§ 13. Изодромный астатический регулятор дизеля и рекомендации по его настройке
Неудовлетворительная работа регуляторов частоты вращения дизелей может привести к аварийным случаям. Так, в 1975 г. при ходе БМРТ «Прикарпатье» (типа «Алтай») с тралом в момент маневрирования произошло отключение из схемы гребного электродвигателя и двух из четырех работавших параллельно генераторов. Из-за значительного снижения напряжения (и частоты) на шинах, на которые работали оставшиеся два дизель- генератора, отключился контактор возбудителя ГЭД. Вследствие этого сработала защита от обрыва цепи возбуждения ГЭД и отключился автомат ГЭД. Таким образом, в сложной навигационной обстановке судно потеряло управляемость из-за несовершенства настройки регуляторов частоты вращения дизелей.
Рассмотрим работу изодромного астатического регулятора частоты вращения, устанавливаемого на дизелях типа Д100 и Д50, которые нашли применение в качестве приводных двигателей ГЭУ судов отечественного производства. Следует отметить, что регуляторы частоты вращения типа «Вудворт», применяемые на ряде судов, в частности на ледоколах типа «Москва», по своему принципу действия аналогичны регулятору дизелей типа Д100.
Регулятор частоты вращения (рис. 88) выпускается в двух модификациях: с жесткой обратной связью и без нее. В ГЭУ, как правило, применяются регуляторы, имеющие стабилизирующее устройство только в виде изодромной обратной связи.
Регуляторы с жесткой обратной связью применяются на дизель-генераторах судовых электростанций. Всережимный регулятор дизеля ЗД100 является регулятором непрямого действия с грузовым чувствительным элементом и гидравлическим усилителем.
Чувствительный элемент регулятора состоит из всережимной пружины 3, переменной по профилю и шагу, двух грузов 10, вращающихся на подшипниках траверсы, и тарелки 4, жестко
связанной с преобразующим золотником 5 гидроусилителя. Траверса приводится во вращение от приводного вала.
Рис. 88. Регулятор дизеля типа Д100. 1 — сектор; 2 — гильза.
Сервомотор одностороннего действия регулятора состоит из поршня 12, штока 15 и возвратной пружины 11. Давление в полости регулятора, создаваемое шестеренчатым насосом 7, поддерживается масляным аккумулятором 6. Изодромная обратная связь состоит из поршня 14, игольчатого клапана 13, пружины изодрома 8 и ступенчатого золотника 9. Заданная частота вращения дизеля обеспечивается соответствующим изменением натяжения всережимной пружины. С помощью жесткой обратной связи регулятора можно изменять степень неравномерности в пределах от 2 до 4%.
При уменьшении нагрузки частота вращения дизеля возрастает и рычаги с грузами 10 расходятся, приподнимая плунжер. Нижний поясок последнего открывает отверстие во втулке золотника 9, и масло из-под поршня 12 будет протекать в масляную ванну. Под действием пружины 11 поршень сервомотора 12 и шток сервомотора 15 будут смещаться вниз, вследствие чего уменьшатся подача топлива и соответственно частота вращения дизеля. При этом втулка золотника 9 будет двигаться вверх (вследствие образования над его пояском разрежения), сжимая пружину золотника 8. Поскольку постоянная времени втулки золотника 9 (совместно с пружиной 8) незначительна, втулка золотника достаточно быстро достигает положения, при котором отверстие в нем перекрывается пояском плунжера 5, в результате движение штока 15 прекращается. Из-за малого проходного сечения игольчатого клапана 13 масло, проходящее через него, не оказывает заметного влияния на величину разрежения во время быстрого движения поршня 14. Постоянная времени изодрома Ti, настройка которой производится игольчатым клапаном 13, как правило, бывает более чем на порядок выше постоянной времени сервомотора Ts.
Дальнейшая динамика регулятора зависит от настройки постоянной времени изодрома. По мере протекания масла (скорость протекания масла определяется значением Ti) через игольчатый клапан 13 втулка золотника 9 под действием пружины 8 возвращается в исходное положение.
Если постоянная времени Ti равна постоянной времени системы первичный двигатель — генератор, то скорость движения втулки золотника 9 и плунжера 5 в установившееся положение одинакова и отверстие во втулке золотника 9 по мере их движения остается закрытым, соответственно сервомотор находится в неподвижном состоянии в течение всего времени возвращения частоты вращения дизель-генератора к исходному значению.
При увеличении нагрузки динамика работы регулятора аналогична с той разницей, что масло поступает под поршень 12, перемещая его и шток 15 в сторону увеличения подачи топлива.
В § 2 было указано, что несовершенство настройки регуляторов частоты вращения дизелей приводит к серьезным нарушениям в работе судовых электроустановок. Испытания ГЭУ, проведенные в январе 1978 г. на транспортном рефрижераторе «Константин Ольшанский», показали, что из-за несовершенства настройки регулятора частоты вращения дизеля в ГЭУ могут возникнуть автоколебательные процессы, причем как при переходных процессах, так и в установившемся режиме.
Общие условия настройки регуляторов частоты вращения, дизелей судовых электроустановок определены Правилами Регистра СССР. Приведем наиболее важные требования и рекомендации по настройке регуляторов дизелей типа Д100. Некоторые параметры (полный ход штока масляного сервомотора и полный ход плунжера) обеспечиваются самой конструкцией регулятора, а данные по допустимым зазорам в элементах регуляторов дизелей имеются в технической документации. Поэтому требуется лишь проверка их с целью обнаружения заклиниваний или других неисправностей.
Полный ход штока масляного сервомотора должен составлять 26 + 0,5 мм, полный ход плунжера 6,4+0,1 мм. Рабочий ход штока сервомотора обычно составляет 16—18 мм. Высота всережимной пружины в свободном состоянии должна составлять 100 мм. Состояние масла в нагнетательных каналах регулятора оказывает существенное влияние на работу регулятора. Устойчивая работа регулятора обеспечивается при установившейся температуре масла, т. е. при прогретом масле. Одним из важных условий нормальной работы регулятора является обеспечение требуемой чистоты заливаемого в регулятор масла. Во многих случаях „причиной неудовлетворительной работы регулятора является именно загрязненное масло. Это следует учитывать перед проведением настроечных работ. Давление масла в нагнетательном трубопроводе должно быть в пределах 0,65— 0,7 МПа, что обеспечивается соответствующей настройкой масляного аккумулятора. Отклонение давления масла от рекомендованных норм ведет к неустойчивой работе регулятора.
Вращающие моменты рычагов с грузами должны быть равны. Проверка и регулировка их значений должна производиться на специальном приспособлении с помощью эталонного рычага.
