第八章 柴油机的调速装置

一、机械调速器
二、液压调速器的工作原理
1 2 3
无反馈液压调速器 刚性反馈液压调速器 弹性反Байду номын сангаас液压调速器
三、液压调速器的典型结构


Woodward UG液压调速器 Woodward PGA型液压调速器
机械式调速器
转速调节螺钉 滑动套筒
调速弹簧
加油 减油
飞重
飞重架
转轴
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。
nm
100 %
转速变化率φ=
nc max nc min 100% nm
一般，在标定工况时，Φ≤(0.25~0.5)%; φ≤(0.5~1)%。
③不灵敏度ε 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。


2、船舶副机的调速 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。
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 。
二、调速器的类型 按调速范围分类 按执行机构分类
n0 max nb 2 100% nb
衡量调速器的准确性
主机不超过10% 发电机不超过5%
②转速波动率Φ或转速变化率φ ——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Φ= n (n ) n
c max c min m
调速原理

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。

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。
评定调速器性能有两种工作指标
1.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δ２ 2)转速波动率或转速变化率 3)不灵敏度ε 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δ１ 2)稳定时间ts
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n0max与标定转速 nb之差同标定转速nb比值的百分数。
1) 瞬时调速率δ１
突减负荷瞬时调速率

1
1
nmax nb 100% nb
突加负荷瞬时调速率

nmin n0 max nb
100%
我国有关规范要求发电柴油机的δ１＋≯１０％；δ1－(突加50%后 再加50%全负荷)≯10%。
n/nb nmax/nb n0max/nb nb/nb nmin/nb ts

若外界负荷突然增大， 柴油机发出的功率小 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 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。 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。 结构简单 维修方便
n2 n1 100% nm
n2 nm n1
一般规定 在标定转速时ε≤（１．５～２）％， 在最低稳定转速时ε≤（１０～１３）％。
我国用不灵敏度ε 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， ε≤(1.5~2)%；而在最低稳定转速时， ε≤(10~13)%
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。此调速器广泛应用于船舶 主机和柴油发电机组。



2、按执行机构分类 ①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。 ②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。 ③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。


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。
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。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。
船舶柴油机
第八章 柴油机的调速装置
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。
第一节 柴油机的调速
一、 调速的必要性
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 具有自动调节转速 以适应外界负荷变 动的能力
ts δ
+
1
t δ
1 -
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
四、调速器的性能指标

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； nmin——最低瞬时转速；
nb——全负荷稳定转速； nmax——最高瞬时转速。