性能特點和作用說明

柴油機噴油泵兩極調速器的工作原理

 

摘要：兩極調速器也叫雙速調速器，它只在柴油機的最高轉速和怠速起自動調節作用，而在最高轉速和怠速之間的其它任何轉速，調速器不起調速作用，而由操作員控制柴油機轉速的變化。由于兩極式調速器具有精確、靈活和高效的特點，被廣泛應用于柴油機領域。它可以幫助柴油發電機組實現平滑啟動、速度調節、負載匹配等功能，使生產過程更穩定、高效。同時，兩極式調速器還具有能耗低、操作簡便等優勢，可以降低柴油發電機燃油消耗和維護成本。

 

一、調速器的工作原理及分類

 

      柴油發電機的直列柱塞式噴油泵的每個氣缸都需要有一套泵油機構。幾個相同的泵油機構裝置（分泵）在同一泵體上就構成了多缸柴油發電機的柱塞泵。柱塞泵一般固定在康明斯發電機機體一側的支架上，由柴油發電機曲軸通過齒輪驅動，齒輪軸和噴油泵的凸輪軸用聯軸器連接，調速器安裝在噴油泵的后端。兩極調速器它只限制柴油發電機最高轉速和最低穩定轉速，在最高和最低轉速之間不起作用。其工作原理如圖1所示，結構如圖2所示。

      在柴油機運行過程中，當負荷變化時，要通過及時調整循環供油量來改變其輸出功率或轉矩，以保證其穩定運轉。柴油發電機組等常在負荷不斷變化的情況下工作，且常會遇到負倚突變的情況。當負荷突然減小或增大時，操作人員并不是都能夠適時地察覺到而及時做出反應來控制油門的，從而導致柴油機轉速的忽高忽低和工作不穩定。當噴油泵供油拉桿位置不變時，其每循環供油量隨著轉速的升高（降低）而增大（減少）的變化關系（噴油泵速度特性）卻恰恰加劇了上述現象。尤其是當柴油機在高速下工作而突然卸載時，會導致轉速急劇升高。這時噴油泵供油量卻隨著轉速的升高而自動增大，又促使轉速繼續升高。轉速和供油量的相互作用使轉速甚至超出設計允許的最高轉速而無法控制，即所謂的“飛車”或“超速”現象。對柴油機來說，一旦發生飛車現象，混合氣形成時間更短，燃燒明顯惡化，出現冒黑煙和過熱現象，且由于產生很大的慣性力，機械負荷過大，易導致機件（曲軸連桿機構、配氣機構的零件）損壞。相反，當外界載荷突然增大而又不能及時增大供油量時，轉速則迅速下降，甚至熄火。

      另外，柴油機還經常在怠速工況下運轉，若因某種原因出現轉速波動，則易造成怠速不穩，甚至熄火，所以，柴油機必須能隨著負荷的變化自動調節供油量，以使其穩定運轉。調速器即是實現這一功能的裝置。

      柴油機調速器的種類很多，按工作原理分為機械離心式、氣動式、液壓式、機械氣動復合式、機械液壓復合式、電子式。機械式調速器結構簡單，工作可靠，應用廣泛。

 

圖1  RAD型兩極調速器工作原理

圖2  RAD型兩極調速器結構圖

 

二、兩極調速器的工作過程

 

1、起動加濃工況

      柴油發電機停止運轉時，飛塊在怠速彈簧和起動彈簧的作用下而閉合。起動前，將控制杠桿推至全負荷供油位置。此時，支撐杠桿繞刀占逆時針方向轉動，浮動杠桿繞點逆時針方向轉動，因此，上浮動桿通過齒桿連接桿推動供油齒桿向增加供油的方向移動。起動彈簧9的作用就在對浮動桿有一向左的拉力，使其繞C點作逆時針方向的擺動，同時帶動B點（銷軸）和點（套筒）進一步向左移動，直到飛塊完全閉合，從而保證供油齒桿8越過全負荷進入柴油發電機起動時的最大供油量位置，即起動加濃位置。

2、怠速工況

      如圖3所示。將控制杠桿拉回到怠速位置Ⅱ，柴油發電機進入怠速工況。飛塊的離心力的增減取決于柴油發電機轉速的變化。在怠速范圍內，飛塊離心力使滑套壓縮怠速彈簧，當飛塊離心力與怠速彈簧及起動彈簧的合力平衡時，供油齒桿保持在某一位置，柴油發電機就可以在怠速工況下穩定地工作。若此時柴油發電機的轉速降低，飛塊離心力就隨之減小，滑套便在怠速彈簧及起動彈簧的作用下左移，從而導動桿向左擺動，帶動B點及浮動杠桿繞C點逆時針轉動，通過齒桿連接桿推動供油齒桿左移，增加了供油量，使柴油發電機轉速回升。若柴油發電機轉速升高，則飛塊離心力增加，滑套右移，通過導動桿、浮動杠桿傳于供油齒桿，使供油量減小，柴油發電機轉速下降，由于上述作用，便可保證柴油發電機在怠速穩定運轉。

3、正常工作的供油調節

      如圖4所示。當柴油發電機轉速超過怠速時，怠速彈簧完全被壓入拉力桿內，滑套直接與拉力桿接觸。由于拉力桿被很強的調速彈簧拉住，在轉速小于最大工作轉速的條件下，飛塊的離心力不能推動拉力桿。拉力桿不會右移而始終靠緊在齒桿行程調整螺栓上。因而支點B也不會移動，只有當改變控制杠桿的位置時才能使供油齒桿向左或向右移動，從而增加或減少供油量。由此可見，正常工作時供油量的調節是由操作員操縱的，調速器不起作用。

 

圖3  兩極調速器怠速工況示意圖

圖4  兩極調速器額定轉速工況示意圖

 

4、限制最高轉速工況

      如圖5所示。不管柴油發電機是部分負荷工作還是全負荷工作，只要是外界負荷變化，引起柴油發電機轉速超過規定的最大轉速時，飛塊離心力就能克服調速彈簧的拉力，使飛塊進一步張開。這動作推動滑套和拉力桿右移，使支點B移到B'拉力桿的D點移到D'，浮動杠桿的下支點C移到C'結果供油齒桿向右移動，供油量減少。從而保證了柴油發電機轉速不會超過規定的最大轉速值。

      被限制的柴油發電機最大轉速的數值可通過改變調速彈簧的預緊力來調節。從圖可以看出：當速度調整螺栓向內旋進時，頂住速度調整杠桿繞其支點向左移動，調速彈簧的預緊力增大，柴油發電機的最高轉速升高，如果與上述情況相反，則柴油發電機的最高轉速降低。

      綜上所述，RAD型調速器對柴油機轉速的調節，是通過一套杠桿系統把飛錘的位移變為供油量調節齒桿的位移，以增減噴油泵的供油量來實現的，特性曲線如圖6所示。由于RAD型調速器采用了搖桿和滑塊機構，在怠速和最高轉速時調速器的杠桿比是不同的，因此稱RAD型調速器為可變杠桿比調速器。所謂杠桿比是指供油量調節齒桿的位移與調速套筒位移之比，也等于調速杠桿被滑塊分成兩段后的長度n與m之比。當調速手柄處于怠速位置時，杠桿比較小，僅為1:1。35。即當調速套筒產生一定位移時，供油量調節齒桿的移動量較小，噴油泵的供油量變化較少，使怠速轉速不致有較大的波動，可以提高怠速的穩定性。另一方面，怠速時飛錘的離心力較小，而較小的杠桿比恰好可以在離心力發生較小的變化時就能使油量調節齒桿移動，從而提高了調速器的工作能力。當調速手柄位于最高轉速位置時，杠桿比為1:3。23。這時飛錘的離心力很大，柴油機轉速稍有變化，較大的離心力便立即使供油量調節齒桿移動，并產生較大的位移，從而可以迅速的穩定柴油機轉速。

 

圖5  兩極調速器限制最高轉速工況示意圖

圖6  柴油機兩速調速器特性曲線圖

 

三、調速器的附加裝置

 

1、怠速穩定彈簧

      在RAD型調速器蓋上裝有怠速穩定彈簧。其安裝位置剛好與供油量調節齒桿相對，它對調節齒桿的移動起限位和緩沖作用。有了怠速穩定彈簧，怠速更加穩定。例如，當調速手柄快速扳回到怠速位置時，供油量調節齒桿也快速向減油方向移動，這時怠速穩定彈簧猶如一個限位器和緩沖器，既可以阻止調節齒桿越過怠速供油位置，防止噴油泵停止供油，又可以減緩調節齒桿的移動速度，使柴油機轉速不發生較大的波動或熄火。

2、轉矩平穩裝置

      轉矩平穩裝置安裝在滑動銷內，其作用是緩沖高速時噴油泵供油量調節齒桿的振動，借以消除柴油機轉矩的波動。當把調速手柄移向高速并與最高速擋塊接觸時，轉矩平穩裝置中的彈簧首先被壓縮，同時供油量調節齒桿移至全負荷供油位置。若此時柴油機轉速升高，則飛錘的離心力超過調速彈簧的作用力時，飛錘開始向外移動，當調節齒桿并不立即向減油方向移動，而是在轉矩平穩裝置中的彈簧伸長復原后，調節齒桿才開始移動，從而減緩了調節齒桿的頻繁移動或振動，使柴油機輸出的轉矩趨于平穩。

3、轉矩矯正裝置

      轉矩矯正裝置的功用是矯正噴油泵供油量隨轉速的變化特性，也就是矯正柴油機轉矩隨轉速變化的特性，以使噴油泵的供油量與吸入氣缸的空氣量相匹配。

      轉矩矯正有正矯正與負矯正兩種。供油量隨轉速下降而增加的矯正為正矯正；相反，供油量隨轉速下降而減少的為負矯正。前者用于高速范圍，后者用于低速范圍。

      在RAD型調速器上安裝的轉矩矯正裝置，實際上就是指安在飛錘內的一個彈簧，即矯正彈簧。當柴油機在全負荷標定轉速下運轉時，飛錘的離心力很大，矯正彈簧座在飛錘的推動下與內彈簧座接觸，矯正彈簧被壓縮。這時，噴油泵供油量調節齒桿在全負荷供油位置。當柴油機超負荷時，轉速下降，飛錘的離心力減小。矯正彈簧克服飛錘離心力使飛錘向內移動，并通過調速器的杠桿系統使供油量調節齒桿向增加供油量的方向移動，柴油機的轉矩相應的有所增加，從而可以提高柴油機超負荷的能力。顯然，這種轉矩矯正為正矯正。

 

四、兩速調速器的調整方法

 

1、齒桿定零位

      上升轉速到飛鐵全張（N=600rpm左右），將齒桿向停油方向推到底，此時S定位為零。

2、大油門擋釘的固定

      N=650rpm，操縱手柄在大油門處，旋進大油門擋釘使S=Sc（極限轉速）并緊固（若達不到，增減丁字塊墊片）。

3、大頭調節螺釘的固定

      N=630rpm左右，調整大頭螺釘使S=SA并緊固。

4、起作用轉速調整

      N=Na（起作用轉速），調節調速手柄二邊螺釘使調速器起作用。此時S=SA-0.1，并緊固。

5、標定點油量調整

      N=NA，操縱手柄在大油門處，檢查S=SA，調整各缸供油量Q=QA（標定油量）

6、NF（停油轉速）的檢查

      N從NA升至NF各缸應停油（200次油量小于0.5ml。或者N升高到空車轉速，檢查各缸油量應在范圍內。不符，則檢查調速簧和飛錘。

7、怠速點的調整

      N稍大于Nu（怠速極限轉速），操縱手柄處小油門位置，調小油門擋釘使S=SH。緊固后，N=ND （怠速轉速），擰進怠速穩定裝置使S=SD，緊固并檢查。

8、校正點調整

      N低于Nr（校正點轉速）50rpm，操縱手柄在大油門方向，擰進校正裝置（事先將校正裝置內螺釘擰的足夠緊）使S=ST，再調整檢查各缸油量符合要求。然后N=Nk，S=ST，擰松校正螺釘到齒桿開始移動為止。

9、穩定器調整

      操縱手柄處小油門，N=ND時擰入穩定器部件，使其剛與齒桿連接桿接觸即退回約1mm，檢查NF滿足要求后緊固部件。

10、起動點（煙霧限制器）調整

      操縱手柄在大油門處，N=NE，裝煙霧限制器，使起動油量符合要求。

11、停車機構檢查

      調整后，應復查一次。同時無論何種工況，轉動停車手柄各缸應停油，放松停車手柄后齒桿應能立即復位。

 

總結：

      兩極式調速器主要由柴油發動機轉速的感應部件、傳動部件和附加裝置等組成。兩極式調速器只在最低轉速和標定轉速兩種情況下起調速作用，以保證低速時工作穩定和防止飛車事故的發生。 兩極式調速器與單程式調速器的主要不同點是：調速彈簧由兩根（或兩組）彈簧所組成，低速彈簧較長但剛性較弱，高速彈簧較短但剛性強，兩彈簧都有一定的預緊力。

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