Шестиімпульсний регулятор частоти обертання дизельних двигунів

Реферат: UA 116677 U UA 116677 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування, зокрема до двигунобудування, і може бути використана в системах автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала дизельних двигунів внутрішнього згоряння (дизелів) з турбонаддувом, які є первинними джерелами енергії електричних станцій і агрегатів, мобільно-енергетичних засобів та інших машин, а також у військово-інженерній справі. Відомий, найбільш близький за технічною суттю, двоімпульсний регулятор частоти обертання дизеля, 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, перетворюючого крутний момент в лінійне переміщення, замкнену сильфонну передачу, зв'язану з підсумовуючим механізмом, виконаним у вигляді зубчастої 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). Недоліками відомого регулятора є складна конструкція підсумовуючого механізму і вимірювача крутного моменту, а відсутність в останньому гасника високочастотних коливань, які передаються на рейку паливного насоса і понижують вихідні техніко-економічні показники дизеля, а також низька динамічна точність регулювання обумовлена запізнюванням регулюючого імпульсу за частотою обертання переважно дизелів з турбонаддувом, який, діючи на рейку паливного насоса в перехідних процесах, збільшує максимальне відхилення частоти обертання, експлуатаційну витрату палива і час стабілізації перехідних процесів, погіршує екологію довкілля, якість вироблюваної електроагрегатами енергії, а також виконуваних технологічних процесів і знижує продуктивність приводимих машин і агрегатів, що обмежує область застосування регулятора особливо на агрегатах з частотами обертання регламентованими стандартами. Отже, відомий двоімпульсний, за частотою обертання і навантаженням, регулятор має складну конструкцію, низьку динамічну точність регулювання і обмежену область застосування. Тому, в основу корисної моделі поставлено задачу спростити конструкцію, підвищити динамічну точність регулювання частоти обертання дизельних двигунів і розширити область застосування регулятора. Для вирішення поставленої задачі пропонується удосконалення, суттєвими ознаками якого є те, що в закон регулювання вводяться додаткові регулюючі імпульсні пропорційні змінюванню тиску наддуву і перетворення його в лінійне переміщення, а також швидкостям (першим похідним) змінювання навантаження, частоти обертання і тиску наддуву з подальшим гідравлічним підсумовуванням вихідних імпульсів за відхиленням навантаження, частоти обертання, тиску наддуву і першим похідним від змінювання навантаження, частоти обертання і тиску наддувного повітря. У зв'язку з цим пропонується вимірювач навантаження (крутного моменту) дизеля виконати у вигляді планетарного редуктора, що органічно входить в конструкцію силового привода споживача енергії дизеля, зупинена ланка якого через важелі зв'язана зі штоками додатково установлених гідравлічних демпферів для гасіння високочастотних коливань з регулювальними дроселями, відновлювальними пружинами і рухомим фланцем гідравлічної сильфонної передачі. Додатково установлений блок приймання з розподільною порожниною, сполученою із сильфонною передачею, перетворення, диференціювання і підсумовування регулюючих імпульсів виконаний у вигляді корпуса з основним і зв'язаним з ним допоміжним циліндрами. Основний циліндр з'єднаний торцями з першим обладнаним регулювальним дроселем, і другим нерухомими фланцями, і трьох розміщених в ньому рухомих фланців, зв'язаних трьома сильфонами, з утворенням трьох порожнин. Перша порожнина утворена першим нерухомим, першим рухомим фланцями і першим сильфоном, друга порожнина утворена першим, другим і третім рухомими фланцями, а також другим і третім сильфонами, третя порожнина утворена другим і третім рухомими фланцями, третім сильфоном, основним циліндром корпуса і другим нерухомим фланцем. В одному торці допоміжного циліндра розміщений вимірювач і перетворювач тиску наддуву повітря в тиск робочої рідини у вигляді першого сильфона сполученого пневмолінією із трубопроводом впускного тракта дизеля з утворенням герметичної порожнини. В другому торці циліндра розміщений вимірювач і перетворювач частоти обертання дизеля із переміщення в тиск робочої рідини у вигляді другого сильфона одним торцем зв'язаного через рухомий фланець з вихідною тягою відцентрового вимірювача частоти обертання, протилежним торцем із торцем сильфона тиску наддувного повітря, а порожнина середньої частини його через 1 UA 116677 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отвори в нерухомому фланці і стінках основного і допоміжного циліндрів корпуса - з розподільною порожниною. Додатково установлений підсумовуючий регулюючі імпульси механізм виконаний у вигляді другого рухомого фланця, розміщеного в напрямній, зв'язаній з третім рухомим фланцем, і з'єднаного тягою з першим рухомим фланцем. Розподільна порожнина блока з першою порожниною перетворювача сигналів сполучена через регулювальний дросель, друга порожнина за допомогою гофрованої гідролінії і отворів в першому нерухомому і рухомому фланцях - безпосередньо, а третя порожнина сполучена з атмосферою через отвори в нерухомому фланці основного циліндра і третьому рухомому фланці, зв'язаному через підпружинений вихідний шток з органом паливоподачі. Запропоноване технічне рішення дасть можливість, при використанні у вимірювачі крутного моменту гідравлічних демпферів як фільтрів високочастотних коливань спричинених поштовхами і ударами, підвищити надійність і довговічність силового привода мобільних машин, забезпечити високу точність вимірювання крутного моменту і формування складової регулюючого імпульсу за навантаженням, а додаткове використання вимірювача тиску наддуву повітря і блоку приймання перетворення, диференціювання і гідравлічного підсумовування шести регулюючих імпульсів спростить конструкцію, підвищить динамічну точність функціонування запропонованого регулятора, а також підвищить вихідні техніко-економічні показники дизеля і покращить екологію довкілля в умовах перемінних навантажень роботи приводимих ним машин і агрегатів, що розширить область застосування регулятора. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд шестиімпульсного регулятора частоти обертання дизельних двигунів. Шестиімпульсний регулятор частоти обертання дизеля містить вимірювач крутного моменту, вимірювач частоти обертання, вимірювач тиску наддуву повітря, гідравлічний блок перетворення, приймання, диференціювання і підсумовування складових регулюючих імпульсів (сигналів), що надходять від вимірювачів замкнутими гідравлічними, пневматичними і механічними передачами. Вимірювач крутного моменту механічного типу виконаний у вигляді планетарного редуктора, який органічно входить в конструкцію силової передачі приводимої дизелем машини. Ведучою ланкою редуктора є сонячна шестірня 1, зв'язана з джерелом енергії - дизелем і веденою водило 2, з'єднаною із споживачем, а зупиненою ланкою - епіциклічна шестірня 3, яка установлена на підшипниках 4 з можливістю повертатися від дії крутного (реактивного) моменту навколо спільної осі. Зупинена ланка шарнірно з'єднана зі штоком 5 поршня 6 гідравлічного демпфера 7 гасіння високочастотних коливань з регулювальним дроселем 8, і взаємодіє з податливою опорою у вигляді відновлювальної пружини 9 з нерухомим сідлом 10. Ланка 3 також шарнірно через важіль 11 і тягу 12 з'єднана з рухомим фланцем 13 приймального сильфона 14, що переміщується в нерухомій напрямній 15 гідравлічної сильфонної передачі 16. Порожнина сильфона 14 гідролінією 17, сполучається з розподільною порожниною "А" блока 18 приймання, розподілення, перетворення, диференціювання і підсумовування регулюючих імпульсів, і з'єднаною одним боком з нерухомим фланцем 19, а другим - з порожнистим нерухомим основним циліндром корпуса 20 блока. Вимірювач тиску наддуву повітря і перетворення його в переміщення виконаний у вигляді сильфона 21, нерухомий фланець 22 якого приєднаний до допоміжного циліндра корпуса 20, і сполучений через пневмолінію 23 із трубопроводом 24 впускного тракту дизеля, а разом з рухомим фланцем 25 утворюють герметичну порожнину. До фланця 25 одним торцем приєднаний сильфон 26 перетворювача тиску наддуву повітря і переміщення вихідного сигналу відцентрового вимірювача 27 частоти обертання дизеля в тиск робочої рідини, другий торець якого зв'язаний з рухомим фланцем 28. Останній тягою 29 з'єднаний з одним плечем важеля 30, а його протилежне плече, з'єднане через пружину 31 з двоплечим важелем 32 зв'язаним з рукояткою 33 настройки швидкісного режиму дизеля. Важіль 32 взаємодіє з болтом-обмежувачем 34 номінальної частоти обертання його колінчастого вала і болтом-обмежувачем 35 мінімальної частоти обертання. Середня частина важеля 30 взаємодіє з механізмом 36 перетворювача 37 частоти обертання в переміщення з відцентровими вантажами 38, установленими на валу 39, який обертається через привод від колінчастого вала дизеля. Блок 18 містить вузол 40 розподілення приймальних сигналів і їх перетворювач 41. Вузол 40 включає нерухомий фланець 42 жорстко зв'язаний із основним циліндром корпуса 20 блока. Усередині циліндра розміщені перша "В", друга "С" і третя "D" порожнини і установлені перший 43 і другий 44 рухомі фланці, зв'язані між собою тягою 45. Фланець 43 переміщується в основному циліндрі корпуса 20, а фланець 44 - в напрямній 46. Остання з'єднана з третім 2 UA 116677 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рухомим фланцем 47, який зв'язаний через вихідний шток 48 з органом паливоподачі 49 і взаємодіє з одним торцем зворотної пружини 50 закріпленої на нерухомому фланці 51. Перша порожнина "В", утворена нерухомим фланцем 42, першим сильфоном 52 і першим рухомим фланцем 43, сполучена з розподільною порожниною "А" через голчастий регулювальний дросель 53, друга порожнина "С", утворена першим рухомим фланцем 43, другим рухомим фланцем 44, третім рухомим фланцем 47, а також другим 54 і третім 55 сильфонами, сполучена через гофровану гідролінію 56 безпосередньо, а третя порожнина "D", утворена третім сильфоном 55, другим рухомим фланцем 44, третім рухомим фланцем 47 і основним циліндром корпуса 20 через отвори у третьому рухомому фланці 47 і нерухомому фланці 51, сполучена з атмосферою. Для усунення гістерезису матеріалу стінок сильфонів вимірювачів крутного моменту, частоти обертання, тиску наддуву повітря і гідравлічного блоку, а також повернення рухомих фланців сильфонів у вихідне положення використана відновлювальна пружина 50. Запропонований шестиімпульсний регулятор частоти обертання дизельних двигунів працює наступним чином. В усталених швидкісному і навантажувальному режимах роботи крутний момент дизеля рівний моменту опору споживача і реактивному моменту, перекидаючому зупинену ланку 3 планетарного редуктора. Внаслідок дії реактивного моменту зупинена ланка 3 повертається навколо спільної осі на певний кут і утримується в такому положенні відновлювальними пружинами 9. При цьому фланець 13 зв'язаний через важіль 11 з ланкою 3, займає положення, при якому тиск у сильфоні 14, гідролінії 17 і у порожнинах "А", "В", "С" блока 18 такий, що третій рухомий фланець 47 утримує орган паливоподачі 49 в положенні, відповідаючому цикловій подачі палива у циліндри дизеля заданого усталеного навантажувального режиму. Відцентровий вимірювач 27 частоти обертання, зрівноважений пружиною 31 через важіль 30, тягу 29 і фланець 28, буде створювати в сильфоні 26 і у порожнинах "А", "В", "С" блока 18 тиск робочої рідини, що відповідає положенню органа паливоподачі 49 і цикловій подачі палива заданого усталеного швидкісного режиму. При цьому режимі частота обертання колінчастого вала дизеля і турбокомпресора, а відповідно тиск наддуву повітря у трубопроводі 24 впускного тракту не будуть змінюватися. В результаті рухомий фланець 25 під дією дисбалансу сил жорсткості матеріалу стінок сильфону 21 і тиску повітря в трубопроводі 24 впускного тракту, буде займати певне положення і створювати у сильфоні 26 і у порожнинах "А", "В", "С" блока 18 тиск робочої рідини, що відповідатиме тому ж положенню органа паливоподачі 49. У випадку різкого скидання навантаження на дизель, реактивний момент зупиненої ланки 3 зникне, під дією пружин 9 вона повернеться і перемістить фланець 13 ліворуч, створюючи в сильфоні 14 розрідження, яке гідролінією 17 передається в порожнину "А" блока 18, це з одного боку. З другого боку, різке зменшення навантаження через інерційність вимірювача 27 частоти обертання вона на початку перехідного процесу різко зростатиме. Від цього різко підвищиться частота обертання і відцентрова сила вимірювача 27 частоти обертання, який через важіль 30 і тягу 29 перемістить фланець 28 праворуч, різко створить розрідження у сильфоні 26 і в порожнині "А" блока 18. При цьому загальне розрідження у порожнині "А", викликане різким зменшенням навантаження і початковим збільшенням частоти обертання, різко збільшиться. Але через наявність дроселя 53, від дії загального, розрідження у порожнині "В" буде наростати повільніше, ніж у порожнині "С". В результаті перший рухомий фланець 43 переміститься ліворуч і за собою перемістить другий рухомий фланець 44, створюючи тим самим ще додатковий приріст розрідження робочої рідини в порожнині "С", від чого орган паливоподачі 49 різко переміститься в бік зменшення циклової подачі палива. Однак, зменшення циклової подачі палива викличе пониження температури відпрацьованих газів, частоти обертання ротора турбокомпресора і тиску наддуву повітря в циліндри дизеля. Від дисбалансу сил дії жорсткості матеріалу стінок сильфону 21 і тиску повітря в трубопроводі 24 впускного тракту, рухомий фланець 25 переміститься ліворуч, понижаючи тиск в сильфоні 26 і у порожнині "А" блока 18, ще додатково збільшуючи загальне розрідження, спричинене різким зменшенням навантаження і початковим збільшенням частоти обертання колінчастого вала дизеля. Від дії утвореного результативного розрідження у порожнині "В", завдяки дроселю 53, буде наростати повільніше, ніж у порожнині "С". При цьому перший рухомий фланець 43 переміститься ліворуч і за собою перемістить другий рухомий фланець 44, створюючий ще третій додатковий приріст розрідження робочої рідини в порожнині "С". В результаті орган паливоподачі 49 від третього рухомого фланця 47 через вихідний шток 48, під дією пружини 50 одержить додаткові переміщення в бік зменшення циклової подачі палива, спричинені одночасною дією шести регулюючих імпульсів, викликаних: 3 UA 116677 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 - першого - зменшенням навантаження на дизель; - другого - швидкістю (першою похідною) зменшення навантаження; - третього - збільшенням частоти обертання дизеля на початку перехідного процесу; - четвертого - швидкістю (першою похідною) збільшення частоти обертання; - п'ятого - пониження тиску наддуву повітря в циліндрах дизеля; - шостого - швидкістю (першою похідною) пониження тиску наддуву. Таким чином, одночасна дія на орган паливоподачі шести регулюючих імпульсів підвищить швидкодію його переміщення в бік зменшення циклової подачі палива і компенсації відхилення навантаження та частоти обертання дизеля. У міру стабілізації дії навантаження, частоти обертання, тиску наддуву і вирівнювання розрідження в порожнинах "А", "В", "С" складові регулюючих імпульсів, пропорційні першим похідним від змінювання навантаження, частоти обертання і тиску наддуву зникнуть і в кінці перехідного процесу орган паливоподачі буде утримуватися тільки під дією трьох регулюючих імпульсів, пропорційних усталеним навантаженню, частоті обертання і тиску наддуву. У випадку різкого накидання навантаження спрацює його вимірювач, а також вимірювачі частоти обертання, тиску наддуву повітря та гідравлічний блок перетворення, приймання, розподілення, диференціювання і підсумовування складових регулюючих імпульсів. В цьому випадку рух їх деталей і потоки робочої рідини будуть направлені вже у зворотному напрямку, а орган паливоподачі буде переміщатися в бік збільшення циклової подачі палива, направленої на компенсацію відхилення навантаження і забезпечення стабілізації частоти обертання дизеля. Отже, як при різкому зменшенні, так і різкому збільшенні навантаження дія на орган паливоподачі в перехідних процесах шести регулюючих імпульсів підвищить швидкодію його переміщення в бік змінювання циклової подачі палива і автоматичного з високою точністю підтримання заданої частоти обертання. В обох випадках після стабілізації дії навантаження, частоти обертання, тиску наддуву повітря і вирівнювання тисків робочої рідини в порожнинах гідравлічного блока, складові регулюючих імпульсів, пропорційні першим похідним від змінювання навантаження, частоти обертання і тиску наддуву повітря зникнуть і в усталеному режимі на орган паливоподачі будуть діяти регулюючі імпульси, пропорційні тільки навантаженню, частоті обертання і тиску наддуву повітря в циліндрах дизеля. Високочастотні коливання, спричинені нерівномірністю опору споживачів енергії, циклової подачі палива в дизель та іншими причинами, будуть гаситися поршнями гідравлічних демпферів 7 при їх осьовому переміщенні за рахунок гальмування гідравлічним опором робочої рідини, що перетікатиме із однієї їх штокової порожнини в другу через канали з регулювальними дроселями 8. Таким чином, запропонований шестиімпульсний регулятор, завдяки введенню в закон регулювання імпульсу за відхиленням тиску наддуву повітря в циліндри дизеля, перших похідних від змінювання навантаження, частоти обертання і тиску наддуву, гідравлічному демпфуванню поштовхів і ударів в силовому приводі, а також гідравлічному підсумовуванню шести регулюючих імпульсів, забезпечить як при різкому збільшенні, так і зменшенні крутного моменту, задану частоту обертання колінчастого вала дизеля в усталених режимах роботи, а також зменшення її відхилення і тривалості стабілізації в перехідних процесах. Застосування шестиімпульсного регулятора частоти обертання дизельних двигунів у порівнянні з уже відомими, дасть можливість при спрощеній конструкції вимірювача крутного моменту і підсумовуючого механізму, а також при залучених гідравлічних демпферах, механізмах перетворення і диференціювання регулюючих імпульсів, підвищити динамічну точність регулювання, вихідні техніко-економічні показники дизельних двигунів і покращити екологію довкілля, з одночасним підвищенням ефективності використання приводимих ними машин і агрегатів, що сприятиме розширенню області його застосування переважно на дизелях з турбонаддувом і з підвищеними вимогами до стабільного підтримання заданої частоти обертання при роботі їх в умовах різкоперемінних навантажень. 4 UA 116677 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 Шестиімпульсний регулятор частоти обертання дизельних двигунів, що містить вимірювач крутного моменту, вимірювач частоти обертання і зв'язаний з ними орган паливоподачі, який відрізняється тим, що вимірювач крутного моменту виконаний у вигляді планетарного редуктора, що органічно входить в конструкцію силового привода споживача енергії дизеля, зупинена ланка якого через важіль зв'язана зі штоком додатково установленого гідравлічного демпфера з регулювальним дроселем, відновлювальною пружиною і рухомим фланцем гідравлічної сильфонної передачі, додатково установлений блок приймання з розподільчою порожниною, сполученою із сильфонною передачею, перетворення, диференціювання і підсумовування регулюючих імпульсів виконаний у вигляді корпуса з основним і зв'язаним з ним допоміжним циліндрами, з яких основний з'єднаний торцями з першим, з регулювальним дроселем, і другим нерухомими фланцями, і трьох розміщених в ньому рухомих фланців, зв'язаними трьома сильфонами, з утворенням трьох порожнин, з яких перша порожнина утворена першим нерухомим, першим рухомим фланцями і першим сильфоном, друга порожнина - першим, другим і третім рухомими фланцями, а також другим і третім сильфонами, третя порожнина - другим і третім рухомими фланцями, третім сильфоном, основним циліндром корпуса і другим нерухомим фланцем, при цьому в одному торці допоміжного циліндра розміщений вимірювач і перетворювач тиску наддуву повітря в тиск робочої рідини у вигляді сильфона, сполученого пневмолінією із трубопроводом впускного тракта дизеля, а в другому торці - вимірювач і перетворювач частоти обертання із переміщення в тиск робочої рідини у вигляді сильфона, одним торцем зв'язаного через рухомий фланець з вихідною тягою відцентрового вимірювача частоти обертання, протилежним торцем - із торцем сильфона тиску наддувного повітря, а порожнина середньої частини його через отвори в нерухомому фланці і стінках з'єднаних циліндрів корпуса - з розподільною порожниною, а додатково установлений підсумовуючий механізм виконаний у вигляді другого фланця, розміщеного в напрямній, і з'єднаного тягою з першим рухомим фланцем, при цьому розподільна порожнина блока з першою порожниною перетворювача сигналів сполучена через регулювальний дросель, друга порожнина за допомогою гофрованої гідролінії і отвори в першому нерухомому і рухомому фланцях - безпосередньо, а третя порожнина сполучена з атмосферою через отвори в нерухомому фланці основного циліндра корпуса і третьому рухомому фланці, зв'язаному через підпружинений вихідний шток з органом паливоподачі. 5 UA 116677 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6