Регулятор частоты вращения дизель-генератора
Полезная модель направлена на улучшение качества регулирования частоты вращения вала дизель-генератора в режиме стабилизации технологического параметра частотно-регулируемой нагрузки, повышение надежности работы регулятора и упрощение его конструкции. Указанный технический результат достигается тем, что регулятор частоты вращения дизель — генератора содержит топливодозирующую систему и электрический исполнительный механизм, выполненный в виде шагового двигателя, вход которого через усилитель соединен с выходом управляющего микропроцессора, а выход механически соединен через согласующий редуктор с топливодозирую-щей системой, связанную с дизель-генератором, на валу которого расположен датчик частоты вращения. Один из входов управляющего микропроцессора соединен с выходом датчика давления, а другой его вход через согласующее устройство соединен с датчиком частоты вращения. Дизель-генератор электрически связан с асинхронным электроприводом насоса, выход которого соединен с датчиком давления.
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к регуляторам частоты вращения дизель-генераторов и может быть использована в системах автоматического регулирования частоты вращения мощных дизельных генераторов.
Известен регулятор частоты вращения дизель-генератора, содержащий источник электрического сигнала задания, соединенный с электрическим исполнительным механизмом, выполненным в виде поворотного электромагнита с ротором, а также топливоподающую систему (см. SU 1168740, МПК — 4 F 02 D 1/12, опубл. 23.07.85).
Недостатком известного устройства является следующее: при набросе и сбросе нагрузки удается уменьшить продолжительность переходного процесса, тем не менее не удается уменьшить перерегулирование.
Технический результат заключается в улучшении качества регулирования частоты вращения вала дизель-генератора в режиме стабилизации технологического параметра частотно-регулируемой нагрузки, повышении надежности регулятора и упрощении его конструкции.
Технический результат достигается тем, что регулятор частоты вращения дизель — генератора содержит топливодозирующую системы и электрический исполнительный механизм, выполненный в виде шагового двигателя, вход которого через усилитель соединен с выходом управляющего микропроцессора, а выход механически соединен через согласующий редуктор с топливодозирующей системой, связанную с дизель-генератором, на валу которого расположен датчик частоты вращения. Один из входов управляющего микропроцессора соединен с выходом датчика давления, а другой его вход через согласующее устройство соединен с датчиком частоты вращения. Дизель-генератор электрически связан с асинхронным
электроприводом насоса, выход которого соединен с датчиком давления.
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого регулятора частоты вращения дизельного генератора, который содержит электрический исполнительный механизм, выполненный в виде шагового двигателя 1, вход которого через усилитель 2 соединен с выходом управляющего микропроцессора 3, а выход механически соединен через согласующий редуктор 4 с топливодозирующей системой 5, связанную с дизель-генератором 6, на валу которого расположен датчик частоты вращения 7. Один из входов управляющего микропроцессора 3 соединен с выходом датчика давления 8, а другой его вход через согласующее устройство 9 соединен с датчиком частоты вращения 7. Дизель-генератор 6 электрически связан с асинхронным электроприводом насоса 10, выход которого соединен с датчиком давления 8.
Регулятор частоты вращения дизель-генератора работает следующим образом.
Нажатием кнопки «Пуск» перед запуском дизель-генератора 6 управляющий микропроцессор 3 устанавливает пусковую подачу топлива, превышающую номинальную в два раза. В качестве настроечной частоты вращения принимается номинальная частота дизель-генератора 9. После этого управляющий микропроцессор 3 находится в режиме ожидания, пока будет осуществлен запуск дизель-генератора 6 и частота вращения его вала превысит значение 0,638 от номинального. Далее в работу вступает первый контур регулирования, образованный датчиком частоты вращения 7, согласующим устройством 9, управляющим микропроцессором 3, усилителем 2, шаговым двигателем 1, согласующим редуктором 4, топливодозирующей системой 5 и дизель-генератором 6. При этом сигнал, пропорциональный частоте вращения вала дизель-генератора б с датчика частоты вращения 7 через согласующее устройство 9 поступает на управляющий микропроцессорное 3, где вычисляется отклонение частоты вращения от настроечного значения. В зависимости от величины отклонения и скорости изменения частоты вращения вала дизель-генератора 6 вычисляется количество управляющих импульсов,
которые управляющий микропроцессор 3 подает на обмотки шагового двигателя 1, связанного с топливодозирующим устройством 8 перемещения в положение, устанавливающее цикловую подачу топлива, соответствующую настроечной частоте вращения вала дизель-генератора 6. После подачи управляющих импульсов управляющий микропроцессор 3 осуществляет выдержку времени, пропорциональную их количеству, и цикл регулирования частоты вращения повторяется.
При нажатии кнопки «Пуск насоса» управляющий микропроцессор 3 устанавливает настроечную частоту вращения равной минимальному значению, при которой дизель-генератор 6 работает устойчиво. В этом режиме производится включение контактора асинхронного электродвигателя насоса 10. В результате чего происходит провал частоты вращения, который расценивается управляющим микропроцессором 3 как команда к частотному пуску асинхронного электродвигателя насоса и в работу вступает второй контур регулирования, образованный датчиком давления 8, управляющим микропроцессором 3, усилителем 2, шаговым двигателем 1, согласующим редуктором 4, топливодозирующей системой 5, дизель-генератором 6 и насосом 10. Токовый сигнал с датчика давления 8 в контрольной точке водопроводной сети, поступает на вход управляющего микропроцессора 3, где вычисляется отклонение давления от настроечного значения. В зависимости от величины отклонения и скорости его изменения вычисляется настроечное значение частоты вращения вала дизель-генератора 6 для первого контура, при котором асинхронный электродвигатель насоса 10 будет вращаться с такой скоростью, чтобы насос 10 создавал требуемое давление. После этого управляющий микропроцессор 3 осуществляет выдержку времени, пропорциональную изменению частоты вращения дизель-генератора 6, и цикл регулирования давления повторяется.
После нажатия кнопки «Останов насоса» отключается второй контур регулирования, настроечная частота вращения дизель-генератора 6 устанавливается равной минимальному значению, при которой дизель-генератор 6
работает устойчиво. При ее достижении отключается контактор асинхронного электродвигателя насоса 10 и настроечная частота вращения дизель-генератора 6 устанавливается равной номинальной.
На фиг.2 представлены переходные процессы работы регулятора частоты вращения дизель-генератора 6, где в качестве параметра технологической нагрузки выступает давление в системе водоснабжения.
На графиках, представленных на фиг.2, можно выделить четыре режима работы:
1. пуск дизель-генератора 6 (период времени от 0 с до 17 с);
2. снижение частоты дизель-генератора 6 перед частотным пуском насоса 10 (от 17 с до 29 с);
3. пуск насоса 10 и стабилизация давления в системе водоснабжения (от 29 с до 92 с);
По сравнению с известным решением предлагаемый регулятор частоты позволяет улучшить качество регулирования частоты вращения вала дизель-генератора в режиме стабилизации технологического параметра частотно-регулируемой нагрузки за счет выполнения регулятора двухконтурным: первый обеспечивает заданную частоту вращения коленчатого вала дизель-генератора путем изменения величины топливоподачи; второй обеспечивает поддержание заданного значения параметра технологической нагрузки. Кроме того, повышается надежность работы регулятора и упрощается его конструкция.
Регулятор частоты вращения дизель-генератора, содержащий электрический исполнительный механизм и топливодозирующую систему, отличающийся тем, что электрический исполнительный механизм выполнен в виде шагового двигателя, вход которого через усилитель соединен с выходом управляющего микропроцессора, а выход механически соединен через согласующий редуктор с топливодозирующей системой, связанной с дизель-генератором, на валу которого расположен датчик частоты вращения, один из входов управляющего микропроцессора соединен с выходом датчика давления, а другой его вход через согласующее устройство соединен с датчиком частоты вращения, при этом дизель-генератор электрически связан с асинхронным электроприводом насоса, выход которого соединен с датчиком давления.
Источник
Механическое регулирование числа оборотов дизельного двигателя
Применение
Приемистость автомобиля с дизельным двигателем можно назвать удовлетворительной, когда двигатель постоянно реагирует на команды водителя через педаль акселератора. Кроме этого, при движении двигатель не должен стремиться к остановке. Двигатель должен при изменении положения педали акселератора плавно разгоняться или замедляться без перебоев. На ровной дороге и удерживании педали акселератора в ладанном положении скорость автомобиля должна также оставаться постоянной. Когда педаль отпускается, двигатель должен тормозить автомобиль. На дизельном двигателе для обеспечения выполнения всех этих требований имеется регулятор числа оборотов (на ТНВД).
Рис. Регулятор числа оборотов двигателя
Регулятор включает в себя механический (центробежный) регулятор и рычаг. Имеется чувствительное устройство управления, которое определяет положение втулки управления, определяя таким образом ход педали и, соответственно количество впрыскиваемого топлива. Есть возможность адаптации реакции регулятора к изменениям установочной точки путем изменения конструкции рычага.
Функции регулятора числа оборотов дизельного двигателя
1. Подача при запуске; 2. Подача при полной нагрузке; 3. Управление крутящим моментом (положительный); 4. Регулировка оборотов при полной нагрузке; 5. Холостой ход; 6. Ход втулки управления; 7. Обороты двигателя; а — регулятор минимальных и максимальных оборотов; Ь — регулятор регулируемых оборотов.
Основной задачей всех регуляторов является ограничение максимальных оборотов двигателя. В зависимости от типа регулятор также реагирует на поддержание постоянными определенных оборотов двигателя, таких как обороты холостого хода или минимальных и максимальны) оборотов двигателя в определенном диапазоне оборотов или полном диапазоне оборотов между оборотами холостого хода и максимальными оборотами. Различные типы регуляторов являются прямым результатом различных обозначений регуляторов:
- регулирование низких оборотов холостого хода: низкие обороты холостого хода управляются регулятором ТНВД
- регулирование минимальных оборотов: когда педаль акселератора нажимается полностью, максимальные обороты при полной нагрузке не должны возрастать более чем до повышенных оборотов холостого хода (максимальных оборотов), когда нагрузка убирается. При этом регулятор реагирует путем перемещения втулки управления обратно в направлении положения остановки двигателя, а подача топлива к двигателю уменьшается
- регулирование промежуточных оборотов: регуляторы изменяемых оборотов включают регулирование промежуточных оборотов. В определенных пределах эти регуляторы могут также поддерживать обороты двигателя между холостыми и максимальными на постоянном уровень. Это означает, что в зависимости от нагрузки, обороты двигателя изменяются в рабочем диапазоне только между nв (заданные обороты на кривой полной нагрузки и nт (.без нагрузки на двигателе).
Другие функции управления выполняются регулятором в дополнение к его регулирующим возможностям:
- сброс или блокировка дополнительного топлива, требуемого для запуска двигателя.
- изменение подачи пои полной нагрузке в зависимости от оборотов двигателя (управление крутящим моментом).
В некоторых случаях для реализации этих дополнительных возможностей необходима установка дополнительных модулей.
Точность регулирования оборотов двигателя
Параметр, используемый в качестве меры для точности регулятора при управлении оборотами двигателя при снятии нагрузки с двигателя является так называемым коэффициентом снижения оборотов (коэффициент Р) или же просто снижением оборотов. Это увеличение оборотов, выраженное в процентах, которое имеет место, когда нагрузка дизельного двигателя убирается при неизменном положении рычага управления (педали акселератора). В области управляемых оборотов увеличение оборотов двигателя не должно превышать определенное значение. Оно определяется повышенными оборотами холостого хода. Это обороты двигателя, которые имеют место когда дизельный двигатель, начиная со своих максимальных оборотов при полной нагрузке, полностью освобождается от всей нагрузки. Увеличение оборотов пропорционально изменению нагрузки и увеличивается пропорционально ей.
б = (nl0 — nvo)/nv0
где б — коэффициент Р (коэффициент снижения оборотов);
nl0- повышенные обороты холостого хода (максимальные обороты);
nv0 — максимальные обороты при полной нагрузке.
Требуемое снижение оборотов зависит от области применения двигателя. К примеру, для двигателя используемого для привода электрического генератора требуется небольшой коэффициент снижения оборотов, так как изменения нагрузки вызывают небольшие изменения числа оборотов. С другой стороны, для автомобильных применений желательны большие коэффициенты снижения оборотов, т.к они приводят к более стабильному управлению в случае лишь небольших изменений нагрузки разгон или торможение; и к лучшей приемистости Низкое значение коэффициента приведет к жесткой, резкой работе при изменениях нагрузки.
Регулятор изменяемых оборотов
Регулятор изменяемых оборотов управляет всеми оборотами двигателя в диапазоне между режимом запуска и максимальными оборотами. Этот регулятор управляет оборотами холостого хода и максимальными оборотами при полной нагрузке, а также оборотами в промежуточной области. При этом педалью акселератора могут быть выбраны любые обороты двигателя, и они в зависимости от коэффициента снижения оборотов, будут поддерживаться практически постоянными. Это необходимо, к примеру, когда на автомобиль устанавливаются дополнительные агрегаты (лебедки, насосы, краны и т.д.). Регулятор изменяемых оборотов часто устанавливается на грузовых и сельскохозяйственных автомобилях.
Рис. Кривые характеристик регулятора изменяемых оборотов:
A. Положение запуска для втулки управления; S. Двигатель запускается с пусковой подачей топлива; S-L пусковая подача топлива уменьшается до количества топлива режима холостого хода; L. Обороты холостого хода; nум. следующие за запуском двигателя (без нагрузки); L-B. Фаза разгона двигателя после перемещения рычага управления оборотами двигателя из режима холостого хода до требуемой величины оборотов n; В-В’. Втулка управления недолго остается в положении полной нагрузки и вызывает быстрое увеличение оборотов двигателя; В’-С. Втулка управления двигается назад (меньшее количество впрыскиваемого топлива, более высокие обороты двигателя). В соответствии с коэффициентом снижения оборотов автомобиль поддерживает требуемые обороты n в области частичной нагрузки; Е. Обороты двигателя n после снятия нагрузки с двигателя с неизменным положение рычага управления оборотами двигателя; 1. Ход втулки управления; 2. Полная нагрузка; 3. Обороты двигателя.
Конструкция и принцип работы регулятора числа оборотов двигателя
Регулятор приводится в движение приводным валом и содержит в себе корпус грузиков с грузиками (1). Регулятор соединен с валом регулятора, который закреплен в корпусе регулятора и свободно вращается вокруг него. Когда грузики вращаются, они поворачиваются наружу под действием центробежной силы и их радиальное движение преобразуется в осевое движение скользящей втулки. Ход скользящей втулки (2) и усилие, создаваемое ею, влияют на регулирующий рычаг (не показан). Взаимодействие усилий пружины и усилий скользящей втулки определяет положение рычага управления, изменение которого передается на втулку управления, результатом чего будет регулирование количества впрыскиваемого топлива.
Рис. Конструкция регулятора числа оборотов двигателя
Запуск
Когда двигатель остановлен, центробежные грузики и скольгящая втулка находятся в исходном положении. Пусковой рычаг (4) нажат в положении запуска (рис. а) с помощью пусковой пружины (5) и поворачивается относительно своего шарнира М. В то же самое время втулка управления (6) на плунжере распределителя (8) перемешается в свое пусковое положение с помощью стержня с шариком на пусковом рычаге. Это означает, что когда двигатель проворачивается стартером плунжер распределителя должен пройти через полный рабочий ход (аналог максимальной подачи топлива) перед открыванием отверстия отсечки (7) и прекращением подачи. Таким образом, пусковая подача (аналог максимальной подачи) достигается автоматически при проворачивании двигателя стартером.
Регулировочный рычаг удерживается в корпусе насоса так, что он может вращаться. Он может быть перемещен с помощью регулировочного винта подачи топлива.
Подобно этому, пусковой рычаг (4) и натяжной рычага (3) также могут вращаться в регулировочном рычаге. Стержень с шариком, который входит во втулку управления, соединен с нижней стороной пускового рычага, а пусковая пружина — с его верхней частью. Пружина оборотов холостого хода соединена со штифтом крепления (14) на верхнем конце натяжного рычага. К этому штифту подсоединена пружина регулятора (13). Соединение с рычагом управления оборотами двигателя (10) осуществляется через рычаг (11) и вал рычага управления (12).
Для перемещения скользящей втулки против действия мягкой пусковой пружины на расстояние (а) необходимы очень низкие обороты, При этом пусковой рычаг поворачивается вокруг шарнира М (для 4 и 6) и пусковое количество топлива автоматически уменьшается до количества топлива, соответствующего холостому ходу, h — максимальный рабочий ход (запуск).
Управление низкими оборотами холостого хода
На работающем двигателе и отпущенной педали акселератора рычаг управления оборотами двигателя перемещается в положение холостого хода до регулировочного винта (9) оборотов холостого хода (рис. b). Обороты холостого хода подбираются так, чтобы двигатель работал устойчиво и мягко, когда он ненагружен или нагружен слегка. Действительное управление производится с помощью пружины оборотов холостого хода (15) на штифте крепления, который противодействует силе, развиваемой центробежными грузиками.
Этот баланс сил определяет положение скользящей ВТУЛКИ относительно поперечного отверстия плунжера распределителя (7) и, соответственно, его рабочего хода. При оборотах выше холостых пружина сжимается на величину (с) и более не работает (h2 — минимальный рабочий ход/холостой ход). Используя специальную пружину оборотов холостого хода, подсоединенную к корпусу регулятора, можно отрегулировать обороты холостого хода независимо от положения педали акселератора и увеличить или уменьшить их в зависимости от температуры или нагрузки.
Работа под нагрузкой
При работе, в зависимости от требуемых оборотов двигателя или скорости двигателя, рычаг управления оборотами двигателя (2) находится в заданном положении в пределах области своего хода. Это определяется водителем путем изменения положения педали акселератора. При оборотах двигателя, превышающих холостые, пусковая пружина (9) и пружина оборотов холостого хода (5) сжаты полностью и больше не влияют на работу регулятора. Это производится пружиной регулятора (4).
Рис. Работа под нагрузкой:
а) Работа регулятора при увеличении оборотов двигателя; b) Работа при уменьшении оборотов двигателя; 3. Регулировочный винт оборотов холостого хода; 8. Стопор натяжного рычага; 11. Регулировочный винт для повышенных оборотов холостого хода (максимальных оборотов); 14. Плунжер распределителя; h1 — рабочий ход на холостом ходу; h2 — рабочий ход при полной нагрузке; M1 — шарнир для 6 и 7.
Пользуясь педалью акселератора, водитель устанавливает рычаг управления оборотами двигателя в определенное положение, соответствующее желаемой скорости автомобиля. В результате такой регулировки положения рыча, а управления, пружина регулятора растягивается на заданную величину и в результате усилие пружины регулятора превышает центробежную силу грузиков (1) и приводит к повороту пускового рычага (6) и натяжного рычага (7) относительно шарнира М, Благодаря передаточному числу механической трансмиссии, включенной в систему, втулка управления (10) смещается в направлении полной нагрузки. В результате подача топлива увеличивается, а обороты двигателя возрастают. Это приводит к тому, что центробежные грузики создают большее усилие, которое через скользящую втулку (12) противодействует усилию пружины регулятора.
Втулка управления остается в положении полной нагрузки до тех пор, пока имеется баланс сил. Если обороты двигателя продолжают увеличиваться, то грузики расходятся еще больше усилие скользящей втулки преобладает и в результате пусковой и натяжные рычаги поворачиваются вокруг М и прижимают втулку управления в направлении остановки двигателя так, что управляющий кана (отверстие) (13) откроется раньше. Возможно уменьшить подачу топлива до нуля, что обеспечит ограничение оборотов двигателя. Это означает, что при работе и пока двигатель не перегружается, каждое положение рычага управления оборотами двигателя соответствует конкретному диапазону оборотов между полной нагрузкой и нулем. В результате этого в пределах, устанавливаемых коэффициентом снижения оборотов, регулятор поддерживает желаемые обороты.
Если нагрузка увеличивается до такой степени, что даже если втулка управления находится в положении полной нагрузки, а обороты двигателя продолжает падать, то это значит, что увеличение подачи топлива далее невозможно. Двигатель перегружается и водитель должен переключиться на пониженную передачу.
Торможение двигателем
При движении под уклон, двигатель сам приводится в движение автомобилем и обороты двигателя стремятся увеличиться. Это вызывает движение грузиков наружу, так что скользящая втулка давит на натяжной и пусковой рычаги. Оба рычага меняют свое положение и прижимают втулку управления в направлении уменьшения подачи топлива, пока не будет достигнуто уменьшенное значение подачи топлива, которое соответствует новому уровню нагрузки. В крайнем случае значение подачи равно нулю. В основном, для регулятора изменяемых оборотов это поведение применимо для всех положений рычага управления оборотами двигателя, когда нагрузка или обороты двигателя изменяются до такой степени, что втулка управления перемещается в положение полной на грузки или остановки двигателя.
Источник