Центробежный регулятор непрямого действия

Как увеличить перестановочную силу нашего регулятора, сохранив прежние размеры его грузов? Чтобы сделать регулятор «сильным», пользуются услугами особого вспомогательного  устройства   —  сервомотора ( Слово  «сервомотор»  происходит   от  латинского   слова   servus,   что   значит  раб,   слуга,  и  motor — приводящий  в движение) (серводвигателя), играющего роль усилителя. Серводвигатель представляет собой цилиндр с силовым поршнем (рис. 86), шток которого соединен с рейками топливных насосов.

Рис. 86. Схема регулятора с серводвигателем

Рейка передвигается непосредственно серводвигателем, а не муфтой регулятора, как это было у регулятора прямого действия (см. рис. 85). Какая сила заставляет поршень серводвигателя передвигаться в цилиндре? Это давление масла на поршень. Сила, действующая на поршень, пропорциональна давлению масла. Например, в регуляторе дизеля 10Д100 давление масла составляет 0,58—0,68 МПа (6—7 кгс/см2). Для нагнетания масла используется шестеренный насос регулятора. Итак, несколько усложнив регулятор, можно добиться увеличения перестановочной силы при тех же размерах грузов. Но ведь это еще не все. Нужно сделать так, чтобы движение силового поршня было управляемо. Как видно из рис. 86, задача эта решается с помощью легкого золотника, на перемещение которого нужна очень небольшая сила. Золотник полностью уравновешен, и, чтобы вывести его из среднего положения, необходима сила не больше той, которую могут создать относительно маленькие центробежные грузы регулятора. Поэтому золотник соединяют с муфтой регулятора. Таким образом, если раньше муфта регулятора приводила в движение рейки топливных насосов, то теперь она непосредственно приводит в движение только небольшой золотник, который управляет силовым поршнем   серводвигателя. Золотник может свободно перемещаться в камере, к которой подводится масло под давлением. Камера золотника сообщена через окна с цилиндром серводвигателя. На рис. 86 схематично показано положение, при котором окна в камере закрыты золотником и масло пройти в цилиндр серводвигателя не может. Это значит, что количество топлива, поступающее в цилиндры дизеля, соответствует его нагрузке. Золотник находится при этом в среднем положении (положение перекрыши). Но стоит нарушиться соответствию между требуемой нагрузкой и мощностью, развиваемой дизелем, как положение муфты регулятора изменится. Тогда, как понятно из рис. 86, муфта переместится, легкий золотник, связанный с муфтой двуплечим рычагом, тоже переместится, отклоняясь от среднего положения. Перемещаясь, золотник откроет доступ маслу в одну из полостей цилиндра серводвигателя. Передвигаясь, например, вниз муфта потянет за собой золотник, который будет открывать верхнее окно, открывая, таким образом, доступ масла в полость над поршнем серводвигателя, и в то же время он будет открывать нижнее окно, выпуская масло из нижней полости на слив. Передвигаясь вверх, золотник, наоборот, будет открывать доступ масла в нижнюю полость и выпускать его из верхней полости. В результате силовой поршень, управляемый золотником, будет перемещаться  вниз или вверх. Регулятор, снабженный серводвигателем, называется регулятором непрямого действия, так как силу для перемещения реек топливного насоса создают не сами центробежные грузы регулятора, а серводвигатель. Казалось бы, теперь уже регулятор отвечает требованиям регулирования дизеля. Однако возникает новая трудность. Переставив рейку топливного насоса в положение, соответствующее новой нагрузке, силовой поршень серводвигателя должен остановиться, а для этого золотник должен вернуться в первоначальное, среднее положение и перекрыть окна золотниковой втулки (камеры). Но для того, чтобы золотник занял среднее положение, точка В рычага регулятора после окончания процесса регулирования должна находиться всегда в одном положении. Однако при схеме, приведенной на рис. 86, указанные требования выполнить невозможно. В самом деле, при увеличении нагрузки частота вращения диска уменьшится, грузы регулятора сойдутся и золотник переместится вниз. Масло будет поступать в верхнюю полость    серводвигателя,  а его шток пойдет вниз, увеличивая подачу топлива. Частота вращения вала дизеля будет возрастать. Так как золотник по-прежнему открывает верхнее окно, поршень серводвигателя продолжает перемещаться вниз до нижнего крайнего положения. При этом подача топлива превысит необходимую, частота вращения вала дизеля возрастет и грузы регулятора разойдутся. Золотник откроет доступ масла в нижнюю полость серводвигателя, и поршень его переместится в верхнее крайнее положение. Частота вращения вала резко упадет, что вызовет новое перемещение золотника вниз. Мы видим, что золотник, так же как и поршень серводвигателя, совершает непрерывное движение вверх и вниз. Частота вращения вала также меняется от верхнего до нижнего предела. В этом случае говорят, что процесс регулирования неустойчив, т. е. имеет место колебание частоты вращения (числа оборотов). Остановить колебания, а следовательно, и колебательные перемещения поршня серводвигателя и золотника нечем. Между тем это крайне необходимо. Как же затормозить колебания золотника, когда силовой поршень сервомотора займет новое нужное положение и подача дизельного топлива будет соответствовать изменившейся нагрузке? Для этого нужно точку В (см. рис. 86) каким-либо способом возвратить во вполне определенное положение, при котором золотник снова займет среднее положение.