Регулятор частоты вращения Советский патент 1992 года по МПК G05D13/10 

1

(21)4804047/24

(22) 13.02.90

(46) 15.09.92. Бюл. №34

(75) С.И.Горб и С.В.Панов

(56)Заявка ФРГ № 2829171, кл. G05D 13/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1160379, кл. G 05 D 13/10, 1983. (54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

(57)Изобретение относится к автоматическому регулированию и может использоваться в энергетических и транспортных установках для стабилизации частоты вращения двигателей. Цель изобретения - повышение точности регулятора за счет приближения скорости перемещения поршня силового сервомотора к скорости перемещения подвижной втулки золотника. Это достигается за счет введения пружинного элемента, выполненного в виде цилиндра 3 и установленного внутри этого цилиндра поршня 4, подпружиненного с двух сторон пружинами 5. Этот пружинный элемент связывает между собой суммирующий рычаг 8 и соответствующее ему плечо рычажной передачи 17 или соответствующие друг другу плечи 18 и 19 рычажной передачи, или подвижную втулку 14 золотника и соответствующее ей плечо рычажной передачи 17. Два золотника, один из которых выполнен с неподвижной втулкой 13, а другой - с подвижной втулкой 14, имеют общий плунжер 12, с которым связан центробежный измеритель частоты вращения. При смещении плунжера 12 вверх нижняя полость силового сервомотора 6 соединится с напорной магистралью а, а нижняя полость вспомогательного сервомотора 7 - со сливной магистралью б. В результате поршень силового сервомотора будет перемещаться вверх на уменьшение хода дозирующего органа двигателя, а поршень вспомогательного сервомотора - вниз. Перемещаясь в разные стороны с разными скоростями, поршни сервомоторов сместят среднюю точку суммирующего рычага. 1 ил.

(Л

С

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использоваться в энергетических и транспортных установках для стабилизации частоты вращения двигателей.

Известны гидромеханические регуляторы частоты вращения, состоящие из центробежного измерителя частоты вращения, двух совмещенных зоолтников, один из которых имеет подвижную втулку, а другой - неподвижную, а также силового и вспомогательного сервомоторов. Силовой сервомотор управляется золотником с подвижной втулкой, а вспомогательный - золотником с неподвижной втулкой. Поршни силового и вспомогательного сервомоторов связаны суммирующим рычагом, который через рычажную передачу перемещает подвижную втулку. Вспомогательный сервомотор, суммирующий рычаг, рычажная передача, подвижная втулка и золотник с неподвижной втулкой образуют изодромную (исчезающую) обратную связь, которая улучшает качество регулирования частоты вращения.

1 о

N) CJ О

Наряду с изодромной, регулятор может содержать и жесткую обратную связь в виде рычага, передающего движение одного из поршней сервомоторов к измерителю частоты вращения (пружине задания).

Недостатком регуляторов является низкая точность поддержания частоты вращения (большой заброс частоты) при быстрых изменениях на большую величину нагрузки двигателя.

Цель изобретения - повышение точности регулятора за счет приближения скорости перемещения поршня силового сервомотора к скорости перемещения подвижной втулки золотника.

На чертеже показана принципиальная схема регулятора частоты вращения.

Он содержит жесткие упоры 1 с регулировочным винтом 2, пружинный элемент, включающий цилиндр 3, поршень 4, установленный внутри него, и пружины 5, которым этот поршень подпружинен с двух сторон, силовой сервомотор 6 (перемещает дозирующий орган) и вспомогательный сервомотор 7, суммирующий рычаг 8, связанный с поршнями этих сервомоторов, жесткую обратную связь 9 (в установках, где не предусматривается параллельная работа двигателей, эта связь может отсутствовать), центробежный измеритель частоты вращения с пружиной 10 задания и грузами 11, соединенный с плунжером 12 и установленный с возможностью осевого перемещения с этим плунжером, общим для двух соосных золотников, один из которых выполнен с неподвижной втулкой 13, а другой - с подвижной втулкой 14, пояски 15 и 16 на плунжере золотников, соответственно, во втулке 13 и 14, и рычажную передачу 17 для связи суммирующего рычага 8 с подвижной втулкой 14 золотника, величина хода которой ограничивается жесткими упорами 1, при этом через пружинный элемент связаны между собой суммирующий рычаг 8 и соответствующее ему плечо рычажной передачи 17, или соответствующие друг другу плечи 18 и 19 рычажной передачи, или подвижная втулка 14 золотника и соответствующее ей плечо рычажной передачи. Подвижная и неподвижная втулки подключены к напорному а и сливному б каналам. Пружины 5 находятся в частично сжатом состоянии и развивают на поршне 4 противоположно действующие силы, величины которых должны превосходить силу трения в рычажной передаче 17, но в то же время должны быть существенно меньшими по сравнению с силой, развиваемой суммирующим рычагом 8. Это гарантирует передачу движения от суммирующего рычага к подвижной втулке 14

без искажения, если перемещению втулки 14 не препятствует ограничитель.

Площадь проходного сечения окон в неподвижной втулке 13 меньше, чем в подвиж5 ной. Это обеспечивает движение вспомогательного сервомотора 7 с меньшей скоростью, чем силового.

Регулятор частоты вращения работает следующим образом.

10 В установившемся режиме сила пружины 10 задания уравновешивается центробежной силой грузов 11 и плунжер 12 находится в центральном положении, в котором пояски 15 и 16 перекрывают окна

15 неподвижной и подвижной втулок. Вследствие этого нижние полости силового и вспо- могательного сервомоторов 6 и 7, соответственно, сохраняют постоянный объем и поршни сервомоторов остаются не20 подвижными.

Если, например, нагрузка на двигатель уменьшится, то частота вращения его вала увеличится. Это приведет к возрастанию центробежной силы грузов 11 и смещению

25 плунжера 12 вверх. Нижняя часть силового сервомотора 6 соединится с напорной магистралью а, а нижняя полость вспомогательного сервомотора 7 - со сливной магистралью б. В результате поршень си30 левого сервомотора будет перемещаться вверх на уменьшение хода дозирующего органа двигателя, а поршень вспомогательного сервомотора - вниз. Причем площадь проходного сечения окон неподвижной

35 втулки 13 меньше, чем в подвижной. Поэтому скорость перемещения поршня вспомогательного сервомотора меньше, чем силового.

Перемещаясь в разные стороны с раз40 ными скоростями, поршни силового и вспо- могательного сервомоторов сместят среднюю точку суммирующего рычага 8. В рассматриваемом случае эта точка сдвинется вверх. Это приведет к тому, что рычажная

45 передача 17 переместит подвижную втулку 14 вверх. Таким образом, в переходных режимах подвижная втулка в движется вслед за плунжером в направлении закрытия окна канала управления силовым сервомотором.

50 В этом проявляется отрицательная обратная связь. Причем она является исчезающей (изодромной), так как по истечении определенного времени поршень вспомогательного сервомотора достигнет нового по55 ложения и средняя точка суммирующего рычага 8 возвратится в первоначальное положение.

При наличии в жесткой обратной связи

9 рычага движение поршня сервомотора

вызовет изменение затяжки пружины 10. В

рассматриваемом случае увеличения частоты вращения затяжка пружины 10 увеличится. Если рычаг в жесткой обратной связи 9 связан с вспомогательным сервомотором, то эта связь имеет инерционность (поршень вспомогательного сервомотора движется медленнее, чем силового), которая приводит к появлению форсирующего воздействия регулятора по производной и как следствие - к увеличению быстродействия при резких возмущениях. Если рычаг в жесткой обратной связи 9 связан с силовым сервомотором, то инерционность этой связи отсутствует, но улучшается равномерность распределения нагрузки между параллельно работающими двигателями.

Переходный процесс закончится в момент времени, когда пояски 15 и 16 плунжера перекроют окна втулок и подвижная втулка 14 возвратится в исходное положение.

При малых и плавных возмущающих воздействиях сердняя точка суммирующего рычага смещается на малую величину и жесткий упор 1 не препятствует ходу подвижной втулки. Поэтому изодромная обратная связь проявляется в полной мере и обеспечивает плавное регулирование дозирующего органа двигателя. Действие изодромной обратной связи препятствует появлению автоколебаний з системе автоматического регулирования.

При резких сбросах и набросах нагрузки большой величины жесткий упор 1 пред- отвращает чрезмерное отклонение подвижной втулки, а пружинный элемент разрывает рычажную передачу 17. Поэтому не происходит существенного уменьшения проходного сечения окон в подвижной втулке и движение поршня силового сервомотора практически не замедляется. Дозирующий орган двигателя перемещается активно и заброс частоты вращения двигателя уменьшается.

В канале управления вспомогательного сервомотора может быть предусмотрен регулируемый дроссель (на чеотеже не показан) для ограничения скорости движения

поршня вспомогательного сервомотора. Этим дросселем можно увеличивать время изодромной обратной связи для резких сбросов и набросов нагрузки большой величины. Наличие регулируемого дросселя повышает адаптивность регулятора к различным типам двигателей.

Формула изобретения Регулятор частоты вращения, содержащий центробежный измеритель частоты

вращения, соединенный с плунжером и установленный с возможностью осевого пере- мещеяия с этим плунжером, общим для двух соосных золотников, один из которых выполнен с неподвижной втулкой, а другой - с

подвижной, силовой сервомотор, подключенный к золотнику с подвижной втулкой, вспомогательный сервомотор, подключенный к золотнику с неподвижной втулкой, суммирующий рычаг, связанный с поршнями силового и вспомогательного сервомоторов, и рычажную передачу для связи суммирующего рычага с подвижной втулкой золотника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора за

счет приближения скорости перемещения поршня силового сервомотора к скорости перемещения подвижной втулки золотника, в регулятор введены жесткие упоры для ограничения хода подвижной втулки золотника и пружинный элемент, выполненный в виде цилиндра, в котором установлен подпружиненный с двух сторон поршень, при этом через пружинный элемент связаны между собой суммирующий рычаг и, соответствующее ему плечо рычажной передачи или соответствующие друг другу плечи рычажной передачи, или подвижная втулка золотника и соответствующее ей плечо рычажной передачи.

/ У

ЙЭЙ-Ё

, . .

---3Јзгг 1эч-ж -х -еа

л