Регулятор (устройство)

редактировать
Устройство, используемое для измерения и регулирования скорости машины

A регулятор или ограничитель скорости или контроллер, это устройство, используемое для измерения и регулирования скорости машины, например двигатель.

Классическим примером является центробежный регулятор, также известный как ватт или регулятор летающего шара на поршневом паровом двигателе, который использует эффект инерционной силы на вращающихся грузах, приводимых в движение выходным валом машины, для регулирования его скорости путем изменения входящего потока пара.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Ограничители скорости
    • 2.1 Автомобили
    • 2.2 Мопеды
    • 2.3 Транспортные средства коммунального обслуживания
    • 2.4 Грузовые автомобили
  • 3 Пример использования
    • 3.1 Самолет
    • 3.2 Малые двигатели
    • 3.3 Блоки управления турбиной
    • 3.4 Электрический генератор
    • 3.5 Лифт
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки

История

Частичный чертеж скорости парового двигателя губернатор. Клапан начинает полностью открываться при нулевой скорости и закрывается, когда шары вращаются и поднимаются. Приводной вал датчика скорости находится вверху справа регулятор Портера на паровой машине Corliss.

Центробежные регуляторы использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами в ветряных мельницах с 17 века. Ранние паровые двигатели использовали чисто возвратно-поступательное движение и использовались для перекачивания воды - применение, которое могло допускать колебания рабочей скорости.

Только после того, как шотландский инженер Джеймс Ватт представил ротационный паровой двигатель для привода заводского оборудования, постоянная рабочая скорость стала необходимой. Между 1775 и 1800 годами Ватт в сотрудничестве с промышленником Мэтью Бултоном произвел около 500 вращающихся лучевых двигателей. В основе этих двигателей лежал самодельный регулятор «конического маятника» Ватта: набор вращающихся стальных шариков, прикрепленных к вертикальному шпинделю рычагами, где управляющая сила состоит из веса шариков.

Теоретическая основа работы губернаторов была описана Джеймсом Клерком Максвеллом в 1868 году в его основополагающей статье «О губернаторах».

Проект Уатта был разработан американским инженером. Уиллард Гиббс, который в 1872 году теоретически проанализировал конический маятниковый регулятор Ватта с точки зрения математического баланса энергии. Во время учебы в аспирантуре в Йельском университете Гиббс заметил, что на практике работа устройства страдает такими недостатками, как медлительность и склонность к чрезмерной коррекции изменений скорости, которые оно должно было контролировать.

Гиббс предположил, что, аналогично равновесию простого регулятора Ватта (которое зависит от уравновешивания двух моментов: один из-за веса «шаров», а другой из-за их вращения), термодинамическое равновесие для любой работы, производящей термодинамическую систему, зависит от баланса двух объектов. Первая - это тепловая энергия, подводимая к промежуточному веществу, а вторая - рабочая энергия, выполняемая промежуточным веществом. В данном случае промежуточным веществом является пар.

Подобные теоретические исследования завершились публикацией в 1876 году знаменитой работы Гиббса «О равновесии гетерогенных веществ» и построением губернатора Гиббса. Эти формулировки сегодня повсеместно используются в естествознании в форме уравнения Гиббса свободной энергии, которое используется для определения равновесия химических реакций; также известное как равновесие Гиббса.

Регуляторы также можно было найти на ранних автомобилях (таких как 1900 Wilson-Pilcher ), где они были альтернативой ручному дросселю. Они использовались для установки требуемой частоты вращения двигателя, а регулятор газа и синхронизация транспортного средства регулировали таким образом, чтобы скорость оставалась постоянной, как в современном круиз-контроле. Регуляторы также были необязательными для грузовых автомобилей с аксессуарами с приводом от двигателя, такими как лебедки или гидравлические насосы (например, Land Rovers ), опять же, чтобы поддерживать двигатель на требуемой скорости независимо от изменений приводимой нагрузки.

Ограничители скорости

Регуляторы могут использоваться для ограничения максимальной скорости транспортных средств, и для некоторых классов транспортных средств такие устройства являются требованием закона. В более общем смысле они могут использоваться для ограничения скорости вращения двигателя внутреннего сгорания или защиты двигателя от повреждения из-за чрезмерной скорости вращения.

Автомобили

Сегодня BMW, Audi, Volkswagen и Mercedes-Benz ограничивают серийные автомобили до 250 километров в час (155 миль в час). Некоторые автомобили Quattro GmbH и AMG, и Mercedes / McLaren SLR являются исключением. BMW Rolls-Royce ограничен скоростью 240 километров в час (149 миль в час). Ягуары, хотя и британские, также имеют ограничитель, как и шведские Saab и Volvo на автомобилях, где это необходимо.

Немецкие производители изначально начали «джентльменское соглашение », ограничивая с помощью электроники максимальную скорость своих автомобилей до 250 километров в час (155 миль в час), поскольку такие высокие скорости более вероятны на Автобан. Это было сделано, чтобы уменьшить политическое желание ввести законное ограничение скорости.

На европейских рынках General Motors Europe иногда предпочитает скидку на соглашение, что означает, что некоторые мощные автомобили Opel или Vauxhall могут превышать отметка 250 километров в час (155 миль / ч), в то время как их Cadillac нет. Ferrari, Lamborghini, Maserati, Porsche, Aston Martin и Bentley также не ограничивать свои автомобили, по крайней мере, не до 250 километров в час (155 миль в час). У Chrysler 300C SRT8 скорость ограничена 270 км / ч. Скорость большинства автомобилей внутреннего рынка Японии ограничена только 180 км / ч (112 миль / ч) или 190 км / ч (118 миль / ч). Максимальная скорость - веский аргумент в пользу продаж, хотя скорость выше 300 километров в час (190 миль в час) вряд ли достижима на дорогах общего пользования.

Многие высокопроизводительные автомобили ограничены скоростью 250 километров в час. час (155 миль / ч ), чтобы ограничить расходы на страхование транспортного средства и снизить риск выхода из строя шин.

Мопеды

Мопеды в Соединенном Королевстве с 1977 года должен быть установлен ограничитель скорости 30 миль / ч (48 км / ч). В большинстве других европейских стран действуют аналогичные правила (см. основную статью).

Транспортные средства коммунального обслуживания

Транспортные средства коммунального обслуживания часто имеют установленную законом максимальную скорость. Автобусы по расписанию в Великобритании (а также автобусы ) ограничены скоростью 65 миль в час.

Городские общественные автобусы часто имеют регуляторы скорости, которые обычно устанавливаются между 65 километров в час (40 миль в час) и 100 километров в час (62 миль в час).

Грузовые автомобили (HGV)

Все тяжелые автомобили в Европе и Новой Зеландии есть закон / постановление губернаторов, которые ограничивают их скорость до 90 километров в час (56 миль в час) или 100 километров в час (62 миль в час). Пожарные машины и другие Автомобили скорой помощи освобождены от этого требования.

Пример использования

Самолет

Воздушный винт - другое приложение. Регулятор определяет число оборотов вала и регулирует или регулирует угол наклона лопастей для изменения крутящего момента на двигателе. Таким образом, когда самолет ускоряется (как в пикировании) или замедляется (в режиме набора высоты), частота вращения остается постоянной.

Малые двигатели

Небольшие двигатели, используемые для питания газонокосилок, переносных генераторов и газонокосилок и садовые тракторы оснащены регулятором, ограничивающим подачу топлива в двигатель до максимальной безопасной скорости в разгрузке и поддерживающей относительно постоянную скорость, несмотря на изменения нагрузки. В случае применения генератора частота вращения двигателя должна строго контролироваться, чтобы выходная частота генератора оставалась достаточно постоянной.

Регуляторы двигателей малых размеров обычно бывают одного из трех типов:

  • Пневматические : механизм регулятора определяет поток воздуха от маховика вентилятора. для охлаждения двигателя с воздушным охлаждением. Типичная конструкция включает установленный внутри кожуха двигателя нагнетатель, связанный с дроссельным валом карбюратора. Пружина открывает дроссельную заслонку, и по мере того, как двигатель набирает обороты, увеличенный поток воздуха от нагнетателя заставляет лопатку возвращаться к пружине, частично закрывая дроссельную заслонку. В конце концов будет достигнута точка равновесия, и двигатель будет работать с относительно постоянной скоростью. Пневматические регуляторы просты по конструкции и недороги в производстве. Однако они не очень точно регулируют частоту вращения двигателя и зависят от плотности воздуха, а также от внешних условий, которые могут влиять на воздушный поток.
  • Центробежный : механизм противовеса, приводимый в движение двигателем, связан с дроссельной заслонкой. и работает против пружины аналогично пневматическому регулятору, что приводит к практически идентичной работе. Центробежный регулятор сложнее сконструировать и изготовить, чем пневматический регулятор. Однако центробежная конструкция более чувствительна к изменениям скорости и, следовательно, лучше подходит для двигателей, которые испытывают большие колебания нагрузки.
  • Электронный : серводвигатель связан с дроссельной заслонкой. и управляется электронным модулем, который определяет скорость двигателя путем подсчета электрических импульсов, излучаемых системой зажигания или магнитным датчиком. Частота этих импульсов напрямую зависит от частоты вращения двигателя, что позволяет модулю управления подавать на сервопривод пропорциональное напряжение для регулирования частоты вращения двигателя. Из-за их чувствительности и быстрого реагирования на изменение скорости электронные регуляторы часто устанавливаются на генераторы с приводом от двигателя, предназначенные для питания компьютерного оборудования, поскольку выходная частота генератора должна поддерживаться в узких пределах, чтобы избежать неисправности.

Органы управления турбиной

Файл: From Turbine to Line Shaft.webm Воспроизвести медиа Работа регулятора с флайболом для управления скоростью водяной турбины

В паровых турбинах, паровая турбина, управляющая, является процедурой мониторинг и регулирование расхода пара в турбину с целью поддержания ее скорости вращения постоянной. Скорость потока пара отслеживается и регулируется с помощью промежуточных клапанов между котлом и турбиной.

В водяных турбинах регуляторы используются с середины 19 века для управления их скоростью. В типичной системе используется регулятор Flyball, действующий непосредственно на входной клапан турбины, или калитка для регулирования количества воды, поступающей в турбину. К 1930 году механические регуляторы начали использовать контроллеры PID для более точного управления. В конце двадцатого века электронные регуляторы и цифровые системы начали заменять механические регуляторы.

Электрический генератор

Для выработки электроэнергии в синхронных электрических сетях первичные двигатели привод электрических генераторов, которые электрически связаны с любыми другими генераторами в сети. При управлении падением скорости частота всей сети определяет топливо, доставляемое каждому генератору, так что, если сеть работает быстрее, топливо уменьшается для каждого генератора его регулятором, чтобы ограничить скорость.

Лифт

Регуляторы используются в Лифте. Он действует как механизм остановки в случае, если лифт лифт выходит за пределы своей скорости срабатывания (которая обычно является фактором максимальной скорости лифта и предварительно устанавливается производителем в соответствии с международными правилами безопасности лифта). Это устройство должно устанавливаться в тяговых лифтах и тросовых гидравлических лифтах .

См. Также

Ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Губернаторами (устройством).
Последняя правка сделана 2021-05-22 03:21:08
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте