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设备装配与整机调试 |
柴油发电机燃油系统调速器的原理和调整步骤 |
摘要：调速器是柴油发电机组燃油系统一个重要的部件，以保证柴油发电机组正常运行。柴油机的不同转速是通过改变循环喷油量来获得的。改变柴油机的油量调节机构，使其转速调节到规定的转速范围内称柴油机调速。为此必须装设专门的调速装置，以便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。这种装置称调速器。康明斯公司在本文中阐述了调速的必要性和调速器的类型、调速器的性能指标以及机械调速器的工作原理和特点。
一、调速器的工作原理
柴油机机械调速器位置如图1所示。当柴油机在一定载荷和一定转速下运转时，感应元件旋转的离心力，通过推力盘与调速弹簧压缩推力及运动机件的摩擦力相平衡紫油的供给量不变因而机器的转速稳定。如果载荷同轻机。器转速便会升后感应元件所产牛的心力墙加。推力盘的推力则大干调速弹需的压缩推力。感应元件治两个斜盘的斜面向外飞出。而血使推力盘通过控制板带动油门拉杆向减少油量的方向移动，减少了供油量，以适应减轻了的载荷，直至感应元件的离心力与调速弹簧的推力再次平衡为止。如果载荷增加、由于原有供油量已不够使用，引起机器转速降低，感应元件所产生的离心力小干弹的压缩推力。迫使感应元件向外收缩，推力盘通过控制板带动油门拉杆向增加油量方向移动。增大了供油量以活应载荷的增加。直至感应元件的离心力与弹筋压缩推力取得新的平衡时为止。转速的调整可通过改变油门操纵杆的位置来实现。
此时与它联动的调速叉迫使调速器弹簧的压缩推力改变、调速器就能自动地把油门拉到相适应的位置，得到理想的转速。调节轴前端的校正弹簧是为了当柴油机因超载而造成转速下降时，能多供给一些柴油，以增加储备扭矩，提高适应性。即当转速下降时，由于飞球座的离心力减小，使调速弹簧产生一个剩余压力，压缩校正弹簧，使油泵调节拉杆向前移动R达到了挡加供油一的日的。校正单离题与永片之门间的D移动出能改变校正油量佰饭越大校正佰越大。若校正弹笔压缩素。则没有校正量。机器得不到储备扭矩。丧失掉对超季荷的适应能力。校正弹带的刚度和自中长度，因配用的机型不同而有不同规格，因此是不能互换使用的。高速限制螺钉旋进时，可使高转速降低，反之转速便可以更高。怠速限制螺钉旋进时，可使低速升高、反之则可使转速更低。调节轴（亦称油量限制螺钉）旋进时油量增加、反之油量减少。
1、调速器
结构如图2所示。从字面上看是调速的，实质上产是调节发动材机扭矩的。根据外加负荷变化的要求，通过改变供油量，调节柴油发电机的输出扭矩，使它与变化后的外加负荷相平衡，使柴油发电机的转速重新得到稳定。
2、调速手柄的主要作用
选定柴油发电机的工作转速。调速手柄扳到某一位置固定不动，调速单簧的预拉力一定，作业时柴油发电机的转速由调速单簧预拉力所决定，也固定为某一数值。当负荷变化时，调速器力图使柴油发电机转速保持为固定的数值，不使转速的变化超出一定范围。
3、自动调节转速的条件
柴油发电机的负荷是在空载与全载范围内变化，发动超负荷时调速器不起作用。当柴油发电机的负荷由空载逐渐增加阳时，调速杠杆逐渐向增加供油量的方向转动柱塞，当柴油发电机达到全负荷.柱塞便转到最大供油由量的极限位置。此后负荷再增加，调速器已失去作用，不能使供油量继续加大，因而柴油发电机转速急剧下降，加上转速下降后循环供油量又随之减少，使转速一直下降到熄火。因此，在作业中要尽量避免使柴油发电机超负荷。
4、调速器调速性能
工作正常的调速器，在工作转速范围内，调速器手柄固定在任意一个位置时，当外界载荷变化调速器能随之自动地调节油量大小，控制柴油发电机在一定的转速范围内运转，不应有发涩或卡住的现象。油量控制拉杆在调速器还没起作用时应是稳定的，不允许有抖动现象，但在怠速运转时，由于喷油泵柱塞泵油的振动而引起拉杆微量料动是允许的。
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图1 燃油泵总成系统图 |
图2 调速器内部组成 |
二、调速器的类型
1、按调速范围分类
（1）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。
（2）定速（单制）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。
（3）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。其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。
（4）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。此种调速器广泛用于船舶主机及柴油机发电机组。
2、按执行机构分类
（1）机械式（直接作用式）调速器利用飞重产生的离心力直接去移动油量调节机构以调节柴油机的转速。
（2）液压（间接作用式）调速器它是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。
（3）电子调速器转速信号监测或/和执行机构采用电气方式的调速器。
三、调速器的性能指标
1、静态指标
（1）稳定调速率δ2。
指当操纵手柄在标定供油位置时，最高空载转速nomax与标定转速nb之差同标定转速nb比值的百分数，即：
δ2=｛（nomax-nb）/nb｝×100%
稳定调速率δ2用来衡量调速器的准确性，其值愈小，表示调速器的准确性愈好。δ2在国外称速度降（Speed droop）。对单台柴油机运转允许δ2=0，表示该柴油机将不随外界负荷变化而保持恒速运转。但在几台柴油机并联工作时，为使各机负荷分配合理，各机的δ2必须相等且不得为零。对δ2的要求应根据柴油机的用途而定。我国有关规范规定，柴油发电机主机的δ2≯10%；交流发电机的δ2≯5%。
（2）转速波动率φ或转速变化率φ
转速波动率φ=｛[ncmax（ncmin）-nm]/nm｝×100%
转速变化率φ=｛（ncmax-ncmin）/nm｝×100%
式中，ncmax——测定期间的最高转速，r/min；
ncmin——测定期间的最低转速，r/min；
nm——测定期间的a平均转速，r/min，nm=（ncmax+ncmin）/2。
一般，在标定工况时φ≤（0.25~0.5）%；φ≤（0.5~1）%。
（3）不灵敏度ε
ε=｛（n1-n2）/nm｝×100%
式中，n1——柴油机转速减少时，调速器开始起作用的转速，r/min;
n2——柴油机转速增加时，调速器开始起作用的转速，r/min;
nm——柴油机平均转速，r/min，nm=（n1+n2）/2。
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ε≤（1.5~2）%;而在最低稳定转速时ε≤（10~13）%。
2、动态指标
（1）瞬时调速率δ
突卸全负荷瞬时调速率：
δ1=｛（nmin-nomax）/nb｝×100%
式中：nmax——突卸100%负荷时的最高瞬时转速；
nb——突卸100%负荷前的稳定转速（标定转速）。
我国有关规范要求发电柴油机的+10%; （突加50%后再加50%全负荷）≯10%。
（2）稳定时间t₅
指从突加（或突减）全负荷后转速刚偏离最高空载转速的波动范围（或标定转速的波动范围）到转速恢复到标定转速的波动范围（或最高空载转速的波动范围）为止所需时间（s）。我国有关规范规定，交流发电机t₅≯5s。
四、调速器的调整
燃油系统调速器的作用是控制柴油柴油发电机因喷油泵的速度特性而产生的工作不稳或“飞车”等现象。其工作性能不良时，会导致柴油柴油发电机熄火或工作不稳，严重时会产生“飞车”，从而发生严重的机械故障。因此在调试喷油泵时，对调速器也要进行调整。
1、高速启动作用点的调试
启动试验台，使喷油泵转速由低到高逐渐接近额定转速，并将喷油泵操纵臂推至最大供油位置（推到底），然后缓慢增加喷油泵转速，同时注意观察供油调节齿杆位置的变化情况。在供油调节齿杆开始向减小供油量方向移动时的转速，即为调速器高速启动作用点的转速。为保证获得规定的额定转速，而又不致过多地超过规定值，一般是将高速启动作用点的转速调至较额定转速高出10r/min为好（指凸轮轴的转速）。调整方法是改变调速弹簧预紧力。
2、低速启动作用点的调试
启动试验台，使喷油泵在低于怠速转速下运转，然后缓慢转动操纵臂，当喷油泵刚刚开始供油时，固定操纵臂，并逐渐提高喷油泵转速，同时注意观察供油调节齿杆位置变化情况。当供油调节齿杆开始向减少供油方向移动时的转速，即为低速启动作用点的转速，其值不得高于怠速转速规定值。
3、全负荷限位螺钉的调整
旋松全负荷限位螺钉，并使喷油泵以额定转速运转，然后将操纵臂缓慢向增加供油量方向移动，当供油调节齿杆达到最大行程时，停止移动操纵臂，这时拧入全负荷限位螺钉，使其与操纵臂上的扇形挡块相接触即可。
4、怠速稳定弹簧的调整
由于柴油柴油发电机怠速运转时，调速器的飞块离心力很小，不能立刻将供油调节齿杆推向增加供油量方向。而怠速稳定弹簧的作用就是协助调整怠速的灵敏度。通常在稳定怠速工况时，怠速稳定弹簧应能够将供油调节齿杆向增加供油方向推进0。5mm。不符时，可通过调节怠速稳定弹簧的预紧力调整螺钉来达到。
5、停止供油限位螺钉的调整
在怠速稳定弹簧调好后，停止喷油泵的运转，这时供油调节齿杆将向增加供油方向移动一个距离，然后转动操纵臂，使供油调节齿杆处于完全停止供油的位置，此时旋入停止供油限位螺钉，使其与操纵臂轴上的扇形挡块相接触，最后将停止供油限位螺钉的锁紧螺母拧紧。
总结：
柴油机在承受负荷情况下，可检查调速器的稳定性，调整步骤与无负荷时相同。一般只需稍许调整一下反馈指针或补偿针阀开度即可达到满意的调节。调节完毕后，应记录反馈指针位置、针阀开度和速度降数值。锁紧反馈指针位置后不要随便移动。康明斯机械型调速器没有反馈指针，因而其稳定性调节比较简单，只需从全开针阀到逐步关小针阀进行调节即可，最后仍需使针阀开度符合1/16转～2转的要求。应尽量使针阀有较大的开度以保证调速器调节迅速。
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