設備裝配與整機調試

柴油發電機燃油系統調速器的原理和調整步驟

 

摘要：調速器是柴油發電機組燃油系統一個重要的部件，以保證柴油發電機組正常運行。柴油機的不同轉速是通過改變循環噴油量來獲得的。改變柴油機的油量調節機構，使其轉速調節到規定的轉速范圍內稱柴油機調速。為此必須裝設專門的調速裝置，以便根據柴油機負載的變化自動調節供油量，維持其規定的轉速范圍。這種裝置稱調速器。康明斯公司在本文中闡述了調速的必要性和調速器的類型、調速器的性能指標以及機械調速器的工作原理和特點。

 

一、調速器的工作原理

 

      柴油機機械調速器位置如圖1所示。當柴油機在一定載荷和一定轉速下運轉時，感應元件旋轉的離心力，通過推力盤與調速彈簧壓縮推力及運動機件的摩擦力相平衡紫油的供給量不變因而機器的轉速穩定。如果載荷同輕機。器轉速便會升后感應元件所產牛的心力墻加。推力盤的推力則大干調速彈需的壓縮推力。感應元件治兩個斜盤的斜面向外飛出。而血使推力盤通過控制板帶動油門拉桿向減少油量的方向移動，減少了供油量，以適應減輕了的載荷，直至感應元件的離心力與調速彈簧的推力再次平衡為止。如果載荷增加、由于原有供油量已不夠使用，引起機器轉速降低，感應元件所產生的離心力小干彈的壓縮推力。迫使感應元件向外收縮，推力盤通過控制板帶動油門拉桿向增加油量方向移動。增大了供油量以活應載荷的增加。直至感應元件的離心力與彈筋壓縮推力取得新的平衡時為止。轉速的調整可通過改變油門操縱桿的位置來實現。

      此時與它聯動的調速叉迫使調速器彈簧的壓縮推力改變、調速器就能自動地把油門拉到相適應的位置，得到理想的轉速。調節軸前端的校正彈簧是為了當柴油機因超載而造成轉速下降時，能多供給一些柴油，以增加儲備扭矩，提高適應性。即當轉速下降時，由于飛球座的離心力減小，使調速彈簧產生一個剩余壓力，壓縮校正彈簧，使油泵調節拉桿向前移動R達到了擋加供油一的日的。校正單離題與永片之門間的D移動出能改變校正油量佰飯越大校正佰越大。若校正彈筆壓縮素。則沒有校正量。機器得不到儲備扭矩。喪失掉對超季荷的適應能力。校正彈帶的剛度和自中長度，因配用的機型不同而有不同規格，因此是不能互換使用的。高速限制螺釘旋進時，可使高轉速降低，反之轉速便可以更高。怠速限制螺釘旋進時，可使低速升高、反之則可使轉速更低。調節軸（亦稱油量限制螺釘）旋進時油量增加、反之油量減少。

 1、調速器

      結構如圖2所示。從字面上看是調速的，實質上產是調節發動材機扭矩的。根據外加負荷變化的要求，通過改變供油量，調節柴油發電機的輸出扭矩，使它與變化后的外加負荷相平衡，使柴油發電機的轉速重新得到穩定。

2、調速手柄的主要作用

      選定柴油發電機的工作轉速。調速手柄扳到某一位置固定不動，調速單簧的預拉力一定，作業時柴油發電機的轉速由調速單簧預拉力所決定，也固定為某一數值。當負荷變化時，調速器力圖使柴油發電機轉速保持為固定的數值，不使轉速的變化超出一定范圍。

3、自動調節轉速的條件

      柴油發電機的負荷是在空載與全載范圍內變化，發動超負荷時調速器不起作用。當柴油發電機的負荷由空載逐漸增加陽時，調速杠桿逐漸向增加供油量的方向轉動柱塞，當柴油發電機達到全負荷.柱塞便轉到最大供油由量的極限位置。此后負荷再增加，調速器已失去作用，不能使供油量繼續加大，因而柴油發電機轉速急劇下降，加上轉速下降后循環供油量又隨之減少，使轉速一直下降到熄火。因此，在作業中要盡量避免使柴油發電機超負荷。

4、調速器調速性能

      工作正常的調速器，在工作轉速范圍內，調速器手柄固定在任意一個位置時，當外界載荷變化調速器能隨之自動地調節油量大小，控制柴油發電機在一定的轉速范圍內運轉，不應有發澀或卡住的現象。油量控制拉桿在調速器還沒起作用時應是穩定的，不允許有抖動現象，但在怠速運轉時，由于噴油泵柱塞泵油的振動而引起拉桿微量料動是允許的。

 

圖1  燃油泵總成系統圖

圖2  調速器內部組成

 

二、調速器的類型

 

1、按調速范圍分類

（1）極限調速器（限速器）只用于限制柴油機的最高轉速不超過某規定值，在轉速低于此規定值時不起調節作用。此種調速器僅用于船舶主機，目前已很少單獨使用。

（2）定速（單制）調速器在負荷變化時能使柴油機轉速保持在規定范圍內。此種調速器應用于發電柴油機。

（3）雙制式調速器能維持柴油機的最低運轉轉速并可限制其最高轉速。其中間轉速由人工手動調節。此種調速器用于對低速性能要求較高或帶有離合器的中小型船用主機。

（4）全制式調速器在從最低穩定轉速到最高轉速的全部運轉范圍內，均能自動調節噴油量以保持任一設定轉速。此種調速器廣泛用于船舶主機及柴油機發電機組。

2、按執行機構分類

（1）機械式（直接作用式）調速器利用飛重產生的離心力直接去移動油量調節機構以調節柴油機的轉速。

（2）液壓（間接作用式）調速器它是通過液壓伺服器將飛重產生的離心力加以放大，使用放大后的動力去移動油量調節機構。

（3）電子調速器轉速信號監測或/和執行機構采用電氣方式的調速器。

 

三、調速器的性能指標

 

1、靜態指標

（1）穩定調速率δ₂。

      指當操縱手柄在標定供油位置時，最高空載轉速n_omax與標定轉速n_b之差同標定轉速n_b比值的百分數，即：

δ₂=｛（n_omax-n_b）/n_b｝×100%

      穩定調速率δ₂用來衡量調速器的準確性，其值愈小，表示調速器的準確性愈好。δ₂在國外稱速度降（Speed droop）。對單臺柴油機運轉允許δ₂=0，表示該柴油機將不隨外界負荷變化而保持恒速運轉。但在幾臺柴油機并聯工作時，為使各機負荷分配合理，各機的δ₂必須相等且不得為零。對δ₂的要求應根據柴油機的用途而定。我國有關規范規定，柴油發電機主機的δ₂≯10%；交流發電機的δ₂≯5%。

（2）轉速波動率φ或轉速變化率φ

轉速波動率φ=｛[n_cmax（n_cmin）-n_m]/n_m｝×100%

轉速變化率φ=｛（n_cmax-n_cmin）/n_m｝×100%

式中，n_cmax——測定期間的最高轉速，r/min；

n_cmin——測定期間的最低轉速，r/min；

n_m——測定期間的a平均轉速，r/min，nm=（n_cmax+n_cmin）/2。

一般，在標定工況時φ≤（0.25~0.5）%；φ≤（0.5~1）%。

（3）不靈敏度ε

ε=｛（n₁-n₂）/nm｝×100%

式中，n₁——柴油機轉速減少時，調速器開始起作用的轉速，r/min;

n₂——柴油機轉速增加時，調速器開始起作用的轉速，r/min;

n_m——柴油機平均轉速，r/min，n_m=（n₁+n₂）/2。

不靈敏度過大會引起柴油機轉速不穩定，嚴重時會導致調速器失去作用發生飛車，一般規定在標定轉速時ε≤（1.5~2）%;而在最低穩定轉速時ε≤（10~13）%。

2、動態指標

（1）瞬時調速率δ

      突卸全負荷瞬時調速率：

δ₁=｛（n_min-n_omax）/n_b｝×100%

式中：n_max——突卸100%負荷時的最高瞬時轉速；

n_b——突卸100%負荷前的穩定轉速（標定轉速）。

      我國有關規范要求發電柴油機的+10%;  （突加50%后再加50%全負荷）≯10%。

（2）穩定時間t_?

      指從突加（或突減）全負荷后轉速剛偏離最高空載轉速的波動范圍（或標定轉速的波動范圍）到轉速恢復到標定轉速的波動范圍（或最高空載轉速的波動范圍）為止所需時間（s）。我國有關規范規定，交流發電機t_?≯5s。

 

四、調速器的調整

 

      燃油系統調速器的作用是控制柴油柴油發電機因噴油泵的速度特性而產生的工作不穩或“飛車”等現象。其工作性能不良時，會導致柴油柴油發電機熄火或工作不穩，嚴重時會產生“飛車”，從而發生嚴重的機械故障。因此在調試噴油泵時，對調速器也要進行調整。

1、高速啟動作用點的調試

      啟動試驗臺，使噴油泵轉速由低到高逐漸接近額定轉速，并將噴油泵操縱臂推至最大供油位置（推到底），然后緩慢增加噴油泵轉速，同時注意觀察供油調節齒桿位置的變化情況。在供油調節齒桿開始向減小供油量方向移動時的轉速，即為調速器高速啟動作用點的轉速。為保證獲得規定的額定轉速，而又不致過多地超過規定值，一般是將高速啟動作用點的轉速調至較額定轉速高出10r/min為好（指凸輪軸的轉速）。調整方法是改變調速彈簧預緊力。

2、低速啟動作用點的調試

      啟動試驗臺，使噴油泵在低于怠速轉速下運轉，然后緩慢轉動操縱臂，當噴油泵剛剛開始供油時，固定操縱臂，并逐漸提高噴油泵轉速，同時注意觀察供油調節齒桿位置變化情況。當供油調節齒桿開始向減少供油方向移動時的轉速，即為低速啟動作用點的轉速，其值不得高于怠速轉速規定值。

3、全負荷限位螺釘的調整

      旋松全負荷限位螺釘，并使噴油泵以額定轉速運轉，然后將操縱臂緩慢向增加供油量方向移動，當供油調節齒桿達到最大行程時，停止移動操縱臂，這時擰入全負荷限位螺釘，使其與操縱臂上的扇形擋塊相接觸即可。

4、怠速穩定彈簧的調整

      由于柴油柴油發電機怠速運轉時，調速器的飛塊離心力很小，不能立刻將供油調節齒桿推向增加供油量方向。而怠速穩定彈簧的作用就是協助調整怠速的靈敏度。通常在穩定怠速工況時，怠速穩定彈簧應能夠將供油調節齒桿向增加供油方向推進0。5mm。不符時，可通過調節怠速穩定彈簧的預緊力調整螺釘來達到。

5、停止供油限位螺釘的調整

      在怠速穩定彈簧調好后，停止噴油泵的運轉，這時供油調節齒桿將向增加供油方向移動一個距離，然后轉動操縱臂，使供油調節齒桿處于完全停止供油的位置，此時旋入停止供油限位螺釘，使其與操縱臂軸上的扇形擋塊相接觸，最后將停止供油限位螺釘的鎖緊螺母擰緊。

 

 總結：

      柴油機在承受負荷情況下，可檢查調速器的穩定性，調整步驟與無負荷時相同。一般只需稍許調整一下反饋指針或補償針閥開度即可達到滿意的調節。調節完畢后，應記錄反饋指針位置、針閥開度和速度降數值。鎖緊反饋指針位置后不要隨便移動。康明斯機械型調速器沒有反饋指針，因而其穩定性調節比較簡單，只需從全開針閥到逐步關小針閥進行調節即可，最后仍需使針閥開度符合1/16轉～2轉的要求。應盡量使針閥有較大的開度以保證調速器調節迅速。

 

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