Pierwszenstwo - Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Ppis patentowy opublikowano: 31.12.1975 76920 KI. 42r2,13/62 MKP G05d 13/62 Twórcy wynalazku: Józef Glowacki, Stanislaw Przybylski Uprawniony z patentu tymczasowego: Przemyslowy Instytut Telekomu¬ nikacji, Warszawa (Polska) Elektrohydrauliczny regulator obrotów silnika wysokopreznego z urzadzeniami przeciwawaryjnymi Przedmiotem wynalazku jest elektrohydrauliczny regulator obrotów silnika wysokopreznego z urza¬ dzeniami przeciwawaryjnymi, przeznaczony do automatycznej jednozakresowej lub wielozakreso- wej regulacji obrotów silnika wysokopreznego, w którym regulacja ta nastepuje poprzez zmiane przeplywu (wtrysku) paliwa do cylindrów silnika, a w szczególnosci do regulacji predkosci obroto¬ wej i zdalnego sterowania okretowego silnika na¬ pedu glównego, do . automatycznej stabilizacji cze¬ stotliwosci w agregatach spalinowo-elektrycznych pradu przemiennego, do sterowania i regulacji obrotów zespolu napedowego lokomotywy spali¬ nowo-elektrycznej, ze szczególnym uwzglednieniem ukladów, w których niezbedne jest wprowadzenie automatyzacji przy równoczesnym zapewnieniu za¬ bezpieczenia silnika przed awariami.W znanym rozwiazaniu zagranicznym regulatora elektrohydraulicznego f-my Woodward serii EG-B zabezpieczenie silnika spalinowego od rozbiegania, przy zaniku napiecia zasilajacego elektrohydraulicz¬ ny regulator obrotów realizowane jest przez uzu¬ pelnienie regulatora elektrohydraulicznego, regula¬ torem hydraulicznym z wlasnym niezaleznym od¬ srodkowym (mechanicznym) pomiarem obTOtów, wzmacniaczem i korektorami. Oba regulatory dzia¬ laja niezaleznie na wspólny wyjsciowy wal wy¬ konawczy zwiazany mechanicznie z listwa pali¬ wowa. Hydrauliczny regulator odsrodkowy przej¬ muje regulacje obrotów silnika spalinowego tylko w przypadku niesprawnosci regulatora elektro¬ hydraulicznego spowodowana zanikiem sygnalu sterujacego w czesci elektrycznej lub awarii tejze czesci, zabezpieczajac silnik od rozbiegania sie. W 3 zwiazku z tym poziom dzialania regulacji obro¬ tów w regulatorze hydraulicznym jest nastawiony na wartosc wyzsza niz w regulatorze elektrycznym i podczas normalnej pracy nie bierze on udzialu w regulacji obrotów, a wlacza sie do pracy tylko 10 przy przekroczeniu obrotów dopuszczalnych. Re¬ gulatory elektrohydrauliczne serii EG-B sa bardzo rozbudowane konstrukcyjnie, duze gabarytowo a wiec drogie.Celem wynalazku jest zabezpieczenie silnika wy- 15 sokopreznego zarówno przed nadmiernym wzrostem obrotów spowodowanym awaria czesci elektrycz¬ nej regulatora obrotów jak i przed awariami po¬ wstalymi w obiegach pomocniczych silnika wyso¬ kopreznego. 20 Zadaniem wynalazku jest opracowanie regula¬ tora obrotów do silnika wysokopreznego z urza¬ dzeniami przeciwawaryjnymi zabezpieczajacego ..w dostateczny sposób silnik wysokoprezny przed awariami zarówno w samym regulatorze, jak i w 25 obiegach pomocniczych silnika wysokopreznego.Nowosc elektrohydraulicznego regulatora wedlug wynalazku polega na tym, ze element mierzacy predkosc obrotowa silnika wysokopreznego tj. prad¬ nica tachometryczna, staje sie automatycznie — 30 w chwili awarii ukladów elektronicznych regulato- 76 92076 920 3 i* lub zaniku napiecia zasilajacego regulator obro¬ tów — elementem (generatorem) zasilajacym w energie elektryczna urzadzenia przeciwawaryjne, zadaniem których jest wysterowanie czlonu wy¬ konawczego regulatora obrotów na minimum wy¬ datku patówa pomp wtryskowych.W szczególnosci regulator wedlug wynalazku wyposazony jest w.pradnice tachometryczna sprzeg¬ nieta (mechanicznie z walem silnika spalinowego, elektrycznie natomiast poprzez transformator o trzech Uzwojeniach wtórnych, pradnica tachome¬ tryczna jest polaczona przewodami poprzez pierw¬ sze uzwojenie wtórne z prostownikiem zasilajacym uklad* wykonawczy,, poprzez drugie uzwojenie wtórne polaczona jest grzewodaimi z prostowni¬ kiem l zasilajacym obwód odniesienia, natomiast |oprzea trzecie uzwojeni^ wtórne pradnica ta jest po^acpona przewodami z prostownikiem zasilaja¬ cym%&wód pomiarowy, który dalej polaczony jest przewodami z przerzutnikiem bistabdlnym, który to przerzutnik tbistaibilny polaczony jest przewoda¬ mi z obwodem zwierajacym rezystor odniesienia i drugie uzwojenie przetwornika elektrohydraulicz¬ nego. Uklad wykonawczy polaczony jest przewo¬ dami do pierwszego uzwojenia roboczego elektro¬ hydraulicznego przetwornika, który wysterowuje silownik hydrauliczny sprzegniety mechanicznie z pompami wtryskowymi poprzez listwy paliwowe ograniczajace doplyw paliwa.Dla zabezpieczenia przed awariami w obiegach pomocniczych silnika spalinowego urzadzenie prze¬ ciwawaryjne wyposazone jest w Czlon wylaczajacy lub ograniczajacy poprzez blok elekteyczny i hy¬ drauliczny regulatora obrotów, doplyw paliwa do tego silnika przy nadmiernym wzroscie tempera¬ tury lub wzroscie cisnienia oleju smarnego silni¬ ka, przy czym w urzadzenie przeciwawaryjne wmontowane jest zródlo pradu stalego polaczone przewodami poprzez rezystor, potencjometr i ze¬ styki zamontowanych na silniku spalinowym czuj¬ ników temperatury i cisnienia oraz z potencjo¬ metrem zadawania obrotów (zadajnikjem), przy Ctym zamkniecie któregokolwiek z zestyków czuj¬ ników temperatur lub cisnienia przy nadmiernym wnoscie temperatur lub cisnienia zalacza na wejs¬ cie potencjometru zadawania obrotów napiecie ze iródJa pradu stalego ustalajace jalowa wartosc obrotów silnika lub powodujace jego zatrzymanie.Wynalazek jest przykladowo przedstawiony na zalaczonym rysunku,.na którym fig. 1 uwidacznia schematycznie (blokowo) uklad automatycznej regu¬ lacji predkosci obrotowej silnika wysokopreznego z urzadzeniami przeciwawaryjnymi, fig, 2 i fig. 3 schematy ideowo-blftkowe urzadzen przedwawaryj- nyclL EtóktarohydrauUcziny regulator obrotów sklada sie z bloku hydraulicznego 1 zamontowanego na sil¬ niku wysokopreznym S bloku elektrycznego 2 usytuowanego w dowolnym miejscu poza silnikiem wysokopreznym oraz z ukladu przeciwawaryjne- go 3, który mo&e byc umieszczony badz w bloku elektrycznymi Z* badz w bloku hydraulicznym 1.Bloki 1 i Z oraz urzadzenia przeciwawaryjne 3 polaczone sa pomiedzy soba kablami elektryczny¬ Elektrohydrauliczny regulator obrotów z urza¬ dzeniami przeciwawaryjnymi wykorzystuje pradnice tachometryczna 7 jako zródlo energii elektrycznej sluzacej posrednio do uruchomienia czlonu 16 i 17 5 urzadzenia przeciwawaryijnego 3. W tym celu prad¬ nica ta z jednej strony jest sprzegniejta mechanicz¬ nie z walem silnika spalinowego S, z drugiej stro¬ ny elektrycznie poprzez transformator Tf o trzech uzwojeniach wtórnych jest polaczona przewoda- 10 mi poprzez pierwsze uzwojenie wtórne I z pro¬ stownikiem PI zasilajacym uklad wykonawczy wyposazony w tranzystory Tl i T2 podlaczone przewodami do uzwojenia roboczego Zi elektro¬ hydraulicznego przetwornika 5, które wysterowuje 15 silownik 6 sprzegniety mechanicznie z pompami wtryskowymi poprzez listwy paliwowe, zas poprzez drugie uzwojenie wtórne II pradnica 7 jest pola¬ czona przewodami** z prostownikiem P2, zasilaja¬ cym obwód odniesienia, zrealizowany na rezysto- 2< rach Rl i R3, potencjometrze R2, diodzie Dl oraz na diodzie Zenera D2," natomiast poprzez trzecie uzwojenie wtórne III transformatora Tf, pradnica ta jest polaczona elektrycznie (przewodami) z pro¬ stownikiem P3, zasilajacym obwód pomiarowy 25 zrealizowany na diodzie D4, rezystorze R12 i po¬ tencjometrze R13, który dalej polaczony jest prze¬ wodami z przerzutnikiem bistabilnytm zrealizowa¬ nym na tranzystorach T4 i T5 oraz rezystorach R5, R6, R7, R8, R9, RIO, i Rll, który to przetwornik biis- 3* tabilny polaczony jest przewodami z obwodem zwierajacym zrealizowanym na tranzystorze T3 i rezystorze R4, zwierajacym rezystor Rl oraz uzwojenie Z2 elektrohydraulicznego przetworni¬ ka 5, przy czym, przy przekroczeniu obrotów silni- 35 ka spalinowego S ponad wartosc dopuszczalna, na¬ piecie na potencjometrze R13 osiaga wartosc za¬ dzialania przerzutnika bistabilnego, który wyste¬ rowuje tranzystor T3, co prowadzi do zwarcia opornika Rl oraz uzwojenia Z2 elektrohydraulicz- 4ó nego przetwornika 5, a zatem odblokowania tran¬ zystora T2 i przeplywu pradu z prostownika PI do uzwojenia Zl elektrohydraulicznego przetwornika 5, który z kolei wysterowuje hydraulicznie silow¬ nik/ 6 sprzegniety mechanicznie poprzez listwy ** paKwowe z pompami wtryskowymi, a który to silownik 6 odlacza doplyw paliwa do silnika spa¬ linowego S. Natomiast dla zabezpieczenia przed awaria obiegów pomocniczych silnika spalinowe¬ go S, urzadzenie przeciwawaryjne 3 jest wyposa¬ za zone w czlon 15 wylaczajacy lub ograniczajacy — poprzez bloki 1 i 2 regulatora obrotów doplyw pa¬ liwa do tego silnika przy nadmiernym wzroscie temperatury wody chlodzacej lub nadmiernym wzroscie temperatury lub wzroscie cisnienia oleju 55 smarnego w obiegach pomocniczych silnika spalino¬ wego S, przy czym w urzadzenlie 15 wmontowane jest zródlo pradu stalego E polaczone przewodami poprzez rezystor R22, potencjometr R23 i równo¬ legle zwarte z soba zestyki KI, K2, K3, zamontowa¬ no nych na silniku spalinowym S czujników pomiaru temperatury wody chlodzacej 18, temperatury oleju smarnego Id, cisnienia oleju smarnego 20, z poten* cjometrem zadawania predkosci obrotowej R21,przy czym zamkniecie któregokolwiek ze zestyków KI, «5 K2, j K3 przy nadmiernym wzroscie temperatur lub5 76 920 6 cisnienia, zalacza na wejscie potencjometru pred¬ kosci obrotowj R21 sygnal napieciowy z potencjo¬ metru R23, ustalajacy jalowa wartosc obrotów silnika spalinowego S lub przy ustawieniu poten¬ cjometru R23 w polozeniu zerowym powoduje za¬ trzymanie silnika spalinowego S. « Zasada pracy regulatora obrotów z urzadzeniami przeciwawaryjnymi objasniona jest wg schematów przedstawionych na fig.l, 2, 3, dla charakterystycz¬ nych rezimów pracy regulatora. Po rozruchu sil¬ nika wysokopreznego S w zasilaczu hydraulicz¬ nym 4"powstaje cisnienie czynnika roboczego wy¬ tworzone przez pompe hydrauliczna. Rozruch na¬ stepuje sprezonym powietrzem, lub (rozrusznikiem elektrycznym, w zaleznosci od typu silnika.W pracy ustabilizowanej uklad automatycznej regulacji predkosci obrotowej silnika, tj, regulator obrotów — silnik wysokoprezny — obciazenie jest w równowadze. Wtedy sygnal od czlonu zadajace¬ go obroty 11 oraz sygnal od pradnicy tachometrycz¬ nej 7 uformowany w przetworniku 10 sa sobie równe, wzmacniacz elektroniczny 13 wysterowuje uzwojenia Zl i Z2 przetwornika elektrohydraulicz¬ nego 5 równymi przeciwnie skierowanymi prada¬ mi, a ten z kolei wysterowuje silownik hydraulicz¬ ny 6 równymi przeciwnie skierowanymi strumie¬ niami hydraulicznymi i wówczas silownik 6 znaj¬ duje sie w okreslonym stalym polozeniu, pompy paliwowe wtryskuja stala dawke paliwa i wtedy predkosc * obrotowa n silnika spalinowego S jest ustabilizowana.W przypadku wzrostu obciazenia 0 silnika spa¬ linowego S nastepuje spadek obrotów n, napiecio¬ wy sygnal z pradnicy tachometrycznej 7 ulega zmniejszeniu, napieciowy sygnal od czlonu zadaja¬ cego 11 pozostaje bez zmian, wskutek czego po¬ wstaje sygnal bledu wzmocniony we wzmacniaczu elektronicznym 13 wysterowujacy uzwojenia Zl i Z2 przetwornika elektrohydraulicznego 5 nierów¬ nymi przeciwnie skierowanymi pradami. Przez uzwojenie Zl plynie wiekszy prad wskutek czego przetwornik elektrohydrauliczny 5 wysterowuje silownik 6 w kierunku wiekszego wydatku paliwa.Ruch silownika € jest kontynuowany do chwili powrotu predkosci obrotowej n silnika S do stanu sprzed zaklócenia i ustala sie po zakonczeniu pro¬ cesów regulacji na nowym polozeniu zapewniaja¬ cym zwiekszony wtrysk paliwa.W celu skrócenia stanów przejsciowych i zapew¬ nienia stabilnej pracy ukladu regulacji -obrotów, podczas ruchu silownika 6 powstaje sygnal elek¬ trycznego sprzezenia zwrotnego zrealizowany w ukladzie korekcyjnym 14 i przetworniku poloze¬ nia 8. Sygnal elastycznego sprzezenia zwrotnego jest ikierowany do wzmacniacza elektronicznego 13 ze znakiem przeciwnym do sygnalu bledu.Prady zasilajace uzwojenia Zl i Z2 przetworni¬ ka 5 sa wielkosciami wypadkowymi wszystkich sygnalów doprowadzonych na wejscie wzmacnia¬ cza 13 a wiec ii sygnalu przemiennego z multiwi- bratora 12 oraz z ukladu statyzmu 14. Sygnal prze¬ mienny z multiwibratora 12 po wzmocnieniu we wzmacniaczu 13 powoduje na wyjsciu wzmacnia¬ cza 13 powstanie skladowej zmiennej pradu, która przeplywajac przez uzwojenie Zl i Z2 wprawia tloczek przetwornika 5 w drgania mechaniczne o malej amplitudzie w celu zmniejszenia strefy nie- czulosci przetwornika 5 spowodowanej suchym tarciem i histereza. v 5 Regulatorowa charakterystyke statyczna uzyskuje sie przez wprowadzenie do ukladu regulacji sygna¬ lu proporcjonalnego do obciazenia (sztywne sprze¬ zenie zwrotne) silnika spalinowego S. Zródlem sygnalu jest elektromechaniczny przetwornik po¬ lozenia 8, który przetworzony w ukladzie statyz¬ mu 14 doprowadzony jest do wzmacniacza 13, gdzie po zsumowaniu z napieciem zadajacym po¬ woduje spadek obrotów n silnika S proporcjonalnie do jego obciazenia 0.W przypadku awarii., regulatora obrotów, lub awarii w obiegach pomocniczych silnika wysoko¬ preznego S — ponad dopuszczalny wzrost tempe¬ ratury wody chlodzacej, ponad dopuszczalny wzrost temperatury oleju smarnego, ponad dopuszczalny spadek cisnienia oleju smarnego — silnik S musi byc zatrzymany. Zadanie to spelnia samoczynnie urzadzenie przeciwawaryjne 3, które poprzez blok hydrauliczny 2 zamyka doplyw paliwa do silnika.Przy zaniku zasilajacego napiecia elektrycznego dziala urzadzenie przeciwawaryjne 17. Przez re¬ zystor Rl plynie suma pradów wyjsciowych wzmac¬ niacza elektronicznego 13 powodujac spadek napie¬ cia przeciwnie skierowany do spadku napiecia na potencjometrze R2. Przy bezawaryjnym zasilaniu • wzmacniacza 13 spadek napiecia na rezystorze Rl jest wiekszy od spadku napiecia na potencjome¬ trze R2 i blokuje doplyw pradu do tranzystora T2.W tych warunkach tranzystory T2 i Tl sa w stanie odciecia i przez uzwojenie Zl nie plynie prad z prostownika PI. W przypadku awarii za¬ silania wzmacniacza 13, zanika napiecie na rezy¬ storze Rl, co umozliwia napieciu z potencjome- tra R2 wprowadzenie tranzystora T2 w stan na¬ sycenia, który z kolei nasyca tranzystor Tl, umozli¬ wiajac tym samym przeplyw pradu przez uzwoje¬ nie Zl elektrohydraulicznego przetwornika 5 i od¬ ciecie doplywu paliwa do silnika S, przez silow¬ nik hydrauliczny 6, wskutek czego silnik wysoko¬ prezny S zostanie zatrzymany. Po usunieciu przy¬ czyn awarii i po prawidlowym zasileniu'wzmacnia¬ cza 13^ napiecie na rezystorze Rl sprowadza samo¬ czynnie urzadzenie przeciwawaryjne 17 do stanu pierwotnego.W przypadku jakiejkolwiek awarii w bloku elektrycznym 2, wskutek której obroty silnika wy¬ sokopreznego S wzrosna ponad wartosc okreslona za dopuszczalna dziala urzadzenie przeciwawaryj¬ ne 16.Miara obrotów silnika wysokopreznego S jest napiecie pobierane z potencjometru R13 i poda- . wane na wejscie przerzutnika zrealizowanego na tranzystorach T4 i T5.W czasie ustabilizowanej pracy regulatora obro¬ tów napiecie brane z potencjometra R13 posiada wartosc mniejsza od poziomu napiecia zadzialania przerzutnika znajdujacego sie w stanie pierwotnym.Wówczas tranzystor TS znajduje sie w stanie nie- przewodzenia.W przypadku awarii powodujacej wzrost obro¬ tów silnika S napiecie na potencjometrze R13 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 7*920 8 rosnie i po osiagnieciu poziomu zadzialania prze- rzutnika, spowoduje przejscie jego ze stanu pier¬ wotnego do stanu wtórnego. Sygnal na wyjsciu przerzutnika wysteruje tranzystor T3 i wprowadzi go w stan przewodzenia, powodujac tym samym zwarcie rezystora Rl i uzwojenia Z2. Zanik napie¬ cia na rezystorze Rl uruchamia urzadzenie prze- ciwawaryjne 17, które poprzez uzwojenie Zl elek¬ trohydraulicznego przetwornika 5 i silownik hydra¬ uliczny 6 odlacza doplyw paliwa do silnika S, wskutek czego silnik S zostaje zatrzymany.Z chwila zatrzymania sie silnika S napiecie za¬ silajace przerzutnik bistabilny zanika i wówczas po ponownym pojawieniu sie napiecia zasilajacego, przerzutnik bistabilny znajdzie sde w stanie pier¬ wotnym. Uklad przeciwawaryjny 16 dziala na od¬ ciecie paliwa poprzez uklad przeciwawaryjny 17.W tym celu zwierany jest rezystor Rl. Natomiast zwieranie uzwojenia Z2 ulatwia prace uzwoje¬ nia Zl. Wystarczy mniejszy prad w uzwojeniu Zl do wysterowania silownika hydraulicznego 6 w polozenie, w którym wydatek paliwa jest równy zeru.W obiegach pomocniczych silnika wysokoprez¬ nego S przy pracy ustabilizowanej, zestyki KI, K2 i K3 zainstalowanych na silniku S czujni¬ ków 18, 19 i 20 sa otwarte i na potencjometr za¬ dawania obrotów R21 nie przychodzi dodatkowy sygnal napieciowy ze zródla pradu stalego E zain¬ stalowanego w czlonie 15 urzadzenia przeciwawa- ryjnego. W przypadku awarii w obiegach pomocni¬ czych silnika^S, tj. nadmiernym wzroscie tempe¬ ratury wody chlodzacej lub nadmiernym wzroscie cisnienia oleju smarnego lub nadmiernej tempera¬ turze oleju smarnego zostaje zwarty którykolwiek ze zestyków KI, K2 lub K3 czujników 18, 19 lub 20, powodujac zamkniecie obwodu elektrycznego pomiedzy zródlem pradu stalego E i potencjo¬ metrem zadawania obrotów R21.Na potencjometr zadawania obrotów R21, czyli na wejscie regulatora obrotów przychodzi dodatko¬ wy sygnal napieciowy ze zródla E, wielkosc któ¬ rego jest regulowana potencjometrem R23. Sygnal ten z zadajnika obrotów R21 przechodzi do wzmac¬ niacza elektronicznego 13 dalej do przetwornika elektrohydraulicznego 5 i silownika hydrauliczne¬ go 6, który poprzez listwy paliwowe zmniejsza doplyw paliwa do pomp wtryskowych silnika S, powodujac jego zatrzymanie lub ustawienie na obroty jalowe. O ustawieniu silnika S podczas awarii w obiegach pomocniczych na obroty jalowe lub zatrzymanie decyduje nastawienie potencjo¬ metru R23 w polozenie zerowe, co powoduje za¬ trzymanie silnika.Prawidlowe dzialanie czlonu 15 urzadzenia prze- ciwawaryjnego 3 uwarunkowane jest spelnieniem nierównosci.^ R21 R23 < 10 PL PL