Астатический гидромеханический центробежный регулятор

В мощных транспортных тепловых двигателях наиболее часто применяют центробежные регуляторы, в которых для перемещения регулирующего органа двигателя используется гидравлический привод, обычно называемый сервомотором, или сервоприводом.

Измерительные органы гидромеханических регуляторов имеют такое же устройство, как и в регуляторах прямого действия и могут выполняться плоскими или коническими. Наиболее часто применяют конические измерители с пружиной, действующей на муфту.

Простейшая схема гидромеханического регулятора с коническими измерителями без обратных связей изображена на рис. 3.8. Муфта 4 измерительного органа соединена посредством рычага 9 с золотником 10, который управляет впуском и выпуском рабочей жидкости в полости под поршнем 14 сервомотора 12. Поршень посредством штока 15 и рычагов, не показанных на схеме, соединен с регулирующим органом теплового двигателя. В качестве рабочей жидкости используется дизельное топливо или масло, которое подается к впускному отверстию золотника под давлением.

При уменьшении нагрузки дизеля грузы расходятся, муфта измерителя и золотник 10 поднимаются. Последний открывает отверстие, соединяющее полость сервомотора под поршнем 14 с отверстием для стока. Под действием пружины 13 (рис. 3.8а) поршень по мере вытекания жидкости через отверстие опускается и уменьшает подачу топлива. Новый установившийся режим возможен при соблюдении трех условий: 1) подача топлива должна соответствовать нагрузке двигателя; 2) приведенная к муфте центробежная сила грузов должна равняться поддерживающей силе; 3) золотник 10 должен закрывать отверстие к сервомотору. Последнее условие вытекает из того, что при открытом отверстии поршень 14 продолжает перемещаться и изменять подачу топлива (за исключением положений упора, при которых регулятор не действует).

Таким образом, в установившемся режиме после уменьшения нагрузки поршень 14 занимает новое положение, определяющее уменьшенную подачу топлива, золотник 10 возвращается к первоначальному положению перекрытия отверстия. Следовательно, центробежные грузы 3 и муфта 4 также должны вернуться в начальное положение, что возможно только при восстановлении прежней угловой скорости. Это означает, что угловая скорость вала двигателя в установившемся режиме не зависит от положения исполнительного органа, т. е. регулирование является астатическим.

При увеличении нагрузки угловая скорость в переходном процессе снижается, муфта 4 и золотник 10 опускаются. Поршень 14 под давлением масла поднимается и увеличивает подачу топлива. В новом установившемся режиме поршень 14 занимает положение увеличенной подачи топлива, а измерительный орган – первоначальное положение.

Иногда выполняют сервомотор 14 без пружины с двусторонней подачей рабочей жидкости (рис. 3.8б). В этом случае золотник 10 делают сдвоенным и при перемещении его от положения перекрытия одновременно открываются отверстия для впуска жидкости в одну полость цилиндра и выпуска ее из другой. Принцип действия регулятора при этом не изменяется.

В обоих случаях регулирующий орган перемещается за счет работы насоса, нагнетающего в сервомотор рабочую жидкость. В варианте (см. рис. 3.8б) работа совершается насосом в обоих направлениях. В варианте (см. рис. 3.8а) при подъеме поршня затрачивается работа на перемещение регулирующего органа и повышение потенциальной энергии пружины 13, которая при опускании поршня используется для перемещения регулирующего органа. Поэтому сила, действующая на поршень, и размеры поршня при прочих равных условиях должны быть больше, чем в первом случае. Преимущества варианта (см. рис. 3.8 а) заключаются в том, что конструкция золотника и сервомотора несколько проще и можно увеличить скорость перемещения поршня в одном из направлений по сравнению с другим, что может быть использовано для ускорения устранения перегрузки. Кроме того, в этом варианте можно просто осуществить быстрое снижение подачи топлива, предусмотрев клапан, открывающий отверстие для стока из полости под поршнем 14. Под действием пружины поршень опустится, уменьшая подачу топлива, и, если требуется, прекратит подачу топлива независимо от положения измерительного органа.

Уравнение (3.3) измерительного органа остается справедливым и для гидромеханических регуляторов, к нему надо добавить уравнения сервомотора и обратных связей. По-прежнему будем обозначать координаты муфты через z и координату исполнительного органа через х, сохранив те же знаки их, как для прямого регулятора. Координату золотника обозначим и. Знак ее может быть выбран произвольно. Примем положительным перемещение вниз, соответствующее положительному перемещению исполнительного органа. Положение перекрытия отверстия примем за нулевое. Тогда и=∆u.