Устройство для управления двигатель-генераторной установкой Советский патент 1987 года по МПК G05D13/30 

113

Изобретение относится к устройствам регулирования скорости.

Цель изобретения - повьппение точности устройства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для управления двигатель- генераторной установкой, общий вид; на фиг,2 - электрогенератор, вид сбоку.

Устройство для управления двигатель-генераторной установкой содержит пружину 1, в которую опирается через седло 2 и гайку 3 подвижный фланец 4, сильфон 5, подвижный фланец 6, разделяющий сильфон 5 от силь фона 7. Сильфоны 5 и 7 образуют гидромеханический преобразователь. Флак цы 6 и 4 перемещаются в общей направляющей 8. При этом сильфон 7 соединяется с жестко закрепленным фланцем 9. Тяга 10, представляющая собой передающий механизм, посредством соединительного звена 11 шарнирно соединяется с. тягой 12, связанной с первым суммирующим сильфонным элементом 13. Суммирующий сильфонный элемент 13 содержит сильфон 14, одйн конец которого герметично соединен с фланцем 15, с другой - с фланцем 16, перемещающимся в направляющей 17, жестко связанной с фланцем 15, с возможностью перемещаться цапфой в неподвижной опоре 18. С фланцем 16 соединена одним концом тяга 19, другой конец которой связан с подвижным фланцем 20 второго суммирующего сильфонного элемента 21. Суммирующий сильфонный элемент 21 содержит сильфон 22, герметично соединен- ньй одним концом с подвижным фланцем 20, а другим - с неподвижным фланцем

23,жестко связанным с направляющей

24,в которой перемещается фланец 20

Полость сильфона 22 через тройник 25 и гидролинию 26 сообщается с полостью исполнительного сильфона 27, Сильфон 27 одним концом герметично соединен с неподвижным фланцем 28, а другим - с подвижным фланцем 29, поджатым пружиной 30 и перемещающимся в направляющей 31 ,, жестко связанной с фланцем 28. Подвижный фланец 29 через рычажную систему 32 соединяется с дозатором 33 топливоподачи, расположенным во впускном трубопроводе 34 двигателя.

Соединительное звено 11 посредством рычага 35 жестко связано с

74052

тором 36 электрогенератора 37, получающего привод от двигателя и используемого в качестве измерителя его нагрузки.

5 Измеритель внешней нагрузки содержит статор 36 электрогенератора 37, установленного на шарикоподшипниках 38, наружные обоймы которых сидят на стойках 39, а вал 40 ротора установO лен на подшипниках 41. Статор 36 посредством рычага 42 шарнирно соединен с тягой 43 упругого элемента, удерживаемого гайкой 44 и вьтолнен- ного в виде пружины 45. Корпус 46

5 гидравлического гасителя высокочастотных колебаний содержит уплотнение 47 для предотвращения утечки жидкости. Тяга 43 упругого элемента заканчивается поршнем 48, в котором для

0 пропуска рабочей жидкости из одной полости в другую имеется ряд дроссе- лируюш 5х отверстий.

С валом 40 ротора электрогенератора 37 с одной стороны соединен через

муфту двигатель 49 внутреннего сгорания, а с . другой - центробежньй измеритель 50 угловой скорости.

Центробежный измеритель 50 угловой скорости содержит вал 51, жестко

связанный с валом 40 ротора электрогенератора. На валу 51 жестко установлена крестовина 52, с шарнирно связанными грузами 53, и подвижная муфта 54, находящаяся в постоянном

35 соприкосновении через упорный.подщип- ник 55 с грузами 53 и промежуточным рычагом 56, который нижним своим концом шарнирно соединен с корпусом центробежного регулятора 50, а верх40 ним - с тягой 5 7.

Требуемый скоростной режим устанавливается с помощью рычага 58, связанного тягой 59 с механизмом наст45 ройки, содержащим рычаг 60 с фиксатором, сектор 61 и неподвижный упор 62, изменением затяжки восстанавливающей пружины 63, которая соединена с верхним концом основного рычага

Q 64, связанного своим нижним концом с корпусом центробежного измерителя 50. С рычагом 58 и с корпусом 65 корректора ш тульса по угловой скорости центробежного регулятора 50

55 связана пружина 66, работающая в режиме запуска двигателя. Б корпусе 65 корректора установлены регулировочный винт 67, пружика 68 и подвижный упор 69, которым промежуточный рычаг

313

56 взаимодействует при работе двигателя на корректорном участке с основным рычагом 64, перемещение которого ограничивают неподвижные упоры 70 и 71, установленные в корпусе центробежного регулятора 50. Взаимодействие рычагов 56 и 64 при работе двигателя на регуляторном участке характеристики осуществляется посредством упора 72, жестко связанного с основным рычагом 64.

С промежуточным рычагом 56 посредством тяги 57 соединен подвижный фланец 73 приемного сильфона 74 регулирующего импульса по изменению угловой скорости. Сильфон 74 с одной стороны герметично соединен с неподвижным фланцем 75, а с другой - с подвижным фланцем 73, перемещающимся в цилиндрической направляющей 76, жестко связанной с неподвижным фланцем 75. Полость приемного сильфона 74 гидролинией 77 через тройник 25 сообщается с полостью сильфона 22 второго суммирующего сильфонного элемента 21, а через гидролинию 26 - с полостью исполнительного сильфона 27.

Полости сильфонов 5 и 7 гидромеханического преобразователя сообщены вьтолненным в подвижном фланце 6 дросселирующим отверстием и соединены с гидролинией 78 с полостью первого суммирующего элемента 13,

Принцип действия устройства рассмотрим на примере наиболее характерных режимов работы двигателя, работающего в агрегате со сварочным электрогенератором: установивщегося; резкого (мгновенного) сброса нагрузки; резкого (мгновенного) наброса нагрузки; плавного изменения нагрузки.

В установившемся режиме в результате равенства развиваемым двигателем крутящего момента и момента сопротивления электрогенератора устанавливается определенный скоростной и нагрузочный режим его работы. При этом механизм измерения угловой скорости центробежного регулятора 50 под воздействием грузов 53 занимает определенное положение и через упорный подшипник 55, муфту 54, промежу- точньй рычаг 56, совместно перемещающийся и уравновешенный восстанавливающей пружиной 63, основной рычаг 64, тягу 57 удерживает подвижный фланец 73 приемного сильфона в положении, обусловливающем в сильфоне 74

54

определенное давление рабочей жидкости, которое через гидролинию 77, тройник 25 и гидролинию 26 .передается в полость исполнительного сильфопа 27. Под воздействием этого давления подвижный фланец 29, преодолев усилие возвратной пружины 30, через систему 32 рычагов удерживает дозатор 33 топливоподачи в положении,

соответствующем подаче топлива Для заданного установившегося скоростного режима.

В установившемся нагрузочном режиме развиваемый двигателем момент

равняется моменту сопротивления электрогенератора и реактивному моменту, опрокидывающему его статор 36. В результате действия реактивного момента статор 36 поворачивается на определенный угол и через рычаг 42 удерживается в таком положении с помощью пружины 45. При этом через рычаг 35, соединительное звено 11, тягу 12, подвижный фланец 15, рабочую жидкость сильфона 14 первого суммирующего элемента 13, подвижный фланец 16, тягу 19 статор 36 удерживает подвижный фланец 20 второго суммирующего сильфонного элемента 21, создавая в

нем определенное давление рабочей жидкости. Созданное давление через тройник 25 и гидролинию 26 передается в полость исполнительного сильфона 27, воздействуя на его подвижньш

Фпанец 29, который, преодолев усилие возвратной пружины 30, переместится и через рычажную систему 32 переместит и будет удерживать дозатор 33 топливоподачи в положении, соответствующем подаче топлива установившегося нагрузочного режима. В этом случае давление в сильфонах 5 и 7-и в первом суммирующем сильфонном элементе 13 одинаковое и регулирующий импульс, пропорциональный скорости изменения нагрузки, на дозатор 33 Toti- ливоподачи не действует.

При резком сбросе нагрузки крутя- Щий момент исчезает и статор 36 под воздействием восстанавливающей пружины 45 поворачивается вокруг своей оси и через рычаг 35, соединительное звено 11 и тягу 10 резко смещает фла- нец 6 в сторону сильфона- 5, В результате резко уменьшается давление рабочей жидкости в сильфоне 7, которое гидролинией 78 передается в полость сильфона 14 первого суммирующего

513

сильфонного элемента 13, обеспечивая возможность через подвижш гй его фланец 16, тягу 19, подвижный фланец 20 суммирующего сильфонного элемента 21, тройник 25 и гидролинию 26 пружине 30 переместить подвижный ({шанец 29 исполнительного сильфона 27, а вместе с ним через рычажную систему 32 и дозатор 33 топливоподачи в сторону уменьшения подачи топлива еще до того, как .начнет перемещаться на цапфах первый суммирующий сильфонный элемент 13 от действия регулирующего импульса, пропорционального изменению нагрузки, а также еще до того, как начнет перемещаться промежуточ- ньй рычаг 56 центробежного регулятора 50 от действия регулирующего i-ш- пульса, пропорционального изменению угловой скорости двигателя. В данном случае заброс угловой скорости двигателя предотвращается опережающим регулирующим импульсом по скорости изменения наг-рузки.

Статор 36 также под поздействием восстанавливающей пружины 45 через рычаг 35, соединительное звено 11 и тягу 12 резко смещает фланец 15 и весь первьй суммирующий сильфонный элемент 13, а вместе с ним через тягу 9 подвижный фланец 20 второго суммирующего сильфонного элемента 21 резко уменьшая в нем давление жидкости и обеспечивая возможность, благодаря отводу жидкости из сильфона 27, через тройник 25 и гидролинию 26,, 30 переместить подвижный фланец 29 исполнительного сильфона 27, а вместе с ним через рычажную систему 32 и дозатор 33 топливоподачи в сторону уменьшения подачи топлива после того, как начал уже перемеп ать ся фланец 16 первого суммирующего сильфонного элемента 13 от действия регулирующего импульса, пропорционального скорости изменения нагруз ки и еще до того, как начнет перемещаться промежуточный рычаг 56 центробежного регулятора 50 от действия регулирующего импульса, пропорционального изменению угловой скорости.

Однако в силу невозможности полной компенсации заброса угловой скорости двигатель регулирующими импульсами, пропорциональными изменению нагрузки и скорости ее изменения, и при ее увеличении и, соответственно, грузов 53, центробежная си56

ла увеличивается, и грузы 53 через упорный подшипник 55, муфту 54, преодолевая усилие восстанавливающей пружины 63, промежуточный рычаг 36,

тягу 57 перемещают подвижный фланец 73, понижая в приемном сильфоне 74 давление жидкости, которое через гидролинию 77, тройник 25 и гидролинию 26 передается в полость исполнительного сильфона 27, обеспечивая возможность пружине 30 переместить подвижный фланец 29, а вместе с ним через рьмажную систему 32 и дозатор 33 топливоподачи в сторону уменьшения

подачи топлива уже после того, как он начал перемещаться от действия опережающих регулирующих импульсов, пропорциональных изменению нагрузки и скорости ее изменения.

Таким образом, в переходном процессе сброса нагрузки дозатор топливоподачи перемещается под действием трех регулирующих импульсов. Самого

высокого по быстродействию импульса, пропорционального скорости изменения нагрузки, меньшего по степени быстродействия импульса, пропорционального изменению нагрузки, и наименьшего по

быстродействию импульса, пропорцио- нгшьного изменению угловой скорости. По мере перетекания жидкости из сильфона 5 под действием пружины 1, которая до этого бьта сжата, в сильфон

7 и первый суммирующий сильфонный элемент 13, давление в них выравнивается, в результате чего фланец 16 через тягу 19 перемещает подвижный фпанещ 20 второго суммирующего элемента 21, повьштая в нем давление, которое через тройник 25 и гидроли- ни:ю 26 передается в полость исполнительного сильфона 27, обеспечивая возможность его подвижному фланцу 29

преодолеть усилие возвратной пружины 30 и через систему 32 рычагов переместить дозатор 33 топливоподачи в сторону некоторого увеличения подачи топлива. После стабилизации нагрузочно го режима и выравнивания давлений рабочей жидкости во всех сильфонах регулирующий импульс, пропорциональный скорости изменения нагрузки, исчезает. При этом, чем резче осуществляется сброс нагрузки, тем больше о величине и по скорости будет переещение дозатора топливоподачи от ействия исчезающего импульса, вследствие большего перепада давления в

7 1317405

сильфонах 5 и 7, т.е. обеспечится 36, больший эффект введения регулирующего импульса по скорости изменения нагрузки.

лив сое рез

Окончательно после снятия нагрузки установившийся скоростной режим обеспечивается регулирующим импульсом по изменению угловой скорости и равен тому, который развивал двигатель до принятия нагрузки.

В случае резкого наброса нагрузки момент сопротивления резко возрастает и статор 36 под воздействием резко увеличивающегося реактивно го мо- мента и, преодолев усилие восстанавливающей пружины 45, поворачивается на некоторый угол вокруг своей оси и через рычаг 35, соединительное звено 1 1 и тягу 10 резко смещает фланец

6в сторону сильфона 7, резко увеличив в нем давление рабочей жидкости. При этом часть жидкости из сильфона

7через дросселирующее отверстие во фланце 6 начинает поступать в силь- фон 5, а основная часть жидкости по гидролинии 78 поступает в сильфон 14 первого суммирующего сильфонного элемента 13, резко увеличивая в нем давление. В результате подвижный.фланец 16 через тягу 19 перемещает подвижный фланец 20 второго суммирующего сильфонного элемента 21, резко увеличивая давление в сильфоне 22, которое через тройник 25 и гидролинию 26 передается.в полость исполнительного сильфона 27, обеспечивая возможность подвижному фланцу 29, преодолев усилие возвратной пружины 30, через рычажную систему 32 резко переместить дозатор 33 топливоподачи в сторону увеличения подачи топлива еще до того, как начнет перемещаться на цапфах первый суммирующий сильфонный элемент 13 от действия регулирующего импульса, пропорционального изменению нагрузки, а также еще до того, как начнет перемещаться промежуточный рычаг 56 центробежного регулятора 50 от действия регулирующего импульса, пропорционального изменению угловой скорости двигателя. В данном случае как при сбросе нагрузки провал угловой скорости двигателя предотвращается опережающим регулирующим импульсом по скорости изменения нагрузки.

Под воздействием резко увеличивающегося реактивного момента статор

36,

также преодолев усилие восстанавливающей пружины 45, через рычаг 35, соединительное звено 11 и тягу 12 резко сместит фланец 15 и весь первый суммирующий сильфонный элемент 13, а вместе с ним через тягу 19 подвижный фланец 20 второго суммирующего сильфонного элемента 21, резко увеличивая в нем давление рабочей

жидкости и обеспечивая возможность, благодаря перетеканию ее через тройник 25 и гидролинию 26 в исполнительный сильфон 27, фланцу 29 переместится, преодолев усилие пружины 30, и

через рычажную систему 32 переместить дозатор топливоподачи в сторону увеличения подачи топлива после того, как начал уже перемещаться фланец 16 первого суммирующего сильфонного эле-

мента 13 от действия регулирующего импульса, пропорционального скорости изменения нагрузки, и еще до того, как начнет перемещаться промужеточ- ный рычаг 56 центробежного регулятора 50 от действия регулирующего импульса, пропорционального изменению угловой скорости.

Однако, и в случае резкого наброса нагрузки, полностью компенсировать провал угловой скорости двумя опережаюшдми регулирующими импульсами по изменению нагрузки и скорости изменения не представляется возможным. Поэтому угловая скорость двигателя и соответственно грузов 53 начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению величины их центробежной силы. Тогда под воздействием восстанавливающей пружины 63 промежуточный рычаг через тягу 57 перемещает подвижный фланец 73, увеличивая в приемном сильфоне 74 давление рабочей жидкости, которое дальше через гидролинию 77, тройник 25 и гидролинию 26 передается в полость исполнительного сильфона 27. Под действием возросшего давления фланец 29, преодолев усилие возвратной пружины 30, перемещается и через рычажную систему 32 перемещает дозатор 33 топливоподачи в сторону увеличения подачи топлива уже после того, как он начал перемещаться от действия опережающих регу- лирующих импульсов, пропорциональных изменению нагрузки и скорости ее изменения. По мере протекания жидкости из сильфонов 7 и 14 в сильфон 5 давление в них выравнивается, что умень

91

шает усилие подпора фланца 16. В результате, под действием возвратной пружины 30 фланец 29 перемещается, обеспечивая возможность рабочей жидкости из сильфона 27 через гидроли- нйю 26 и тройник 25 частично перетечь в сильфон 22, компенсируя освободившийся при этом объем от перемещения фланца 20, связанного тягой 19 с фланцем 16, и вместе с этим перемещает через систему 32 рычагов дозатор 33 топливоподачи в сторону некоторого уменьшения подачи топлива. При установившемся новом нагрузочном режиме и выравнивании давлений рабочей жидкости во всех сильфонах регулирующий импульс, пропорциональный скорости изменения нагрузки, тоже исчезает. Эффект введения опережающего импульса по скорости изменения нагрузки зависит от перепада давлений в сильфонах 5 и 7, т.е. от степени интенсивности увеличения нагрузки на .электрогенератор.

После наброса и установления нагрузки скоростной режим двигателя поддерживается регулирующим импульсом, пропорциональным изменению угловой скорости. При этом угловая скорость двигателя равна той заданной величине, которую он развивал на настрсзеч™ ном режиме холостого хода.

Таким образом, в переходном процессе наброса нагрузки дозатор топливоподачи также перемещается под действием трех регулирующих импульсов: первого, пропорционального скорости изменения нагрузки, второго, пропорционального изменению нагрузки, и третьего, пропорционального изменению угловой скорости.

В случае плавного изменения нагрузки момент сопротивления электрогенератора изменяется медленно и статор 36 под воздействием плавно увеличивающегося реактивного момента и, преодолевая усилие восстанавливающей пружины 45, также медленно поворачивается и через рычаг 35, соединительное звено 11 и тягу 10 плавно перемещает фланец 6 в сторону сильфона 7, обеспечивая протекание рабочей жидкости из сильфона 7 в сильфон 5 при постоянном ее давлении в сильфонах 5, 7 и 14. В результате регулирующий импульс, пропорциональный скорости изменения нагрузки, не формируется

1740510

и на дозатор топливоподачи не действует .

Кроме того, статор 36 через рычаг 35, соединительное звено 11 и тягу

12 плавно перемещает фланец 15 и вес первый суммирующий элемент 13, а вместе с ним через тягу 19 подвижный . фланец 20 второго суммирующего силь- фонного элемента 21, плавно увеличиfO вая в нем давление жидкости. При этом из-за приращения давления жидкость из сильфона 22 через тройник 25 и гидролинию 26 медленно поступает в исполнительньш сильфон 27, повы15 шая в нем давление, в результате чег подвижный фланец 29, преодолев усилие пружины 30, через рычажную систему 32 плавно перемещает дозатор топливоподачи в сторону увеличения пода20 чи топлива, компенсируя этим плавное увеличение нагрузки при постоянной угловой скорости двигателя. Поскольку угловая скорость практически не изменяется, регулирующий импульс по

25 изменению угловой скорости не формируется центробежным регулятором 50 и на дозатор топливоподачи не поступает.

Таким образом, в случае плавного

30 изменения нагрузки дозатор топливоподачи двигателя перемещается под действием только одного регулирующего импульса, пропорционального изменению прикладываемой внешней нагруз35 ки.

Высокочастотные колебания, вызва н ные переменным характером внешней нагрузки, гасятся гидравлическим 40 демпфером, шарнирно соединенным через тягу 42 со статором 36 электрогенератора.

Установка всережимного центробеж- 45 кого регулятора 50 угловой скорости с механизмами коррекции топливоподачи и настройки скоростного режима на валу 40 ротора электрогенератора 37 позволяет также при необходимости 50 агрегатировать с ним дизельный двигатель, используя при этом центробежный регулятор, установленный на валу ротора. В этом случае принцип работы устройства для управления двигатель- 55 генераторной установкой во всех описанных характерных режимах не отличается, только подврскный фланец 29 исполнительного сильфона 27 через систему рычагов 32 воздействует на

111317405

озатор топливоподачи в виде рейки Ф опливного насоса высокого давления.

те жа во то ск по си ра да ге но ни эл те в ро по ди су а ис вт си со ро ус га по по вт ме

Однако, при повьшении номинального по величине крутящего момента в работу вступает корректор топливопо- дачи центробежного регулятора и регулирование угловой скорости осуществляется только по сигналам, пропорциональным ее изменению, поскольку статор 37 электрогенератора в своем движении выходит на упор. Тогда угловая скорость двигателя, а вместе с ней центробежная сила грузов 53, уменьшается, и восстанавливанрая пру- жина перемещает рычаг 64 до упора 71 Дальше пружина 68 корректора, воздействуя подвижным упором 69 на основной рычаг 64, дополнительно перемещает промежуточный рычаг 56, который через тягу 57 перемещает фланец 73 приемного сильфона 74, повьш1ая в нем давление жидкости. В результате жидкость из полости сильфона 74 через гидролиний 77, тройник 25 и гидроли- нию 26 поступает в полость сильфона 27, воздействуя на фланец 31. Фланец 31, преодолев усилие пружины 30, через систему 32 рычагов перемещается сам и перемещает дозатор топливопода- чи в сторону увеличения подачи топлива, компенсируя изменение нагрузки таким образом,, что угловая скорость двигателя будет изменяться.

5

Ф

12

ормула изоб. ретёния Устройство для управления двигатель-генераторной установкой, содержащее центробежный измеритель угловой скорости с механизмом коррекции топливоподачи и механизмом настройки скоростного режима, дозатор топливоподачи, связанный с исполнительным сильфоном, гидромеханический преобразователь, соединенный через передающий- механизм со статором электрогенератора, установленного с возможностью перемещения, и через гидролинию - с первым суммирующим сильфонным элементом, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введен приемный сйльфон и второй суммирующий сильфонный элемент, подвижный фланец которого жестко соединен с первичным фланцем первого суммирующего сильфонного элемента, а полость второго суммирующего сильфонного элемента соединена с полостью исполнительного сильфона, при зтом второй фланец первого суммирующего сильфонного элемента жестко связан со статором электрогенератора,а центробежный измеритель угловой скорости установлен на валу ротора электродвигателя и его выход связан с тягой с подвижным фланцем приемного сильфона, полость которого соединена с полостью второго суммирующего сильфонного элемента .

Изобретение относится к устройствам регулирования скорости. Цель изобретения - повьшение точности устройства. В переходных процессах дозатор топливоподачи работает от действия трех регулирующих импульсов - пропорционально скорости изменения нагрузки, пропорционально изменению нагрузки и пропорционально изменению угловой скорости двигателя. Все импульсы фиксируются исполнительным сильфоном, соединенными с дозатором топливоподачи, а в исполнительный механизм испульсы попадают посредством гидравлической связи от приемного сильфона, связанного с измерителем скорости, и от второго суммирующего сильфонного элемента, соединенного через первый суммирующий силь- фонньй элемент со статором электрогенератора. 2 ил. (Л со 4 4

Редактор Т.Парфенова

Составитель В.Скибенко

Техред Л.Олийнык Корректор Г.Решетник

2422/42

Тираж 863Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4