Регулятор скорости вращения

(191 (111 СООЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК за) 00 ТЕН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕН АВТОРСНЗИУ СВИДЕТЕЛЬСТВ не связанных между собой осевых кана. ла в распределительном золотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубками с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляющей вилкой, выполненной в виде закрепленного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулируеьый конец которого расположен между двумя подвижными донышками жестко закрепленных первых сильфонов-приемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закрепленными первыми сильфонамидатчиками, между донышками которых расположена гайка, а узел отрицательной обратной связи выполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра, жестко закрепленных внутри первых сильфонов-приемников, причем между подвижными до нышками первых и вторых сильфоновприемников расположены пружины, а вторые сильфоны"приемники соединены трубопроводами с двумя неподвижно установленными вторыми сильфонамидатчиками, на подвижных донышках которых жестко закреплены ролики, контактирующие с регулируеьымй клинь ями, закрепленными на наружной по; верхности корпуса гидроцилиндра. ю ре гулиров аниотрицательлируемюе клворотной ппванной на а гидро ходящей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТ 1 Ф(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революцииН 3) 621.43.038.5-55.2(088.8) (56) 1. Патент Японии Кф 52-18360, кл. Р 15 В 9/14, опублик. 977.2. Авторское свидетельство СССР У 951251, кл, С 05 3 13/08, 1980 (прототип)(54)(57) 1. РЕГУЛЯТОГ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащий винтовую пару, винт которой жестко закреплен навалу задающего электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения, гидроцилиндр, шток которого закреплен неподвижно, а корпус уста новлен с возможностью осевого перемещения, причем полости гидроцилиндра соединены с выходами распределительного золотника, вход которого соединен с напорной магистралью, и узел отрицательной обратной связи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения мощности сигнапа управления обеспечения дистанционной передачи сигиапов управления повышения быстродействия, надежности н упрощения регулятора, он снабжен усилителем, состоящим из постоянных дросселей, выполненных в виде винтовых канавок на крайних поясках распределительного золотника, соедияющих напорную магистраль через два ятор по п. 1, о т л и "с я тем, что, с. целью я коэффициента передачи ой обратной связи, регуинья выполнены в виде по- анки, жестко зафиксиро" аружной поверхности корцилиндра посредством оси,через центр поворотной1116418 планки, и фиксирующего элемента, например штифта, проходящего через одно из ряда отверстий, выполненныхна обоих концах поворотной планки порадиусу, проведенному из ее центра,и отверстие в одной из двух пластин,жестко закрепленных на противоположИзобретение относится к механизмам общего назначения, в частности к регуляторам скорости, и может быть использовано для регулирования скорости вращения ветряных, авиацион ных и других двигателей,Известно устройство электрогидравлического следящего привода вращательного движения с объектом регулирования, задающим двигателем идвух 10 каскадным сервоклапаном с элементом "сопло-заслонка" в предварительном каскаде усиления, причем заслонка выполнена в виде способного поворачиваться вокруг неподвижной оси ры чага, один конец расположен между соплами, а другой соединен с передачей винт-гайка, содержащим постоянные дроссели, выполненные в виде отдельных элементов 11 . 20Однако в известном устройстве отсутствует обратная связь между основным и предварительным каскадами усиления, что затрудняет надежную и устойчивую работу системы, а выполнение постоянных дросселей предва. рительного каскада в виде склонныхк засорению и труднонастраиваемых отдельных элементов снижает надежность системы и усложняет конструкцию 1; 30 Кроме того, в этом устройстве трудно осуществить передачу сигнапа управления и сигнала отрицательной обратной связи на расстояние в силу жесткой кинематической связи гайки З 5 с заслонкой с одной стороны и вала объекта регулирования с винтом - с другой. Наиболее близким по технической,сущности к изобретению являетсярегулятор скорости вращения, содержащий винтовую пару, винт которойжестко закреплен на валу задающего ных концах наружной поверхности корпуса гидроцилйндра, причем отверстияна противоположных концах поворотнойпланки выполнены таким образом,чтоотверстия на одном из ее концов расположены относительно отверстий на дру.гом ее конце в промежутке между ними,электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулированияс возможностью осевого перемещения,и регулирующий орган, состоящий израспределительного золотника, штоккоторого жестко связан с гайкой,и гидроцилиндра, шток которого закреплен неподвижно, а корпус гидроцилиндра связан через рычаг обратнойсвязи е корпусом распределительногозолотника 121,Данный регулятор скорости вращения имеет увеличенную мощность задающего электродвигателя, что обусловлено наличием значительных осевых сил, действующих на распределительный золотник, пропускающийрабочую жидкость под давлением.Эти силы, помимо требования увеличения мощности задающего электродвигателя для их преодоления, снижаютдинамические характеристики системы,уменьшая ее быстродействие, а отсутствие специальных мер, как правило, сложных в изготовлении, дпяобеспечения смазки трущихся пар ипредотвращения заклииения распределительного золотника снижают надежность регулятора скорости вращенияи усложняют конструкцию в случае выполнения этих мер традиционнымиметодами. Кроме того, указанный регулятор скорости вращения имеет жесткую отрицательную обратную связь, что предполагает близкое взаимное расположение гидроцилиндра и распределительного золотника, а также жесткую связь штока распределительного золотника с гайкой, установленной на валу объекта регулирования, что в свою очередь предполагает бпизкое взаимное расположение винтовой пары, 1116413а значит, и объекта регулирований,и распределительного золотника. Выполнение указанных требований по компоновке регулятора скорости вращенияв некоторых устройствах трудноосуществимо, например, в ветроэнергетических установках, где кинематическая цепь от ветроколеса с поворотными лопастями, угол атаки которых изменяется при помощи гидроцилиндра указанного регулятора скорости вращения, к приводимому им вовращение электрогенератору, на валу которого установлена винтоваяпара, имеет значитепыые пространственные габариты . Укаэанные причины .увеличивают мощность сигнала управления, формируемого задающим электродвигателем, затрудняют передачууправляющих сигналов и сигналов отрицательной обратной связи на расстояние, а также снижают быстродействиеи надежность системы, для повышениякоторой необходимо усложнение конструкции. г 5Цель изобретения - снижение мощности сигнала управления, обеспечейие дистанционной передачи сигналовуправления, повышение быстродействия,надежности и упрощение регулятора,Указанная цель достигается тем,ЗОчто регулятор скорости вращения, содержащий винтовую лару, винт которой жестко закреплен на валу задающего электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения, гидроцилиндр, шток которогозакреплен неподвижно, а корпус установлен с возможностью осевого перемещения, причем полости гидроцилиндра соединены с выходами распределительного золотника, вход которогосоединен с напорной магистралью,и узел отрицательной обратной связи,снабжен усилителем, состоящим из по-. 45стоянных дросселей, выполненных в ви.де винтовых канавок на крайних поясках распределительного золотника,соединяющих напорную магистраль через два не связанных между собой 50осевых канала в распределительномзолотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубка-ми с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляющей вилкой, выполненной в виде закреппенного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулц 8 4руемый конец которого расположенмежду двумя подвижными донышкамижестко закрепленных первых сйльфойовприемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закреппеннымипервыми сильфонами-датчиками, междудонышками которых расположена гайка,а узел отрицательной обратной связивыполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра,жестко закрепленных внутри первыхсильфонов-приемников, причем междуподвижными донышками первых и вторых сильфонов-приемников расположеныпружины, а вторые сильфоны-приемники соединены трубопроводами с двумянеподвижно установленными вторымисильфонами-датчиками, на подвижныхдонышках которых жестко закрепленыролики, контактирующие с регулируемыми клиньями, закреппенными на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра,Кроме того, регулируемые клиньявыполнены в виде поворотной планки,жестко зафиксированной на наружнойповерхности корпуса гидроцилиндрапосредством оси, проходящей черезцентр поворотной планки, и фиксирующего элемента, например штифта, проходящего через одно из ряда отвер- .стий, выполненных на обоих концахповоротной планки по радиусу, проведенному иэ ее центра, и отверстие в одной из двух пластин, жестко закрепленных на противоположныхконцах наружной поверхности корпуса гидроцилиндра, причем отверстияна противоположных концах поворотной планки выполнены таким образом,что отверстия на одном иэ ее кбнцоврасположены относительно отверстийна другом ее конце в промежуткахмежду ними.На фиг . 1 представлена принципи"альная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - механизм обратнойсвязи, вид сверху; на фиг. 3 - тоже, вид сбоку.Регулятор скорости вращения 1,фиг,1содержит датчик скорости(винтовуюпару), состоящий из винта 2, жесткозакрепленного на валу задающегоэлектродвигателя 3, гайки 4, способнойнавинчиваться на винт 2 и свободноперемещаться вдоль вала объекта регулирования, например электрогенератора 5, получающего вращение от валадвигателя 1 на фиг. не показан 1 черезпередачу 6, и корпуса подшипника 7,который ппотно зажат двумя симметрично расположенными относительно корпуса подшипника 7 подвижными донышками жестко закрепленных первых сильфонов-датчиков 8, связанных трубопроводами 9 с двумя неподвижно закрепленными и симметрично расположенными относительно регулируемого конца10 управляющей вилки 11 первыми силь.фонами-приемниками 12. Регулируемыйконец 1 О управляющей вилки 11, установленный на неподвижной оси 13 свозможностью поворота вокруг последней, одним своим концом ввинчивается 15в управляющую вилку 11, а другой егоконец ппотно зажат подвижными донышками первых сильфонов-приемников 12,Управляющая вилка 1 образует с трубами с боковыми отверстиями 4 и 15, 22жестко закрепленными на срецнем пояске распределительного золотника 16,переменные дроссели. Рабочая жид -кость под давлением к трубкам с боко -выми отверстиями 14 и 15 подводится от напорной магистрали 17 черезпостоянные дроссели 18 и 19, выполненные в виде винтовых канавок, расположенных на крайних поясках распределительного золотника 16, осевые не 32связанные между собой каналы 20 и 21и поперечные каналы 22 и 23 на среднем пояске распределительного золотника 16. Магистрали 24 и 25 сообщаютраспределительный золотник с неподвиж.но установленными штоком 26 гидро -цилиндра, корпус 27 которого непосредственно управляет органом, который изменяет скорость вращенияэлектрогенератора 5 через передачу 6 2не показан, например изменяющимугол атаки лопастей ветродвигателя,На корпусе 27 гидроцилиндра неподвижно зафиксированы регулируемые клинья28, плотно контактирующие посредством 4роликов 29 с двумя симметрично рас 1положенными относительно гидроцилиндра и жестко закрепленными вторыми сильфонами-датчиками 30, причемролики 29 жестко связаны с подвижными донышками последних, которые всвою очередь соединены трубопроводами 31 с вторыми сильфонами-приемниками 32, неподвижно установленными.внутри первых сильфонов-приемников 12, Между подвижными донышками вторых 32 и первых 12 сильфоновприемников установлены пружины 33. При выполнении клиньев 28 в виде поворотной планки фиг.2 н фиг.31 по следняя устанавливается на наружной поверхности корпуса 27 гидроцилиндра при помощи оси 34, проходящей через центр поворотной планки 28, с возможностью поворота вокруг последней и фиксируется в одном из возможных положений посредством фиксирующего элемента, например штифта 35, проходящего через одно из ряда отвер. стий 36 и 37, выполненных на обоих концах поворотной планки 28 по радиусу, проведенному из ее центра, и отверстие в одной из двух пластин 38, жестко закрепленных на противоположных концах наружной поверхности подвижного корпуса 27 гидро- цилиндра, причем отверстия 36 и 37 выполнены таким образом, что отверстия 36 расположены относительно отверстий 37 со смещением относительно продольной оси поворотной планки 28, как бы в промежутках между ними, а фиксация последней в одном из возможных положений осуществляется осью 34 и одним фиксирующим элементом, например штифтом 35.Регулятор скорости вращения работает следующим образом. Задающий электродвигатель 3 вращается с постоянной скоростью. При превышении скорости вращения объектом регулирования, например электро- генератором 5 скорости вращения задающего электродвигателя 3, уве-" личивается скорость вращения гайки 4 относительно винта 2. В результате этого гайка 4 начнет навинчиваться на винт 2 и сожмет через корпус подшипника 7 правый первый сильфон-датчик 8. При этом рабочая жидкость вытеснится из него и по правому трубопроводу 9 попадет в полость между правым первым сильфоном-приемником 12 и правым вторым сильфоном-приемником 32, в результате чего донышко правого сильфонаприемника 12 под действием давления рабочей жидкости повернет регулируемый конец 10 управляющей вилки 11 по часовой стрелке вокруг оси 13, а левый второй сильфон-датчик 30 плотно прижмется своим роликом 29 к левому краю поворотной планки 28 под действием повышенного давления, действующего одновременно и на донышко правого второго сильфона-при 111648емника 32. 111 и повороте управляющей вилки 11 последняя приблизится к трубке с боковым отверстием 4 и удалит.сл от аналогичной трубки 15, увеличив тем самым через ка налы 22 и 20 давление в левой торцовой камере. В результате нарушится равновесие гидравлического моста, образованного постоянными дросселями 18 и 19 и переменными дросселями, состоящими из трубок с боковыми отверстиями 4 и 15 и управляющей вилки 11, и распределительный золотник 16 сместится вправо на величину, равную смещению управляющей вилки 1, открывая доступ рабочей жидкости из напорной магистрали 17 по магистрали 24 к верхней (по чертежу) полости гидроцилиндра, вызвав при этом перемещение корпуса 27 послед него вверх и, как следствие, его воздействие непосредственно на рабочий орган не показан), например кривошип или рычаг поворачивающий лопасть ветродвигателя, что приводит к снижению оборотов вала ветроколеса, а значит, через передачу 6 и оборотов электрогенератора 5 . Одновременно при своем движении вверх корпус 27 гидро- цилиндра увлечет за собой зафиксированную в одном из возможных положений поворотную планку 28, которая че. рез правый ролик 29 сожмет правый второй сильфон-датчик 30. Вытесненная из него рабочая жидкость под35 давлением по трубопроводу 31 попадет в левый второй сильфон-приемник 32 разожмет его и увеличит давление в полости, образованной левым первым сильфоном-приемником 12 и вто 40 рым сильфоном-приемником 32, в результате разожмется и первый сильфон-приемник 12, так как деформация первого сильфона-датчика 8 невозможна в силу жесткой связи последнего45 с корпусом подшипника 7. Движение корпуса 27 гидроцилиндра вверх будет продолжаться до тех пор, пока усилия, действующие на донышки обоих первых сильфонов-приемников 12, вызванные давлением рабочей жидкости, не сравняются и управляющая вилка 11 не займет своего первоначального положения относительно трубок с боковыми отверстиями 14 и 15. В результате этого распределительный золотник 16 также займет первоначальное положение и доступ рабочей жидкости из напорной магистрали 17 к гидроцилиндру прекратится, а последний остановится . Это равновесие наступит в тот момент, когда скорости врацИ.- ния электрогенератора 5 и задающего электродвигателя 3 выравняются.Коэффициент передачи отрицательной обратной связи можно регулировать, поворачивая поворотную планку 28 вокруг оси 34 и фиксируя ее в одном иэ возможных положений одним штифтом 35, проходящим через одно из отверстий 36 или 37 в поворотной планке 28 и отверстие в одной из пластин 38, причем для увеличения количества возможных значений коэффициента передачи отрицательной обратной связи взаимное расположение отверстий 36 и 37 относительно продольной оси поворотной планки 28 выполнено со смещением так, что отверстия 37 находятся как бы в проме" жутках между отверстиями 36.Величина проводимости постоянных дросселей 18 и 19 при смещении распределительного золотника 16 остается постоянной в силу постоянства длин винтовых каналов дросселей, образованных винтовыми канавками, нарезанными таким образом, что жидкость из напорной магистрали 17 может попасть лишь под торец золотника, и поясков на гильзе распределительно" го золотника шириной Ь ,фиг.1),. Геометрические размеры винтовых канавок выбираются из соотношенияа 531 и Р 1 1 йрйд, Ь где 0 - расход через дроссель;- ширина канвки;д - глубина канавки;шаг винтовой линии;Д - динамический коэффициентвязкостиб,р- средний диаметр винтовойканавки;Ь - ширина пояска на гильзе распределительного золотника;др- перепад давлений на дроссепе;11 - показатель степени (и ) для ламинарного режима течения и (и 2) для турбулентного.Варьируя величинами Ь, 6 и д, можно по конструктивным или технологическим соображениям набирать геометрические размеры вин.товых канавок в широких пределах.Балансировка дросселей 18,и 19 может быть осуществлена при помощиподстроечных дросселей 39.Подстройка предварительного 5каскада усиления производится изменением длины регулируемого конца 10 управляющей вилки 11, которыйможно ввинчивать или вывинчиватьиэ последней, а установка начальных 10зазоров в переменных дросселях,образованных трубками с боковымиотверстиями и управляющей вилкой,может быть осуществлена как тщательной подгонкой размеров управляющей вилки, так и выполнением звеньев а и с последней подвижными с фиксацией в одном из возможных положений не показано) .Учитывая. факт, что смещение 20корпуса подшипника 7 составляет величину порядка нескольких миллиметров, а смещение управляющей вилки 11нескольких десятых долей миллиметра, необходимо обеспечить редукцию 25перемещения от первых сильфоновдатчиков 8 к первым сильфонам-приемникам 12, что достигается соответствующим подбором диаметров сильфонов. действительно, при деформации, З 0например, правого первого сильфона-датчика 8 его донышко переместится на величину Х, вызвав при этомизменение объема последнего на величину ьЧ35ьЧ= Х Рэ30гд р = - Л- - эффективная площадь пер4вого сильфона-датчика 8. Такой же40 объем рабочей жидкости по трубопроводу 9 поступит в полость между правым первым сильфоном-приемником 12 и вторым сильфоном-приемником 32, вызвав смещение доньппка первого силь 45 фона-приемника 12 на величину Х в то время как доньппко второго сильфЬна-приемника 32 останется неподвижным, так как движение гидроцилиндра еще не началось, т.е, можно записать50 ЭП,где Г =, -- эффективная плошадь перцного силь фон а - приемник а 12,Тогда получимх 1 Г 4 ЛВ з) 1 1=Х 1 ики 1= - = - =р т Я)где 1 - передаточное число указаннойпередачи.При уменьшении скорости вращения электрогенератора 5,т.е. когда обороты ветродвигателя упали ниже требуемого значения, определяемого оборотами заДающего электродвигателя 3, взаимодействие элементов регулятора скорости вращения совершается в обратном порядке.Предлагаемый регулятор скорости вращения поддерживает постоянной скорость вращения ветряных, авиацион. ных и других двигателей, что достигается соответствующим подбором объекту регулирования задающего электродвигателя, При этом мощность задающего электродвигателя значительно снижена благодаря наличию сравнительно простого в изготовлении предварительного каскада усиления, переменные дросселя которого выполнены в виде трубок с боковыми отверстиями, а их настройка осуществляется щупом,. введенным в зазор. между трубками и подвижными звеньями О и С, которые после установки фиксируются в нужном положении, Кроме того, выполнение постоянных дросселей этого кас- када в виде винтовых канавок позволяет повысить надежность и быстродействие регулятора скорости вращения.При этом в регуляторе скорости вращения существует возможность передачи управляющих сигналов и сигналов отрицательной обратной связи на расстояние, что в некоторых случаях, например при поддержании скорости вращения ветроколеса ветроустановки постоянной, крайне необходимо ввиду пространственной рассредоточенности агрегатов и узлов последнего.,г Составитель Н .Шихайлоедактор М.Келемеш Техред С.Легеза оррек тор Е, Сирохман ое тета ССкрытий д. 4/5 ушская на Филиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 аказ 6929/38 Тираж ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж-З