模块六柴油机的调速装置Word格式文档下载.docx

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其中间转速由人工手动调节。

此种调速器用于对低速性能要求较高或带有离合器的中小型船用主机。

（4）全制式调速器在从最低稳定转速到最高转速的全部运转范围内，均能自动调节喷油量以保持任一设定转速。

此种调速器广泛用于船舶主机及柴油机发电机组。

2．按执行机构分类

（1）机械式（直接作用式）调速器利用飞重产生的离心力直接去移动油量调节机构以调节柴油机的转速。

（2）液压（间接作用式）调速器它是通过液压伺服器将飞重产生的离心力加以放大，使用放大后的动力去移动油量调节机构。

（3）电子调速器转速信号监测或/和执行机构采用电气方式的调速器。

三、超速保护装置

1．作用：

防止在调速器损坏时造成柴油机超速而损坏。

超速保护装置是一种运转安全装置，与调速器不一样，它只限制柴油机转速，本身无调速特性。

在柴油机正常运转范围内不起作用，只在转速达到规定值时才发生动作使柴油机立即停车或降速。

我国有关规定：

Nb≥220KW的主机和柴油发电机应装超速保护装置，以防主机n＞120%nb，柴油发电机n＞115%nb。

2．组成：

离心式——中型机

转速监测器：

对曲轴转速进行测定电磁式——中、低速机

弹簧—需人工复位气压式——小型机

超速保护伺服机构：

气压

液压结构复杂，不需人工复位

停车机构：

受伺服机构控制，切断燃油供给或停止气缸供气

单元二机械调速器

一、结构和工作原理

1．结构：

飞重滑动套筒调速弹簧调速螺钉油量调节杆

2．工作原理：

按力平衡原理工作

①当柴油机功率与外界负荷平衡时，柴油机在某一转速下稳定工作，飞重产生的离心力与弹簧的预紧力平衡，油量调节杆不动。

F=P

②当外界负荷减小时，柴油机发出的功率大于外界负荷，转速升高，飞重产生的离心力大于弹簧的预紧力，滑动套筒上移，调速弹簧被压缩，油量调节杆向减油方向移动，转速降低。

但调节后的转速比原转速要稍高。

F+△F=P+△P

③当外界负荷增大时，柴油机发出的功率小于外界负荷，转速降低，飞重产生的离心力小于弹簧的预紧力，滑动套筒下移，调速弹簧被放松，油量调节杆向加油方向移动，转速升高。

但调节后的转速比原转速要稍低。

F-△F=P-△P

④机械调速器的设定转速取决于调速弹簧的预紧力，预紧力越大，设定转速越高，而弹簧的预紧力是通过调节螺钉加以调节。

逆时针旋出螺钉，弹簧的预紧力降低，设定转速下降；

反之，顺时针旋进螺钉，弹簧的预紧力增加，设定转速升高。

机械调速器的工作能力较小，其灵敏度和精度均较差，但其结构简单，维护方便。

多用于中、小型柴油机。

二、调速器的性能指标

调速器的性能好坏直接影响柴油机运转的稳定性和可靠性。

调速器装机后，在柴油机性能鉴定时，应对柴油机进行突变负荷试验，同时用转速自动记录仪记录柴油机的转速随时间的变化曲线，用以分析调速器的工作性能。

图7-12所示曲线即为柴油机进行突变负荷试验时得到的调速过程转速变化曲线。

柴油机先在最高空载转速nomax下稳定运转，在某瞬时突加全负荷，转速立即下降，瞬时转速下降到最低瞬时转速nmin。

此后由于调速器的调节，转速又回升，经过一段时间ts并经数次收敛性波动后，转速稳定在全负荷稳定转速nb。

此调节过程称调节的过渡过程。

试验还可以从其后某点突卸全负荷开始，转速突然增高至最高瞬时转速nmax，由调速器的调节，转速又下降，经过ts时间后，转速又稳定在最高空载转速nomax。

图7-12调速过程转速变化曲线

评定调速器性能有以下两种工作指标：

1．静态指标

l）稳定调速率δ2

指当操纵手柄在标定供油位置时，最高空载转速nomax与标定转速nb之差同标定转速nb比值的百分数，即：

稳定调速率δ2用来衡量调速器的准确性，其值愈小，表示调速器的准确性愈好。

δ2在国外称速度降（Speeddroop）。

对单台柴油机运转允许δ2=0，表示该柴油机将不随外界负荷变化而保持恒速运转。

但在几台柴油机并联工作时，为使各机负荷分配合理，各机的δ2必须相等且不得为零。

对δ2的要求应根据柴油机的用途而定。

我国有关规范规定，船用主机的δ2≯10%；

交流发电机的δ2≯5%。

2）转速波动率Φ或转速变化率φ

转速波动率

转速变化率

式中：

ncmax——测定期间的最高转速，r/min；

ncmin——测定期间的最低转速，r/min；

nm——测定期间的平均转速，r/min，nm=（ncmax+ncmin）/2。

一般，在标定工况时Φ≤（0.25~0.5）%；

φ≤（0.5~1）%。

3）不灵敏度ε

令：

n1——柴油机转速减少时，调速器开始起作用的转速，r/min；

n2——柴油机转速增加时，调速器开始起作用的转速，r/min；

nm——柴油机平均转速，r/min，nm=（n1+n2）/2。

不灵敏度过大会引起柴油机转速不稳定，严重时会导致调速器失去作用发生飞车，一般规定在标定转速时ε≤（1.5~2）%；

而在最低稳定转速时ε≤（10~13）%。

2．动态指标

1）瞬时调速率δ1

突卸全负荷瞬时调速率

nmax——突卸100％负荷时的最高瞬时转速；

nb——突卸100％负荷前的稳定转速（标定转速）。

突加全负荷瞬时调速率

nmin——突加100％负荷时的最低瞬时转速；

nomax——突加100％负荷前的稳定转速（空载转速）。

我国有关规范要求发电柴油机的

≯10％；

（突加50％后再加50％全负荷）≯10％。

2）稳定时间ts

指从突加（或突减）全负荷后转速刚偏离最高空载转速的波动范围（或标定转速的波动范围）到转速恢复到标定转速的波动范围（或最高空载转速的波动范围）为止所需时间（s）。

我国有关规范规定，交流发电机ts≯5s。

单元三液压调速器

一、液压调速器工作原理

1．无反馈液压调速器

（1）结构：

飞重3、速度杆2、弹簧4、驱动轴11、飞重支架1、液压伺服器6、滑阀7、齿轮油泵8以及连接速度杆2和滑阀7的联接摇杆5。

溢流阀9。

（2）工作原理：

①柴油机稳定运转时，飞重产生的离心力与弹簧的预紧力平衡。

②当外负荷减少时，驱动轴转速升高，飞重离心力增加，速度杆右移。

滑阀右移，动力活塞带动齿条左移，供油量减少。

调节过程结束。

动力活塞在新的平衡位置不动。

③当外负荷增加、转速降低时，调速过程按相反方向进行。

缺点：

调速系统的惯性，使滑阀动力活塞的运动总滞后于柴油机转速的变化，调节过程转速波动、不稳定，无法满足使用要求。

为了使调速器能稳定调节，应在调速器中加入一种装置，其作用是在伺服活塞移动的同时对滑阀产生一个反作用，使其向平衡位置的方向移动，减少柴油机转速波动的可能性。

这种装置称为反馈机构。

2．刚性反馈液压调速器。

构造与上述无反馈液压调速器基本相同，只是杠杆AC的上端A不安装在固定的铰链上，而是与伺服活塞3的活塞杆相连。

具有刚性反馈的液压调速器，可以保证调速过程具有稳定的工作特性，但负荷改变后，柴油机转速发生变化，稳定速差率δ2不能为零。

3．弹性反馈液压调速器：

在装置中加入一个弹性环节——缓冲器和弹簧

图9-28具有弹性反馈液压调速器

当发动机负荷减小时，转速增大，飞重12的离心力增加。

同样，滑阀8右移，而伺服活塞5则左移，减少喷油泵的供油量。

当活塞5的运动速度很快时，由于缓冲器4中滑油的阻尼作用，缓冲器4和缓冲活塞3就像一个刚体一样地运动。

随着伺服活塞5的左移，缓冲器和AC杠杆上的A点也向左移动。

这一过程和上述刚性反馈系统的调速器完全相同。

但当调速过程接近终了时，滑阀8已回到原来的位置，遮住了通往伺服油缸的油路6、7，此时缓冲器和伺服活塞已停留在与新负荷相应的位置上。

被压缩的弹簧2由于有弹性复原的作用，因此使A点带动缓冲器活塞3相对于缓冲器油缸4移向右方，回到原来位置。

缓冲活塞右方油缸中的油经节流阀流到左方。

于是，AC杠杆上的各点都恢复到原来的位置，此时调速器的套筒10亦因转速复原而回到原来的位置。

这样，发动机的稳定转速就保持不变。

当负荷增加时,动作过程相反。

这种调速器没有静速差，即δ2=0。

目前船舶上广泛采用同时具有弹性反馈机构和刚性反馈机构的双反馈液压调速器。

这种调速器稳定性高，δ2大小可调，转速调节精度和灵敏度高。

】

液压调速器的特点是：

具有广阔的转速调节范围、调节精度和灵敏度高，稳定性好，广泛用于船舶大、中型柴油机。

但其结构复杂，管理要求高。

二、液压调速器的典型结构

船用柴油机使用的液压调速器大多为双反馈全制式。

杠杆式（UG40）用于主机

类型UG--表盘式（UG8）用于发电柴油机

PGA--气动遥控式，多用于遥控主机

1．WoodwardUG8表盘式液压调速器

（1）表盘上有四个旋钮：

①调速旋钮：

位于面板右上方，作用是调节设定转速。

②转速指示旋钮：

位于面板右下方，作用是指示设定转速的高低，该旋钮不可调。

③速度降旋钮：

位于面板左上方，作用是调节δ2。

④负荷限制旋钮：

位于面板左下方，作用是限制喷油泵循环供油量的加油份额。

（2）结构

①驱动机构驱动轴28由柴油机凸轮轴经伞齿轮传动，通过油泵齿轮22、弹性轴37、传动齿轮和飞重架等使飞重39等转动，从而将柴油机的转速信号传给感应机构。

②转速感应机构由飞重39。

锥形调速弹簧8及调速杆38组成，用以感受和反映转速的变化。

③伺服放大机构由控制滑阀36、控制滑阀套筒34、动力活塞23以及有关油路组成。

用来放大感应机构的输出能量。

④调节机构由动力活塞23、输出轴12及油量调节杆13等组成。

用来拉动调油杆调节供油量。

⑤恒速（弹性）反馈机构主要由大反馈活塞33、小反馈活塞30、上下反馈弹簧29、补偿针阀31、反馈杠杆45和40、可调支点47、反馈指针46以及反馈油路等组成。

其作用是保证调速过程中转速稳定。

⑥速度降（静速差）机构主要由速度降旋钮2、凸轮1、顶杆4、拉紧弹簧3、可调支持销6、速度降杆7和速度降指针5等组成。

它是一种刚性反馈机构，不仅能使调节过程稳定，而且还能调节稳定调速率δ2以满足调节稳定性及并联运行的工作需要。

⑦速度设定机构由两部分组成：

其一由调速旋钮42、传动齿轮41、43和调速齿轮44组成；

其二由调速电机（图7-14中之6）及蜗轮减速机构等组成。

前者用于调速器前手动调节，后者用于配电盘处遥控，均通过改变弹簧8的预紧力改变柴油机的稳定转速。

⑧负荷限制机构由负荷限制旋钮16、负荷限制指针14、负荷限制凸轮5、控制杆17、紧急停车杆24、限制杆25、限制销26、齿条11、齿轮10、负荷指针9等组成。

用以限制动力活塞的加油行程。

如图示限制指针14位于表盘刻度“10”（最大）处，而此时动力活塞的实际加油行程由指针9指示为“5”处。

此时在杆17与凸轮15之间具有间隙，滑阀36的下移不受限制，动力活塞继续上行加大供油量，当动力活塞上行至最大供油位置时，指针9指示“10”，杆17与凸轮15刚好接触，限制滑阀36继续下移，即动力活塞限制在供油“10”处。

同理若指针14置于“8”、“6”、“4”刻度处，柴油机的供油量亦被限制在“8”、“6”、“4”处。

若转动旋钮16至“0”刻度，则柴油机自行停车。

柴油机起动时为防加速过快应将负荷限制旋钮置于“5”；

待起动之后运转正常将负荷限制旋钮转至“10”或规定位置。

按下停车杆24可使滑阀36抬起，动力活塞23下行减油停车。

但此杆仅在调速器试验中使用，并非在柴油机运转中使用。

但可在其上方装设安全停车辅助装置以保护柴油机。

⑨液压系统由低压油池、齿轮泵22、稳压油缸18及稳压活塞及有关油路组成。

用于产生并维持规定的油压。

（3）工作原理

①当柴油机在某一负荷下稳定工作时，飞重39的离心力与调速弹簧8的预紧力相平衡，滑阀38处于图示中间位置将控制孔27封闭，动力活塞23下方空间封闭，动力活塞固定不动，输出轴12和油量调节杆13等均固定在某一位置，使柴油机有一个相应于外负荷的供油量。

柴油机在由弹簧8所设定的转速稳定运转。

②当负荷增大时，转速下降，飞重的离心力小于弹簧的预紧力，飞重向内收拢，调速杆38下移，使浮动杆35以右端C为支点向下摆动，推动滑阀36下移并打开套筒上的控制孔27，高压油进入动力活塞23的下腔。

由于动力活塞下面面积为上面面积的两倍，致使动力活塞向上移动并带动输出轴12逆时针方向转动加油，增加柴油机供油量使转速回升。

/随着输出轴12逆时针转动的同时，反馈杠杆45的左端上移，右端以可调支点47为中心下移，带动大反馈活塞33下移，压缩补偿空间32中的滑油，由于补偿针阀31的节流作用（31的开度小），致使小反馈活塞30上移并压缩反馈弹簧29。

此时浮动杆35以左端A为支点逆时针方向转动，带动滑阀36上移，使其提前返回平衡位置，重新封闭控制孔27使动力活塞23提前停止加油移动。

此后，由于反馈弹簧29的恢复作用，将使小反馈活塞30逐渐下移复位，多余的滑油由针阀31排出。

此下移速度如能与调速杆38的上行速度相适应，就能使滑阀36不必再动迅速稳定在平衡位置，使柴油机转速更快稳定下来。

浮动杆35恢复原位，柴油机恒速转动。

上述反馈动作即为弹性（恒速）反馈。

实际上，此反馈动作并非一次完成。

而是要反复多次，一直持续到油量增加到与负荷增加相适应，使柴油机恢复至原工作转速。

/另外，当轴12逆时针方向转动加油的同时，还带动速度降杆7绕可调支持销按逆时针方向转动，其右端上移，中心螺杆和调速齿轮44随即一起上移，将调速弹簧8稍微放松，由此使柴油机在负荷增加后的稳定工作转速较原工作转速稍有降低，亦即保证一定的速度降。

③当负荷减小时，调速器的调节过程与上述相反。

2．WoodwardPGA调速器

PGA调速器的结构由主体部分、速度设定部分和速度降机构三部分组成。

（1）调速器主体部分

由齿轮油泵4、蓄压器1、调速弹簧29、飞重组件30、推力轴承31、滑阀8、回转套筒9、阻尼补偿系统12和10，伺服油缸17等组成。

其工作原理与上述UG8调速器基本相同，而弹性反馈机构改用一种由阻尼活塞12、弹簧和针阀10组成的阻尼补偿系统。

当柴油机的外负荷增大时，转速下降，滑阀8下行，压力油进入阻尼活塞12的左侧并推动它右移，把右侧的油压入伺服油缸17内动力活塞的下部，推动动力活塞上行，加大油门使柴油机加速。

与此同时阻尼活塞12左右两侧的油压同时作用在位于滑阀8上部的补偿环带7的两侧，且下侧油压大于上侧油压，产生向上的补偿力使滑阀上移提前复位，即产生负反馈作用。

此后，由于另一方面，阻尼活塞的缓慢左移复位，使此补偿力逐渐减小。

最后当转速恢复至原设定转速稳定运转时，补偿力消失，飞重恢复至垂直位置，滑阀与阻尼活塞均恢复至原中央位置，而动力活塞稳定在新的位置上。

柴油机在增大的供油量下稳定运转。

（2）速度设定部分

由气压（控制空气压力：

0.049～0.50MPa）设定与手动设定机构两部分构成。

①气动式转速设定机构主要由波纹管39、速度设定滑阀35、单作用弹簧支承的液压速度设定油缸28以及使滑阀35回中的复位机构（活塞杆25、复位杆45、可调支点41、复位弹簧44等）等组成。

当作用在波纹管外侧的控制空气压力恰好与复位弹簧向上的力平衡时，滑阀柱塞处于中央位置，控制带封闭控制孔，速度设定活塞固定不动，调速弹簧的预紧力不变，n不变。

当输入到波纹管39外侧的控制空气压力增高时（即要求设定转速增高）、波纹管被压缩向下的力大于复位弹簧44的向上作用力，波纹管被压缩使速度设定滑阀35下移，高压工作油进入速度设定活塞27的上方并推动设定活塞27下移，增加调速弹簧29的预紧力，即设定转速增高。

与活塞杆25下移的同时，复位杆45以可调支点41为支点顺时针方向转动，增大了弹簧44与负荷弹簧46向上的拉力，并与波纹管向下的作用力相互平衡。

同时通过“C”形框向上拉动滑阀35使它恢复到中央位置，封闭速度设定活塞的压力油管，设定活塞27固定不动，给出一个较高的设定转速。

欲降低设定转速而降低控制空气压力时，上述速度设定机构按相反过程动作。

②手动转速设定机构主要由手动速度调节旋钮54、引导螺帽53、连杆52、滑环50、速度设定螺帽48、高速停车调整螺钉49、高速停车销51和“T”形带有滚珠轴承支架的手动速度设定螺丝组件47等组成。

在没有控制空气时，借助于本机构可在机旁任意设定柴油机的工作转速。

若需提高设定转速，可顺时针方向转动旋钮54，螺母53左移，通过连杆52、滑环50拉动设定螺母48下移并带动螺钉组件47和轴承41一起下移。

相应于螺母48下移的某一位置，负荷弹簧46拉下复位杆45并通过低速调节螺钉42、“C”形框38等使滑阀35下移离开中央位置。

压力油进入活塞27上方使其下移，增加调速弹簧29的预紧力，提高了设定转速。

此后由复位杆45顺时针方向转动并通过复位弹簧44提起滑阀35至中央位置，切断压力油，设定活塞27固定不动。

柴油机在较高设定转速下稳定工作。

同理逆时针方向转动旋钮54可降低设定转速。

（3）速度降机构

由动力活塞上的尾杆18、速度降杆20以及速度降凸轮23等组成。

本机构为一刚性反馈机构。

当动力活塞上移增加供油量时，尾杆18上行推动杆20并通过速度降凸轮23的锁紧螺钉使速度降凸轮转动，使速度降柱塞24稍微上移放松调速弹簧29的预紧力，保证一定的稳定调速率。

反之，当动力活塞下行减油时，由速度降凸轮稍微增大调速弹簧的预紧力。

三、液压调速器的调节

1稳定调速率δ2的调节

（1）δ2的作用

①提高调速过程的稳定性。

δ2越大，稳定性越好。

②对并联运行柴油机间所承担的负荷进行自动调节。

（2）并联运行柴油机对δ2的要求

①若两台功率相等并联运行的柴油机（δ2）A=（δ2）B=0，则两机之间的负荷分配是任意的。

不能使用。

②若两台功率相等并联运行的柴油机（δ2）A=（δ2）B＞0，则两机之间的负荷均匀分配。

③若两台功率相等并联运行的柴油机（δ2）A＞（δ2）B＞0，则两机之间的负荷分配不均匀，δ2大的承担负荷小，δ2小的承担负荷大。

结论：

对于多台并联运行的发电柴油机，要使各机所承担的负荷总能自动与其标定功率成正比，必须δ2相等且大于零，转速设定值一样。

各机的δ2值还应满足有关规范的规定要求。

（3）δ2的调节

液压调速器的δ2可通过速度降机构（刚性反馈机构）进行调节。

前述的Woodward液压调速器调节方法如下：

（a）表盘式调速器可通过其正面表盘上的速度降旋钮8进行调节。

顺时针方向转动此旋钮，可通过速度降机构增大可调支持销6（图7-15）相对调速弹簧8轴线的距离，从而可增大δ2，若使支持销6与弹簧8轴线重合，则其δ2=0。

按使用要求应将此旋钮转至刻度为30～50处，表示相应的δ2=（3～5）％。

（b）杠杆式、PGA型调速器壳体外部无δ2调节机构。

如需调节δ2值，应打开调速器顶盖，旋松速度降凸轮上的锁紧螺钉，则速度降凸轮可沿支点销上的槽道滑动。

若将速度降凸轮沿槽道向右滑动，即朝向动力活塞尾杆18的方向移动凸轮，则δ2值增大；

反向移动凸轮则δ2值减小。

若使凸轮中心线与支点销中心线重合，则δ2值为零。

在这些调速器中δ2的调节范围约为0～12％。

机械调速器的δ2值与其结构参数有关，除非更换调速弹簧或飞重等零件,δ2一般是不可调整的。

2．稳定性调节

方法有二：

一是扳动反馈指针，以改变可调支点的位置，从而调节反馈行程的大小；

二是调节补偿针阀的开度，用以调节反馈速度的快慢。

（1）反馈指针对稳定性的影响

若反馈指针指向“最大”位置，反馈行程过大，控制滑阀过早提前复位而产生供油量调节不足。

反之，反馈指针指向“最小”位置，反馈行程过小，产生供油量调节过度现象。

以上两种情况均会导致调速过程产生严重的速度波动，稳定性变差。

（2）补偿针阀对稳定性的影响

若补偿针阀开度过小，节流作用增强，负反馈作用增强，滑阀复位提前，造成供油量调节不足，会使转速恢复时间过长；

若补偿针阀开度过大，节流作用减弱，负反馈作用减弱，滑阀复位滞后，造成供油量调节过度；

因此，反馈指针的位置和补偿针阀的开度应适当。

其原则是在尽可能小的反馈指针刻度下，保证针阀开度符合相应说明书要求。

如UG-40调速器要求针阀开度为1／4～1／2转；

UG-8调速器要求1／8～1／4转（1955年前产品）、1/2～3/4转（1955年后产品）；

PGA调速器要求1/16转～2转。

在任何情况下均不得把补偿针阀全部关死。

（3）稳定性调节步骤如下（以UG型为例）：

原则：

在尽可能小的反馈指针刻度下，保证补偿针阀开度符合说明书要求。

①调速前的准备使柴油机在无负荷下空车运转，当柴油机转速和调速器的滑油温度上升到正常值时，方能进行调节。

这时须有专人掌握燃油杆，以备人工切断供油。

②调速器滑油驱气把反馈指针放在最大位置，补偿针阀旋出几转，松开调速器上的透气塞，使柴油机处于游车状态，让柴油机转速波动1～1.5min。

③无负荷调整反馈指针置于刻度“3”处；

人为地使柴油机转速波动并逐渐关小补偿针阀，直至柴油机转速波动消失为止，检查此时针阀的开度（可将针阀慢慢关死并记住至全关死的圈数，然后返回原来位置）。

如其开度符合说明书规定，则调节完成；