Назначение, типы и принцип действия регуляторов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Системы регулирования двигателей

7.1 Цель работы:

1. Назначение и классификация регуляторов.

2. Уяснить необходимость установки на дизельные двигатели буровых установок всережимных регуляторов частоты вращения коленчатого вала и на карбюраторных автомобильных и пусковых двигателях- ограничителей максимальной частоты вращения (однорежимных регуляторов).

3. Устройство и принципы действия однорежимного и всережимного регуляторов.

4. Для чего нужен и как работает корректор подачи топлива?

Оборудование рабочего места

Топливные насосы УТН- 5, 4ТН- 8, 5х10 и дизели типа В- 2 о регуляторами частоты вращения; схемы, плакаты и макеты регуляторов пускового двигателя ПД- 10, автомобильного двигателя ЗИЛ- 130, дизелей В-2, СМД- 14, Д- 37Е, ЯМЗ- 238 НБ, Д- 50.

Задание и указания к работе

1) Для изучения данной работы необходимо самостоятельно проработать соответствующие разделы курса (Система регулирования двигателей) по лекциям и рекомендуемой литературе, а также по данному руководству. Затем, пользуясь учебными плакатами, экспонатами и макетами , изучить устройство однорежимных и всережимных регуляторов двигателей ПД- 10, ЗИЛ- 130, СМД- 14, Д- 108, ЯМЗ- 238 НБ, Д- 50, В-2. Знать место установки указанных регуляторов на двигателе; ознакомиться с расположением и креплением регуляторов частоты вращения двигателей на топливных насосах.

2) Изучить работу однорежимных и всережимных регуляторов;

Устройство деталей и элементов регуляторов, их назначение, взаимодействие, конструктивные особенности. Обратить особое внимание на момент, когда в работу включается корректор подачи топлива.

Оценить этот момент с точки зрения изменения динамических качеств дизеля.

3) Изучить устройство и работу корректора подачи топлива, а также уяснить совместное влияние на положение топливной рейки насоса центробежной силы грузов, упругой силы пружин регулятора и корректора подачи топлива.

Двигатели могут при определенных режимах пойти в разнос. Уметь определить, какой механизм регулятора в этом случае отказал в работе.

Изучая работу всережимного регулятора, выяснить за счет чего достигается экономичность работы двигателя на частичных нагрузках.

4) При изучении устройства регуляторов органичителей максимальной частоты вращения уясните, как можно изменить установки максимального числа оборотов на регуляторе ограничителя максимального числа оборотов. Следует уяснить принцип работы регулятора при пуске дизеля на эксплуатационных режимах при органичении максимальной скорости коленчатого вала. Выяснить назначения регулировочного винта, болта-органичителя, упорного винта, регулировочных прокладок.

5) Рассмотрите, как проводится в действия регулятор частоты вращения, установленной на автомобильных двигателях.

Назначение, типы и принцип действия регуляторов

Анализ реальных условии работы двигателей внутреннего сгорания различного назначения показывает, что значительною часть общего времени эксплуатации ни работают на различных неустановившихся режимах. Характер изменения режимов работы двигателей в эксплуатационных условия различен и зависит от типа и назначения силовой установки. В особо сложных, разнообразных и специфических условиях эксплуатируются двигатели, применяемые в нефтяной и газовой промышленности.

Тепловые двигатели, особенно наземно-транспортные двигателей внутреннего сгорания широко применяется в геолого-разведочных работах, бурении нефтяных и газовых скважин, на компрессорных станциях магистральных газопроводов и в других отраслях нефтяной и газовой промышленности.

Основными операциями бурения является собственно механическое бурение, спуск и подъем инструмента. Мощности для привода основных механизмов при бурении зависят от режима бурения, типа и размера долота, физико-химических свойств проходимых пород, конструкции скважины и бурильной колонны, наземного оборудования.

Возможными режимами работы ДЕС в бурении являются: холостой ход двигателя на минимальном скоростном режиме; работа двигателя при холостом вращении наземного оборудования; работа двигателя при совершении различных операций бурения; это работа выполняется при различных скоростных режимах; работа двигателя- при перегрузках.

При неустановившихся режимах резкое изменение нагрузки на коленчатом валу вызывает колебание скоростного режима, что нарушает протекание рабочего процесса, регулирование подачи топлива, температурного состояния двигателей и динамики газообмена, подачу смазки к трущимся поверхностям при одновременном значительном изменении газовых (Р_max, (dp/dφ)_max) и тепловых нагрузок на детали и механизмы двигателей. Несомненно, все это снижает мощностные и экономические показатели, уменьшает надежность и долговечность двигателей.

Таким образом, в зависимости от конкретных условий эксплуатации различных машин нагрузка на их двигателей постоянно изменяется. Если при этом сохранять постоянной подачу топлива, от изменении нагрузки вызывает изменение частоты вращения коленчатого вала. Для сохранения задачного скоростного режима на двигателях установливают регуляторы, автоматы поддерживающие в определенных пределах частоту вращения коленчатого вала двигателя зависимо от внешней нагрузки.

В результате воздействия регулятора на рейку топливного насоса или на дроссельную заслонку изменяется количество подаваемого в цилиндры топливо или горючей смеси, а следовательно, повышается или уменьшается мощность двигателя при заданной частоте вращения коленчатого вала.

По принципу действия чувствительного элемента регуляторы разделяют на механические, гидравлические, пневматические и электрические. Чувствительным элементом называется механизм, реагирующий на изменение параметра и вырабатывающий импульс для воздействия на орган управления двигателя.

Если чувствительный элемент кинематически непосредственно воздействует на орган управления, регулятор называется регулятором прямого действия. Если в регуляторе имеется усилительный элемент- серводвигатель, регулятора называются регулятором непрямого действия. Автоматические регуляторы прямого действия устанавливают на быстроходных двигателях малый и средней мощности.

Наибольшее распространение получили пневматические, центробежные и пневмоцентробежные регуляторы.

Пневматические регуляторы, действуя на дроссельную заслонку карбюратора или рейку топливного насоса, используют скоростной напор или разрежение во впускном трубопроводе двигателя.

Пневмоцентробежный регулятор состоит из двух механизмов (рисунок 2): центробежного и исполнительного диафрагменным приводом, воздействующим на дроссельую заслонку карбюратора.

На стационарных и автотракторных двигателях преимущественно распространенны регуляторы прямого действия с механическими центробежными чувствительными элементами, т.е. от скоростного режима.

Центробежные регуляторы по принципу действия на однорежимные, двухрежимные и всережимные.

Однорежимные регуляторы предназначены для поддержания одного скоростного режима, который задается при установке регулятора. Все остальные скоростные режимы можно задавать, только перемещая дроссельную заслонку карбюратора рычажком, управляемым водителем. Эти регуляторы, как правило, является ограничителями максимальных частот вращения двигателя. Применяются на карбюраторных автомобильных двигателях.

Двухрежимные регуляторы поддерживают максимальную и минимальную частоту вращения двигателя. Эти регуляторы устанавливаются на автомобильных дизелях ЯАЗ-204, 206 и получили ограниченное применение.

Всережимные регуляторы обеспечивают устойчивую работу двигателя на любом скоростном режиме. Всережимные регуляторы устанавливаются на всех тракторных дизельных двигателях и на дизельных двигателях буровых установок.

Схема однорежимного регулятора представлена на рисунке 1. К основным частям этого регулятора относятся валик I с жестко закрепленной на нем приводной шестерней 2, два грузика 3, подвижная муфта 5, двуплечий рычаг 6, соединенный с дроссельной заслонкой II или рейкой I2 топливного насоса, витковая пружина 7.

Рисунок 1 – Схема всережимного регулятора

Валик регулятора I получает вращения от кулачного вала топливного насоса через шестеренчатую пару 2. При увеличении частоты вращения грузики расходятся и перемещают муфту 5, которая преодолевает сопротивление пружины 7 и поворачивает двуплечий рычаг 6. Под действием центробежной силы грузиков и силы упругости пружины 7 подвижная муфта и двуплечий рычаг 6 в каждом моменте времени занимают некоторое положение, определяемое соотношением А и Б. Поскольку другой конец рычага 6 соединен тягой I0 с рейкой топливного насоса I2 или с дроссельной заслонкой II карбюратора, то при его смещении подача топлива в цилиндры будет изменяться.

Когда двигатель не работает, грузики неподвижны, двуплечий рычаг 6 прижат к ним усилием пружины 7, а рейки насоса или дроссельная заслонка находятся в положении максимальной подачи топлива. Это же положение рейка или заслонка занимает и в первые моменты запуска двигателя. По мере запуска увеличивается частота вращения коленчатого вала двигателя, ускоряется вращение валика I регулятора и возрастает центробежная сила вращающихся грузиков. Когда же частота вращения повысится на сколько, что сила Б давление грузиков станет больше усилия А пружины 7, грузы начинают расходиться, смещают влево подвижную муфту 5, та- двуплечий рычаг, и в результате подача топлива или горячей смеси начинает уменьшаться. При этом мощность двигателя снижается, и под действием внешней нагрузки частота вращения коленчатого вала уменьшается. Снижение подачи будет происходить до тех пор, пока муфта 5 не переместит рычаг 6 в положение при котором подача топлива обеспечит необходимую частоту вращения вала двигателя. По достижении равновесия между центробежной силой Б грузиков и силой А давления пружины муфта 5 и двуплечий рычаг удерживаются в определенном положении.

И наоборот при возрастании внешней нагрузки частота вращения коленчатого вала сила инерции грузиков и усилие Б, приложенное к муфте 5, уменьшаются. Под действием усилия А пружины двуплечий рычаг передвигается вправо и перемещает рейку топливного насоса или дроссельной заслонки в сторону увеличения подачи. В результате подачи горючей смеси или топлива в цилиндры увеличиваются мощности двигателя возрастают ранее пониженный скоростной режим работы двигателя восстанавливается.

Регулируемый скоростной режим работы зависит от соотношения силы пружины 7 и центробежной силы грузиков 3 при установленной частоте вращения коленчатого вала. Максимальная органичиваемая регулятором частота вращения коленчатого вала зависит от первоначального натяжения пружины 7 регулировочного болта 8.

Работа двигателя при чрезмерно большой частоте вращения коленчатого вала сопровождается увеличением износа деталей и может привести к их поломке. Поэтому в целях повышения сохранности двигателей на грузовых автомобилях ставят ограничитель максимальной частоты вращения двигателя. Применяют ограничители пневматического типа, совмещаемые с устройством карбюратора, и ограничителя пневмоцентробежного типа, которые состоят из центробежного датчика, установленного на двигателе, и диафрагменного исполнительного механизма, монтируемого на карбюраторе.

Устройство одного из ограничителей центробежно-вакуумного типа показана на рисунке 2. Датчик А состоит из неподвижного корпуса 1 и вращающегося в нем клапана 2, удерживаемого от перемещения по направляющей втулке пружиной 3. Клапан получает вращение через специальный привод от распределительного или коленчатого вала. Через отверстие 4 гнездо клапана 2 и трубопровод 5 верхняя полость исполнительного механизма Б сообщена с атмосферой. Двумя трубопроводами через калиброванные отверстия 6 и 10 она сообщена также со смесительной камерой карбюратора и пространством за дроссельной заслонкой. Пружина 7 стремится открыть дроссельную заслонку 9, положение которой определяется рычагом управления 8, не препятствующим ее закрытию. Система рычагов 11 и 13 вследствие вильчатого соединения не препятствует изменению положения дроссельной заслонки. Независимо от положения дроссельной заслонки благодаря наличию двух отверстий 6 и 10 над диафрагмой создается разрежение, достаточное для ее перемещения вверх, при этом рычаг 13 поворачивается около шарнира 12, перемешает 11 и прикрывает дроссельную заслонку. Ограничители такого типа работают четко независимо от того, при каком положении дроссельной заслонки частота вращения коленчатого вала достигает максимуму.

В бурении нефтяных и газовых скважин в качестве энергопривода силовых агрегатов буровых установок получили распространение поршневые ДВС В2 – 300, В2-400, В2-450, В2- 500, В2- 800ТК, М- 622, 1Д12Б, ЯМЗ- 236, ЯМЗ- 238, Д- 108, 1Д- 6, Д- 50, Д- 54 и др. На этих дизельных двигателях буровых устанавливаются всережимные регуляторы.

Рисунок 2 – Схема центробежного вакуумного ограничителя максимальной частоты вращения двигателя

Всережимный регулятор автоматически поддерживает в определенных пределах установленную машинистом частоту вращение коленчатого вала независимо от внешней нагрузки. Действуя на рейку топливного насоса, На рейку топливного насоса, регулятор изменяет количество подаваемого в цилиндры топлива, а следовательно, повышает или уменьшает мощность двигателя. Этим обеспечивает постоянство частоты вращения коленчатого вала. Такой способ регулирования принято называть качественным регулированием. При качественном регулировании и остается постоянным количество воздуха, поступающего за рабочий цикл в цилиндр двигателя, но изменяется количество топлива, т.е. коэффициент избытка воздуха (α= G_ai2/Bl₀). При увеличении внешней нагрузки подача топлива автоматически увеличивается, а при снижении – уменьшается.

Такое регулирование применяют преимущественно в дизелях, у которых коэффициент избытка воздуха изменяется от 4…5 на холостом ходу до 1,3…2,0 при полной нагрузке.

При количественном регулировании изменяется количество поступающей смеси, а соотношение топлива и воздуха остается постоянным т.е коэффициент избытка воздуха не изменяется. Такое регулирование применяют бензиновых и газовых двигателя с искровым зажиганием.

При смешенном регулировании изменяются количество подаваемых топлива и воздуха или смеси, т.е. изменяется состав и количество смеси в зависимости от нагрузки на двигатель. Такое регулирование применяет в газодизельных и газовых двигателях с факельным зажиганием.

Большинство современных дизелей имеет качественное регулирование, которое осуществляется всережимными регуляторами прямого действия. Применение всережимного регулятора на двигателе, работающем с неустановившимся режимом, повышает производительность установки. В качестве примера на рисунке 3 приведена конструкция всережимного регулятора топливного насоса высокого давления УТН-5, устанавливаемого на дизелях Д-50, Д-37Е, Д- 240 и др.

Рисунок 3 – Всережимный регулятор топливного насоса высокого давления УТН-5

Регулятор топливного насоса УТН-5 имеет четыре груза 1, соединенных осями. Ступица грузов свободно сидит на кулачковом валу 3 топливного насоса. По хвостовику кулачкового вала свободно передвигается муфта 17 регулятора с упорным шарикоподшипником. В задней части регулятора на оси установлены основной 16 и промежуточный 14 рычаги. В верхней части промежуточный рычаг соединен тягой 9 с рейкой 8 насоса. На промежуточном рычаге 14 расположены ролик 15, корректор и шпилька крепления пружины 7 обогатителя. Промежуточный и основной рычаги связаны между собой болтом 13, который обеспечивает необходимый угловой люфт между рычагами.

Рисунок 4 – Схема центробежноговсережимного регулятора топливного насоса дизеля типа В-2

При пуске двигателя рычаг 4 управления регулятором находится на упоре с винтом 5 ограничивающим предельную частоту вращения вала дизеля, а рычаг 6 обеспечивает максимальное натяжение пружины. Пружина 10 прижимает основной рычаг к головке болта 12, ограничивающего номинальную цикловую подачу топлива, а пружина 7 автоматического обогащения отводит до упора в головку болта 13 промежуточный рычаг, который воздействуя на тягу 9, перемещает на некоторую величину рейку топливного насоса в сторону увеличения цикловой подачи топлива, необходимо для пуска двигателя.

Корректор автоматически изменяет максимальную подачу при изменении скоростного режима с целью увеличения максимального крутящего момента и повышения коэффициента приспособляемости дизеля . Отношения максимального крутящего момента к крутящему моменту , получаемое при максимальной мощности называется коэффициентом приспособляемости К.

Поиск по сайту: