Изменения в конструкции объединенного регулятора
регулятора мощности дизеля 11Д45
тепловоза ТЭП60
Изменения в конструкции объединенного регулятора:
по регулятору частоты вращения. Измеритель частоты вращения приводится
во вращение от шестеренчатого привода, связанного с коленчатым валом
дизеля. Неравномерность вращения коленчатого вала в пределах одного
полного оборота по всей видимости передается приводу регулятора, так как
при работе дизеля грузы измерителя совершают колебательное движение
около своего среднего положения с частотой, равной частоте вращения
коленчатого вала. Это вызывает вибрацию с такой же частотой штока
силового сервомотора, передающуюся рейкам топливного насоса. Особенно
сильно вибрация реек топливного насоса проявляется на режиме номинальной
мощности при работе дизеля с регулятором, имеющим измеритель
первоначальной конструкции.
Этот недостаток в работе регулятора частоты
вращения был полностью устранен установкой в измеритель (см. рис. 41)
упругой связи между диском-шестерней 8, неподвижно закрепленной на
вращающейся буксе 19, и траверсой 11, на которой установлены качающиеся
грузы 12 измерителя. Упругая связь выполнена в ^иде двух брусков-из
маслостойкой резины.
Доводка устойчивости процесса регулирования частоты вращения коленчатого
вала привела к необходимости уменьшения диаметра силового поршня (с 57
до 48 мм) и увеличения диаметра компенсирующего поршня (с 38 до 48 мм)
силового сервомотора регулятора. Это увеличило быстродействие регулятора
и повысило чувствительность его обратной связи. Одновременно была
ослаблена пружина силового сервомотора;
по регулятору мощности. Объединенный регулятор имеет устройство, которое
связывает между собой взаимное положение поршня сервомотора управления
частотой вращения и штока силового сервомотора регулятора частоты
вращения вала. Следствием этой связи является соблюдение определенной
зависимости между частотой вращения коленчатого вала дизеля и положением
реек топливного насоса, определяющим объемную цикловую подачу топлива в
цилиндры дизеля. Таким образом, при работающем упомянутом устройстве
каждой частоте вращения коленчатого вала соответствует вполне
определенная объемная величина подачи топлива в цилиндры дизеля.
Поскольку мощность, развиваемая дизелем, зависит в конечном итоге от
частоты вращения коленчатого вала и от количества сгораемого топлива в
его цилиндрах, устройство регулятора, обеспечивающее заданную
зависимость между этими основными факторами, выполняет функции
регулятора мощности. Необходимо учитывать, что действительное количество
топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, зависит не только от положения
реек топливного насоса, определяющего только объемную величину подачи
топлива, но и от температуры топлива, заметно влияющей на его удельный
вес.
Таким образом, при работающем регуляторе мощности уровень мощности,
развиваемой дизелем, при данной частоте вращения коленчатого вала
зависит и от температуры топлива, подаваемого к топливному насосу. Для
дизелей 11Д45 и 11Д45А изменение температуры топлива на 10° С вызывает
изменение уровня номинальной мощности на ~ 1,4%. Во избежание большой
перегрузки дизеля не рекомендуется его работа на топливе с температурой
ниже +20° С. Установку упора ограничения максимальной подачи топлива при
регулировке дизеля на стенде завода производят из расчета его работы на
топливе, имеющем температуру +20° С.
Функцию регулятора мощности с обратной связью выполняет золотниковое
устройство, управляющее подачей масла в сервомотор, соединенный с
реостатом, регулирующим ток возбуждения генератора (впоследствии
регулировочный реостат был заменен индуктивным датчиком).
Исходная конструкция регулятора мощности обладала рядом существенных
недостатков, которые приводили к неустойчивости про-цесса регулирования
и к затягиванию времени протекания переходных процессов. Причинами этого
были недостаточная четкость работы выбранной схемы изодромной обратной
связи, наличие двух рабочих поясков золотниковой части регулятора,
требующих высокой точности изготовления, а также наличие люфтов в
шарнирных соединениях, вызывающих большую степень нечувствительности
регулятора. Настройка и регулировка регулятора мощности были неудобны,
сложны и не всегда приводили к требуемым результатам. Завод-изготовитель
дизеля разработал и внедрил в производство новую, более совершенную
конструкцию регулятора мощности.
Сервомотор регулятора мощности новой конструкции имеет дифференциальный
поршень и полость г (см. рис. 39), выполняющую функции изодромной
обратной связи. Полость эта соединена игольчатым клапаном 10 и
корректором (золотниковым клапаном) 8 с собственной масляной ванной.
Дифференциальный поршень со стороны меньшей площади постоянно находится
под давлением масла из общей масляной системы объединенного регулятора.
Подачей масла в полость сервомотора со стороны большей площади или
отводом из нее масла управляет цилиндрический поясок плунжера золотника
регулятора мощности. При движении сервомотора в сторону требуемого
увеличения или уменьшения нагрузки в полости г изодромной связи
создается соответственно разрежение или давление, передающиеся в полость
золотниковой части 12, уплотненную мембраной. Под действием разрежения
или давления в этой полости золотник перемещается в ту же сторону, что и
плунжер, несколько отставая от него. Когда устанавливается требуемая
нагрузка, под действием пружин золотник возвращается в среднее положение
со скоростью определяемой проходным сечением игольчатого клапана
обратной связи. Скорость эта устанавливается регулировкой клапана и
должна быть меньше скорости возвращения плунжера. Плунжер догоняет
золотник и, перекрывая пояском его окна, останавливает движение поршня
сервомотора. Дальнейшее возвращение плунжера и золотника происходит
совместно, при этом окна золотника перекрыты и поршень сервомотора
остается неподвижным. Таким образом, новое значение тока возбуждения
генератора устанавливается в соответствии с требуемой нагрузкой без
длительных колебаний.
Затяжка пружин корректора 8 обратной связи регулируется так, чтобы при
давлении (или разрежении), равном 0,5 кгс/см2, его поршень сообщал
полость обратной связи с масляной ванной. Это обеспечивает необходимую
скорость перемещения поршня сервомотора при резких изменениях нагрузки.
Устойчивость работы регулятора мощности регулируется вращением иглы 10,
которая должна быть вывернута не менее чем на два оборота от упора во
избежание большого замедления процесса регулирования нагрузки.
Дополнительным мероприятием, повысившим чувствительность регулятора
мощности, является установка пружины на плунжер его золотниковой части с
целью выборки зазоров в шарнирах рычажного соединительного механизма,
В эксплуатации уход за регулятором мощности
сводится только к наблюдению за уровнем масла в масляной ванне 9 системы
изодромной обратной связи. Уровень масла должен находиться между метками
на щупе. Для заправки и доливов применяют сорт масла, используемый для
регулятора. При замене масла во время плановых ремонтов необходимо
удалить воздух из системы с помощью игольчатого клапана, расположенного
на нижней крышке золотниковой части регулятора мощности. Для этого
необходимо отвернуть игольчатый клапан на несколько оборотов и
передвинуть поршень сервомотора внутрь корпуса, затем завернуть иглу и
передвинуть поршень в обратном направлении. Операцию эту следует
повторять, пока из игольчатого клапана не начнет вытекать масло без
пузырьков воздуха;
по системе управления частотой вращения коленчатого вала. Исходная
конструкция системы управления частотой вращения коленчатого вала дизеля
в объединенном регуляторе также обладала недостатками, устранение
которых потребовало внести изменения в его конструкцию. Одним из них
являлось резкое изменение частоты вращения при переходе с низшей позиции
контроллера на высшую, т. е. при наборе оборотов. При снижении частоты
вращения коленчатого вала резкое их изменение не влечет за собой
каких-либо нежелательных последствий и вполне допустимо, а при повышении
частоты вращения их резкое изменение приводит к неполному сгоранию
топлива во время переходного процесса регулирования, что крайне
нежелательно. Происходит это вследствие того, что регулятор
устанавливает необходимую подачу топлива в цилиндры дизеля раньше, чем
система воздухоснабжения дизеля, из-за инерционности турбокомпрессоров
может обеспечить повышение количества подаваемого воздуха, необходимого
для полного сгорания этого топлива. Устранение этого недостатка возможно
только замедлением процесса увеличения частоты вращения коленчатого
вала.
С этой целью на входе масла в сервомотор, управляющий затяжкой пружины
измерителя, были установлены дроссель ламинарного типа и шариковый
обратный клапан. Одновременно в месте подвода масла в золотниковую часть
механизма устранена прерывистость подачи масла вводом кольцевой проточки
на наружной поверхности вращающегося золотника. С такими изменениями
механизм управления частотой вращения обеспечивает увеличение частоты
вращения коленчатого вала дизеля с 400 до 750 об/мин при переводе
рукоятки контроллера с I на XV позицию за 50—150 с при температуре масла
в регуляторе, равной 60—65° С. Уменьшение частоты вращения коленчатого
вала происходит быстро, без замедления, так как отвод масла из
сервомотора управления происходит через шариковый клапан.
Опыт эксплуатации большого количества тепловозов ТЭП60 показал, что
управление ими с вводом приведенных изменений в конструкцию
объединенного регулятора стало значительно более удобным и автоматичным.
Установка требуемой большей скорости движения тепловоза производится
перестановкой рукоятки сразу на соответствующую позицию и автоматически
устанавливается по истечении определенного времени плавным изменением
режима работы дизеля.
Вторым недостатком работы объединенного регулятора
являлось произвольное уменьшение частоты вращения коленчатого вала
дизеля при его работе на установившемся режиме. Это объясняется
чувствительностью системы к изменению вязкости масла при повышении его
температуры. Для устранения этого дефекта была уменьшена температура
масла снижением давления в масляной системе регулятора с 6,5—7,5 до
5,5—6,5 кгс/см2 (соответствующим ослаблением пружин аккумуляторов).