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1、第八章 柴油机的调速装置船舶柴油机调速装置调速装置根据柴油机负载的变化自动调节供油量，维持其规定的转速范围。一、调速的必要性第一节 柴油机的调速二、机械式调速器三、调速器的类型四、调速器的性能指标五、超速保护装置一、调速的必要性1、船舶主机的调速、船舶主机的调速具有自动调节转速以适应外界负荷变动的能力 发电柴油机发电柴油机必须装设定速调速器，保证负荷变化时柴油机的转速基本不变。n2、船舶副机的调速、船舶副机的调速n若喷油泵的供油量不变而外界负荷增加，柴油机若喷油泵的供油量不变而外界负荷增加，柴油机会降速并最终停车；反之，当外界负荷减少时，会降速并最终停车；反之，当外界负荷减少时，柴油机将增速并
2、最终飞车。故发电柴油机自身没柴油机将增速并最终飞车。故发电柴油机自身没有自动调速能力，必须装设定速调速器。有自动调速能力，必须装设定速调速器。二、调速器的类型n按调速范围分类n按执行机构分类n1、按调速范围分类n极限调速器（限速器）只用于限制柴油机的最高转速不超过某规定值，在转速低于此规定值时不起调节作用。此种调速器仅用于船舶主机，目前已很少单独使用。单制式调速器（定速调速器）在负荷变化时，能使柴油机转速保持在规定范围内。此种调速器应用于发电柴油机。双制式调速器能维持柴油机的最低运转转速，并可限制其最高转速。中间转速由人工手动调节。此种调速器用于对低速性能要求较高或带有离合器的中小型船用主机。
3、全制式调速器在从最低稳定转速到最高转速的全部运转范围内，均能自动调节喷油量以保持任一设定转速。此调速器广泛应用于船舶主机和柴油发电机组。n2、按执行机构分类n机械式调速器直接利用飞重产生的离心力去移动油量调节机构，以调节柴油机的转速。n液压调速器通过液压伺服器将飞重产生的离心力加以放大，使用放大后的动力去移动油量调节机构。n电子调速器转速信号监测或执行机构采用电气方式的调速器。四、调速器的性能指标n调速器的性能好坏直接影响柴油机运转的稳定性和可靠性。调速器装机后，应对柴油机进行突变负荷试验，以分析调速器的工作性能。柴油机进行突变负荷试验时得到的调速过程变化曲线图中，n0max最高空载转速；nm
4、in最低瞬时转速；nb全负荷稳定转速；nmax最高瞬时转速。2.调速器的动态指标：用来评价调速系统过渡过程的性能指标。1)瞬时调速率 2)稳定时间ts1.调速器的静态指标：用来评价调速器起作用之前和之后稳定过程的特性 1)稳定调速率 2)转速波动率或转速变化率 3)不灵敏度评定调速器性能有两种工作指标1)稳定调速率指当操纵手柄在标定供油位置时，最高空载转速n0max与标定转速nb之差同标定转速nb比值的百分数。衡量调速器的准确性主机不超过10%发电机不超过5%转速波动率或转速变化率 用来表征在稳定运转时，柴油机转速的变化程度，主要是由柴油机回转力矩不均匀而引起的。但两者的定义不同：转速波动率=
5、转速变化率=一般，在标定工况时，(0.250.5)%;(0.51)%。一般规定 在标定转速时（），在最低稳定转速时（）。n2nmn1不灵敏度 当柴油机在一定负荷下稳定运转时，由于调速机构中存在间隙、摩擦和阻力，若转速稍有变化，调速器并不立即改变供油量。直到转速变化量足够大时，调速器才能开始起到调节供油的作用。这种现象称为调速器的不灵敏性。我国用不灵敏度 表示不灵敏区域的大小。不灵敏度过大，会引起柴油机转速不稳定，严重时会导致调速器失去作用发生飞车。一般规定在标定转速时，(1.52)%；而在最低稳定转速时，(1013)%n/nbnb/nbn0max/nbnmax/nbnmin/nbtstst1+
6、1-1)瞬时调速率 我国有关规范要求发电柴油机的；1(突加50%后再加50%全负荷)10%。2)稳定时间ts稳定时间ts指从突加（或突减）全负荷后，转速刚偏离最高空转转速（或全负荷稳定转速）的波动范围到转速恢复到全负荷稳定转速（或最高空载转速）的波动范围为止所需时间。我国有关规范规定，交流发电机的稳定时间不得大于5s。第二节 调速器的结构和工作原理 一、机械调速器1无反馈液压调速器2刚性反馈液压调速器3弹性反馈液压调速器二、液压调速器的工作原理三、液压调速器的典型结构nWoodward UG液压调速器nWoodward PGA型液压调速器转速调节螺钉调速弹簧滑动套筒飞重架转轴飞重加油减油机械式
7、调速器 机械式调速器的组成：机械式调速器的飞重和调速弹簧组成转速感应元件，按力平衡系统工作。调速原理n当柴油机发出的功率与外界的负荷刚好平衡时柴油机转速稳定，飞重产生的离心力与调速弹簧的预紧力平衡，油量调节杆停留在某一供油量位置。n若外界负荷突然减小，柴油机发出的功率大于外界负荷时柴油机转速升高，飞重产生的离心力大于弹簧的预紧力，使套筒上移，增加弹簧的压缩量，同时通过角拉杆推动油量调节杆向减油方向移动。当调节过程结束时，柴油机的功率与外界负荷在彼此都减小了的情况下恢复平衡，调速器的飞重稳定在新的位置，飞重的离心力和调速弹簧的作用力也在彼此都增加的情况下达到新的平衡状态。n若外界负荷突然增大，柴
8、油机发出的功率小于外界负荷时 调速器的动作与外界负荷减少时相反，飞重离心力和弹簧的作用力在彼此都减小的情况下达到平衡状态机械式调速器的特点和适用范围n机械式调速器不能保持柴油机调速前后的转速不变，即外负荷改变后，不能使柴油机恢复到原来的转速。外负荷减少时，调速后的转速比原来的转速稍高；外负荷增加时，调速后的转速比原来的转速稍低。产生这种转速差的根本原因是转速感应元件与油量调节机构之间是刚性连接。n机械式调速器只能用于中小功率的柴油机。其灵敏度和精度都比较差。n结构简单n维修方便二、液压调速器液压调速器在感应机构与油量调节机构之间加设液压放大机在感应机构与油量调节机构之间加设液压放大机构。构。1
9、 1、无反馈的液压调速器无反馈的液压调速器2 2、带有反馈装置的液压调速器、带有反馈装置的液压调速器 刚性反馈液压调速器 弹性反馈液压调速器 双反馈液压调速器 液压调速器飞重产生的离心力并不直接去移动柴油机的油量调节机构。所以，这种调速器也称间接作用式调速器。液压调速器中具有控制滑阀和动力活塞组成的液压放大机构，另外，为了提高液压调速器调节过程的稳定性，改善其动态特性，还具有反馈机构，起补偿作用。液压调速器具有广阔的转速调节范围，调节精度和灵敏度高，稳定性好，广泛用于船舶大中型柴油机。但其结构复杂，对管理要求高。一、液压调速器的工作原理1、无反馈液压调速器n工作原理n无反馈液压调速器存在问题
10、由于调速系统的惯性，使滑阀和动力活塞的运动总滞后于柴油机转速的变化。当减少供油量时，不可能根据负荷的减少程度适度调节，而使油量减少过头，柴油机降速过度；同理，当柴油机负荷增加时，供油量又会增加过头，柴油机加速过度。如此不断重复降速、加速的调节过程，柴油机转速波动很大，调节过程不稳定，无法满足使用要求。所以，这种无反馈装置的液压调速器在实际中无法使用。实际中无法使用，必须加反馈环节：实际中无法使用，必须加反馈环节：1 1）刚性反馈机构保证调节稳定性并使调节过程具有）刚性反馈机构保证调节稳定性并使调节过程具有一定的稳定调速率（有差调节），保证并联各机按比一定的稳定调速率（有差调节），保证并联各机按
11、比例分配负荷例分配负荷2 2）弹性反馈机构保证调节稳定性并恒速调节（无差）弹性反馈机构保证调节稳定性并恒速调节（无差调节）调节）2、刚性反馈液压调速器n工作原理特点：发动机不能恢复原有转速，即稳定调速特点：发动机不能恢复原有转速，即稳定调速率不等于零率不等于零n刚性反馈液压调速器存在问题 调节过程终了时，滑阀回到了原来位置，把控制油孔关闭，切断通往伺服油缸的油路。这时动力活塞停止运动，喷油泵调节杆随之移动到一个新的平衡位置，柴油机在相应的新负荷下工作。既A点位置随负荷而变，与滑阀相连接的B点在任何稳定工况下均应处于原来位置，与负荷无关。由于反馈是通过刚性连接来实现的，故C点的位置必须配合A点作
12、相应的变动亦稳定在新的位置，也就是说柴油机不能恢复到原来的转速。因而调速器的稳定调速率不能为0。3、弹性反馈液压调速器n工作原理特点：发动机能恢复原有转速，即稳定特点：发动机能恢复原有转速，即稳定调速率等于零调速率等于零n弹性反馈液压调速器的特点 调速过程结束后，柴油机的转速仍能保持不变，即稳定调速率可为0。4、双反馈液压调速器n工作原理特点：通过调节节流针阀开度调节稳定性，通特点：通过调节节流针阀开度调节稳定性，通过调节支点位置调节稳定调速率的大小过调节支点位置调节稳定调速率的大小当柴油机并车运行时，除了要求调速器应有良好的稳定性外，还应按正确的比例分配各机承担的负荷。因此，调速器应具有弹性
13、反馈机构以保证调节稳定性；同时还应具有刚性反馈机构以使调节过程具有一定的稳定调速率，保证各机按比例分配负荷。二、液压调速器的典型结构 船用柴油机使用的液压调速器大多为双反馈全制式。其中以Woodward UG 和Woodward PGA 型液压调速器应用最普遍。Woodward PGA 液压调速器由三部分组成：n调速器主体n速度设定部分n速度降机构1稳定调速率的调整（1）稳定调速率的作用与要求一、液压调速器的调整影响调速准确性；影响稳定性；决定并联运行机的负荷分配合理的分配是与标定功率成比例分配第三节 调速器的调整和管理 图a)表示稳定调速率见2=0的调速特性，为恒速无差调节，调速前后无论工作
14、点在1、2、3点，其转速均为nb。图b）表示稳定调速率20的调速特性，为有差调速，特性线斜率越大，调节后转速的差别也越大。=0 负荷任意分配()1=()20 负荷按要求分配表示两台柴油机并联运行，其2值相等并都大于零。两台机有重合的调速特性，M合为两台机合成的调速特性线。当n=n1时，每台机都在2点运行，合成工作点为1，两机负荷均匀分布。当外负荷增加时，两机同时加油，但两者转速也同时下降到n2，每台机运行点为2，合成工作点为1。其负荷分配仍然均匀。()1()20 负荷分配不均a表示若两台机的2不等，设(2)1(2)2,两条调速特性曲线具有不同的倾斜度，2小者陡峭。若此时调节调速器的设定转速，使
15、两台机同时运行在点2（见图b），即让其调速特性曲线沿n轴平移后的两线交点2，这时两机负荷虽然相同，但这种均衡只是暂时的，严重时会一台机超负荷而使全船失电。功率不等时 ()1=()20负荷合理分配。大的大，小的小与标定功率成比例n 综上所述，调速器的2决定了并联运行的柴油机间的负荷分配情况.对于单台运行的柴油机2可以为零。但并联运行的各台柴油机的2值必须相等且均大于零，在满足调速系统稳定性要求的前提下，尽量选用小的2值。PGA调速器打开上盖，通过松开锁紧螺钉，改变静速差凸轮位置进行调解 012%表盘式调速器通过静速差旋钮调整 “30”“50”表示 3%5%机械调速器不能调解 1稳定调速率的调整液
16、压调速器的调整n稳定调速率2的调节 n表盘式调速器可通过静速差旋钮进行调节。如将旋钮刻度旋转至“3050”）之间，则表示相应的2值约为35。实践中应通过并联运行柴油机的负荷分配比例进行调节，如果并联机承担负荷小，则应减少该机的2数值。n杠杆式PGA型调速器其外部无2调节机构。如需调节2值，应打开调速器顶盖旋松速度降凸轮上的锁紧螺钉，则速度降凸轮可沿支架销L的槽道滑动。若将速率降凸轮沿槽道向右移动，即朝动力活塞尾杆18的方向移动凸轮，则2值增加；反向移动凸轮则2值减小，若使凸轮中心线与支点销中心线重合，则2 值为零。决不允许使速度降凸轮移动超过“0”稳定调速率的位置，因为此时发生负的速度降而使调
17、速器动作非常不稳定。在这些调速器中2的调节约为012。n机械调速器的2值与其结构参数有关，除非更换调速弹簧（刚度）或飞重等零件，一般是不可调整的。若调速弹簧换用刚度小行，则其2变小，准确性提高，但稳定性降低。2稳定性调节n稳定性调节的原则q在尽可能小的反馈指针刻度下，保证针阀开度符合相应说明书的要求。一、液压调速器的调整对反馈系统进行综合调节，以获得尽可能小的 和尽可能短的Ts。调节的环节：反馈指针；补偿针阀。在任何情况下均不得把补偿针阀全部关死。稳定性调节的步骤(UG8)准备；驱气无负荷调节反馈指针不大于7；针阀开度1/23/4圈有负荷调节型调速器没有反馈指针，只需调节针阀，型调速器没有反馈
18、指针，只需调节针阀，需使针阀开度符合需使针阀开度符合1/16转转2转的要求。转的要求。二、调速器的故障管理1.调速器常见故障游车或转速振荡2.调速器的维护管理保证润滑一般半年换油一次9-4 电子调速器 电子调速器是一种电子控制系统。凡转速感应元件或执行机构采用电气方式的调速器，习惯上通常称为电子调速器。电子调速器的工作原理电子调速器的工作原理 工作时，先通过转速设定器，利用可调节的电位器设定所需的转速，将其产生的转速设定信号以直流电的形式作为“正信号”输入放大器；柴油机起动运转后，速度传感器（或负载传感器）将磁性测速头感应的转速情况转化成直流电的形式作为“负信号”输入放大器，在放大器内将两种信
19、号相加，当两者之和为零时，不向执行器输出控制信号，柴油机即在设定的转速运行。当外负荷变化使柴油机转速增加时，磁性测速头感应产生的交流电压频率立即增加，经速度传感器转换后的直流电压也随之增加。在放大器内它与转速设定信号之和变为“负值”，此时放大器即向执行器输出“减油”的信号，通过执行器使柴油机的燃油量减少，转速随之下降。同理，当柴油机转速减小时，放大器会立即向执行器输出“加油”的信号，通过执行器使柴油机加油，提升其转速。二、典型电子调速器简介Woodward 2301电子调速器模拟式电子调速器电-液调速器传感器为磁电式2301电子控制器EG3P液压执行器单纯调频型（单脉冲）调频调载型（双脉冲）怠速调整 转速设定 稳定度 增益量-转速升高时，调节器 给线圈电压减小，滑 阀上 移，负荷活塞 上移加油EG3P液压执行器-弹簧合力向上-电磁力向下（线圈 电压来自控制器）-两力平衡稳速