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機械離心式調速器的主要功用和型式是什么
發布時間:2023-02-06 19:17:34  ▏閱讀:

 

新聞主題

機械式離心柴油機調速器的主要功用和型式

 

一、調速器的功用

 

      調速器的功用是在柴油機所要求的轉速范圍內,能隨著柴油機外界負荷的變化而自動調節供油量,以保持柴油機轉速基本穩定。對于柴油機而言,改變供油量只需轉動噴油泵的柱塞即可。隨著供油量加大,柴油機的功率和轉矩都相應增大,反之則減少。

      柴油機驅動其他工作機械(如發電機、水泵等)時,如其輸出轉矩與工作機械克服工作阻力所需的轉矩(阻力矩)相等,則工作處于穩定狀態(轉速基本穩定)。如阻力矩超過輸出轉矩,則柴油機轉速將下降,如不能達到新的穩定工況,則柴油機將停止工作。當輸出轉矩大于阻力矩時,則轉速將升高,如不能達到新的平衡,則轉速將不斷上升,會發生“飛車”事故。由于工作機械的阻力矩會隨著工作情況的變化而頻繁變化,操作人員是不可能及時靈敏地調節供油量,使柴油機輸出轉矩與外界阻力相適應的,這樣,柴油機的轉速就會出現劇烈的波動,從而影響工作機械的正常工作。因此,工程機械如發電用柴油機必須設置調速器。此外,由于柴油機噴油泵本身的性能特點,在怠速工作時不容易保持穩定,而在高速時又容易超速運轉甚至“飛車”,所以在柴油機上必須安裝調速器,以保持其息速穩定和防止高速時出現“飛車”現象。

 

二、調速器的種類

 

1、根據調速器調節機構的不同分類

      可分為機械式、液壓式、氣動式和電子式四種。

① 機械式調速器

      機械式調速器的感應元件為飛塊或飛球,直接推動執行機構。結構簡單,工作可靠,廣泛用于中、小功率柴油機上。

② 液壓式調速器 液

      壓式調速器一般用飛塊作感應元件,推動控制活塞操縱液壓伺服器。這種調速器的感應元件較小,通用性強,可用少數幾種尺寸系列滿足幾十到上萬馬力(1馬力=75kg·m/s=0.735kW)柴油機的配套要求。穩定性好,調節精度高(穩定調速率可到零),推動力大,便于實現柴油機的自動控制。但結構復雜,工藝要求高,因此,適用于大功率柴油機。

③ 氣動式調速器

      氣動式調速器是利用膜片感應進氣管真空度的變化,進而推動執行機構。這種調速器結構簡單,低速時靈敏度較高,但因進氣管裝有節流閥增加了進氣阻力,功率有所下降。因此,只適用于小功率柴油機,目前采用不多。

④ 電子式調速器

      電子式調速器是把柴油發動機轉速的變化轉換成電量變化,經采樣放大后控制其執行機構。這種調速器可在柴油機轉速產生明顯變化之前調整供油量,獲得很高的調節精度,實現無差并聯運行。目前,主要用于柴油發電機組。

2、按照調速器起作用的轉速范圍分類

      可分為單程式、兩極式和全程式三種。

① 單程式調速器

      單程式調速器只在某一個轉速(一般為標定轉速)時起作用。它適合于要求轉速恒定的柴油機,如驅動發電機、空氣壓縮機、離心泵等的柴油機。

② 兩極式調速器

      兩極式調速器只在柴油機怠速和標定轉速兩種情況下起作用,主要用于汽車,以保持怠速工作穩定和防止高速時“飛車”。其他工況則由操作者操縱油門來調節供油量。

③ 全程式調速器

      全程式調速器是在柴油機工作轉速范圍內均起作用。裝有這種調速器的工作機械,操作人員根據工作需要選擇任一轉速后,調速器即能自動地使柴油機穩定在該轉速下工作。這不僅大大改善了操作人員在負荷變化頻繁情況下的勞動條件,而且也提高了工作質量和生產效率。因此,大多數工程機械都采用這種調速器。

 

三、機械式調速器的基本工作原理

 

1、基本組成

      調速器要能根據外界負荷的變化,靈敏地調節供油量,以保持轉速的穩定。它必須具備兩個基本部分:感應元件與執行機構。

(1)感應元件用于感應外界負荷的變化。當柴油機的外界負荷變化時,由于供油量與負荷不相適應,首先引起轉速的變化。負荷增加時會使轉速下降,負荷減小則轉速上升。因此感應元件必須能靈敏地感受到轉速的波動,并及時將感受到的信號傳遞給執行機構。

(2)執行機構用于根據感應元件傳遞的信號相應地調節供油量。當柴油機負荷增大而轉速降低時,執行機構應使供油量增加,以使轉速回升到初始轉速。當負荷減小而轉速升高時,則執行機構應減小供油量,以使轉速下降到初始轉速。

2、工作原理

(1)單程式調速器

      如圖1所示為一種單程式調速器的工作原理圖。傳動盤1由柴油機曲軸帶動旋轉。在傳動盤與推力盤5之間布置了一排飛球。飛球在傳動盤的帶動下隨著一起旋轉。飛球由于受到離心力的作用而向外飛開。傳動盤的軸向位置是一定的,而推力盤則滑套在支承軸上,可以沿軸向滑動。調速彈簧以一定的預緊力壓在推力盤上。推力盤上固定有傳動板,傳動板則和供油拉桿相連。當推力盤移動時,即通過傳動板和供油拉桿使柱塞轉動,以改變供油量。傳動板向右移時,供油量減少。

      上述調速器的感應元件為飛球,執行機構為推力盤及傳動板等。當外界負荷變化引起轉速變化時,飛球的離心力隨即改變。因離心力與轉速的平方成正比,故飛球能較靈敏地感應轉速的變化。飛球的離心力作用到推力盤上,并產生軸向分力F,迫使推力盤向右移動。由于推力盤右側作用有調速彈簧的彈力Fp,因此推力盤的位置取決于兩力是否平衡。

 

柴油機單程式調速器工作原理圖.png

柴油機單程式調速器工作原理

 

 

       調速器的工作過程如下:

      當柴油機工作時,傳動盤和飛球即被曲軸驅動旋轉。如飛球所產生的軸向力Fa小于調速彈簧彈力Fp時,推力盤仍處于最左端的位置。這時調速器尚未起調節作用。當曲軸轉速升高到使力Fa與Fp相等時,此時曲軸轉速為調速器開始起作用的轉速。顯然,調速彈簧的預緊力F。越大,起作用的轉速越高;反之則低。

      若柴油機在調速器起作用轉速(Fa=Fp)下工作時,外界負荷減小,曲軸轉速將上升,飛球作用到推力盤上的軸向分力將增大(Fa>Fp),推動推力盤右移并壓縮調速彈簧。而傳動板則使供油拉桿向供油量減小的方向移動,使轉速降低,Fa減小,以適應外界負荷的變化。調速彈簧在被壓縮的同時彈力Fp也不斷增加,因此推力盤將在F′a=F′p時達到新的穩定,而供油量也與減小的負荷相對應。如外界負荷繼續減小,轉速則不斷上升,飛球將使推力盤和傳動板將供油拉桿再向右移,當外界負荷為零時,調速器將供油拉桿移至最小供油量位置,柴油機處于最高空轉轉速下工作。

      綜上所述,機械單程式調速器的工作原理可歸納為以下三點。

① 感應元件通過離心力來感應柴油機轉速的變化。當負荷減小、轉速增高時,其離心力增大,借助離心力的軸向分力推動供油拉桿減小供油量。當負荷增大、轉速降低時,其離心力減小,調速彈簧將推動供油拉桿增加供油量。

② 調速器起作用的轉速由調速彈簧的彈力所決定。

③ 調速器并非使發動機的轉速始終保持不變,而是使發動機的轉速隨負荷變化的波動被控制在允許的范圍內。

(2)兩極式調速器

      如圖2所示為一種兩極式調速器的工作原理圖。這種調速器可在兩種轉速(低速和標定轉速)下起作用。其主要特點是調速彈簧由兩根組成,外調速彈簧較長,但其剛性較弱;內調速彈簧較短,但剛性強。外彈簧的預緊力小而內彈簧的預緊力大。在未工作時兩彈簧之間保持一定距離。此外,供油拉桿既可由調速器操縱,又可由操作者直接控制。

 

柴油機兩極式調速器工作原理圖.png

圖2 柴油機兩極式調速器工作原理圖

 

      兩極式調速器的工作情況如下:

      當柴油機未工作時,外調速彈簧將供油拉桿推向供油量最大的位置。當柴油機啟動后,轉速上升,因外彈簧預緊力小且剛性弱,飛球即可推動供油拉桿向減小供油量的方向移動。當轉速升至某一定轉速nd時,推力盤3與內彈簧座相接觸。這時,由于內彈簧預緊力大而剛性強,因此即使轉速繼續升高,飛球的離心力仍不足以推動內彈簧座移動。但此時如由于外界負荷變化使轉速低于nd時,外調速彈簧即可推動供油拉桿左移增加供油量,以保持柴油機可在n。轉速下穩定工作。nd即為最低空轉轉速。當柴油機轉速升至標定轉速時,飛球離心力顯著升高,其軸向分力與內、外彈簧彈力相平衡。如果這時轉速稍許上升,推力盤即推壓內、外彈簧,使供油量減少,其工作情況與前述單程式調速器相同。

      在轉速nd與標定轉速之間,調速器不起作用,由操作者根據需要調節供油量以實現柴油機轉速的基本穩定。

(3)全程式調速器

      圖3為一種全程式調速器的工作原理圖,其特點是調速彈簧的彈力可以由操作者在一定范圍內加以調節。因此,調速器起作用的轉速也相應地在一定范圍內變化。

      由操作者操縱的操縱臂的下端與調速彈簧滑座相接觸。當操縱臂順時針擺動時,調速彈簧被壓緊,彈力增大,使調速器起作用的轉速增高。當操縱臂與最高轉速限位螺釘相碰時,起作用的轉速達到最大。通常該轉速為標定轉速。如將螺釘向外退出,則起作用的轉速升高,擰入則降低。如將操縱臂逆時針擺動,則調速彈簧放松,起作用轉速降低。當操縱臂下端與怠速限位螺釘相碰時,調速器則在最低空轉轉速下起作用,以保持怠速工作穩定。

 

柴油機全程式調速器工作原理圖.png

圖3 柴油機全程式調速器工作原理圖

 

      由以上分析可見,裝有全程式調速器的柴油發動機,操作者通過扳動操縱臂,改變調速彈簧的彈力,來達到改變柴油發動機工作轉速的目的,而柴油機的供油量則由調速器根據外界負荷的變化自動地進行調節。這就大大減輕了操作者在負荷變化頻繁時的緊張勞動,同時也提高了工作效率。

      全程式調速器也可采用兩根或多根調速彈簧。通常外彈簧較弱,且有預緊力;內彈簧則較強,呈自由狀態(這是與兩極式調速器的不同之處)。柴油發動機在低轉速工作時,外彈簧起作用。隨著轉速的升高,內彈簧也開始工作,以適應不同轉速范圍內調速器性能對彈簧剛性的不同要求。

 


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