he thong tu dong dieu khien toc do quay cuadong co

Muoán cho toác ñoä ñoäng cô khoâng thay ñoåi caàn phaûi coù cô caáu hoaëc heä thoáng laøm nhieäm vuï ñieàu chænh löôïng nhieân lieäu cung caáp cho chu trình moät[r]

Chương 9

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ

Nội dung :

* Tính ổn định tốc độ quay của động cơ (lý do cần lắp

bộ điều tốc)

* Những điều kiện làm việc cần lắp bộ điều tốc

* Các loại điều tốc

* Đặc tính của bộ điều tốc

* Độ không nhậy của bộ điều tốc

9.1 Tính ổn định tốc độ quay của động cơ

Trong quá trình khai thác chế độ làm việc ổn định của động cơ luôn bị phá vỡ do tải thường thay đổi đột ngột

Khi thay đổi tải, tốc độ của động cơ bị thay đổi theo nếu không có cơ cấu tự điều chỉnh Bánh đà không có khả năng điều chỉnh những thay đổi lớn về tải.

Muốn cho tốc độ động cơ không thay đổi cần phải có cơ cấu hoặc hệ thống làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình một cách tự động (bộ điều tốc).

Có nhiều kiểu điều tốc, sử dụng kiểu nào là do tính chất sử dụng của động cơ v à cấu trúc của hệ thống nhiên liệu

Khi không có bộ điều tốc, tính ổn định tốc độ của động cơ tuỳ thuộc vào đường đặc tính của bản thân động cơ Ta xét hai trường hợp sau:

Nếu tăng tốc độ động cơ đến

n’1 sẽ làm tăng Mc và Me,

nhưng lúc này Me < Mc, nên

tốc độ quay của động cơ

giảm và tự động trở về vị

trí cũ.

Ngược lại vì lý do gì đó tốc độ

đông cơ giảm xuống n”1 ,,

Khi ấy Me > Mc, nên tốc

độ quay của động cơ tăng

Nếu tăng tốc độ động cơ đến n’ 1

sẽ làm tăng M c và M e, nhưng

lúc này M c < M e , nên tốc

độ quay của động cơ

không giảm mà tiếp tục tăng

Ngược lại vì lý do gì đó tốc độ đ

ông cơ giảm xuống n” 1, , Khi ấy

M c > M e , nên tốc độ quay

của động cơ tiếp tục giảm

Ở trường hợp này nếu không có cơ cấu điều chỉnh tốc độ động cơ không thể ổn

định (cần có bộ điều tốc)

b Động cơ có đường mô men (Me) dốc hơn đường mô men cản (Mc)

c Nhân tố đánh giá tính ổn định của động cơ

Nhân tố đánh giá tính ổn định của động cơ F đ Trong phạm vi biến đổi nhỏ của tốc độ góc, F đ được tính:



dM d

dM

Phương pháp này dùng tiếp tuyến thay cho đoạn cong của đường đặc tính nên gọi là PP tuyến tính hoá đường đặc tính.

Nhân tố đánh giá tính ổn định có thể dương hay âm.

- F đ > 0 chế độ làm việc của động cơ ổn định

- F đ < 0 chế độ làm việc của động cơ không ổn định.

9.2 Những điều kiện làm việc cần lắp bộ điều tốc cho động cơ

Các động cơ yêu cầu cần phải làm việc ở chế độ tốc độ quay không đổi

(lai máy phát điện, ghép tải song song) hoặc với động cơ làm việc ở

chế độ dễ vượt quá tốc độ giới hạn (gây hư hỏng, giảm tuổi thọ, rung động, ), cần lắp BĐT.

Động cơ đi ê zen là loại động cơ làm việc không ổn định, rất nhạy cảm

với chế độ tốc độ (nếu vượt quá tốc độ cho phép thì ảnh hưởng chất lượng chu trình), cần lắp BĐT.

Ở động cơ xăng ít nhạy cảm với chế độ tốc độ.

Động cơ cụ thể làm ở các chế độ sau đây cần có bộ điều tốc:

a Động cơ chạy ở chế độ không tải

b Động cơ lai chân vịt tàu thuỷ

c Động cơ làm việc trong điều kiện tĩnh tại.

9.2.1 Động cơ chạy ở chế độ không tải

a Khi động cơ chạy ở chế độ không tải, công suất của động cơ phát

ra dùng để khắc phục sức cản cơ giới (pi = pm) Trường hợp này động cơ có chế độ làm việc không ổn định gây nhiều bất lợi (có thể chết máy hoặc vù ga)

b Do vậy khi chạy không tải cần giữ ở tốc độ thấp nhất để :

a Tiết kiệm nhiên liệu

b Giảm mài mòn các chi tiết do ma sát.

Muốn duy trì được ở chế độ tốc độ thấp phải có bộ điều tốc.

Động cơ xăng và đi ê zen có đường đặc tính khác biệt nên ở chế độ

không tải độâng cơ đi ê zen cần có bộ điều tốc.

n’ n n” n,vg/ph

P i P m

a a”

a’

b’

b b”

P i

P m

a)

8.2.1a Chế độ làm việc không tải của độâng cơ đi ê zen

Đặc điểm biến thiên p i chủ yếu phụ thuộc

vào đặc tính của bơm cao áp Khi giữ

tay thước nhiên liệu ở vị trí nào đó, thì

g ct sẽ tăng lên khi tăng tốc độ quay và

g ct sẽ giảm khi giảm tốc độ quay

Do đó khi n tăng thường làm cho p i tăng

nhanh hơn p m nên động cơ bị vù ga

Còn khi n giảm thì p i giảm nhanh hơn

p m nên động cơ bị chết máy

Muốn chống lại hiện tượng vù ga hay chết

máy phải có cơ cấu điều chỉnh và khi đó

động cơ sẽ làm việc với đặc tính điều

a”

b b’

P i

P m

a)

1

8.2.1b Chế độ làm việc không tải của động cơ xăng (cĩ bướm giĩ)

* Ở chế độ không tải động cơ xăng

làm việc rất ổn định (khi tăng n hệ số nạp giảm do tăng sưc cản nạp nên p i giảm nhanh hơn p m )

* Khi tăng tốc độ quay làm cho p m

lớn hơn p i càng nhiều, có tác dụng kéo động cơ về tốc độ ban đầu.

* Khi tốc độ quay giảm quá trình

ngược lại.

P i P m

a a”

a’

b’

b b”

P i

P m

9.2.2 Động cơ quay chân vịt

* Đường đặc tính chân vịt là

đường parapon bậc 3, thể

hiện biến thiên công suất

cần thiết để quay chân vịt

khi thay đổi tốc độ quay.

* Đường đặc tính chân vịt

cắt đường đặc tính ngoài ở

vị trí 1 (một) và cắt đường

đặc tính bộ phận của động

cơ tại các vị trí 2,3,4,5,6,7.

* Trong phạm vi tốc độ quay

từ n n đến n 6 động cơ làm

việc rất ổn định.

9.2.2 Động cơ quay chân vịt

* Ở vị trí 6 động cơ hồi phục tốc

độ chậm do chênh lệch N c và

N e nhỏ.

* Dưới tốc độ n 6 động cơ không

ổn định.

* Ở vị trí 7 muốn cho động cơ

làm việc ổn định thường

xuyên phải điều chỉnh lượng

nhiên liệu cung cấp cho chu

trình.

* Để có thể làm việc ở tốc độ

thấp hơn phải có cơ cấu điều

chỉnh nhiên liệu.

* Khi chân vịt nhô lên khỏi mặt

nước, hoặc gãy cánh thì n sẽ

vượt quá giới hạn cho phép

nên cũng cần có bộ điều tốc.

9.2.3 Động cơ làm việc trong điều kiện tĩnh tại

Động cơ làm việc trong điều kiện tĩnh tại thì các trường hợp sau cần phải

có bộ điều tốc:

– Động cơ yêu cầu phải ổn định ở tốc độ nhất định như động cơ lai

máy phát điện và các yêu cầu khác.

– Động cơ ghép tải song song.

– Động cơ yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ rất tỉ mỉ, không cho phép

có sự sai khác.

9.3 Phân loại các bộ điều tốc

1 Chia theo nguyên tắc làm việc của phần tử cảm ứng (có BĐT cơ giới,

thuỷ lực, chân không, điện tử …)

2 Chia theo công dụng (có BĐT một chế độ, hai chế độ, đa chế độ)

3 Theo phương pháp truyền năng lượng từ cảm ứng đến cơ cấu điều

khiển (có BĐT điều tốc trực tiếp, gián tiếp)

4 Theo sai số tĩnh của bộ điều tốc (có BĐT có sai số tĩnh và không có

sai số tĩnh)

5 Theo cấu tạo (có BĐT độc lập hay nằm trong cụm bơm cao áp…)

6 Theo chiều quay ( có BĐT quay hai chiều và quay một chiều)

Bộ phận cảm ứng cĩ nhiệm vụ nhận biết tín hiệu và biến nĩ

thành tín hiệu điều khiển Cấu tạo đa dạng

a Bộ điều tốc cảm ứng cơ giới

Nguyên lý làm việc bộ điều tốc cơ giới

Các phần tử cảm ứng của bộ

điều tốc cơ giới.

1- lò xo có thể đặt trong hoặïc ngoài

khớp trượt; 2- khớp trượt; 3- quả

văng là những viên bi ở giữa rãnh

chữ thập, bị kẹp giữa hai đĩa; 4-

cần nối; 5- đĩa phẳng di động dọc

trục được; 6- ty trượt; 7- đĩa côn

gắn với trục quay của bộ điều tốc;

8- tay đòn; 9- thanh kéo.

* Khi tăng tốc độ của động cơ dưới tác dụng của lực li tâm các quả

văng sẽ đẩy đĩa động cùng ống trượt về phía trái, kéo căng lò so 1 và kéo tay thước điều chỉnh giảm nhiên liệu.

* Khi tốc độ giảm quá trình tác động theo chiều ngược lại.

Nguyên lý làm việc của

bộ điều tốc cơ giới

1- lò xo; 2-khớp trượt; 3- quả văng; 4- cần nối; 5- đĩa phẳng; 6- ty trượt; 7- đĩa côn; 8- tay đòn; 9- thanh kéo.

* Trong các bộ điều tốc trực

tiếp, làm việc ở tốc độ quay

lớn, và không bị hạn chế về

kích thước hoăïc các bộ điều

tốc gián tiếp không yêu cầu

* Hình dạng của quả văng

phụ thuộc vào kích thước của

bộ điều tốc và khối lượng cần

thiết của quả văng.

Các phần tử cảm ứng của bộ điều tốc cơ giới

kèm một ê cu hãm , lắp trên

tay đòn chữ L Bản thân

quả văng có thể dịch

chuển theo ren qua đó có

thể điều chỉnh phụ đối với

bộ điều tốc.

Đối với bộ điều tốc trực

tiếp, đòi hỏi quả văng có

khối lượng lớn phải dùng

quả văng có hình dạng

phức tạp.

Các phần tử cảm

ứng của bộ điều tốc

1- lò xo; 2- khớp trượt;

3- quả văng; 4- cần

nối; 5- đĩa phẳng; 6- ty

trượt; 7- đĩa côn; 8- tay

đòn; 9- thanh kéo

Các phần tử cảm ứng

của bộ điều tốc cơ giới

* Đây là dạng quả văng hay được dùng trong thực tế. Khi tốc độ của động cơ thay đổi quả văng 3 sẽ chuyển dịch theo hướng kính khắc phục lực ép của lò xo 1.

Các phần tử cảm ứng của bộ điều tốc cơ giới

1- lò xo;

3- quả văng;

6- ty trượt;

b Bộ điều tốc cảm ứng chân không

* Không gian bên trong hộp 3

được nối với họng của đường

ống nạp 1 bằng ống 2

* Tăng tốc độ của động cơ làm

tăng độ chân không trong ống

nạp và không gian trong hộp 3,

làm biến dạng màng 5 và lò xo

4, có tác dụng giảm nhiên liệu.

* Khi giảm tốc độ quá trình diễn

ra ngược lại.

1 Đường ống nạp; 2 Ống nối giữa

c Bộ điều tốc cảm ứng thuỷ lực

* Dầu nhờn từ bơm 4 nhờ dẫn động từ trục động cơ , một phần

đi vào xi lanh 3, một phần qua van tiết lưu 5 trở về bình chứa.

* Nếu tăng tốc độ quay làm tăng lượng dầu và áp suất trong xi lanh 3 sẽ tăng , ép lò xo 1 và đẩy cần 7 đến điều chỉnh lượng nhiên liệu để giảm tốc độ.

* Khi tốc độ giảm quá trình theo

trình tự ngược lại.

1 Lò xo; 2 Pít tông; 3 Xi

lanh; 4 Bơm dầu nhờn; 5 Van

tiết lưu; 6 Hộp chứa dầu; 7 Cân

nối với tay thước nhiên liệu.

d Bộ điều tốc hai xung

* Bộ điều tốc thường có thêm bộ cảm

ứng trong hệ thống điều chỉnh.

* Bộ cảm biến này có phản ứng với sự

biến đổi của các thông số khác ngoài

tốc độ (phụ tải,…).

* Phần lớn xung phụ tải là do cảm ứng

điện sinh ra.

* Xung phụ tải được truyền từ phần tử

cảm ứng 2 qua xi lanh giảm rung 3

đến cơ cấu điều khiển nhiên liệu 5,

trước khi thay đổi tốc độ quay.

*

* Nhờ lò xo giảm rung 4 xi lanh giảm

rung dần trở về vị trí ban đầu 1 Cảm ứng chính; 2 Cảm ứng

e Bộ điều tốc một chế độ

N e , kW

n , v/ph

* Bộ điều tốc giữ cho tốc độ hầu

như không đổi ở mọi chế độ tải

Tránh cho động cơ chạy vượt quá

vòng quay thiết kế

* Lò xo 2 có lực ép ban đầu với giá

trị nhất định.

3

Khi tốc độ giảm

Khi tốc độ tăng

* Lò xo chỉ bị nén tiếp khi lực ly tâm

của các quả văng vượ t giá trị cân

bằng với lực ép ban đầu của lò xo.

* Khi tốc độ của động cơ tăng làm

lực li tâm tăng làm quả văng 1 văng

ra đẩy ép lò xo 2, đẩy cần 3 kéo

thanh thước nhiên liệu, điều chỉnh

N e , kW

n , v/ph

Bộ điều tốc giữ

cho tốc độ hầu

như không đổi

ở mọi chế độ

tải

* Khi thiết kế cố gắng làm giảm độ không đồng đều.

* Bộ điều tốc hoạt động không ổn định khi độ đồng đều quá nhỏ.

* Để khắc phục độ không đồng đều và tăng

Sơ đồ bộ điều tốc ly

tâm làm việc ở tốc độ

quay không đổi có xy

lanh giảm rung.

1- quả văng; 2- lò xo; khớp trượt; 4- thanh răng bơm cao áp; 5- lò xo của

3-xi lanh giảm rung; 6– 3-xi lanh giảm rung.

Được lắp cho động cơ chính lai trực tiếp chân vịt tàu thuỷ, nhằm tránh cho tốc độ động cơ tăng quá lớn khi:

- Chân vịt bị gãy,

f Bộ điều tốc giới hạn

(một chế độ)

1- quả văng 2- lò xo 3- lò xo 4,5- cần nối 6- bơm NL 7- cần gạt 8- ống trượt.

- Bộ điều tốc chỉ bắt đầu có tác dụng khi tốc độ quay của động cơ vượt qua tốc độ thiết kế.

- Cung cấp nhiên liệu được điều khiển bằng tay.

- Tốc độ của động cơ phụ thuộc vào chế độ tải

f.Bộ điều tốc giới hạn

1- quả văng 2- lò xo 3- lò xo 4,5- cần nối 6- bơm NL 7- cần gạt 8- ống trượt.

f.Bộ điều tốc giới hạn

1- quả văng 2- lò xo 3- lò xo 4,5- cần nối 6- bơm NL 7- cần gạt 8- ống trượt.

- Lực ép lò so 2 được tính để khi động cơ vượt tốc độ thiết kế quả văng mới đủ lực kéo lò so

để điều tiết lượng nhiên liệu.

g Bộ điều tốc hai chế độ

* Đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định ở tốc độ cực tiểu

khi chạy không tải.

* Đảm bảo tránh không cho vượt tốc độ thiết kế.

* Được lắp đặt chủ yếu cho động cơ vận tải.

* Biện pháp kỹ thuật:

- Dùng hai lò xo có độ ép ban đầu khác nhau (1 quả văng)

- Dùng các quả văng khác nhau cùng ép lên một lò xo.

- Phối hợp cả hai biện pháp

g1 Trường hợp bộ điều tốc dùng 2 lò xo

* Hai lò xo có độ căng khác nhau

được đặt vào quả văng Lò xo 1

điều tốc ở vòng quay nhỏ nhất n 1

đến n 2 (một đầu tỳ lên đĩa hãm,

một đầu tựa lên quả văng), lò xo

3 điều tốc hạn chế vòng quay lớn

nhất n 3 đến n 4 (một đầu tỳ trên

đĩa hãm, một đầu tỳ lên đĩa trượt

4)

* Tay gạt 9 và thước 8 điều chỉnh

nhiên liệu để động cơ có thể

chạy trong khoảng tốc độ từ n 2

đến n 3; do công nhân điều khiển.

đi vào; 2- quả văng; 3- lò xo tựa lên vòng đệm

g2 Bộ điều tốc hai chế độ

có hai cặp quả văng cùng

tác dụng lên một lò xo

1- quả văng lớn; 2- quả

văng nhỏ; 3- lò xo; 4- tay

gạt; 5- bơm cao áp; 6- chốt

tựa I- quả văng lớn tỳ lên

chốt tựa II- chuyển động

của quả văng nhỏ.

Quả văng 2 điều tốc

ở tốc độ quay nhỏ nhất ở

chế độ không tải Quả văng

1 điều tốc hạn chế vòng

quay vượt quá giới hạn cho

phép.

h Bộ điều tốc nhiều chế độ

nmax Được sử dụng rộng rãi.

* Trong một số trường hợp chỉ cho phép công nhân điều khiển thiết bị nhiên liệu khi tắt động cơ.

* Tất cả bộ điều tốc nhiều chế độ được chia làm hai loại dùng biện pháp kỹ thuật:

1 Thay đổi lực ép ban đầu của lò xo (tác dụng trực tiếp)

2 Không thay đổi lực ép ban đầu của lò xo (tác dụng gián tiếp)

h Bộ điều tốc đa chế độ

h1 Sơ đồ bộ điều tốc

đa tốc độ thay đổi

lực ép ban đầu của

lò xo

này, nếu tác động lên

tay điều khiển 1 sẽ thay

đổi lực ép ban đầu của

lò xo Mỗi lực ép ban

đầu của lò xo cho điều

tốc một chế độ vòng

quay mà ứng với nó lực

ly tâm của quả văng bắt

h2 Sơ đồ bộ điều

tốc đa tốc độ

không thay đổi

lực ép ban đầu

của lò xo

Ne kW

nmin nkt min nn nkt max n, v/ph a

b Đường đặc tính

tốc độ (công

suất) của đi- ê

- zen lắp bộ điều

tốc nhiều chế

độ

6 5 4 3 2 1

n, v/ph

Đường đặc tính

tốc độ (mô

men) của đi- ê

- zen lắp bộ

điều tốc nhiều

h3 Bộ điều tốc nhiều chế độ dùng nhiều lò xo gây tác dụng dần

1- rãnh chữ thập; 2- quả văng; 3- đĩa côn; 4- đĩa phẳng; 5- khớp trượt;

h4 Bộ điều tốc nhiều chế độ thay tỷ số truyền

1- quả văng; 2- khớp trượt; 3- lò xo; 4- tay gạt; 5- thanh trượt của chốt tựa; 6- tay đòn; 7- thanh răng bơm cao áp

h5 Bộ điều tốc nhiều

chế độ thay đổi độ

nghiêng của lò xo

1- quả văng; 2- khớp trượt;

3- tay đòn; 4- lò xo; 5-

thanh kéo nối với bàn

đạp; 6- thanh răng bơm cao

áp.

Quan hệ giữa độ không đồng đều và tốc độ quay

1- bộ điều tốc nhiều chế độ một lò xo; 2- bộ điều tốc nhiều chế độ có ba lò xo gây tác dụng dần; 3- bộ điều tốc thay đổi độ nghiêng của lò xo; 4- bộ điều tốc thay đổi tỷ số truyền.

k Bộ điều tốc tác dụng gián tiếp

Bộ điều tốc tác dụng

gián tiếp không có

liên hệ ngược.

1 Bộ cảm biến; 2 Con

trượt; 3 ống dẫn; 4 Xi

lanh; 5 Cán piston; z,

x, y - độ dịch chuyển

khớp nối con trượt, thanh

răng nhiên liệu.

Bộ điều tốc này tác dụng điều khiển thanh

răng bơm cao áp thông

qua bộ khuyếch đại trung

gian 4.