机械液压调速器的工作原理,并分析在机组并网运行时的同步器动作产生的作用是什么

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-08-07
无反馈的液压调速器的工作原理是什么?

一、调速器的作用
柴油机的不同转速是通过改变每一循环的喷油量获得的。在一定的外界负荷条件下,供给柴油机一定燃油量,使柴油机发出的功率与外界负荷相平衡,柴油机就在某一转速下稳定运行。
船用柴油机的外界负荷是经常变动的,欲使柴油机的功率与新的外界负荷相适应,就应及时改变喷油量。为了使柴油机在选定的转速下稳定运行,必须装有专门的调速装置─一调速器,通过它自动地改变柴油机喷油泵的喷油量,以适应外界负荷的变化。
发电柴油机要求在外界负荷(用电量)变化时能保持恒定的转速,以保证发电机输出的电压和频率恒定,满足并车及供电需要。所以发电柴油机必须装设定速调速器,确保外界负荷变化时,柴油机的转速基本不变。
用作船舶推进的柴油机,受装载、风力、波浪及水流等影响,外负荷(船舶阻力)会忽大忽小。但为了保证主机在特殊航行条件下(风浪中螺旋桨露出水面、断轴、掉桨)的安全,根据我国有关规定必须装“极限调速器”(简称限速器),当主机转速增至115%标定转速时自动切断燃油供给。另外,为了避免海况变化造成的主机转速上下波动,提高柴油机的工作可靠性和工作寿命,通常都在主机上装设“全制式调速器”,使转速不随外界负荷变化而产生波动。

液压调速器在感应元件和油量调节机构之间加入一个液压放大元件(液压伺服器),使感应元件的输出信号通过放大元件再传到油量调节机构上去,因此也叫间接作用式调速器。
液压放大元件有放大兼执行作用,主要由控制和执行两个部分组成。
一、无反馈的液压调速器
其工作原理如下:
当负荷减小时,由曲轴带动的驱动轴转速升高,飞球的离心力增加,推动速度杆右移。于是,摇杆以A点为中心逆时针转动,滑阀右移,压力油进入伺服器油缸的右部空间。与此同时,油缸的左部空间通过油孔与低压油路相通,其中的油被泄放。在压差的作用下,伺服活塞带动喷油泵齿条左移,以减少供油量。当转速恢复到原来数值时,滑阀也回到中央位置,调节过程结束。
当负荷增加,转速降低时,调速过程按相反方向进行。
从上述分析可知,调速器飞球所产生的离心力仅用来推动滑阀,因而飞球的重量尺寸就可以做得较小。而作为放大器的液压伺服器的作用力,则可根据需要,选择不同尺寸的伺服活塞和不同滑油压力予以放大。
但是,在这种调速器中,因为感应元件直接驱动滑阀,无论它朝哪个方向往动,均难准确地回到原来位置而关闭油孔。这样就使柴油机转速不稳定,而产生严重的波动。
为了使调速器能稳定调节,在调速器中还要加入一个装置,其作用是在伺服活塞移动的同时对滑阀产生一个反作用,使其向平衡的位置方向移动,减少柴油机转速波动的可能性。这种装置称为反馈机构。
二、具有刚性反馈机构的液压调速器
它的构造与上述无反馈液压调速器基本相同,只有杠杆义AC的上端A不是装在固定的铰链上,而是与伺服活塞的活塞杆相连。这一改变使感应元件、液压放大元件和油量调节机构之间的关系发生如下的变化。
当负荷减小时,发动机转速升高,飞球向外张开带动速度杆向右移动。此时伺服活塞尚未动作,因此反馈杠杆AC的上端点A暂时作为固定点,杠杆 AC绕A反时针转动,带动滑阀向右移动,把控制孔打开,高压油便进入动力缸的右腔,左腔与低压油路相通。这样高压油便推动伺服活塞带动喷油调节杆向左移动,并按照新的负荷而减少燃油供给量。
在伺服活塞左移的同时,杠杆AC绕C点向左摆动与B点相连接的滑阀也向左移动,从而使滑阀向相反的方向运动。这样在伺服活塞移动时能对滑阀运动产生了相反作用的杠杆装置称为刚性反馈系统。当调节过程终了时,滑阀回到了起始位置,把控制油孔关闭,切断通往伺服油缸的油路。这时伺服活塞就停止运动,喷油泵调节杆随之移动到一个新的平衡位置,发动机就在相应的新负荷下工作。因此,相应于发动机不同的负荷,调速器就具有不同的稳定转速。因为发动机负荷变化时需要改变供油量,所以A点位置随负荷而变。与滑阀相连接的B点在任何稳定工况下均应处于原来的位置,与负荷无关。这样C点的位置必须配合A点作相应的变动,因而导致了转速的变化。假如当负荷减小时,调速过程结束后,滑阀回到中间原来位置时,伺服活塞处于减少了供油量位置,使A点偏左,C点偏右,因C点偏右,弹簧进一步受压,只有在稍高的转速下运转才能使飞球的离心力与弹簧压力平衡。这说明负荷减小时稳定运转后,柴油机的转速比原来稍有升高。同理,当负荷增加时,稳定运转后,柴油机的转速比原来稍有降低。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,稳定调速率d不能为零。
如果要求负荷变化时即要调速过程稳定,又能保持发动机转速恒定不变(即入就必须采用另一种带有弹性反馈系统的液压调运器。

三、具有弹性反馈的液压调速器
它实际上是在"刚性反馈"装置中加入一个弹性环节--缓冲器和弹簧。弹簧的一端同固定的支点相连,而另一端则与缓冲器的活塞相连。缓冲器的油缸同伺服器的活塞成刚体联接。
当发动机负荷减小时,转速增大,飞球的离心力增加。同样,滑阀右移,而伺服活塞则左移,减少喷油泵的供油量。当活塞的运动速度很高时,缓冲器和缓冲活塞就象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,滑阀已回到原来的位置,遮住了通往伺服油缸的油路,此时缓冲器和伺服活塞已停留在新负荷相应的位置上。被压缩的弹簧由于有弹性复原的作用,因此使A点带动缓冲器活塞相对于缓冲器油缸移向右方,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,此时调速器的套筒亦因转速复原而回到原来的位置。这样,发动机的转速就保持不变,当负荷增加时,动作过程相反。这种调速器的稳定调速率d为零。

根据周波与机组转速的关系式得知,如果要保证电网周波(f)稳定,那么相应要保持机组转速(n)稳定,而机组转速的稳定又要决定与发电机的负荷力矩与水轮机的原动力矩也要相应的改变多少才能使机组转速额定,而水轮机的原动力矩在一定的水头下只有改变进水流量才能改变其力矩的大小,因此调速器的工作原理就是利用离心飞摆随时感应机组转速变化来操纵液压放大元件动作,控制导水机构开闭角度来实现改变水轮机进水流量大小的,也就是说使水轮机的原动力矩达到与发电机的负荷力矩相等,而使机组转速保持额定。

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