Статизм регулятора. Предположим, что при какой-то частоте вращения чувствительный элемент регулятора прямого действия находится в положении, показанном на рис. 1 сплошными линиями. Если нагрузка на двигатель снизится, то вследствие увеличения скорости вращения вала грузы разойдутся до положения, показанного пунктиром, подняв муфту регулятора на высоту. Поскольку муфта связана с механизмом регулирования,, подача топлива насосами в. д. уменьшится и повышение скорости прекратится.

Однако при новой нагрузке двигатель будет работать с частотой вращения, отличной от первоначальной. В самом деле, чтобы уменьшить подачу топлива, муфта должна подняться, сжав пружину на величину s. В новом положении она останется лишь в том случае, если соответственно сжатию пружины увеличится центробежная сила грузов, что возможно лишь при повышении частоты вращения. Подобным же образом для увеличения подачи топлива при повышении нагрузки муфта должна опуститься, что возможно только при некотором уменьшении частоты вращения.

Следовательно, при жесткой связи муфты регулятора с механизмом регулирования изменение подачи топлива при колебаниях нагрузки возможно лишь-при условии, что эти колебания будут сопровождаться некоторым изменением частоты вращения. Такое свойство регулятора называется его статиз-мом, а регулятор, обладающий статизмом, — статическим.

Регуляторная характеристика дизеля. Зависимость между внешней нагрузкой и частотой вращения принято изображать графически; такая зависимость называется регуляторной характеристикой дизеля. По оси абсциссоткладывают относительную частоту вращения, т. е. отношение п/пн, где пн — номинальная (паспортная) частота, а по оси ординат — относительный вращающий момент М/Ми, где Мн — номинальный вращающий момент.

Рис. 1. Работа чувствительного элемента

Рис. 2. Регуляторная характеристика

Приращение центробежной силы грузов или избыток натяжения пружины, появляющиеся при повышении или понижении скорости вращения, прежде чем сдвинуть муфту регулятора, должны преодолеть сопротивление сил трения внутри чувствительного элемента. При небольшом изменении скорости вращения разность между воздействием грузов и пружины на муфту может оказаться меньше сил трения, и тогда муфта останется неподвижной. Это свойство регулятора называется его нечувствительностью.

У САРС нечувствительность больше, чем у регулятора, так как к противодействующим передвижению муфты силам добавляется трение в механизме регулирования. Кроме того, часть хода муфты может затрачиваться на выборку слабины в механизме.

Следовательно, изменение подачи топлива регулятором начнется лишь после того, как скорость вращения изменится на какую-то определенную величину.

Свойства дизеля как объекта регулирования. Каждый объект регулирования обладает тем или иным запасом рабочего вещества или энергии, оказывающим инерционное сопротивление изменению регулируемого параметра. Такое свойство называется емкостью объекта. У объектов, обладающих большой емкостью, регулируемый параметр при колебаниях внешней нагрузки изменяется медленно. У объектов с малой емкостью изменения регулируемого параметра бывают быстрыми.

Емкость дизеля как составной части САРС характеризуется моментом инерции связанных с ним вращающихся масс. Эта емкость невелика, в связи с чем время разгона дизеля, необходимое для достижения номинальной частоты вращения из состояния покоя при отсутствии внешнего сопротивления и при постоянном вращающем моменте, составляет всего лишь 1—2,5 с.

Двигатель, работающий на гребной винт, является объектом, обладающим самовыравниванием, т. е. способностью к ограниченному изменению скорости вращения в зависимости от внешней нагрузки. Эту способность можно понять из рис. 4. Кривая показывает изменение относительного вращающего момента в зависимости от относительной частоты вращения при постоянной подаче топлива. Кривая является винтовой характеристикой. Она соответствует формуле (69) и показывает изменение относительного момента сил сопротивления вращению винта в зависимости от п/па. Так как при установившемся режиме вращающий момент должен быть равен моменту сил сопротивления (точка А), то при номинальной подаче топлива дизель будет работать на режиме М/Мн = 1,0 и п/пн — 1,0. Если почему-либо момент сил сопротивления изменится, например уменьшится (выход судна на глубокую воду и т. п.), и новая зависимость вращающего момента от частоты вращения будет характеризоваться кривой, то при той же подаче топлива частота вращения повысится до пх, после чего равенство вращающего момента моменту сил сопротивления восстановится (точка В) и повышение частоты вращения прекратится.

Как видно, уменьшение внешней нагрузки привело в данном случае к ограниченному повышению частоты вращения при неизменной подаче топлива. Совершенно по-другому поведет» в аналогичном случае дизель, работающий на генератор. Поскольку нагрузка на генератор никак не связана с частотой вращения, дизельгенератор не обладает самовыравниванием. Если нагрузка на дизель -генератор снизится, а подача топлива останется прежней, то скорость вращения дизеля быстро увеличится: повышение частоты вращения будет безграничным, дизель пойдет «вразнос».

Емкость объекта регулирования и его способность к самовыравниванию учитывают при подборе регулятора.

Динамика процесса регулирования. Выше уже использовалось понятие установившегося режима, сейчас нужно уточнить его содержание. Установившийся режим характеризуется постоянными: нагрузкой, частотой вращения (с допустимой нестабильностью) и цикловой подачей топлива. Нарушение установившегося режима называется возмущением. Причинами возмущения могут быть: изменение нагрузки (внешне е или н а -грузочное возмущения), изменение настройки регулятора (регуляторное возмущение), нарушение нормальной подачи топлива, нарушение протекания рабочего цикла и т. п. (внутреннее возмущение).

Рассмотрим протекание процесса регулирования при внешнем возмущении. Пусть до момента времени tx дизель работал на установившемся режиме с внешней нагрузкой MJMn, относительными частотой вращения njn^ и подачей топлива gni/gnAi, где gnl — цикловая подача при номинальном режиме. В момент t1 нагрузка снизилась до М.г. Вследствие емкости дизеля как объекта регулирования, т. е. вследствие инерции вращающихся масс, частота вращения начнет изменяться позднее, в момент t2- Подача топлива начнет уменьшаться после t2, и чтобы она стала равной ga2, т. е. соответствующей нагрузке М2, потребуется время от до ta. Однако к времени t3 частота вращения успеет повыситься зачительно больше, чем до п2, соответствующей нагрузке М2 (регулятор статический). Поэтому регулятор будет продолжать уменьшать подачу топлива. В момент частота вращения станет такой, которая согласно статизму регулятора должна установиться при новом режиме, т. е. п2, но в это время подача топлива меньше g„2, следовательно, частота будет уменьшаться до тех пор, пока подача топлива не достигнет gn2.

Рис. 3. Регуляторная характеристика с зоной нечувствительности

Рис. 4. Совмещение нагрузочной (1) и винтовых (2, 3) характеристик

Рис. 5. Диаграммы переходного процесса:
t — время; М — вращающий момент;

Нетрудно видеть, что начался колебательный процесс, называемый переходным. Он закончится в момент tb, после чего колебания частоты вращения будут в пределах допустимой нестабильности v. Дизель перейдет на новый установившийся режим.

Рис. 6. Схема регулятора прямого действия