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性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明 |
柴油機噴油泵兩極調速器的工作原理 |
摘要：兩極調速器也叫雙速調速器，它只在柴油機的最高轉速和怠速起自動(dòng)調節作用，而在最高轉速和怠速之間的其它任何轉速，調速器不起調速作用，而由操作員控制柴油機轉速的變化。由于兩極式調速器具有精確、靈活和高效的特點(diǎn)，被廣泛應用于柴油機領(lǐng)域。它可以幫助柴油發(fā)電機組實(shí)現平滑啟動(dòng)、速度調節、負載匹配等功能，使生產(chǎn)過(guò)程更穩定、高效。同時(shí)，兩極式調速器還具有能耗低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢，可以降低柴油發(fā)電機燃油消耗和維護成本。
一、調速器的工作原理及分類(lèi)
柴油發(fā)電機的直列柱塞式噴油泵的每個(gè)氣缸都需要有一套泵油機構。幾個(gè)相同的泵油機構裝置（分泵）在同一泵體上就構成了多缸柴油發(fā)電機的柱塞泵。柱塞泵一般固定在康明斯發(fā)電機機體一側的支架上，由柴油發(fā)電機曲軸通過(guò)齒輪驅動(dòng)，齒輪軸和噴油泵的凸輪軸用聯(lián)軸器連接，調速器安裝在噴油泵的后端。兩極調速器它只限制柴油發(fā)電機最高轉速和最低穩定轉速，在最高和最低轉速之間不起作用。其工作原理如圖1所示，結構如圖2所示。
在柴油機運行過(guò)程中，當負荷變化時(shí)，要通過(guò)及時(shí)調整循環(huán)供油量來(lái)改變其輸出功率或轉矩，以保證其穩定運轉。柴油發(fā)電機組等常在負荷不斷變化的情況下工作，且常會(huì )遇到負倚突變的情況。當負荷突然減小或增大時(shí)，操作人員并不是都能夠適時(shí)地察覺(jué)到而及時(shí)做出反應來(lái)控制油門(mén)的，從而導致柴油機轉速的忽高忽低和工作不穩定。當噴油泵供油拉桿位置不變時(shí)，其每循環(huán)供油量隨著(zhù)轉速的升高（降低）而增大（減少）的變化關(guān)系（噴油泵速度特性）卻恰恰加劇了上述現象。尤其是當柴油機在高速下工作而突然卸載時(shí)，會(huì )導致轉速急劇升高。這時(shí)噴油泵供油量卻隨著(zhù)轉速的升高而自動(dòng)增大，又促使轉速繼續升高。轉速和供油量的相互作用使轉速甚至超出設計允許的最高轉速而無(wú)法控制，即所謂的“飛車(chē)”或“超速”現象。對柴油機來(lái)說(shuō)，一旦發(fā)生飛車(chē)現象，混合氣形成時(shí)間更短，燃燒明顯惡化，出現冒黑煙和過(guò)熱現象，且由于產(chǎn)生很大的慣性力，機械負荷過(guò)大，易導致機件（曲軸連桿機構、配氣機構的零件）損壞。相反，當外界載荷突然增大而又不能及時(shí)增大供油量時(shí)，轉速則迅速下降，甚至熄火。
另外，柴油機還經(jīng)常在怠速工況下運轉，若因某種原因出現轉速波動(dòng)，則易造成怠速不穩，甚至熄火，所以，柴油機必須能隨著(zhù)負荷的變化自動(dòng)調節供油量，以使其穩定運轉。調速器即是實(shí)現這一功能的裝置。
柴油機調速器的種類(lèi)很多，按工作原理分為機械離心式、氣動(dòng)式、液壓式、機械氣動(dòng)復合式、機械液壓復合式、電子式。機械式調速器結構簡(jiǎn)單，工作可靠，應用廣泛。
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圖1 RAD型兩極調速器工作原理 |
圖2 RAD型兩極調速器結構圖 |
二、兩極調速器的工作過(guò)程
1、起動(dòng)加濃工況
柴油發(fā)電機停止運轉時(shí)，飛塊在怠速彈簧和起動(dòng)彈簧的作用下而閉合。起動(dòng)前，將控制杠桿推至全負荷供油位置。此時(shí)，支撐杠桿繞刀占逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)，浮動(dòng)杠桿繞點(diǎn)逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)，因此，上浮動(dòng)桿通過(guò)齒桿連接桿推動(dòng)供油齒桿向增加供油的方向移動(dòng)。起動(dòng)彈簧9的作用就在對浮動(dòng)桿有一向左的拉力，使其繞C點(diǎn)作逆時(shí)針?lè )较虻臄[動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)B點(diǎn)（銷(xiāo)軸）和點(diǎn)（套筒）進(jìn)一步向左移動(dòng)，直到飛塊完全閉合，從而保證供油齒桿8越過(guò)全負荷進(jìn)入柴油發(fā)電機起動(dòng)時(shí)的最大供油量位置，即起動(dòng)加濃位置。
2、怠速工況
如圖3所示。將控制杠桿拉回到怠速位置Ⅱ，柴油發(fā)電機進(jìn)入怠速工況。飛塊的離心力的增減取決于柴油發(fā)電機轉速的變化。在怠速范圍內，飛塊離心力使滑套壓縮怠速彈簧，當飛塊離心力與怠速彈簧及起動(dòng)彈簧的合力平衡時(shí)，供油齒桿保持在某一位置，柴油發(fā)電機就可以在怠速工況下穩定地工作。若此時(shí)柴油發(fā)電機的轉速降低，飛塊離心力就隨之減小，滑套便在怠速彈簧及起動(dòng)彈簧的作用下左移，從而導動(dòng)桿向左擺動(dòng)，帶動(dòng)B點(diǎn)及浮動(dòng)杠桿繞C點(diǎn)逆時(shí)針轉動(dòng)，通過(guò)齒桿連接桿推動(dòng)供油齒桿左移，增加了供油量，使柴油發(fā)電機轉速回升。若柴油發(fā)電機轉速升高，則飛塊離心力增加，滑套右移，通過(guò)導動(dòng)桿、浮動(dòng)杠桿傳于供油齒桿，使供油量減小，柴油發(fā)電機轉速下降，由于上述作用，便可保證柴油發(fā)電機在怠速穩定運轉。
3、正常工作的供油調節
如圖4所示。當柴油發(fā)電機轉速超過(guò)怠速時(shí)，怠速彈簧完全被壓入拉力桿內，滑套直接與拉力桿接觸。由于拉力桿被很強的調速彈簧拉住，在轉速小于最大工作轉速的條件下，飛塊的離心力不能推動(dòng)拉力桿。拉力桿不會(huì )右移而始終靠緊在齒桿行程調整螺栓上。因而支點(diǎn)B也不會(huì )移動(dòng)，只有當改變控制杠桿的位置時(shí)才能使供油齒桿向左或向右移動(dòng)，從而增加或減少供油量。由此可見(jiàn)，正常工作時(shí)供油量的調節是由操作員操縱的，調速器不起作用。
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圖3 兩極調速器怠速工況示意圖 |
圖4 兩極調速器額定轉速工況示意圖 |
4、限制最高轉速工況
如圖5所示。不管柴油發(fā)電機是部分負荷工作還是全負荷工作，只要是外界負荷變化，引起柴油發(fā)電機轉速超過(guò)規定的最大轉速時(shí)，飛塊離心力就能克服調速彈簧的拉力，使飛塊進(jìn)一步張開(kāi)。這動(dòng)作推動(dòng)滑套和拉力桿右移，使支點(diǎn)B移到B'拉力桿的D點(diǎn)移到D'，浮動(dòng)杠桿的下支點(diǎn)C移到C'結果供油齒桿向右移動(dòng)，供油量減少。從而保證了柴油發(fā)電機轉速不會(huì )超過(guò)規定的最大轉速值。
被限制的柴油發(fā)電機最大轉速的數值可通過(guò)改變調速彈簧的預緊力來(lái)調節。從圖可以看出：當速度調整螺栓向內旋進(jìn)時(shí)，頂住速度調整杠桿繞其支點(diǎn)向左移動(dòng)，調速彈簧的預緊力增大，柴油發(fā)電機的最高轉速升高，如果與上述情況相反，則柴油發(fā)電機的最高轉速降低。
綜上所述，RAD型調速器對柴油機轉速的調節，是通過(guò)一套杠桿系統把飛錘的位移變?yōu)楣┯土空{節齒桿的位移，以增減噴油泵的供油量來(lái)實(shí)現的，特性曲線(xiàn)如圖6所示。由于RAD型調速器采用了搖桿和滑塊機構，在怠速和最高轉速時(shí)調速器的杠桿比是不同的，因此稱(chēng)RAD型調速器為可變杠桿比調速器。所謂杠桿比是指供油量調節齒桿的位移與調速套筒位移之比，也等于調速杠桿被滑塊分成兩段后的長(cháng)度n與m之比。當調速手柄處于怠速位置時(shí)，杠桿比較小，僅為1:1。35。即當調速套筒產(chǎn)生一定位移時(shí)，供油量調節齒桿的移動(dòng)量較小，噴油泵的供油量變化較少，使怠速轉速不致有較大的波動(dòng)，可以提高怠速的穩定性。另一方面，怠速時(shí)飛錘的離心力較小，而較小的杠桿比恰好可以在離心力發(fā)生較小的變化時(shí)就能使油量調節齒桿移動(dòng)，從而提高了調速器的工作能力。當調速手柄位于最高轉速位置時(shí)，杠桿比為1:3。23。這時(shí)飛錘的離心力很大，柴油機轉速稍有變化，較大的離心力便立即使供油量調節齒桿移動(dòng)，并產(chǎn)生較大的位移，從而可以迅速的穩定柴油機轉速。
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圖5 兩極調速器限制最高轉速工況示意圖 |
圖6 柴油機兩速調速器特性曲線(xiàn)圖 |
三、調速器的附加裝置
1、怠速穩定彈簧
在RAD型調速器蓋上裝有怠速穩定彈簧。其安裝位置剛好與供油量調節齒桿相對，它對調節齒桿的移動(dòng)起限位和緩沖作用。有了怠速穩定彈簧，怠速更加穩定。例如，當調速手柄快速扳回到怠速位置時(shí)，供油量調節齒桿也快速向減油方向移動(dòng)，這時(shí)怠速穩定彈簧猶如一個(gè)限位器和緩沖器，既可以阻止調節齒桿越過(guò)怠速供油位置，防止噴油泵停止供油，又可以減緩調節齒桿的移動(dòng)速度，使柴油機轉速不發(fā)生較大的波動(dòng)或熄火。
2、轉矩平穩裝置
轉矩平穩裝置安裝在滑動(dòng)銷(xiāo)內，其作用是緩沖高速時(shí)噴油泵供油量調節齒桿的振動(dòng)，借以消除柴油機轉矩的波動(dòng)。當把調速手柄移向高速并與最高速擋塊接觸時(shí)，轉矩平穩裝置中的彈簧首先被壓縮，同時(shí)供油量調節齒桿移至全負荷供油位置。若此時(shí)柴油機轉速升高，則飛錘的離心力超過(guò)調速彈簧的作用力時(shí)，飛錘開(kāi)始向外移動(dòng)，當調節齒桿并不立即向減油方向移動(dòng)，而是在轉矩平穩裝置中的彈簧伸長(cháng)復原后，調節齒桿才開(kāi)始移動(dòng)，從而減緩了調節齒桿的頻繁移動(dòng)或振動(dòng)，使柴油機輸出的轉矩趨于平穩。
3、轉矩矯正裝置
轉矩矯正裝置的功用是矯正噴油泵供油量隨轉速的變化特性，也就是矯正柴油機轉矩隨轉速變化的特性，以使噴油泵的供油量與吸入氣缸的空氣量相匹配。
轉矩矯正有正矯正與負矯正兩種。供油量隨轉速下降而增加的矯正為正矯正；相反，供油量隨轉速下降而減少的為負矯正。前者用于高速范圍，后者用于低速范圍。
在RAD型調速器上安裝的轉矩矯正裝置，實(shí)際上就是指安在飛錘內的一個(gè)彈簧，即矯正彈簧。當柴油機在全負荷標定轉速下運轉時(shí)，飛錘的離心力很大，矯正彈簧座在飛錘的推動(dòng)下與內彈簧座接觸，矯正彈簧被壓縮。這時(shí)，噴油泵供油量調節齒桿在全負荷供油位置。當柴油機超負荷時(shí)，轉速下降，飛錘的離心力減小。矯正彈簧克服飛錘離心力使飛錘向內移動(dòng)，并通過(guò)調速器的杠桿系統使供油量調節齒桿向增加供油量的方向移動(dòng)，柴油機的轉矩相應的有所增加，從而可以提高柴油機超負荷的能力。顯然，這種轉矩矯正為正矯正。
四、兩速調速器的調整方法
1、齒桿定零位
上升轉速到飛鐵全張（N=600rpm左右），將齒桿向停油方向推到底，此時(shí)S定位為零。
2、大油門(mén)擋釘的固定
N=650rpm，操縱手柄在大油門(mén)處，旋進(jìn)大油門(mén)擋釘使S=Sc（極限轉速）并緊固（若達不到，增減丁字塊墊片）。
3、大頭調節螺釘的固定
N=630rpm左右，調整大頭螺釘使S=SA并緊固。
4、起作用轉速調整
N=Na（起作用轉速），調節調速手柄二邊螺釘使調速器起作用。此時(shí)S=SA-0.1，并緊固。
5、標定點(diǎn)油量調整
N=NA，操縱手柄在大油門(mén)處，檢查S=SA，調整各缸供油量Q=QA（標定油量）
6、NF（停油轉速）的檢查
N從NA升至NF各缸應停油（200次油量小于0.5ml?；蛘逳升高到空車(chē)轉速，檢查各缸油量應在范圍內。不符，則檢查調速簧和飛錘。
7、怠速點(diǎn)的調整
N稍大于Nu（怠速極限轉速），操縱手柄處小油門(mén)位置，調小油門(mén)擋釘使S=SH。緊固后，N=ND （怠速轉速），擰進(jìn)怠速穩定裝置使S=SD，緊固并檢查。
8、校正點(diǎn)調整
N低于Nr（校正點(diǎn)轉速）50rpm，操縱手柄在大油門(mén)方向，擰進(jìn)校正裝置（事先將校正裝置內螺釘擰的足夠緊）使S=ST，再調整檢查各缸油量符合要求。然后N=Nk，S=ST，擰松校正螺釘到齒桿開(kāi)始移動(dòng)為止。
9、穩定器調整
操縱手柄處小油門(mén)，N=ND時(shí)擰入穩定器部件，使其剛與齒桿連接桿接觸即退回約1mm，檢查NF滿(mǎn)足要求后緊固部件。
10、起動(dòng)點(diǎn)（煙霧限制器）調整
操縱手柄在大油門(mén)處，N=NE，裝煙霧限制器，使起動(dòng)油量符合要求。
11、停車(chē)機構檢查
調整后，應復查一次。同時(shí)無(wú)論何種工況，轉動(dòng)停車(chē)手柄各缸應停油，放松停車(chē)手柄后齒桿應能立即復位。
總結：
兩極式調速器主要由柴油發(fā)動(dòng)機轉速的感應部件、傳動(dòng)部件和附加裝置等組成。兩極式調速器只在最低轉速和標定轉速兩種情況下起調速作用，以保證低速時(shí)工作穩定和防止飛車(chē)事故的發(fā)生。 兩極式調速器與單程式調速器的主要不同點(diǎn)是：調速彈簧由兩根（或兩組）彈簧所組成，低速彈簧較長(cháng)但剛性較弱，高速彈簧較短但剛性強，兩彈簧都有一定的預緊力。
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