Variklių alkūninio veleno apsukų reguliavimo sistema
SAVARANKIŠKAS DARBAS
Klaipėda, 2016 m.
TURINYS
Įvadas 3
1. Laivo dyzelių veleno sukimosi dažnio reguliatorių klasifikavimas 4
2. Dviejų impulsų sukimosi dažnio reguliatorius. 7
3. Visų režimų netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius 8
Literatūros sąrašas 10
Paveikslų sąrašas 11
Įvadas
Variklis – tai mašina, kurioje energija paverčiama mechaniniu darbu. Atsižvelgiant į energijos rūšį, varikliai skirstomi į šiluminius, elektros, vandens, vėjo ir kt.
Šiluminiai varikliai šiluminę energiją, kuri gaunama sudeginus kurą, paverčia mechaniniu darbu. Šiluminiame variklyje vyksta du pagrindiniai procesai: 1) šilumos išsiskyrimas deginant kurą; 2) išskirtos šilumos vertimas į mechaninį darbą.
1. Laivo dyzelių veleno sukimosi dažnio reguliatorių klasifikavimas
Laivo dyzelių veleno sukimosi dažnio reguliatoriai klasifikuojami pagal tokius požymius:
veikimo principą – tiesioginio ir netiesioginio veikimo reguliatoriai;
užtikrinamų greičių režimų skaičių – veleno, dviejų ir visų režimų reguliatoriai;
pagal veikimo pobūdį, kuro tiekimą į dyzelį – prisotinamieji ir ribotinamieji reguliatoriai;
grįžtamojo ryšio rūšį – reguliatoriai su standžiu grįžtamuoju ryšiu ir izodrominiai;
pagal įvedamų impusų skaičių – veingubo impulso ir dvigubo impulso reguliatoriai;
pagal konstrukciją – prikabinami, įmontuoti, automatiniai reguliatoriai;
pagal energijos šaltinį – mechaniniai ir hidrauliniai reguliatoriai.
Tiesioginio ir netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatoriai. Tiesioginio veikimo reguliatoriai montuojami nedidelio galingumo varikliuose (300—500 kW). Labiausiai paplitęs yra išcentrinis reguliatorius kurio svareliai naudojami kaip jautrieji elementai. Svarelio poveikio pakanka kuro traukei perstumti, Vidutinio ir didelio galingumo varikliams naudojami netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorių nes svarelio poveikio neužtenka kuro traukei perstumti. Šių reguliatorių jautrusis elementas – išcentrinis įrenginys su svareliais arba išcentrinis siurblys, kaip agentas naudojamas tepalas.
Vieno, dviejų ir visų režimų sukimosi reguliatoriai. Vieno režimo reguliatoriai skirti vienam sukimosi dažniui palaikyti. Jie montuojami laivų dyzeliniuose generatoriuose, hidrovarikliuose, siurbliuose ir kituose pagalbiniuose mechanizmuose, kur reikalingas nuolatinis sukimosi dažnio palaikymas. Tokių reguliatorių konstrukcija leidžia palaikyti nedidelį sukimosi dažnį (dažniausiai ±10% perreguliavimą).
Dviejų režimų sukimosi dažnio reguliatoriai (kitaip maksimalaus ir minimalaus sukimosi dažnio reguliatoriai) sureaguoja ir pradeda veikti, jeigu sukimosi dažnis viršija maksimalų sukimosi dažnį arba yra žemiau minimalaus sukimosi dažnio. Jie naudojami laivų varikliuose su reversine mova arba su kintamojo žingsnio sraigtu. Tokių reguliatorių funkcija- apsaugoti variklius nuo sustojimo (veikimo sustabdymo).
Visų režimų reguliatoriai palaiko bet kokį užduotą režimą nuo minimalių iki maksimalių sukimosi dažnių. Jie montuojami laivo varikliuose su fiksuoto žingsnio sraigtu. Norint apsaugoti variklį nuo perkrovos, į reguliatoriaus sudėtį įtraukiamas įrenginys, kuris riboja apkrovą ir vykdo variklio funkcijas pagal užtveriamąją charakteristiką. Tam ribojamasis įrenginys turi išsidėstyti pagal programą, priklausomai nuo veleno sukimosi dažnio. Sudėčiai gali priklausyti įrenginiai, kurie distanciniu būdu keičia užduotą sukimosi dažnį, veikiant distanciniu automatizavimo valdymo režimu, arba įrenginys, kuris užtikrina minimalų galimą sukimosi dažnį, variklio apsaugą, padidintą kuro padavimo porciją paleidimo metu ir t.t.
Ribojantieji ir leistinieji sukimosi dažnio (apsukų) reguliatoriai. Ribojantysis reguliatorius skirtas variklio apsaugai nuo sukimosi dažnio didėjimo: jeigu dažnis darosi didesnis už leidžiamą viršutinę ribą, reguliatorius mažina kuro padavimo kiekį. Leistinasis reguliatorius taip pat vykdo apsaugos funkcijas: visiškai sustabdo kuro padavimą, jeigu variklio sukimosi dažnis viršija aukščiausią leidžiamą ribą. Ribojantysis ir šis reguliatorius neturi jokio poveikio, jeigu variklio sukimosi dažnis yra žemiau leidžiamos apatinės ribos. Konstrukcijomis ribojantysis reguliatorius sujungiamas su leistinuoju reguliatoriumi, o leistinasis reguliatorius yra visų režimų reguliatorius. Tokio reguliatoriaus pavyzdys yra švytuoklinio tipo reguliatorius, kuris montuojamas mažų apsukų varikliuose (1 pav.). Reguliatoriaus švytuoklė švytuoja nuo alkūninio veleno per ekscentriką. Ant švytuoklių sumontuoti svareliai – apatinis 1 ir viršutinis 11. Svarelio padėtis ir reguliavimo spyruoklių 3 ir 10 įtempimas užtikrinamas tokia eilės tvarka:
– jei sukimosi dažnis žemiau nominalios ribos: viršutinio svarelio 1 noselės 9 išsikiša, o apatinio svarelio noselės 5 prisispaudžia, ir kai švytuoklė 2 švytuoja, kuro siurblių reguliavimo svirtis visada būna apatinėje padėtyje; tuo metu kuro siurbliai įjungti;
– jei sukimosi dažnis yra daugiau kaip 105 % nuo nominalaus: apatinio svarelio noselė 5 išsikiša, kaip ir viršutinio, ir švytuoklė 2 švytuoja kartu su kuro siurblių reguliavimo svirtimi 4. Atliekamos kuro siurblių vienkartinio išjungimo (einant j viršų) ir vienkartinio įjungimo (einant j apačią) funkcijos per vieną alkūninio veleno apsisukimą ir mažinamas kuro tiekimas varikliui;
– jei sukimosi dažnis yra 110 % nuo nominalios ribos: apatinio svarelio noselė išsikiša, o viršutinio svarelio 1 noselė 9 prisispaudžia, kuro siurblių Švytuojančios švytuoklės reguliavimo svirtis 4 visada yra viršutinėje padėtyje; tada kuro siurbliai išjungti;
– kai sukimosi dažnis mažėja, vėl prasideda kuro tiekimas.
Norint sušvelninti stiprų ir greitą smūginj poveikj kuro siurblių valdymo sistemai, j reguliatoriaus konstrukciją įmontuotas amortizatorius 8. Spyruoklinis fiksatorius, kuris prisispaudžia prie kumštelio 7, sulaiko kuro siurblių svirtį 4 kraštutinėje padėtyje (apatinėje arba viršutinėje). Toks reguliatorius patikimai saugo variklj nuo sukimosi dažnio padidėjimo virš leidžiamos ribos, „apsinuoginant“ sraigtui.
1 pav. Svytuoklinio tipo leistinasis sukimosi dažnio reguliatorius
Kitoms leistinoms reguliatoriaus konstrukcijoms suteiktas reguliatoriaus arba apsauginio reguliatoriaus pavadinimas. Tuo atveju, jeigu sukimosi dažnis viršija leistiną dažnį, reguliatorius atjungia kuro padavimą | varikl|. Tokios konstrukcijos montuojamos varikliuose, turinčiuose visų režimų arba vieno režimo sukimosi dažnio reguliatorius. Saugos reguliatoriai įsijungia, jeigu pagrindiniai reguliatoriai nesugeba palaikyti reikiamo sukimosi dažnio.
2 pav. Netiesioginio sukimosi dažnio reguliatorius su izodrominiu grįžtamuoju ryšiu.
Kinematinė schema (a) ir statinė charakteristika (b)
1 – sukimosi dažnio daviklis; 2 – izodromas; 3 – izodromo spyruoklė; 4 – izodromo droselinis vožtuvas; 5 – servo variklis; 6 – sklendžių stiprintuvas
2. Dviejų impulsų sukimosi dažnio reguliatorius.
Kad dyzelinio generatoriaus alkūninio veleno sukimosi dažnio nuokiypis nuo nominalios reikšmės būtu mažesnis ir tuo pačiu metu palaikytų geras dinamines charakteristikas arba būtų tolygus galios pasiskirstymas veikiant dyzeliniams generatoriams lygiagrečiai, naudojamas dviejų impulsų sukimosi dažnio reguliatorius. Pirmas impulsas, kaip ir vieno impulso reguliatoriuje, yra sukimosi dažnio keitimas, o antras impulsas keičia apkrovą. Dėl antro impulso, kuris perstumia statinę charakteristiką lygiagrečiai, gaunama astatinė charakteristika. Kad būtų galima užtikrinti kokybišką proceso perėjimą (su mažais sukimosi dažnio sutrikimais), leidžiamas gana didelis reguliavimo netolygumas, priklausantis nuo sukimosi dažnio, veikiant impulsui. Dviejų impulsų sukimosi dažnio reguliatoriaus apkrovos su antru impulsu principinė schema ir charakteristika parodyta 3 pav. Schemoje išėjimo signalai nuo sukimosi dažnio ir apkrovos daviklių sumuojami hidrauliniame stiprintuve. Galimi ir kiti antro apkrovos impulso įjungimo variantai.
3 pav. Dviejų impulsų netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius su standžių grįžtamuoju ryšiu.
Kinematinė schema (a) ir statinė charakteristika (b)
1 – suimosi dažnio daviklis; 2 – sklendė; 3 – servovariklis; 4 – įvorė; 5 – apkrovos daviklis;
AB – dviejų impulsų greičio reguliatoriaus astatinė charakteristika; CD- statinių charakteristikų grupė, veikiant vienu impulsu pagal greitį
3. Visų režimų netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius
Tokie reguliatoriai montuojami daugelyje variklių. Šio reguliatoriaus schema, bendras vaizdas ir konstrukcija pavaizduota 4 pav. Reguliatorius pagamintas kaip autonominis blokas su vertikalaus veleno pavara. Reguliatoriaus agentas yra tepalas, kuris tiekiamas į reguliatorių įmontuotu tepalo siurbliu.
Paleidžiant variklį, kai tepalo slėgis mažas, dėl plotų skirtumo servomotoro stūmoklis juda į viršų ir padidina kuro tiekimą paleidžiamam varikliui. Keičiant užduotą sukimosi dažnį, yra veikiama spyruoklinio matuoklio 10 viršutinė atrama. Kad būtų išsaugota linijinė priklausomybė tarp viršutinės atramos 10 judėjimo ir sukimosi dažnio nustatymo, matuoklio spyruoklė turi specialų parabolinį profilį. Viršutinėje atramoje 10 sumuojamas grįžtamojo ryšio poveikis.
Reguliatoriaus konstrukcijoje numatytas izodrominis grįžtamasis ryšys. Kaip izodrominio priėmimo stūmoklis naudojama sklendės 7 apatinė dalis, o stūmoklis 5 pagamintas atskirai ir sujungtas su servovarikliu svirtine pavara. Siekiant apsaugoti grįžtamąjį ryšį nuo didelių ir greitų trukdžių, į reguliatoriaus konstrukciją įmontuojamas kolektorius 36, kuris sumažina grįžtamojo ryšio dydį, jeigu slėgis kanaluose viršija užduotą.
4 pav. Visų režimų izodrominis netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius P13M
1 — servovariklio sektorius; 2 – kumštelinis sektorius; 3 – grįžtamojo ryšio velenėlis; 4 – ištisinis servomotoro velenas; 5 – izodromo stūmoklis; 6 – izodromo pirštas; 7 – matuoklio sklendė;
8 — grįžtamojo ryšio svirtis; 9 – matuoklio lėkštė; 10 – spyruoklės viršutinė atrama; 11 — sklendės koto atraminė lėkštė; 12 – apkrovos apribojimo šakotinė svirtis; 13 – apsukų rankenėlė;
14 — skersinis servomotoro velenas; 15 – traukė prie kuro siurblių traukės; 16 — vežimėlis;
17 — distancinio sukimosi dažnio valdymo velenėlis; 18 – skersinė sija; 19 — akumuliatorius;
20 — apkrovos ribojimo svirtis; 21 – stūmoklis; 22 – stūmoklio krumpliaratis; 23 – automatinės apkrovos ribojimo krumpliaratis; 24, 25 — krumpliaratis ir rankinės apkrovos rodyklė;
26 – automatinio apkrovos ribojimo rodyklė; 27 – apkrovos rodyklė; 28 – pavaros velenėlis;
29 – statinio reguliavimo sliekas; 30 – kilpa; 31 – ekscentrikas; 32 – grįžtamojo ryšio švaistiklis;
33 — tepalo siurblio vožtuvas; 34 – tepalo siurblys; 35 – izodromo adata; 36 – kolektorius;
37 – servomotoro stūmoklis; 38 – matuoklio svareliai; 39 – tamprioji mova
Norint gauti statinės charakteristikos poslinkį, į reguliatoriaus konstrukciją įvedamas standus grįžtamasis ryšys 8, reguliavimo netolygumas keičiasi nuo 0 iki 6 %. Reguliatoriaus konstrukcijoje numatytas variklio apkrovimą apribojantis įrenginys. Variklio apkrovimą galima reguliuoti automatiškai ir mechaniškai – tai priklauso nuo variklio sukimosi dažnio. Judant servovariklio stūmokliui 37, pasisuka velenas 4 ir per svirtis su sekcijomis pasisuka krumpliaratis 22, kuris turi išsikišimus. Užbėgant krumpliaračio 22 išsikišimams ant krumpliaračių 24 arba 23 kumštelių, krumpliaratis 24 pasislenka ištisai ašies. Svirtis 20 pasisuka per svirtį 12, jungiamąjį galą su lėkšte 11, pakelia sklendę 7 ir sustabdo tolesnį servovariklio stūmoklio 37 judėjimą, kaip ir tolesnį kuro tiekimo didėjimą.
5 pav. Visų režimų izodrominis netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius P13M (konstrukcija)
1 – pavaros velenėlis; 2 – izodromo stūmoklis; 3 – matuoklio spyruoklė; 4 – matuoklio svareliai;
5 – matuoklio sklendė; 6 – sklendės įvorė; 7 – tarpinis velenėlis; 8 – tepalo siurblio krumpliaratis;
9 – akumuliatoriaus spyruoklė; 10 – servovariklio ištisinis velenas; 11 – servovariklio stūmoklis
Literatūros sąrašas
Lukauskas I., Laivų vidaus degimo varikliai. Klaipėda, 2007 m.
Urbas V., Automatikos pagrindai. Klaipėda, 2010 m.
Urbas V., Laivų energetinių įrenginių automatizavimo sistemos. Klaipėda, 2014 m.
Urbonas V., Laivų energetinių įrenginių eksploatacija. Klaipėda, 2008 m.
Paveikslų sąrašas
1 pav. Svytuoklinio tipo leistinasis sukimosi dažnio reguliatorius 6
2 pav. Netiesioginio sukimosi dažnio reguliatorius su izodrominiu grįžtamuoju ryšiu. 6
3 pav. Dviejų impulsų netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius su standžių grįžtamuoju ryšiu. 8
4 pav. Visų režimų izodrominis netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius P13M 9
5 pav. Visų režimų izodrominis netiesioginio veikimo sukimosi dažnio reguliatorius P13M (konstrukcija) 10