора — регулировать количество топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, и возбуждение генератора таким образом, чтобы поддерживать заданную частоту вращения коленчатого вала и определенную мощность дизеля на каждом заданном положении контроллера.

Регулятор выполняет следующие функции:

управляет подачей топлива, изменяя положение реек топливных насосов через рычажную передачу, и возбуждением генератора, изменяя положение якоря индуктивного датчика, включенного в цепь управления возбуждением возбудителя тягового генератора;

обеспечивает возможность использования полной мощности дизеля и ограничивает его перегрузку при различных условиях движения тепловоза, а также при включении и выключении вспомогательных агрегатов тепловоза;

автоматически отключающим устройством устанавливает якорь индуктивного датчика в положение минимального возбуждения при трогании тепловоза и его боксовании. После прекращения боксования устройство обеспечивает плавное увеличение возбуждения тягового генератора;

автоматически с помощью корректоров по давлению наддува, встроенных в регулятор, ограничивает подачу топлива и возбуждение тягового генератора при падении давления наддувочного воздуха;

обеспечивает с помощью электрогидравлического устройства дистанционное и ручное управление частотой вращения коленчатого вала дизеля путем изменения затяжки всережимной пружины регулятора.

Регулятор частоты вращения (рис. 27) состоит из: регулятора частоты вращения (скорости); регулятора нагрузки (мощности); электрогидравлического управления частотой вращения (скоростью); корректоров ограничения нагрузки и подачи топлива.

К регулятору скорости относятся: чувствительный элемент (измеритель частоты вращения); серводвигатель, который под воздействием чувствительного элемента изменяет подачу топлива в цилиндры дизеля; обратная связь,, обеспечивающая устойчивость процесса регулирования.

Читайте также:  Регулятор оборотов электродвигателя авиамодели это

Измеритель частоты вращения центробежного типа состоит из двух грузов 8, вращающихся с траверсой, и всережимной пружины 9. Центробежная сила вращающихся грузов уравновешивается усилием всережимной пружины, имеющей определенную затяжку. Грузы регулятора выполнены в виде угловых рычагов, а ось всережимной пружины совпадает с осью вращения, что дает возможность на ходу менять затяжку пружины и тем самым устанавливать требуемую частоту вращения вала дизеля. При изменении нагрузки частота вращения вала дизеля, а следовательно, и центробежная сила грузов изменяются. При этом равновесие между всережимной пружиной и грузами нарушается; грузы расходятся или сходятся, и золотник 31, связанный с измерителем частоты вращения, перемещается вверх или вниз. Золотник 31 управляет движением поршня серводвигателя 27. Шток поршня 27 серводвигателя через рычажную передачу связан с рейками топливных насосов. Движение поршня вверх (на увеличение подачи топлива) совершается под действием давления масла, а вниз (на уменьшение подачи топлива) — под действием пружины 34. Серводвигатель обеспечивает усилие, необходимое для перемещения реек топливных насосов.

К изодромной обратной связи относится буферный поршень 7 с пружинами, игла 28 и компенсационный поясок Д золотника 31. При изменении нагрузки дизеля под действием измерителя частоты вращения поршень 27 начинает перемещаться и вызывает изменение подачи топлива. Это изменение продолжалось бы до восстановления частоты вращения при изменившейся нагрузке, однако частота вращения вала дизеля не может изменяться так же быстро, как регулятор изменяет подачу топлива, и поэтому необходимо ограничить перемещение поршня 27 и тем самым избежать излишней или недостаточной подачи топлива в цилиндры дизеля. Это ограничение движения поршня 27 в соответствии с изменением нагрузки осуществляется изодромной обратной связью путем воздействия на поясок Д золотника 31. При перемещении золотника 31 вниз или вверх поршень буфера перемещается влево или вправо, сжимая одну из его пружин и разжимая другую, при этом появляется перепад давлений масла на обеих сторонах поршня с более высоким давлением на стороне, противоположной сжатой пружине. Этот перепад (промежуточное давление) пропорционален перемещению поршня буфера. Перепад передается в полости над и под пояском Д золотника, создавая направленную вверх или вниз силу, действующую на золотник измерителя частоты вращения. В результате действия обратной связи золотник возвращается в среднее положение,

при этом поршень серводвигателя остановится в положении, соответствующем измененной нагрузке на дизель, и частота вращения вала восстановится.

Рис 27. Принципиальная схема объединенного регулятора

1—треугольная пластина, 2, 18, 31—золотники, 3, 17, 32—золотниковые втулки, 4, 16, 34—пружины, 5—аккумуляторы масла, 6—масляный насос, 7—буферный поршень, 5—грузы, 9—всережимная пружина, 10—тяга, 11, 13—рычаги, 12—гайка, 14—упор минимальной частоты вращения, 15—серводвигатель управления, 19, 27—поршни серводвигателя, 20—коромысло, 21—игольчатые клапаны, 22—верхний шток, 23—серводвигатель регулятора, 24—серводвигатель индуктивного датчика, 25— индуктивный датчик, 26—золотник остановки, 28—игла, 29—выключающее устройство, 30—шестерня,
33—масляная ванна, 35—клапан

Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, при этом масло перетекает из одной полости поршня буфера в другую через иглу 28. Величина открытия иглы определяет скорость выравнивания давлений в полостях над и под пояском Д золотника и должна быть отрегулирована так, чтобы скорость выравнивания давлений соответствовала скорости изменения частоты вращения вала дизеля.

На схеме показано взаимодействие частей регулятора при работе дизеля на установившемся режиме. Усилие пружины 9 через тарелку и шариковый подшипник воспринимается концами угловых рычагов грузов #; золотниковая втулка 32 вместе с шестернями масляного насоса 6, траверсой и грузами

8 приводится во вращение от привода регулятора. Масляный насос нагнетает масло в аккумуляторы, служащие для создания запаса масла постоянного давления, что обеспечивается переливом избыточного масла в масляную ванну 33. Из аккумулятора масло поступает в пространство между дисками золотника. Золотник 31 имеет компенсационный поясок Д и может перемещаться в золотниковой втулке 32.

Регулирующий поясок Е золотника 31 перекрывает подвод масла к поршню 7 буфера, находящемуся в среднем положении под действием своих пружин. Полости буфера Л и Б соединены каналами с полостями соответственно под и над пояском Д. Полость Б соединена с полостью под поршнем 27 серводвигателя. Игла 28 регулирует проходное сечение отверстия, соединяющего полости А и Б справа и слева от поршня 7.

При неизменной нагрузке усилие всережимной пружины уравновешивается центробежной силой вращающихся грузов. Золотник 31 своим пояском Е перекрывает окно в золотниковой втулке 32, закрывая доступ масла из аккумулятора к поршню 7. Поршень 7 находится в среднем положении под действием своих пружин, давление масла под поршнем 27 серводвигателя и в полостях А и Б равно. Шток серводвигателя находится в таком положении, при котором подача топлива соответствует определенной нагрузке дизеля.

При увеличении нагрузки на дизель частота вращения его вала уменьшается, грузы сходятся к оси вращения, золотник 31 передвигается вниз, открывая доступ масла из аккумулятора 5 в полость А. Поршень 7 под действием давления масла смещается в сторону серводвигателя, сжимая левую пружину и расслабляя правую. При этом поршень 7 вытесняет соответствующий объем масла под поршень 27 серводвигателя, перемещая его вверх и увеличивая подачу топлива в цилиндры дизеля. При движении поршня 7 в направлении потока масла к серводвигателю создается промежуточное давление масла в полости А, которое больше давления масла в полости Б на величину, пропорциональную смещению поршня 7. При движении поршней 7 и 27 перепад давления масла на обеих сторонах поршня 7 передается в полости над пояском Д золотника и под ним с более высоким давлением под пояском Д.

Давление на поясок Д снизу возрастает до тех пор, пока оно вместе с подъемной силой расходящихся грузов не преодолеет усилие пружины измерителя и не поднимет золотник 31 до перекрытия регулирующего окна в золотниковой втулке 32. Как только регулирующее окно закроется, поршень 27 серводвигателя остановится в положении увеличенной подачи топлива, необходимой для работы дизеля при увеличенной нагрузке. Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, так как давление масла в полостях А и Б выравнивается иглой 28. Вырав-нивание давлений должно быть приведено в соответствии со скоростью восстановления частоты вращения вала.

При уменьшении нагрузки на дизель частота вращения его вала увеличивается, грузы расходятся, поднимая регулирующий золотник вверх и открывая регулирующее окно пояском £. Регулирующее окно соединяет полость А со сливом, давая возможность поршню серводвигателя под действием пружины 34 опуститься вниз в направлении уменьшения подачи топлива в цилиндры дизеля.

При опускании поршня 27 поршень 7 под действием давления масла смещается вправо, сжимая правую пружину и расслабляя левую. При движении поршня 7 в направлении потока масла от поршня 27 к золотнику создается промежуточное давление масла в полости Б, которое больше давления масла в полости А на величину, пропорциональную смещению поршня 7. При движении поршней 7 и 27 перепад давлений масла на обеих сторонах поршня 7 передается в полости над пояском Д золотника и под ним с более высоким по величине давлением над пояском Д. Давление на компенсационный поясок сверху возрастает до тех пор, пока вместе с действующей вниз силой пружины 9 не уравновесит силу грузов и не опустит золотник 31 до перекрытия регулирующего окна во втулке золотника. Как только регулирующее окно закроется, поршень 27 серводвигателя остановится в положении, соответствующем уменьшенной подаче топлива, необходимой для работы дизеля при уменьшенной нагрузке. Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин.

При больших изменениях нагрузки дизеля поршень 7 перемещается в крайнее положение, при этом полости Л и Б, кроме иглы, сообщаются между собой непосредственно, что улучшает переходные процессы.

При пуске дизеля. Всережимная пружина имеет предварительную затяжку, соответствующую минимальной частоте вращения холостого хода вала дизеля. Поэтому при неработающем дизеле грузы регулятора сведены и золотник находится в крайнем нижнем положении. Поршень 27 серводвигателя находится в крайнем нижнем положении, соответствующем выключенной подаче топлива. При пусковой частоте вращения масло под давлением из масляного насоса 6 поступает в полость А, смещает поршень 7, который вытесняет некоторый объем масла под поршень серводвигателя. Поршень 27 преодолевает усилие пружины 34 и поднимается вверх, перемещая рейки топливных насосов в положение подачи топлива; дизель пускается и устанавливается минимальная частота вращения, соответствующая предварительной затяжке пружины 9.

Источник