摘要:发电机液压调速器必须具有由控制滑阀和动力活塞组成的液压放大机构(称液压伺服器);另外为了提高其调节稳定性,改善其动态特性,还必须具有反馈(补偿)机构。液压调速器的这些特点使它具有广阔的转速调节范围,调节精度和灵敏度高,稳定性好,广泛用于大、中型柴油发电机。但其结构复杂,管理要求高。
以Woodward UG-8表盘式液压调速器为例说明。
UG-8调速器的外形如图1所示,其输出的调节力矩(工作能力)为8ft.lbf(10.85N·m),输出轴转角为42°。多用于发电用柴油发电机。它的正面表盘上有四个旋钮:调速旋钮、速度降旋钮、负荷限制旋钮以及转速指示器。
图1 UG-8表盘式液压调速器外形
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(1)结构
主要由以下几部分组成,如图2所示。
①驱动机构 驱动轴由柴油发电机凸轮轴经伞齿轮传动,通过油泵齿轮、弹性轴、传动齿轮和飞重架等使飞重等转动,从而将柴油发电机的转速信号传给感应机构。
②转速感应机构 由飞重、锥形调速弹簧及调速杆组成,用以感受和反映转速的变化。
③伺服放大机构 由控制滑阀、控制滑阀套筒、动力活塞以及有关油路组成。用来放大感应机构的输出能量。套筒由驱动轴带动回转。
④调节机构 由动力活塞、输出轴及油量调节杆等组成,用来拉动调油杆调节供油量。
⑤恒速(弹性)反馈机构 主要由大反馈活塞、小反馈活塞、上下反馈弹簧、补偿针阀、反馈杠杆和活动支点、反馈指针以及反馈油路等组成,其作用是保证调速过程中转速稳定。
⑥速度降(静速差)机构 主要由速度降旋钮、凸轮、顶杆、拉紧弹簧、支持销、速度降杆和速度降指针等组成。它是一种刚性反馈机构,不仅能使调节过程稳定,而且还能调节稳定调速率δ2以满足调节稳定性及并联运行的工作需要。
⑦速度设定机构 由两部分组成,其一由调速旋钮、传动齿轮和调速齿轮组成;其二由调速电动机及蜗轮减速机构等组成。前者用于调速器前手动调节,后者用于配电盘处遥调,均可通过改变弹簧的预紧力改变柴油发电机的稳定转速。
⑧负荷限制机构 由负荷限制旋钮、负荷限制指针、负荷限制凸轮、控制杆、紧急停车杆、限制杆、限制销、齿条、齿轮、负荷指针等组成。用以限制动力活塞的加油行程。如图3所示负荷限制指针位于表盘刻度“10”(最大)处,而此时动力活塞的实际加油行程由负荷指针指示为“5”处。此时在杆与凸轮之间具有间隙,滑阀的下移不受限制,动力活塞继续上行加大供油量。当动力活塞上行至最高供油位置时,负荷指针指示“10”,杆与凸轮刚好接触,控制滑阀继续下移,即动力活塞控制在供油“10”处。同理若指针置于“8”、“6”、“4”刻度处,柴油发电机的供油量亦被控制在“8”、“6”、“4”处。若转动旋钮16至“0”刻度,则柴油发电机自行停车。柴油发电机启动时为防加速过快应将旋钮置于“5”;待启动之后运转正常将旋扭转至“10”或规定位置。
按下紧急停车杆可使滑阀抬起,动力活塞下行减油停车。但此杆仅在调速器试验中使用,并非在柴油发电机运转中使用。但可在其上方装设安全停车辅助装置以保护柴油发电机。
⑨液压系统 由低压油池、齿轮泵、稳压油缸、稳压活塞及有关油路组成,用于产生并维持规定的油压。
图2 UG-8表盘式调速器结构原理
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(2)工作原理
当柴油发电机在某一负荷下稳定工作时,飞重的离心力与调速弹簧的预紧力相平衡,滑阀处于图3所示中间位置将控制孔封闭,动力活塞下方空间封闭,动力活塞固定不动,输出轴和油量调节杆等均固定在某一位置,使柴油发电机有一个相应于外负荷的供油量。
柴油发电机在由弹簧所设定的转速稳定运行。
当负荷增大时,转速下降,飞重的离心力大于调速弹簧的预紧力,飞重向内收拢,调速杆下移,使浮动杆以右端C为支点向下摆动,推动滑阀下移并打开套筒上的控制孔,高压油进入动力活塞的下腔。由于动力活塞下部面积为上部面积的两倍,致使动力活塞向上移动并带动输出轴逆时针方向转动加油,增加柴油发电机供油量使转速回升,随着输出轴逆时针方向转动的同时,反馈杠杆的左端上移,右端以支点为中心下移,带动大反馈活塞下移,压缩补偿空间中的滑油。由于补偿针阀的节流作用,致使小反馈活塞上移并压缩反馈弹簧。此时浮动杆以左端A为支点逆时针方向转动,带动滑阀上移,使其提前返回原平衡位置,重新封闭油孔使动力活塞停止加油移动。此后,由于反馈弹簧的恢复作用,将使小活塞逐渐下移复位,多余的滑油由针阀排出。此下移速度与调速杆的上行速度相适应,使滑阀处于中央位置不动。浮动杆恢复原位,柴油发电机恒速转动。上述反馈动作即为弹性反馈。此反馈动作也非一次完成,而是要反复多次,一直持续到油量增加与负荷增加相适应,且柴油发电机恢复到原来的工作转速。另外,输出轴12逆时针方向转动的同时,还带动速度降杆绕支撑销也按逆时针方向转动,其右端上移,调速齿轮和中心螺杆随即一起上移,将调速弹簧稍微放松,由此柴油发电机在负荷增加后的稳定工作转速较原工作转速稍有降低。
负荷减小的调节正好相反,调节后柴油发电机的工作转速较原转速稍高。