新聞主題	機械式離心柴油機調速器的主要功用和型式

 

一、調速器的功用

 

      調速器的功用是在柴油機所要求的轉速范圍內，能隨著柴油機外界負荷的變化而自動調節供油量，以保持柴油機轉速基本穩定。對于柴油機而言，改變供油量只需轉動噴油泵的柱塞即可。隨著供油量加大，柴油機的功率和轉矩都相應增大，反之則減少。

      柴油機驅動其他工作機械（如發電機、水泵等）時，如其輸出轉矩與工作機械克服工作阻力所需的轉矩（阻力矩）相等，則工作處于穩定狀態（轉速基本穩定）。如阻力矩超過輸出轉矩，則柴油機轉速將下降，如不能達到新的穩定工況，則柴油機將停止工作。當輸出轉矩大于阻力矩時，則轉速將升高，如不能達到新的平衡，則轉速將不斷上升，會發生“飛車”事故。由于工作機械的阻力矩會隨著工作情況的變化而頻繁變化，操作人員是不可能及時靈敏地調節供油量，使柴油機輸出轉矩與外界阻力相適應的，這樣，柴油機的轉速就會出現劇烈的波動，從而影響工作機械的正常工作。因此，工程機械如發電用柴油機必須設置調速器。此外，由于柴油機噴油泵本身的性能特點，在怠速工作時不容易保持穩定，而在高速時又容易超速運轉甚至“飛車”，所以在柴油機上必須安裝調速器，以保持其息速穩定和防止高速時出現“飛車”現象。

 

二、調速器的種類

 

1、根據調速器調節機構的不同分類

      可分為機械式、液壓式、氣動式和電子式四種。

① 機械式調速器

      機械式調速器的感應元件為飛塊或飛球，直接推動執行機構。結構簡單，工作可靠，廣泛用于中、小功率柴油機上。

② 液壓式調速器 液

      壓式調速器一般用飛塊作感應元件，推動控制活塞操縱液壓伺服器。這種調速器的感應元件較小，通用性強，可用少數幾種尺寸系列滿足幾十到上萬馬力（1馬力＝75kg·m/s＝0.735kW）柴油機的配套要求。穩定性好，調節精度高（穩定調速率可到零），推動力大，便于實現柴油機的自動控制。但結構復雜，工藝要求高，因此，適用于大功率柴油機。

③ 氣動式調速器

      氣動式調速器是利用膜片感應進氣管真空度的變化，進而推動執行機構。這種調速器結構簡單，低速時靈敏度較高，但因進氣管裝有節流閥增加了進氣阻力，功率有所下降。因此，只適用于小功率柴油機，目前采用不多。

④ 電子式調速器

      電子式調速器是把柴油發動機轉速的變化轉換成電量變化，經采樣放大后控制其執行機構。這種調速器可在柴油機轉速產生明顯變化之前調整供油量，獲得很高的調節精度，實現無差并聯運行。目前，主要用于柴油發電機組。

2、按照調速器起作用的轉速范圍分類

      可分為單程式、兩極式和全程式三種。

① 單程式調速器

      單程式調速器只在某一個轉速（一般為標定轉速）時起作用。它適合于要求轉速恒定的柴油機，如驅動發電機、空氣壓縮機、離心泵等的柴油機。

② 兩極式調速器

      兩極式調速器只在柴油機怠速和標定轉速兩種情況下起作用，主要用于汽車，以保持怠速工作穩定和防止高速時“飛車”。其他工況則由操作者操縱油門來調節供油量。

③ 全程式調速器

      全程式調速器是在柴油機工作轉速范圍內均起作用。裝有這種調速器的工作機械，操作人員根據工作需要選擇任一轉速后，調速器即能自動地使柴油機穩定在該轉速下工作。這不僅大大改善了操作人員在負荷變化頻繁情況下的勞動條件，而且也提高了工作質量和生產效率。因此，大多數工程機械都采用這種調速器。

 

三、機械式調速器的基本工作原理

 

1、基本組成

      調速器要能根據外界負荷的變化，靈敏地調節供油量，以保持轉速的穩定。它必須具備兩個基本部分：感應元件與執行機構。

（1）感應元件用于感應外界負荷的變化。當柴油機的外界負荷變化時，由于供油量與負荷不相適應，首先引起轉速的變化。負荷增加時會使轉速下降，負荷減小則轉速上升。因此感應元件必須能靈敏地感受到轉速的波動，并及時將感受到的信號傳遞給執行機構。

（2）執行機構用于根據感應元件傳遞的信號相應地調節供油量。當柴油機負荷增大而轉速降低時，執行機構應使供油量增加，以使轉速回升到初始轉速。當負荷減小而轉速升高時，則執行機構應減小供油量，以使轉速下降到初始轉速。

2、工作原理

（1）單程式調速器

      如圖1所示為一種單程式調速器的工作原理圖。傳動盤1由柴油機曲軸帶動旋轉。在傳動盤與推力盤5之間布置了一排飛球。飛球在傳動盤的帶動下隨著一起旋轉。飛球由于受到離心力的作用而向外飛開。傳動盤的軸向位置是一定的，而推力盤則滑套在支承軸上，可以沿軸向滑動。調速彈簧以一定的預緊力壓在推力盤上。推力盤上固定有傳動板，傳動板則和供油拉桿相連。當推力盤移動時，即通過傳動板和供油拉桿使柱塞轉動，以改變供油量。傳動板向右移時，供油量減少。

      上述調速器的感應元件為飛球，執行機構為推力盤及傳動板等。當外界負荷變化引起轉速變化時，飛球的離心力隨即改變。因離心力與轉速的平方成正比，故飛球能較靈敏地感應轉速的變化。飛球的離心力作用到推力盤上，并產生軸向分力F，迫使推力盤向右移動。由于推力盤右側作用有調速彈簧的彈力F_p，因此推力盤的位置取決于兩力是否平衡。

 

柴油機單程式調速器工作原理

 

 

       調速器的工作過程如下：

      當柴油機工作時，傳動盤和飛球即被曲軸驅動旋轉。如飛球所產生的軸向力F_a小于調速彈簧彈力F_p時，推力盤仍處于最左端的位置。這時調速器尚未起調節作用。當曲軸轉速升高到使力F_a與F_p相等時，此時曲軸轉速為調速器開始起作用的轉速。顯然，調速彈簧的預緊力F。越大，起作用的轉速越高；反之則低。

      若柴油機在調速器起作用轉速（F_a＝F_p）下工作時，外界負荷減小，曲軸轉速將上升，飛球作用到推力盤上的軸向分力將增大（F_a＞F_p），推動推力盤右移并壓縮調速彈簧。而傳動板則使供油拉桿向供油量減小的方向移動，使轉速降低，F_a減小，以適應外界負荷的變化。調速彈簧在被壓縮的同時彈力F_p也不斷增加，因此推力盤將在F′_a＝F′_p時達到新的穩定，而供油量也與減小的負荷相對應。如外界負荷繼續減小，轉速則不斷上升，飛球將使推力盤和傳動板將供油拉桿再向右移，當外界負荷為零時，調速器將供油拉桿移至最小供油量位置，柴油機處于最高空轉轉速下工作。

      綜上所述，機械單程式調速器的工作原理可歸納為以下三點。

① 感應元件通過離心力來感應柴油機轉速的變化。當負荷減小、轉速增高時，其離心力增大，借助離心力的軸向分力推動供油拉桿減小供油量。當負荷增大、轉速降低時，其離心力減小，調速彈簧將推動供油拉桿增加供油量。

② 調速器起作用的轉速由調速彈簧的彈力所決定。

③ 調速器并非使發動機的轉速始終保持不變，而是使發動機的轉速隨負荷變化的波動被控制在允許的范圍內。

（2）兩極式調速器

      如圖2所示為一種兩極式調速器的工作原理圖。這種調速器可在兩種轉速（低速和標定轉速）下起作用。其主要特點是調速彈簧由兩根組成，外調速彈簧較長，但其剛性較弱；內調速彈簧較短，但剛性強。外彈簧的預緊力小而內彈簧的預緊力大。在未工作時兩彈簧之間保持一定距離。此外，供油拉桿既可由調速器操縱，又可由操作者直接控制。

 

圖2 柴油機兩極式調速器工作原理圖

 

      兩極式調速器的工作情況如下：

      當柴油機未工作時，外調速彈簧將供油拉桿推向供油量最大的位置。當柴油機啟動后，轉速上升，因外彈簧預緊力小且剛性弱，飛球即可推動供油拉桿向減小供油量的方向移動。當轉速升至某一定轉速n_d時，推力盤3與內彈簧座相接觸。這時，由于內彈簧預緊力大而剛性強，因此即使轉速繼續升高，飛球的離心力仍不足以推動內彈簧座移動。但此時如由于外界負荷變化使轉速低于n_d時，外調速彈簧即可推動供油拉桿左移增加供油量，以保持柴油機可在n。轉速下穩定工作。n_d即為最低空轉轉速。當柴油機轉速升至標定轉速時，飛球離心力顯著升高，其軸向分力與內、外彈簧彈力相平衡。如果這時轉速稍許上升，推力盤即推壓內、外彈簧，使供油量減少，其工作情況與前述單程式調速器相同。

      在轉速n_d與標定轉速之間，調速器不起作用，由操作者根據需要調節供油量以實現柴油機轉速的基本穩定。

（3）全程式調速器

      圖3為一種全程式調速器的工作原理圖，其特點是調速彈簧的彈力可以由操作者在一定范圍內加以調節。因此，調速器起作用的轉速也相應地在一定范圍內變化。

      由操作者操縱的操縱臂的下端與調速彈簧滑座相接觸。當操縱臂順時針擺動時，調速彈簧被壓緊，彈力增大，使調速器起作用的轉速增高。當操縱臂與最高轉速限位螺釘相碰時，起作用的轉速達到最大。通常該轉速為標定轉速。如將螺釘向外退出，則起作用的轉速升高，擰入則降低。如將操縱臂逆時針擺動，則調速彈簧放松，起作用轉速降低。當操縱臂下端與怠速限位螺釘相碰時，調速器則在最低空轉轉速下起作用，以保持怠速工作穩定。

 

圖3 柴油機全程式調速器工作原理圖

 

      由以上分析可見，裝有全程式調速器的柴油發動機，操作者通過扳動操縱臂，改變調速彈簧的彈力，來達到改變柴油發動機工作轉速的目的，而柴油機的供油量則由調速器根據外界負荷的變化自動地進行調節。這就大大減輕了操作者在負荷變化頻繁時的緊張勞動，同時也提高了工作效率。

      全程式調速器也可采用兩根或多根調速彈簧。通常外彈簧較弱，且有預緊力；內彈簧則較強，呈自由狀態（這是與兩極式調速器的不同之處）。柴油發動機在低轉速工作時，外彈簧起作用。隨著轉速的升高，內彈簧也開始工作，以適應不同轉速范圍內調速器性能對彈簧剛性的不同要求。

 

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