Регуляторы систем автоматического регулирования тепловым двигателем

Когда нагрузка двигателя уменьшается, угловая скорость его вала растет и грузы расходятся. Муфта поднимается и уменьшает подачу топлива так, чтобы крутящий момент двигателя соответствовал новому моменту нагрузки. Установившийся режим работы двигателя возможен при соблюдении двух условий: крутящий момент двигателя должен равняться моменту сопротивления нагрузки, силы, действующие на муфту регулятора, должны взаимно уравновешиваться.

На муфту регулятора, помимо центробежной силы инерции грузов, действуют сила нажатия пружины Fпр, вес муфты и пружины, а также часть веса грузов и рычагов. Обозначим через приведенный к муфте вес всех действующих на нее частей регулятора. Сила

называется поддерживающей силой регулятора. Она зависит от положения муфты, так как, например, при поднятии муфты увеличивается нажатие пружины. Сила Q при этом также изменяется вследствие изменения положения грузов и рычагов. Зависимость F(z), где z — координата положения муфты, называется характеристикой поддерживающей силы регулятора.

Центробежная сила, действующая на грузы, равняется

где щД — угловая скорость вращения вала двигателя; r - радиус вращения центра тяжести груза; kгр — величина, зависящая от массы грузов и подвижных частей регулятора, связанных с ними, а также от передаточного отношения между валом двигателя и осью вращения грузов.

Муфта регулятора может совершать лишь относительно небольшие перемещения, ограниченные упорами. При малых перемещениях величина kгр меняется весьма мало. Перемещение муфты приблизительно пропорционально изменению радиуса r. Если условно принять за начало отсчета координаты z муфты точку, соответствующую z = 0, то приведенная к муфте центробежная сила

где kц — величина, зависящая от kгр, соотношения длины плеч рычага 5 и его положения.

Практически в применяемых регуляторах kц изменяется мало, и для качественного анализа можно принять его постоянным. Тогда при постоянной угловой скорости характеристика центробежной силы С(z) может быть изображена прямой линией, проходящей через начало координат (рис. 3.4).

Если пренебречь трением в подвижных частях регулятора, то при установившемся режиме работы центробежная сила должна уравновешивать поддерживающую силу регулятора:

Положение динамического равновесия регулятора (т. е. вращения при z=соnst) соответствует точке пересечения характеристик поддерживающей и центробежной сил.

Когда муфта поднимается, пружина сжимается и поддерживающая сила увеличивается. Угол наклона характеристики поддерживающей силы может быть больше (рис. 1.34, линия F2) или меньше (линия F1) угла наклона характеристики центробежной силы по отношению к оси абсцисс. В первом случае измеритель обладает устойчивой статической характеристикой, так как при выведении муфты из положения равновесия (точка А), например, при увеличении z до z′ появляется разность сил F-С, стремящаяся вернуть муфту в положение равновесия. Во втором же случае при характеристике поддерживающей силы, соответствующей линии,АВ1, появляется разность сил С-F, стремящаяся к удалению муфты от положения равновесия. Такой измеритель статически неустойчив.

Тангенс угла наклона характеристики С(z) пропорционален . При устойчивой характеристике измерителя каждому положению муфты соответствует определенное установившееся значение угловой скорости. Положение муфты регулятора практически может изменяться от некоторого минимального значения z1, соответствующего максимальной подаче топлива, до максимального значения z2, при котором подача топлива будет минимальной (см. рис. 3.5). При заданной характеристике поддерживающей силы этим значениям соответствуют точки А и В. Так как в установившихся режимах центробежная сила равна поддерживающей, положение характеристики центробежной силы при изменении z должно изменяться от С1 до С2. Следовательно, угловая скорость изменяется с изменением положения исполнительного органа, которое в свою очередь определяется нагрузкой двигателя.