Система автоматичного регулювання частоти обертання дизеля

Реферат: UA 82220 U UA 82220 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Система автоматичного регулювання частоти (САРЧ) обертання дизеля належить до області машинобудування і може бути використана для регулювання частоти обертання колінчастого вала дизельних двигунів внутрішнього згоряння (дизелів), які приводять електростанції та інші агрегати з підвищеними вимогами підтримання заданої частоти обертання при роботі їх в умовах різко перемінних навантажень. Найбільш близьким до пропонованої за технічною суттю є двоімпульсний регулятор частоти обертання, що містить відцентровий вимірювач частоти обертання, паливний насос з рейкою, вимірювач крутного моменту (навантаження), виконаний у вигляді ротаційного пружинного динамометра з двома півмуфтами, одна з яких зв'язана з дизелем, а друга півмуфта - із споживачем енергії, взаємодіючі через відновлювальну пружину, перетворюючий крутний момент в лінійне переміщення, замкнену сильфонну передачу, зв'язану з підсумовуючим механізмом, виконаним у вигляді зубчатої рейкової передачі і обертової втулки із прямозубчастим вінцем в зачепленні з колесом, зв'язаним через гвинтові кінематичні пари з вимірювачем частоти обертання і рейкою паливного насоса (див. Авторське свідоцтво СРСР №378816). Недоліком відомої САРЧ є складна конструкція підсумовуючого механізму, відсутність гасника високочастотних коливань у вимірювача крутного моменту, які передаються на рейку паливного насоса і понижують вихідні техніко-економічні показники дизеля, а також низька динамічна точність внаслідок запізнювання регулюючого імпульсу за частотою обертання, який діючи на рейку паливного насоса в перехідному процесі, що збільшує при цьому максимальне відхилення частоти обертання, час стабілізації перехідних процесів і обмежує область її застосування. Таким чином, відома САРЧ обертання дизеля має складну конструкцію, низьку динамічну точність регулювання і обмежену область застосування. В основу корисної моделі поставлено задачу спростити конструкцію, підвищити динамічну точність регулювання і розширити область застосування САРЧ обертання дизеля. Для розв'язання даної задачі відповідно до корисної моделі, суттєвими ознаками є те, що в закон регулювання вводяться регулюючі імпульси пропорційні швидкостям (першим похідним) від змінювання частоти обертання і навантаження з подальшим гідравлічним підсумовуванням вихідних імпульсів за відхиленням частоти обертання, навантаження і першим похідним від частоти обертання і навантаження. Для цього вимірювач крутного моменту виконаний у вигляді співвісно розміщених ведучого і веденого валів з ведучою і веденою, жорстко закріпленими між собою півмуфтами. Ведуча півмуфта з валом з'єднана через поздовжню, а ведена півмуфта з валом - через гвинтову, шарикові пари і додатково установлений, для гасіння високочастотних коливань силової передачі, гідравлічний демпфер, поршень, з перепускними отворами і штоком, якого розміщений у веденій півмуфті і жорстко зв'язаний з ведучим валом. Ведена півмуфта через упорний підшипник взаємодіє з одним торцем пружини, другий торець якої впирається у фіксовану опору, установлену на веденому валу, а додатково установлені механізми зніму і передачі регулюючого імпульсу за навантаженням з'єднують ведучу півмуфту з рухомим фланцем першої замкненої сильфонної передачі. Додатково установлений блок приймання, диференціювання і підсумовування регулюючих імпульсів, виконаний у вигляді першого, другого і третього сильфонів, перший і другий сильфони з'єднані один з одним торцями спільним рухомим фланцем, другий і третій сильфони зв'язані з нерухомим спільним фланцем, а другий торець третього сильфона - з другим рухомим фланцем, і установлені в напрямній, жорстко зв'язаній з нерухомим фланцем з дроселем і з порожниною приймання імпульсів відхилення частоти обертання і навантаження, з'єднаним з другим торцем першого сильфона. Підсумовуючий механізм виконаний у вигляді додаткового сильфона, розміщеного усередині третього сильфона в напрямній втулці і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем третього сильфона, а другим торцем - із спільним рухомим фланцем першого і другого сильфонів. Додатково установлена друга сильфонна передача, рухомий фланець якої з'єднаний з вихідною тягою відцентрового вимірювача частоти обертання. Перший сильфон з'єднаний із першою і другою замкненими сильфонними передачами через дросель, другий і третій сильфони - за допомогою жорстких гідроліній і спільний нерухомий фланець, а сильфон підсумовуючого механізму сполучений з атмосферою через отвори в другому рухомому підпружиненому фланці третього сильфона, зв'язаного з рейкою паливного насоса. Таке технічне рішення дасть можливість, при використанні у вимірюванні крутного моменту гідравлічного демпфера як фільтра поштовхів і ударів, підвищити надійність і довговічність 1 UA 82220 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 силового привода, забезпечить високу точність вимірювання крутного моменту і формування регулюючого імпульсу за навантаженням, а додаткове залучення блоку приймання, диференціювання і підсумовування чотирьох регулюючих імпульсів підвищить динамічну точність комбінованого регулювання, а також вихідні техніко-економічні показники дизеля в умовах перемінних навантажень його роботи, що розширить область застосування запропонованої САРЧ. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд САРЧ обертання дизеля. Запропонована САРЧ обертання дизеля включає вимірювач крутного моменту, вимірювач частоти обертання, гідравлічний блок приймання диференціювання і підсумовування регулюючих сигналів, що надходять від вимірювачів замкнутими сильфонними передачами. Механічний вимірювач крутного моменту виконаний у вигляді муфти з півмуфтою 1, механізмом 2 для знімання і важеля 3 для передачі імпульсу за навантаженням. Півмуфта 1 шліцами з'єднана з ведучим валом 4, через шарики 5, установлені в пазах шліців. В торець вала 4 загвинчений шток 6 поршня 7 з осьовими отворами 8 гідравлічного демпфера. Від випадання шарики 5 утримуються кришкою 9, притисненою гайкою торця вала 4. Півмуфта 1 болтами 10 жорстко з'єднана з півмуфтою 11. Для ущільнення з'єднань штока 6 із взаємодіючими деталями використане гумове кільце 12, установлене в кришці 13. Півмуфта 11 з веденим валом 14 з'єднана через шарикову гвинтову пару 15. На другому кінці півмуфти 11 установлена одна обойма упорного підшипника 16, а друга обойма - в напрямній 17 пружини 18, протилежний торець якої впирається в сідло з можливістю переміщатися вздовж осі вала 14 за допомогою гайки 20. Вимірювач крутного моменту зв'язаний з каналом передачі регулюючого імпульсу за навантаженням, який містить важіль 3, шарнірно з'єднаний з рухомим фланцем 21 вузла приймального сильфона 22 першої замкненої сильфонної передачі 23, що переміщається в напрямній 24. Порожнина сильфона 22 гідролінією 25 сполучається з приймально-розподільною порожниною "а" блока 26 приймання, диференціювання і підсумовування регулюючих імпульсів, причому гідролінія 25 одним кінцем з'єднується з нерухомим фланцем 27, а другим кінцем - з нерухомим фланцем 28 блока. До фланця 28 другим кінцем приєднана гідролінія 29, перший кінець якої зв'язаний з фланцем 30 Другої замкненої сильфонної передачі 31, яка сполучає порожнину "а" з порожниною вузла приймального сильфона 32, рухомий фланець 33 якого переміщається в напрямній 34 і через тягу 35 І важіль 36 з'єднується з відцентровим вимірювачем 37 частоти обертання. Коректор регулюючого імпульсу за частотою обертання вимірювача 37 містить призму 38 і регулювальний гвинт 39, зв'язаний з важелем 36, який шарнірно з'єднаний з важелем 40 і утримується пружиною 41. Необхідний швидкісний режим дизеля установлюється за допомогою механізму настройки 42, шляхом змінювання ступеня затяжки пружини 43. Блок 25 містить перший виконавчий сильфон 44, один торець якого зв'язаний з нерухомим фланцем 28, а другий торець - із спільним рухомим фланцем 45. До фланця 45 одним торцем приєднаний другий виконавчий сильфон 46, протилежний торець якого зв'язаний з нерухомим порожнистим фланцем 47. До фланця 47 з другого боку приєднаний одним торцем третій виконавчий сильфон 48, протилежний торець якого з'єднаний з другим рухомим фланцем 49 з отворами. До цього ж фланця приєднаний одним торцем диференціюючий сильфон 50, другий торець якого зв'язаний з рухомим фланцем 51. Фланець 51 жорсткою тягою 52 з'єднаний з рухомим фланцем 45. Порожнина "в" блока, утворена фланцями 45,49,51, а також сильфонами 46,48,50, сполучається з приймально-розподільною порожниною "а" фланця 28 гідролініями 53,54 безпосередньо, а порожнина "с", утворена фланцями 28,45 і сильфоном 44, через голчастий дросель 55. Рухомі фланці 45,49 переміщуються в нерухомій циліндричній напрямній 56, до якої приєднаний з отворами фланець 57, який являється сідлом відновлювальної пружини 58. З протилежного боку пружина 58 впирається у фланець 49, забезпечуючи, таким чином, повернення його і зв'язану з ним через вихідну тягу 59, рейку 60 паливного насоса у вихідне положення. Крім того, пружина 58 використовується для усунення механічного гістерезису матеріалів стінок сильфонів 22,32 вузлів приймання вхідних сигналів, а також виконавчих 44,46,48 і диференціюючого 50 сильфонів. Порожнина сильфона 50 через отвори у фланцях 49,57 сполучається з атмосферою. Запропонована САРЧ обертання дизеля працює наступним чином. 2 UA 82220 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В усталеному швидкісному І навантажувальному режимі в результаті рівності крутного моменту дизеля і моменту опору споживача і з'єднані півмуфти 1, 11, нагвинчені на ведений вал 14 на певний кут, утримуються в такому положенні стисненою пружиною 18, забезпечуючи ведучому 4 І веденому 14 валам однакову частоту обертання. При цьому півмуфти 1,11, після певного осьового зміщення, пропорційного величині крутного моменту, перемістили за собою механізм 2 зніму сигналу і через важіль 3 утримують фланець 21 в положенні, при якому тиск у вузлі приймального сильфона 22, гідролінії 25 і у порожнинах "а", "в", "с" блока 26 такий, що відповідає цикловій подачі палива у циліндри дизеля заданого усталеного режиму. Відцентровий вимірювач 37 частоти обертання, зрівноважений пружиною 43 через важіль 36, тягу 35 і фланець 33, буде створювати в сильфоні 32, гідролінії 29 і у порожнинах "а", "в", "с" блока 26 тиск робочої рідини, що відповідає тому ж положенню рейки 60 паливного насоса. У випадку різкого скидання навантаження на дизель, реактивний момент півмуфт 1,11 різко зникає і під дією пружини 18 вони з важелем 3 і фланцем 21 різко перемістяться вправо, створюючи через гідролінію 25 в порожнині "а" блока 26 розрідження, це з одного боку. З другого боку, різке зменшення навантаження через інерційність вимірювача частоти обертання і особливості подачі палива в циліндри дизеля, його частота обертання на початку перехідного процесу різко зростатиме. Від цього різко збільшиться частота обертання і відцентрова сила вимірювача 37 частоти обертання, який, долаючи зусилля опору пружини 43, через важіль 36 і тягу 35 перемістить фланець 33 вправо, різко створить розрідження у сильфоні 32, гідролінії 29 і в порожнині "а" блока 26. При цьому загальне розрідження у порожнині "а", викликане різким зменшенням навантаження І початковим збільшенням частоти обертання, різко збільшиться. Але через наявність дроселя 55, від дії загального, розрідження у порожнині "с" буде наростати повільніше, ніж у порожнині "в". В результаті рухомий фланець 45 переміститься уліво і перемістить за собою фланець 51 сильфона 50, створюючи тим самим ще додатковий приріст розрідження робочої рідини в сильфонах 46,48. При цьому рейка 60 паливного насоса, зв'язана вихідною тягою 59 Із фланцем 49, під дією пружини 58 одержить додаткові переміщення, спричинені дією чотирьох регулюючих імпульсів, викликаних: - першого - зменшенням навантаження на дизель; - другого - швидкістю (першою похідною) зменшення навантаження; - третього - збільшення на початку перехідного процесу частоти обертання дизеля; - четвертого - швидкістю (першою похідною) збільшення частоти обертання. Таким чином, одночасна дія на рейку паливного насоса чотирьох регулюючих імпульсів підвищить швидкодію її переміщення в бік зменшення циклової подачі палива І компенсації відхилення навантаження і частоти обертання дизеля. По мірі стабілізації навантаження і частоти обертання і вирівнювання розрідження в порожнинах "а", "в", "с" складові регулюючих імпульсів, пропорційні першим похідним від змінювання навантаження і частоти обертання зникнуть і в кінці перехідного процесу рейка паливного насоса буде утримуватися тільки під дією регулюючих Імпульсів, пропорційних навантаженню і частоті обертання дизеля. При різкому накиданні навантаження на дизель, реактивний момент півмуфт 1, 11 різко з'явиться і, здолавши зусилля опору пружини 18, вони перемістяться з важелем 3 і фланцем 21 вліво, створюючи в сильфоні 22 тиск робочої рідини, який гідролінією 25 передаватиметься в порожнину "а" блока 26. При цьому різке зростання навантаження, через інерційність вимірювача частоти обертання і особливості подачі палива в циліндри дизеля, спричинить на початку перехідного процесу різке зменшення частоти обертання як дизеля, так і її вимірювача, а також його відцентрову силу. Пружина 43, долаючи опір відцентрового зусилля вимірювача 37, через важіль 36 і тягу 35 перемістить фланець 33 вліво, різко підвищить тиск у сильфоні 32, гідролінії 29 і в порожнині "а" блока 26. Від цього загальний тиск у порожнині "а", викликаний різким збільшенням навантаження і зменшенням, на початку перехідного процесу, частоти обертання, різко підвищиться. Але через наявність дроселя 55 тиск у порожнині "с" буде наростати повільніше, ніж у порожнині "в". В результаті рухомий фланець 45 переміститься вправо і за собою перемістить фланець 51 сильфона 50, створюючи тим самим ще додатковий приріст тиску робочої рідини в сильфонах 46,48. Різке зростання тиску різко перемістить уліво фланець 49, який, долаючи зусилля опору пружини 58 через вихідну тягу 59 різко перемістить рейку 60 паливного насоса на величину пропорційну також дії чотирьох регулюючих імпульсів, викликаних змінюванням навантаження, частоти обертання і першим похідним від їх змінювання. Отже, як при зменшенні, так і різкому збільшенні навантаження одночасна дія на рейку паливного насоса, в перехідних процесах, чотирьох регулюючих Імпульсів підвищить швидкодію її переміщення в бік змінювання циклової подачі палива, направленої на компенсацію відхилення навантаження і частоти обертання дизеля. В обох випадках після стабілізації 3 UA 82220 U 5 10 15 20 25 навантаження і частоти обертання і вирівнювання тисків в порожнинах блока, складові регулюючих імпульсів, пропорційні першим похідним від змінювання навантаження і частоти обертання зникнуть і на рейку паливного насоса в усталеному режимі будуть діяти регулюючі імпульси пропорціональні навантаженню і частоті обертання дизеля. Для гасіння високочастотних коливань, спричинених нерівномірністю опору споживачів енергії, циклової подачі палива в дизель та іншими причинами, півмуфти 1, 11 при осьовому переміщенні будуть гальмуватися гідравлічним опором робочої рідини, що перетікатиме із однієї порожнини гідравлічного демпфера в другу через отвори 8 поршня 7. Таке технічне рішення, завдяки введенню в закон регулювання перших похідних від змінювання навантаження і частоти обертання, гідравлічному демпфуванню поштовхів і ударів у силовому приводі, а також гідравлічному підсумовуванню чотирьох регулюючих імпульсів забезпечить як при збільшенні, так і при зменшенні крутного моменту частоту обертання дизеля в усталеному режимі роботи і зменшення її відхилень і тривалість стабілізації в перехідних процесах. Застосування запропонованої САРЧ обертання дизеля, у порівнянні з уже відомою, дасть можливість: - спростити конструкцію, заміною механічного, підсумовуючого, регулюючі імпульси за відхиленням частоти обертання, крутного моменту та імпульсів перших похідних, на гідравлічний підсумовуючий механізм; - підвищити динамічну точність регулювання за рахунок: залучення у вимірювач крутного моменту гідравлічного демпфера - гасника високочастотних коливань, якими насичений силовий привод від дизеля до споживача; підвищення швидкодії рейки паливного насоса, введенням в закон регулювання додаткових регулюючих імпульсів, пропорційних першим похідним від змінювання частоти обертання і крутного моменту; усунення люфтів, що мали місце у механічному підсумовуючому імпульсі механізмі; підвищення чутливості і зменшення нелінійностей, замінюванням в кінематичних парах вимірювача крутного моменту тертя ковзання на тертя кочення; - розширити область застосування САРЧ особливо на агрегатах з підвищеним вимогами до стабільного підтримання частоти обертання при роботі в умовах перемінних навантажень. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 Система автоматичного регулювання частоти обертання дизеля, що містить відцентровий регулятор з вимірювачем частоти обертання, паливний насос з рейкою, вимірювач крутного моменту у вигляді підпружинених півмуфт, одна з яких з'єднана з дизелем, а друга - із споживачем енергії, першу замкнену сильфонну передачу, з'єднуючу вимірювач крутного моменту з підсумовуючим механізмом, виконаним у вигляді зубчасто-рейкової передачі і обертової втулки із прямозубчастим вінцем в зачепленні з колесом, зв'язаним через гвинтові кінематичні пари з вимірювачем частоти обертання і рейкою паливного насоса, яка відрізняється тим, що вимірювач крутного моменту виконаний у вигляді співвісно розміщених ведучого і веденого валів з ведучою і веденою, жорстко з'єднаними між собою півмуфтами, при цьому ведуча півмуфта з валом з'єднана через поздовжню, а ведена півмуфта з валом- через гвинтову, шарикові пари і додатково установлений гідравлічний демпфер, поршень, з перепускними отворами і штоком, якого розміщений у веденій півмуфті і жорстко зв'язаний з ведучим валом, причому ведена півмуфта через упорний підшипник взаємодіє з одним торцем пружини, другий торець якої впирається у фіксовану рухому опору, установлену на веденому валу, а додатково установлені механізми зніму і передачі регулюючого імпульсу за навантаженням з'єднують ведучу півмуфту з рухомим фланцем першої замкненої сильфонної передачі, а також додатково установлений блок приймання, диференціювання і підсумовування регулюючих імпульсів, виконаний у вигляді першого, другого і третього сильфонів, перший і другий сильфони з'єднані один з одним торцями спільним рухомим фланцем, другий і третій сильфони зв'язані з нерухомим спільним фланцем, а другий торець третього сильфона - з другим рухомим фланцем, і установлені в напрямній, жорстко зв'язаній з нерухомим фланцем з дроселем, і порожниною приймання імпульсів відхилення частоти обертання і навантаження, з'єднаним з другим торцем першого сильфона, а підсумовуючий механізм виконаний у вигляді додаткового сильфона, розміщеного усередині третього сильфона в напрямній втулці і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем третього сильфона, а другим торцем із спільним рухомим фланцем першого і другого сильфонів, а також додатково установлена друга сильфонна передача, рухомий фланець якої з'єднаний з виходом відцентрового вимірювача частоти обертання, при цьому перший сильфон з'єднаний із першою і другою замкненими 4 UA 82220 U сильфонними передачами через дросель, другий і третій сильфони - за допомогою жорстких гідроліній і спільний нерухомий фланець, а сильфон підсумовуючого механізму сполучений з атмосферою через отвори в другому рухомому підпружиненому фланці третього сильфона, зв'язаного з рейкою паливного насоса. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5