Диссертация (1024783), страница 5
Текст из файла (страница 5)
При использовании двигателей с повышенной и высокойфорсировкойпонаддувувопросырегулированиястановятсязначимыми и более сложными [63, 64, 67, 120, 121, 142, 207, 220].более29В мировой практике передовые позиции в вопросах регулированиядизелей долгое время занимала фирма Woodward (США). В 60-е годыпрошлого века эта фирма создала так называемый объединенный регуляторчастоты вращения и мощности. В России регуляторы этого типаобозначались 9Д100 и 10Д100. На тепловозах типа 2ТЭ10 с дизелями 10Д100применялись объединенные регуляторы частоты вращения и мощностидизель-генератора в начале типа 9Д100, а затем 10Д100.
Кроме того,регуляторы 9Д100 устанавливались на тепловозах М62 и ТЭП60.Одновременно с совершенствованием регуляторов частоты вращениязначительные усилия специалистов и научных учреждений были направленына совершенствование системы управления тяговой передачей. Начиная степловоза 2ТЭ10, вместо машинного регулирования возбуждения тяговогогенераторавведеноуправлениеспомощьюмагнитногоусилителя(амплистата) [170]. Принципиально изменился способ регулированиямощности тягового генератора. Основная часть мощности (линия В’Е’, Рис.1.4) жестко связана с частотой вращения коленчатого вала (так называемая«селективная» характеристика).
Амплистат обеспечивал также ограничениевозбуждения по току и напряжению тягового генератора. Регулирующийсигнал сформировался как разность заданной в зависимости от позицииконтроллера величины уставки с фактической величиной мощности, тока инапряжения, формируемой системой обратной связи. Появилась возможностьрегулирования мощности тягового генератора в широком диапазонеизменения частоты вращения, существенно снизилось влияние температурыобмоток электрических машин. Однако изменение во время эксплуатациихарактеристик двигателя и мощности агрегатов тепловоза не позволяютнастроить селективную характеристику на полную мощность дизеля взависимости от частоты вращения коленчатого вала.
Поэтому в законрегулирования включен дополнительный диапазон регулирования мощности(разность ординат линий ВЕ и В’Е’, Рис. 1.4). Функции регулирования30мощности в этом диапазоне переданы регулятору частоты вращения,который становится объединенным регулятором частоты вращения имощности. Схема такого регулятора дизель-генератора 10Д100 тепловоза2ТЭ10 представлена на Рис. 1.5 [167].Рис.
1.4. Скоростные характеристики дизель-генератора 10Д100 тепловоза2ТЭ10: n – частота вращения коленчатого вала; Ni – индикаторная мощность;CD – ограничительная скоростная характеристика; ВЕ – заданная скоростная(тепловозная)характеристика;B’E’–скоростная(селективная)характеристика; AF – характеристика мощности агрегатов и механическихпотерь; CD’ – внешняя характеристика дизеля 10Д100; 1-2, 3-4, 5-6 –зависимости мощности двигателя от частоты вращения на пусковыхпозициях , , 31Рис. 1.5.
Схема регулятора дизель-генератора 9Д100: 1 – корпус; 2 –сервомотор подачи топлива; 3 – клапан выключения подачи; 4 – сервомоторпривода штока индуктивного датчика; 5 – золотник управлениясервомотором 4; 6 – сервомотор задатчика частоты вращения; 7 –всережимная пружина; 8 – золотник управления сервомотором 6; 9 –аккумулятор масляный; 10 – масляный насос; 11 – золотник управлениясервомотором 2; 12 – изодромный узел; 13 – сервомотор изодромного узла; ,, – регулируемые дросселиПринцип действия объединенного регулятора частоты вращения имощности подробно описан в литературе.
Для данного рассмотрения важноотметить, что в соответствии с заданным позицией контроллера положениемпоршня сервомотора, сервомотор 4 регулятора мощности будет перемещатьиндуктивный датчик (ИД, Рис. 1.5). При этом связанное с перемещениемсервомотора 4 изменение возбуждения тягового генератора приводит штоксервомотора 2 подачи топлива в соответствие с положением сервомотора 6.То есть, для каждой заданной частоты вращения коленчатого вала двигателябудет установлена определенная подача топлива.
Таким образом, в32стационарном режиме для каждой заданной частоты вращения будетустановлена заданная мощность дизеля (линия ВЕ, Рис. 1.4). При этомавтоматически учитываются изменения мощности агрегатов тепловоза имеханических потерь в двигателе.По сравнению с дизелем 2Д100 тепловоза ТЭ3 дизель 10Д100 тепловоза2ТЭ10 форсирован с 2000 до 3000 л.с. за счет повышения среднегоэффективного давления с 0,687 до 1,03 МПа. Это удалось сделать за счетувеличения абсолютного давления воздуха на входе в цилиндры дизеля с0,136 до 0,21 МПа.
Так как повышение давления на входе в цилиндрыдостигается в основном на близких к номинальному режимах, скоростныехарактеристикидвигателясущественноменяются.Сужаетсяполедопустимых режимов работы двигателя, вместо внешней скоростнойхарактеристики появляется ограничительная скоростная характеристика CD(Рис. 1.4). Эта характеристика реализуется только в стационарном режимеработы двигателя, когда все детали прогреты и турбокомпрессор вышел назаданную частоту вращения.
Следует обратить внимание на то, что посравнению с дизелем тепловоза ТЭ3 разность ординат линии ВЕ и СDсущественно уменьшилась (Рис. 1.3). Это связано как с улучшением качествауправления, так и с увеличением форсировки двигателя. На Рис. 1.4 криваяСD расположена значительно ниже, чем на Рис. 1.3. Изменение законауправленияпозволилосущественноулучшитькачествоуправлениястатическими режимами работы двигателя и обеспечить гиперболическуювнешнююхарактеристикугенератора,однако,вдинамикеимеетсущественные недостатки.Рассмотрим процесс изменения частоты вращения коленчатого вала снекоторой промежуточной частоты вращения ni на большую ni+1.
Приизменении положения контроллера задатчик частоты вращения переместитпоршень затяжки всережимной пружины регулятора на заданную величину.Регулятор скорости в соответствии с рассогласованием заданной и33фактической частот вращения переместит рейки топливных насосов всторонубольшейподачи.Скоростьперемещенияреекзависитотхарактеристики регулятора и темпа затяжки всережимной пружины. Так какбыстродействие регулятора частоты вращения достаточно высоко, рейкитопливных насосов выдвигаются синхронно с затяжкой всережимнойпружины на величину, соответствующую разности заданной и фактическойчастоты вращения. При рассогласовании заданной и фактической частотывращения на 1,0-1,5 с-1 подача может увеличиться с начальной (точка 1, Рис.1.4) до максимальной (точка 2, Рис.
1.4) и будет удерживаться по линии 2-3до достижения заданной частоты вращения ni+1. В соответствии с левойчастью равенства (1.2) увеличение подачи топлива приведет к ростуиндикаторной мощности, но не прямопропорционально увеличению подачи,а пропорционально произведению I qц. По мере увеличения подачи топливаиндикаторный КПД будет уменьшаться в соответствии с соотношениемподач топлива и воздуха в цилиндры.В исходном статическом режиме коэффициент избытка воздуха вцилиндрах дизеля 10Д100 может находиться в пределах 1,6-1,8.
Например,при увеличении цикловой подачи с 0,6 до 1,0 г/ц коэффициент избыткавоздуха снизится до 1,0 и индикаторный КПД уменьшится с 0,47 до 0,33. Приэтом дымность выпуска достигнет максимальной величины, а индикаторнаямощность увеличится не в 1,7 раза, а только в 1,2 раза. Это крайний случай,хотя и возможный в эксплуатации. Если механизм задания частоты вращенияправильноотрегулирован,торассогласованиемеждузаданнойифактической частотами вращения будет меньше, и рейки управления подачейтоплива не выйдут на максимальную подачу, а займут некотороепромежуточноеположение.Произойдетувеличениеиндикаторноймощности, и в соответствии с равенством (1.3) коленчатый вал начнетразгоняться с некоторым угловым ускорением dд/dt.
Величина этогоускорения будет зависеть от величины подачи топлива и закона управления34нагрузкой. Реальный процесс будет зависеть от работы регуляторамощности. При правильной настройке селективной характеристики ирегулятора в переходном процессе регулятор с некоторым темпом будетуменьшать мощность до селективной характеристики (линия 1-4, Рис. 1.4), ипроцесс разгона будет приемлемым. Если селективная характеристиказавышена (что часто бывает в эксплуатации), то процесс переходасопровождается сильным дымлением.Дальнейшее развитие систем регулирования и управления тепловозныхдизель-генераторов проходило по двум направлениям:- совершенствование способов задания закона регулирования зависимостимощности тягового генератора от частоты вращения («селективная»характеристика) [34, 163];- совершенствование регулирования частоты вращения и мощноститепловозных дизель-генераторов в переходных процессах (в процессахизменения режима работы) [13, 15, 60, 154].Совершенствование способов задания «селективной» характеристикидиктовалось изменением конструкции тяговой передачи и повышениемтребований к точности настройки в связи с увеличением форсировки дизелейпо среднему эффективному давлению.
На тепловозах ТЭ109, 2ТЭ116, ТЭП70и всех последующих применена тяговая передача переменно-постоянноготока и принципиально изменен способ задания «селективной» и тепловознойхарактеристик [163, 164]. Вместо магнитного усилителя возбуждениетягового генератора формируется путем регулирования управляемоговыпрямителя. В системе управления в зависимости от позиции контроллераформируется сигнал уставки. Сумма сигналов уставки и индуктивногодатчика регулятора мощности сравнивается с сигналом обратной связи,вырабатываемымпропорциональнофактическимвеличинамтока,напряжения и мощности тягового генератора. Разность сигналов уставки иобратнойсвязислужитрегулирующимсигналомблокауправления35возбуждением.
Такие системы применены на тепловозах 2ТЭ116, ТЭ109,ТЭП70. По сравнению с предыдущими системами повысилась точностьрегулирования и возможность изменения заданной мощности в зависимостиот заданной частоты вращения. Необходимость такого изменения появляетсяпри применении на тепловозах дизелей с повышенной форсировкой, так какпри этом ограничительная скоростная характеристика смещается в сторонубольших скоростей и приближается к тепловозной.На Рис. 1.6 схематично показаны характеристики дизель-генератора2А9ДГ тепловоза ТЭП70.
Среднее эффективное давление этой модификациидизелей типа Д49 достигает 1,63 МПа. Ограничительная характеристика(линия СD, Рис. 1.6) существенно уменьшает поле допустимых режимовдвигателя. Поэтому тепловозная характеристика (ломаная линия ВЕ’Е, Рис.1.6) в зоне низких частот вращения вала двигателя занижена. Селективнаяхарактеристика (линия В’Е”, Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
