青船院船舶柴油机课件08柴油机的调速装置

第八章柴油机的调速装置第一节柴油机的调速一、调速的必要性1船舶主机若喷油泵的供油量不变而外负荷增加（如海面阻力增加），柴油机在较低转速下稳定运转；反之，若外负荷降低，则柴油机在较高转速下稳定运转。故柴油主机有自动变更转速以适应外界负荷变化的能力。为了防止主机运转中超速，我国规定船舶主机必须要装限速器，使主机转速不超过115％nb2船舶发电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，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，且要求有差调节（机械式或液压表盘式调速器，液压表盘式最佳）二、调速器类型1按调速范围分类1）极限调速器：只用于限制柴油机的最高转速不超过某规定值，而在转速低于此规定值时不起调节作用。仅用于船舶主机2）定速调速器：亦称单制调速器，用于发电柴油机3）双制式调速器：维持最低转速和限制最高转速，用于对低速性要求较高或带有离合器的中小型船舶主机4）全制式调速器：柴油机的全部运转范围内均能自动调节供油量以保持任一设定转速不变。广泛用于船舶主机及发电柴油机2按执行机构分类1）机械式（直接作用式）：直接利用飞重产生的离心力去移动执行机构2）液压式（间接作用式）：飞重产生的离心力控制液压放大机构，并不直接移动执行机构。它与机械式转速感应元件都是利用力平衡原理（调速弹簧预紧力与飞重离心力平衡）3）电子调速器：信号监测或执行机构采用电气方式第二节调速器的性能指标1调速器的静态指标1）稳定调速率δ2（速度降speeddrop；静速差）（1）定义：当操纵手柄在标定供油位置时，最高空载转速与标定转速之差同标定转速比值的百分数，即δ2=（n0max-nb）/nb*100%（2）作用：衡量调速器的准确性，其值愈小表示调速器的准确性愈好（3）我国规定：船用主机应不超过10％；交流发电柴油机应不超过5％2）转速波动率Φ或转速变化率ψ（1）转速波动率

定义：柴油机在稳定运转时转速变化的程度

柴油机回转力矩不均匀引起（2）转速变化率：表征转速变化的大小（3）要求：标定工况时Φ

（0.25－0.5）％；ψ

（0.5－1）％3)不灵敏度ε（1）ε=(n2-n1)/nm*100%（2）表征调速器动作灵敏性，即转速变化量足够大时调速器才能起作用的性能参数（3）要求：一般规定标定转速时不灵敏度不超过1.5～2%;最低转速时不超过10～13%2.动态指标动态指标评定调速系统过渡过程的性能，即稳定性，一般采用：1)瞬时调速率δ1（1）定义：柴油机突加（或突卸)全负荷后的最小(最大)转速与负荷改变前的转速之差同标定转速之比值的百分数，即δ1(突卸)=(nmax-nb)/nb*100%δ1(突加)=(nmin-n0max)/nb*100%（2）我国规定：发电柴油机δ1(突加)≯10％2)稳定时间ts（1）表示过渡过程的长短，越短说明调速器的稳定性越好（2）我国规定:交流发电柴油机ts

≯5s1）调速特点：由于使用刚性连接，使调速为有差调节，即当外负荷减少时，调节后的转速要比原来的转速稍高；当外负荷增加时，调节后的转速要比原来的转速稍低2）特点：不能实现恒速调节，灵敏度和精度较差，但结构简单，维修方便，只用于中小功率的柴油机3）设定转速调节：转速感应元件基于力平衡原理（调速弹簧预紧力与飞重离心力平衡）。调节螺钉逆时针方向旋出，调节弹簧预紧力减小，设定转速降低；反之升高第三节机械式调速器第四节液压调速器

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，但结构复杂，管理要求高1无反馈液压调速器实际中无法使用，必须加反馈环节：1）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），保证并联各机按比例分配负荷2）弹性反馈机构－保证调节稳定性并恒速调节（无差调节）2刚性反馈液压调速器转速感受机构：飞重、调速弹簧、速度杆伺服放大机构：滑阀、液压伺服器刚性反馈机构：反馈活塞、连接摇杆特点：发动机不能恢复原有转速，即稳定调速率不等于零3弹性反馈液压调速器转速感受机构：飞重、调速弹簧、速度杆伺服放大机构：滑阀、液压伺服器弹性反馈机构：缓冲器、补偿活塞、补偿弹簧、节流针阀特点：发动机能恢复原有转速，即稳定调速率等于零4双反馈液压调速器

转速感受机构：飞重、调速弹簧、速度杆伺服放大机构：滑阀、液压伺服器反馈机构：弹性反馈机构、刚性反馈机构特点：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三、液压调速器的典型机构WOODWARDUG——杠杆式、表盘式(theleveroption\thedialoption)WOODWARDPGA——气动遥控式国产TY-111或TY5551WOODWARDUG—8表盘液压调速器广泛用于发电柴油机1）结构（1）表盘旋钮：静速差旋钮、调速旋钮、负荷限制旋钮、转速指示器（只能指示，不能调节）（2）主要组成

驱动机构传动齿轮部分齿牙折断会导致转速调节不稳定

转速感应机构伺服放大机构转速升高时，飞重飞开，滑阀上移调节机构恒速反馈机构弹性反馈，主要由大反馈活塞、小反馈活塞、补偿针阀、反馈指针等组成，其作用是保证调速过程中转速稳定并恒速调节，补偿针阀开度调节反馈速度的快慢，反馈指针调节反馈行程的大小。小反馈活塞动作由反馈弹簧和大反馈活塞控制。

静速差机构（速度降机构）刚性反馈，静速差旋钮调

2（改变静速差杆转动支点的位置），单机置0，多机置30－50（2

＝3－5％）速度设定机构调速旋钮（顺时针转动增大设定转速，并网运行时一般不用）、调速电机（配电板开关控制，调速电机轴与调速齿轮弹性连接，如摩擦离合器故障会导致调速电机不能调速）负荷限制机构负荷限制旋钮通过限制滑阀的动作对负荷进行限制，起动时置于5，起动正常后再置于9－10格，转动该旋钮能够使柴油机停车液压系统2）工作原理当柴油机负荷增大时，转速下降，恒速反馈机构为负反馈，滑阀提前复位，以防止调速器加油过量，实现恒速反馈调节。静速差机构使柴油机在稍低于原来的转速下运转，实现有差调节。反之，负荷减小时稳定后转速稍高于原来转速。调速过程结束转速稳定后，大反馈活塞位置发生变化2

WOODWARDPGA调速器

“PGA”意指压力补偿压缩空气速度设定。它是一种双反馈、气动速度设定的全制式液压调速器。速度降由刚性反馈机构实现；弹性反馈机构由阻尼活塞、弹簧和针阀组成。与UG型调速机构、反馈机构不同。主要用于气动遥控系统主柴油机。还具有辅助装置，如扫气压力燃油限制器（保证在加大负荷时循环供油量与增压空气压力同步增长，以防匹配不当而冒黑烟）、升压伺服器（提高柴油机的起动性能）1）调速器主体部分（1）组成、工作原理最高转速限制由转速设定油缸上的最高转速限制阀限制，设定气压到最大值但转速没到应向远离转速设定油缸方向移动复位杆的可调支点（2）如果柴油机外负荷大幅度增减，弹性反馈机构将暂时失效，以减小调速器的

1，使调速过程与外负荷的大幅度变化相适应2）速度设定部分分气压设定和手动设定机构两部分。气压设定由遥控机构完成，使用控制空气压力为0.049－0.50MPa，速度设定值与控制空气压力值成正比。手动设定设于调速器旁，在切断控制空气的情况下可任设一速度值（1）气动式转速设定机构设定转速的高、低值且都可调，必须把手动转速设定机构逆时针旋于最低设定转速位置，并锁紧手动旋钮。输入气压信号增加时，转速设定伺服活塞下移，转速升高。柴油机运转中突然无设定气压信号将会停车或低速运转（取决于设定转速）（2）手动转速设定机构有最大转速设定值且该值可调3）速度降机构刚性反馈机构，以保证一定的

2。打开调速器顶盖旋松速度降凸轮上的锁紧螺钉可调2三、液压调速器的调整

最好在调速器试验台上进行，调整工作一般包括

2的调整、稳定性调整以及ＰＧＡ调速器的速度设定调整1稳定调速率

2的调整1）

2的作用与要求（1）作用：保证一定的

2不但可以提高调速过程的稳定性，而且还能对并联运行各机间所承担的负荷进行自动调节（2）

2对并联运行柴油机负荷影响两台标定功率相等的柴油机并联运行，（

2）1＝（

2）2＝0，工况不稳定，不能使用两台标定功率相等的柴油机并联运行，（

2）1＝（

2）2

0，调速特性重合，负荷均匀分布两台标定功率相等的柴油机并联运行，（

2）1

（

2）2

0，

2小者承担负荷多，负荷分配不均匀

两机标定功率不等而并联运行，（

2）1＝（

2）2

0，负荷分配与其标定功率成比例（3）

2要求：无论并联运行柴油机标定功率是否相等，只有各机

2相等且均大于0才能使各机承担负荷合理分配2）稳定调速率

2的调整通过速度降机构（刚性反馈机构）进行调节（1）WOODWARD

UG8通过左上方静速差旋钮进行调节（2）WOODWARD

PGA外部无

2调节机构，如调

2

，应打开调速器顶盖旋松速度降凸轮上的锁紧螺钉。

2决不允许出现负调节。调节范围为0－12％注：机械调速器的

2值与其结构参数有关，一般是不可调整的（除非换调速弹簧或飞重等零件）。若调速弹簧换用刚度小者，则其

2变小，准确性提高，但稳定性降低2稳定性调节反馈系统作用：使调速器具有良好的稳定性（尽可能小的

1和Ts）。稳定性调节应调反馈系统，调整时应防止飞车危险1）WOODWARD

UG8（1）扳动反馈指针（最大允许7格）反馈指针指向最大位置，使反馈作用增强，造成供油量调节不足，转速波动幅度大反馈指针指向最小位置，使反馈作用减弱，造成供油量调节过度（2）调节补偿针阀开度（12－34转）补偿针阀开得过大，使反馈作用减弱，造成供油量调节过度补偿针阀开得过小，使反馈作用增强，造成供油量调节不足，转速恢复时间长，即Ts过长注：应将反馈指针拨至某一位置然后调节补偿针阀的开度，先空车调节再有负荷调节2）WOODWARD

PGA没有反馈指针，稳定性调节较简单，需从全开针阀到逐步关小针阀进行调节,最后使针阀开度符合116－2转要求。第五节电子调速器及超速保护装置

凡转速感应元件或执行机构采用电气方式的调速器，习惯上统称为电子调速器一、类型1全电子调速器信号监测和执行机构均用电子式，多用于小型柴油机2电—液或电—气调速器信号监测采用电子式，而执行机构采用液压式或气力式3液—电双脉冲调速器能根据转速变化信号和负载变化叠加调节燃油量，亦称频载调速器，调节精度高，使用对供电要求特别高的发电柴油机二、特点动作灵敏，响应速度快，动态和静态精度高，无调速器驱动机构，装置简单安装方便，便于实现遥控和自动控制。但抗外界干扰能力差三、要求单脉冲

1＝5－7％，Ts＝3－5s双脉冲

1

2％，Ts

１s四、基本组成速度控制单元是核心，输出控制信号给执行机构，设定转速值由电位计电压值给出五、工作原理柴油机稳定运转时，转速传感器输出电压（负值）与设定转速电压信号（正值）相互抵消，速度控制单元输出控制电压信号为零。负荷突然增加，负荷传感器的输出电压首先变化，此后转速传感器的输出电压升高，使速度控制单元输出正值电压信号，执行机构输出轴向加油方向转动，增加柴油机的循环供油量六、典型电子调速器简介1

WOODWARD

2301型

属于电一液调速器，测速传感器采用磁电式，控制单元采用2301型电子控制器，控制机构采用EG3P液压执行器。有单调频型(单脉冲)和调频调载型(双脉冲)两种1）控制面板调节旋钮（1）怠速调节旋钮用于调节最低转速（2）设定转速调节旋钮用于调节设定转速（3）稳定度调节旋钮用于稳定性调节（调稳定调速率）（4）增益量调节旋钮用于稳定性调节（调机组加速时间）EG3P液压执行器2）EG3P液压执行器

在滑阀柱塞上有两个作用力：其一，中央弹簧的向上弹簧力与复位弹簧的向下弹簧力，其合力方向始终向上而大小随输出轴的不同位置而不同；其二，由电磁线圈产生的电磁力，其方向始终向下而大小与输出轴的转角位置成正比。这两种力的相互作用，决定了滑阀柱塞的移动方向。负荷增加，转速降低，速度控制单元输出正值电压信号，电磁力增大，滑阀柱塞下移，输出轴输出加油信号。随后滑阀柱塞上移提前复位，输出轴固定在某一位置，柴油机又稳定运转2

DGS8800型数字式

由挪威NORCONTROL开发，用于低速机1）组成调节功能块(regulatingfunction)和执行功能块(actuatingfunction)组成，核心部分为数字调速单元DGU2）调节功能块输入信号：转速、扫气空气压力、变距桨螺距、安全系统、车钟转速设定3）操作模式：怠速、正常操作、试验、标准4）控制功能：起动、加速、转速禁区、最大转速限制第六节调速器的故障与管理一、调速器的常见故障当由柴油机转速变化过程的异常现象而暴露调速器的故障时，应先检查是否由其它因素引起并排除之后如调速器工作仍不正常，则为调速器自身故障。主要有：1柴油机游车或转速振荡1）游车：转速有节奏变化，手动停住调速器可消除转速波动，但松手后仍恢复有节奏的转速波动2）转速振荡：转速有节奏变化且幅度较大，手动停住调速器可消除波动，放手后转速不会立即重新波动，但调整或负荷变化后仍会发生3）游车或转速振荡原因（