離心式調速器
離心式調速器
離心式調速器又稱瓦特調速器或飛球調速器。英國工程師詹姆斯·瓦特於1788年為他的商業搭檔馬修·博爾頓的蒸汽機速度控制而設計。瓦特從沒有把此裝置申請發明,因為自從17世紀開始,離心式調速器已被用作監察風車和風車磨石之間的距離及壓力,所以一般大眾認為的瓦特發明了此裝置是錯誤的。實物是一個錐擺結構連接至蒸汽機閥門,利用負反饋的原理控制蒸汽機的運行速度。這也是第一個自動控制系統。
工作中的柴油機外界負荷是不斷變化的,外界負荷改變,柴油機的轉速就要改變。當發動機負荷稍有變化時,導致發動機轉速變化很大。當負荷減小時,轉速升高,轉速升高導致柱塞泵循環供油量增加,循環供油量增加又導致轉速進一步升高,這樣不斷地惡性循環,造成發動機轉速越來越高,最後飛車; 反之,當負荷增大時,轉速降低,轉速降低導致柱塞泵循環供油量減少,循環供油量減少又會導致轉速進一步降低,這樣不斷地惡性循環,造成發動機轉速越來越低,最後熄火。為了使柴油機發出的功率與外界負荷相適應,就要隨時根據外界負荷的變化調整噴油泵的噴油量; 為了使柴油機在選定的轉速下穩定運行,必須裝有專門的調速裝置。柴油機噴油泵調速器是一種自動調節噴油泵供油量大小的裝置,它可以根據柴油機噴油泵負荷的變化而自動進行調節,可使柴油機噴油泵以較穩定的轉速進行運轉,從而保證柴油機既不會產生超速也不會在怠速時停止運轉。
柴油機噴油泵調速器的功用就是在保持轉速不變的情況下,改變(或者適應) 柴油機的負荷。柴油機上採用的調速器有機械離心式(以下簡稱離心力) 、氣力式、液壓式和複合式4 種類型。由於離心式調速器結構簡單、工作可靠,所以在農用車用及工程機械用柴油機上應用最為廣泛。離心式調速器按其調節(控制) 轉速範圍的不同,分為單速式調速器、兩速式調速器和全程式調速器三種。
在離心式調速器中有二顆重球錐擺,其旋轉速度和蒸汽機相同,當蒸汽機的速度提高時,重球因離心力移到調速器的外側,因此會帶動機構,關閉蒸汽機進氣閥門,使得蒸汽機速度會下降,當蒸汽機速度過低時,重球會移到調速器的內側,再開啟蒸汽機進氣閥門。依此原理即可將蒸汽機的速度控制在一定範圍內。
只在某一規定的轉速下起作用,一般用於恆定轉速工況的柴油機( 如發動機組) 。起動機上採用單速式調速器的目的是,為了防止主機啟動后,飛輪大齒圈反過來帶動起動機,使起動機超速運轉而損壞。
單速式調速器由調速器軸、飛球、滑套、調速槓桿,調速彈簧等主要零件組成。在調速器組裝調試時,調速彈簧有一定的預緊力,它決定了起動機所要求限制的最高轉速。
當起動機轉速低於最高轉速時,飛球的有效離心力小於調速彈簧的彈力,此時調速器不起作用。當起動機的轉速達到和超過最高轉速時,飛球的有效離心力大於調速彈簧的彈力,調速彈簧被壓縮,滑套向右移動,推動調速槓桿以其下端鉸接為支點順時轉動,使進入氣缸的可燃混合氣數量減少,直至完全停止進氣。因此,起動機成為主機的負載,迫使主機的轉速下降,使起動機免於損壞。調速彈簧的預緊力用調整螺釘調整。調速器在專用試驗台上調試后,必須對調整螺釘予以鉛封。
雙速式調速器在兩個規定的轉速下起作用,它既可以保持柴油機低速穩定運轉,又能限制柴油機的最高轉速。而在所有中間轉速範圍內則由駕駛員直接操縱供油齒桿和拉杆來控制。它適用於一般條件下使用的車用柴油機。柴油運輸車的運行條件好,道路平坦,視野寬闊,坡道、障礙等可預見性好,只需要用雙速式調速器來控制柴油機的怠速,防止其隨意熄火,以及限制柴油機超速運轉。其餘工況由駕駛員直接操縱加速踏板、控制柴油機轉速,這樣省去了調速器的反應過程與時間,使柴油機轉速的控制更為及時。
雙速式調速器由高速彈簧、怠速彈簧、飛塊、雙臂槓桿、調速槓桿、偏心軸等主要零件組成。調速器位於噴油泵的後端。帶雙頭螺紋的兩個支承桿垂直、對稱地安裝在凸輪軸端的套筒上。飛塊套裝在支承桿上,其內安裝有高速彈簧及怠速彈簧,它們的外端支承在同一彈簧座上,內端分別支承在內支承座及飛塊的底部。內彈簧座是松套在支承桿上,並貼靠其凸肩上。怠速彈簧短、彈性少,安裝時略有預緊力。
它不僅能保持低速穩定運轉和限制最高轉速,而且還能使柴油機在整個工作轉速的範圍內的任何轉速下穩定運轉。可使柴油機由怠速到最高轉速的任何轉速下都能自動調節供油量的大小,在各種負荷下都能進行自動控制,這種調速器用途很廣。
全程式調速器的基本調速原理是,由於調速器傳動軸旋轉所產生的飛錘離心力與調速彈簧力相互作用,如果兩者不平衡,調速套筒便會移動。工作中,彈簧力總是將供油拉杆向循環供油量增加的方向移動; 而離心力總是將供油拉杆向循環供油量減少的方向移動。飛錘裝在凸輪軸上,隨著轉速的改變,產生大小不同的離心力,並與調速彈簧平衡在不同位置,通過調速套筒及槓桿機構改變齒桿的行程,從而實現自動調節。調速套筒的移動通過調速器的槓桿系統使供油量調節套筒的位置發生變化,從而增減供油量,以適應柴油機運行工況變化的需要。若擰入最大供油量調節螺釘,則導桿繞銷軸逆時針方向轉動,銷軸也隨之轉動,並帶動球頭銷向右撥動供油量調節套筒,這時最大供油量增加。