第八章調速器

第八章柴油機的調速裝置

柴油機的不同轉速是通過改變每一循環(huán)的噴油量獲得的。在一定的外界負荷條件下，供給柴油機一定燃油量，使柴油機發(fā)出的功率與外界負荷相平衡，柴油機就在某一轉速下穩(wěn)定運行。

船用柴油機的外界負荷是經(jīng)常變動的，欲使柴油機的功率與新的外界負荷相適應，就應及時改變噴油量。為了使柴油機在選定的轉速下穩(wěn)定運行，必須裝有專門的調速裝置─一調速器，通過它自動地改變柴油機噴油泵的噴油量，以適應外界負荷的變化。

柴油機的調速裝置的作用是通過改變柴油機油量調節(jié)機構的位置，將柴油機的轉速調節(jié)到規(guī)定的轉速范圍。并且根據(jù)柴油機負載的大小自動調節(jié)供油量，使其轉速維持在一規(guī)定的范圍。第一節(jié)柴油機的調速一、調速的必要性船舶柴油機主要用作船舶主機帶動螺旋槳和作為船舶副機帶動發(fā)電機。由于被驅動負載的工作特性不同、運轉條件不同，因而對調速的要求也不同。

1．船舶主機的調速船舶主機(直接驅動螺旋槳)因船舶航速要求而需變轉速運轉，其工作特性為柴油機推進特性

若外界負荷（如裝載、海面狀態(tài)等）變小而噴油量不變，柴油機就會增速，增速后使螺旋槳耗功增加從而可在一較高轉速下達到功率平衡，柴油機穩(wěn)定運轉；反之，若外界負荷增加而噴油量不變，則柴油機就會在一個較低轉速下穩(wěn)定運轉。由此可見，推進主機具有自動調節(jié)轉速以適應外界負荷變動的能力。所以，如不要求柴油主機恒速運轉，則無需裝設調速器。

但為了保證推進主機在特殊航行條件下（如螺旋槳出水、斷軸、掉槳等）的安全，根據(jù)我國有關規(guī)定，必須裝設可靠的調速器（限速器），使主機轉速不超過115%標定轉速。另外，現(xiàn)代船舶主柴油機為了避免外界負荷變化所引起的轉速變化，以及由此對柴油機工作的不良影響（如可靠性、經(jīng)濟性等），通常多裝設全制式調速器。它能在柴油機正常轉速范圍內的任一設定轉速下保證穩(wěn)定運轉。

2．船舶發(fā)電柴油機作為船舶發(fā)電機的柴油機要求能在外界負荷變化時保持恒定的轉速，以保證發(fā)電機的電壓與頻率恒定，即柴油機應按負荷特性工作。這就要求柴油機的有效功率能隨外界負荷(電功率)而變并保持平衡。

當外界的用電量增加時，柴油機的有效功率小于外界負荷，柴油機轉速下降。若不能相應增加供油量而提高柴油機的有效功率，則在轉速下降的同時，柴油機的有效功率相應降低，使柴油機與外界負荷間的功率更加不平衡。如此相互作用而導致柴油機自動停車。外界用電量減少時柴油機將增速。若不能根據(jù)轉速的增加而降低供油量，柴油機的轉速將進一步繼續(xù)增高，最后導致發(fā)生飛車。發(fā)電柴油機自身沒有自動調速性能，欲使其在外界負荷變化時仍保持恒速穩(wěn)定運轉，必須在柴油機轉速隨外界負荷變化時相應地調節(jié)柴油機的供油量，以使其有效功率與外界負荷的變化相適應，即在發(fā)電柴油機上必須裝設調速器，以保證柴油機始終能以規(guī)定的轉速穩(wěn)定運轉。

二、調速器的類型調速器因原理、結構和用途不同而有不同的類型。船舶柴油機所使用的調速器主要有以下類型。

1．按調速范圍分類

(1)極限調速器只用于限制柴油機的最高轉速不超過某規(guī)定值，而在轉速低于此規(guī)定值時不起調節(jié)作用的調速器稱極限調速器。這種調速器僅用于船舶主機，目前已很少單獨使用。(2)定速調速器亦稱單制調速器，是在任何負荷下直接調節(jié)供油量以保持柴油機在預定轉速下穩(wěn)定運轉的調速器。這種調速器應用于要求轉速固定不變的發(fā)電柴油機上。通常，為滿足多臺柴油發(fā)電機并聯(lián)運行的要求，本調速器應有一定的轉速調節(jié)范圍(一般為±10％標定轉速)。(3)雙制式調速器能維持柴油機的最低運轉轉速并可限制其最高轉速的調速器稱雙制式調速器，其中間轉速由人工手動調節(jié)。這種調速器能改善柴袖機怠速工況的穩(wěn)定性和限制最高轉速。因而用于對低速性要求較高或帶有離合器的中小型船舶主機。在這種使用場合，當離合器脫開的瞬時相當于柴油機突卸負荷，該調速器就能防止柴油機飛車。在低轉速時接上離合器又能避免柴油機轉速急劇下降而保持最低轉速。(4)全制式調速器在從最低穩(wěn)定轉速到最高轉速的全部運轉范圍內，均能自動調節(jié)油量以保持任一設定轉速不變的調速器稱全制式調速器。這種調速器廣泛用于船舶主機及柴油發(fā)電機組。

2．按執(zhí)行機構分類(按作用原理分)

（1）機械調速器（直接作用式）：它直接利用飛鐵（飛重）產(chǎn)生的離心力與調速彈簧張力之間的不平衡力去移動油量調節(jié)機構來穩(wěn)定柴油機的轉速。其結構簡單、工作可靠、維修方便，廣泛用于中、小型柴油機。其缺點是工作能力較小，不能實現(xiàn)恒速調節(jié)。（2）液壓調速器（間接作用式）：它利用飛鐵產(chǎn)生的離心力與調速彈簧張力之間的不平衡力去操縱液壓伺服器（油壓放大器），利用液壓作用產(chǎn)生更大的動力去移動油量調節(jié)機構來調節(jié)柴油機的轉速。液壓調速器轉速調節(jié)范圍廣、調節(jié)精度高、穩(wěn)定性好、通用性強，但其結構復雜、調試及維護所要求的技術較高，它廣泛用于大、中型柴油機。（3）電子調速器：信號監(jiān)測或執(zhí)行機構采用電氣方式的調速器稱電子調速器。三、超速保護裝置船用柴油機除按規(guī)定和使用要求需裝設上述調速器外，為了防止在調速器損壞時造成柴油機超速損壞，確保柴油機運轉安全.按我國有關規(guī)定，凡標定功率大于220kw的舶用主機和船用柴油發(fā)電機還應分別裝設超速保護裝置，以防主機轉速超過120％標定轉速和柴油發(fā)電機轉速超過115％標定轉速。

此種超速保護裝置是一種運轉安全裝置，它與調速器不同，它只能限制柴油機轉速，本身無調速特性，在柴油機正常運轉范圍內不起作用，只在柴油機轉速達到規(guī)定限值時才發(fā)生動作使柴油機立即停車或降速。按規(guī)定，超速保護裝置必須與調速器分開設立而獨立工作，無論柴油機的操縱機構處于什么狀態(tài)，該裝置的保護性動作必須迅速而準確.

該裝置由轉速鑒測器、伺服機構和停車機構等三部分組成。轉速鑒測器對曲軸轉速隨時進行測定與鑒別。當轉速達到規(guī)定限值時，發(fā)出準確而穩(wěn)定的信號，觸發(fā)伺服機構動作。伺服機構的動作具有足夠的強度與幅度，保證在任何情況下均能帶動停車機構立即切斷燃油供應或停止氣缸進氣，使柴油機停車。按對轉速的測定方式，轉速鑒測器有三種類型：離心式、電磁式、氣壓式。離心式利用飛塊—彈簧測定轉速，多用于中型柴油機；電磁式利用電磁感應原理測定轉速，多用于中、低速柴油機；氣壓式利用增壓空氣壓力測定轉速，僅適用于機械增壓的小型柴油機。伺服機構有彈簧式、氣壓式、液壓式。彈箕式結構簡單，但需人工復位。氣壓式和液壓式結構復雜，維護復雜，但動作作用力大旦可自動復位。第二節(jié)調速器的結構和工作原理一、機械式調速器

機械式調速器主要由飛重3、滑動套筒4及調速彈簧5組成。飛重3安裝在飛重架2上通過轉軸1由柴油機驅動高速回轉。由飛重3和彈簧5組成的轉速感應元件按力平衡原理工作。

柴油機運轉時，飛鐵座架和轉軸一同旋轉，飛鐵便產(chǎn)生離心力，通過推腳向上作用在滑動套筒下端，滑套的上端受調速彈簧向下的張力作用。當柴油機發(fā)出的功率與外界負荷剛好平衡時，其轉速穩(wěn)定，飛重產(chǎn)生的離心力與彈簧5的彈力平衡，油量調節(jié)桿8也停留在某一供油量位置.

若外界負荷突然減少，柴油機發(fā)出的功率就大于外界負荷而使轉速升高，這時飛重的離心力將大于彈簧的彈力而使套筒4上移，增加彈簧5的壓縮量，同時通過角桿拉動油量調節(jié)桿8以減少供油量。當調節(jié)過程結束時柴油機的功率與外界負荷在彼此都減小了的情況下恢復平衡，調速器的飛重穩(wěn)定在圖示虛線位置，它的離心力和調速彈簧的作用力也在彼此都增長的情況下達到新的平衡狀態(tài)。當外界負荷突然增加時，調速器的動作與上述相反，飛重離心力與彈簧作用力在彼此都減小的情況下達到平衡狀態(tài)。

由上述可知，這種調速器不能保持柴油機在調速前后的穩(wěn)定轉速不變，即δ2必大于零。當外負荷減少后，調節(jié)后的穩(wěn)定轉速要比原穩(wěn)定轉速稍高；而當外負荷增加時，調節(jié)后的穩(wěn)定轉速要比原穩(wěn)定轉速稍低。產(chǎn)生這種轉速差的根本原因在于感應元件與油量調節(jié)機構之間采用了剛性連接；當外負荷減少時供油量必須相應減少才能保持轉速穩(wěn)定，因此調油桿必須右移減油，這就必然會同時增大了調速彈簧的壓縮量而使彈簧壓力變大，因而與彈簧力平衡的套筒推力以及飛重離心力也必須相應增加。上述平衡條件只有在柴油機的轉速稍高于原轉速時才能達到。反之，當外負荷增加時；上述平衡條件只有在柴油機的轉速稍低于原轉速時才能達到。轉動調節(jié)螺釘7可改變調速彈簧器5的預緊力，從而可改變柴油機的設定轉速。若想提高柴油機的轉速，可以將調整螺釘向下旋動，加大調速彈簧5的張力。同理也可通過調整螺釘降低柴油機的轉速。機械調速器的工作能力較小，其靈敏度和精度均較差，但其結構簡單，維護方便。多用于中、小型柴油機。二、液壓調速器工作原理對于大功率柴油機，移動油量調節(jié)機構需要較大的力。為了使調速器具有一定的靈敏度和足夠的工作能力，在感應元件和油量調節(jié)機構之間插入一個液壓放大元件（液壓伺服器）。液壓調速器飛重產(chǎn)生的離心力并不直接去移動柴油機的油量調節(jié)機構，而是通過液壓放大機構放大后再去移動油量調節(jié)機構。所以這種調速器亦稱間接作用式調速器。由此。在這種調速器中必須具有由控制滑閥和動力活塞組成的液壓放大機構(稱液壓伺服器)；另外，為了提高這種調速器調節(jié)過程的穩(wěn)定性，改善其動態(tài)特性，還必須具有反饋(補償)機構。液壓調速器的這些特點使它具有廣闊的轉速調節(jié)范圍，調節(jié)精度和靈敏度高、穩(wěn)定性好，通用性好，廣泛用于船舶大中型柴油機。但其結構復雜，管理要求高。1．無反饋簡單的液壓調速器

這樣的液壓調速器不可能根據(jù)外負荷的變化既準確而又“適可而止”地改變噴油泵的供油量。例如上述外界負荷減少時引起柴油機轉速升高的情況，滑閥右移，使伺服活塞帶動油泵齒條左移，供油量減少，柴油機降速。由于調速系統(tǒng)有一定慣性，不可能一減少供油量，柴油機的轉速立即降低。柴油機轉速降低遲緩必使供油量減少過頭，造成柴油機降速過度。結果調速器就使油泵齒條向增加供油量方向移動，柴油機又重新加速。同理，供油量又增加過頭，使調速器重新作減速調節(jié)。這樣不斷地重復降速、加速的調節(jié)過程，柴油機的轉速便不能很快地穩(wěn)定下來，甚至有可能穩(wěn)定不下來，而發(fā)生嚴重的急劇波動而根本不能工作。

在調速器中僅僅加入一個液壓放大元件還是不能使它滿足使用要求的。為了使調速器能穩(wěn)定調節(jié)，在調速器中還要加入一種裝置，其作用是在伺服活塞移動的同時對滑閥產(chǎn)生一個反作用，使其向平衡位置的方向移動，防止油量調節(jié)過度．使增減油“適可而止”，提高調速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減少柴油機轉速波動的可能性。這個環(huán)節(jié)稱反饋(或補償)機構，其對滑間產(chǎn)生的反作用動作稱為反饋或補償。在液壓調速器中使用的反饋機構主要有剛性反饋機構和彈性反饋機構。2．剛性反饋液壓調速器

剛性反饋液壓調速器的基本結構與前述無反饋的簡單液壓調速器不同的是杠桿AC上端支點A與動力活塞桿鉸接，這樣動力活塞的位移就通過杠桿反饋至滑閥6上，反饋環(huán)節(jié)采用機械連接，故稱為“剛性反饋”。這一改變使感應元件、液壓放大元件和油量調節(jié)機構之間的關系發(fā)生了變化。

當負荷減小時，發(fā)動機轉速升高，飛重向外飛開帶動速度桿1向右移動。此時伺服活塞3尚未動作，因此反饋杠桿AC的上端點A暫時作為固定點，杠桿AC繞A反時針轉動，帶動滑閥6向右移動，把控制孔打開，高壓油便進入動力缸的右腔，左腔與低壓油路相通。這樣高壓油便推動伺服活塞8帶動噴油泵調節(jié)桿5向左移動，并按照新的負荷而減少燃油供給量。

在伺服活塞左移的同時，杠桿AC繞C點向左擺動并帶動與B點相連接的滑閥6也向左移動，從而使滑閥向相反的方向運動。防止供油量減少過頭。這種在伺服活塞移動時能對滑閥運動產(chǎn)生相反作用的杠桿裝置稱為剛性反饋系統(tǒng)。當調節(jié)過程終了時，滑閥回到了平衡位置，把控制油孔關閉，切斷通往伺服油缸的油路。這時伺服活塞就停止運動，噴油泵調節(jié)桿隨之移動到一個新的平衡位置，發(fā)動機就在相應的新負荷下工作。因此，相應于發(fā)動機不同的負荷，調速器就具有不同的穩(wěn)定轉速。因為發(fā)動機負荷變化時需要改變供油量，所以A點位置隨負荷而變。與滑閥相連接的B點在任何穩(wěn)定工況下均應處于平衡的位置，與負荷無關。這樣C點的位置必須配合A點作相應的變動，因而導致了轉速的變化。

例如當負荷減小時，調速過程結束后，滑閥6回到中間原來位置時，伺服活塞3處于減少了的供油量位置，使A點偏左，C點偏右，因C點偏右，彈簧7進一步受壓，只有在較高的轉速下運轉才能使飛重的離心力與彈簧壓力相平衡。這說明負荷減小時穩(wěn)定運轉后，柴油機的轉速比原來稍有升高。同理，當負荷增加時，穩(wěn)定運轉后，柴油機的轉速比原來稍有降低。具有剛性反饋的液壓調速器，可以保證調速過程具有穩(wěn)定的工作特性，但負荷改變后，柴油機轉速發(fā)生變化，不能實現(xiàn)“無差調速”，穩(wěn)定速差率δ2不能為零。3．彈性反饋液壓調速器

如果要求負荷變化時既要調速過程穩(wěn)定，又能保持發(fā)動機轉速恒定不變（即δ2＝0），就必須采用另一種帶有彈性反饋系統(tǒng)的液壓調速器，。這種反饋形式實際上是在“剛性反饋”裝置中加入一個彈性環(huán)節(jié)—由緩沖器5、補償活塞6、補償彈簧7、節(jié)流針閥8組成。緩沖器油缸內充滿了工作油，左右兩空間通過管道及針閥8接通。當缸體5受力后左右移動時，缸內液體從一空間經(jīng)針閥流到另一空間，由于針閥的節(jié)流使活塞6的移動比缸體5的移動滯后，起到緩沖作用。由于被壓縮的補償彈簧7有彈性復原的功能，使A點帶動補償活塞6在緩沖器油缸內向右移動，回到原來位置，補償活塞右方油缸中的油經(jīng)節(jié)流針閥8回流至左方，最后彈簧7及杠桿AC均恢復到原來位置，使速度桿也回到起始位置。這樣，調速過程結束后的發(fā)動機轉速能保持原速不變，穩(wěn)定調速率δ2可以為零。

當發(fā)動機負荷減小時，轉速增大，飛重12的離心力增加。同樣，滑閥8右移，而伺服活塞5則左移，減少噴油泵的供油量。當活塞5的運動速度很快時，由于緩沖器4中滑油的阻尼作用，緩沖器4和緩沖活塞3就像一個剛體一樣地運動。隨著伺服活塞5的左移，緩沖器和AC杠桿上的A點也向左移動。這一過程和上述剛性反饋系統(tǒng)的調速器完全相同。但當調速過程接近終了時，滑閥8已回到原來的位置，遮住了通往伺服油缸的油路6、7，此時緩沖器和伺服活塞已停留在與新負荷相應的位置上。被壓縮的彈簧2由于有彈性復原的作用，因此使A點帶動緩沖器活塞3相對于緩沖器油缸4移向右方，回到原來位置。緩沖活塞右方油缸中的油經(jīng)節(jié)流閥流到左方。于是，AC杠桿上的各點都恢復到原來的位置，此時調速器的套筒10亦因轉速復原而回到原來的位置。這樣，發(fā)動機的穩(wěn)定轉速就保持不變。當負荷增加時,動作過程相反。這種調速器沒有靜速差，即δ2=0。4．雙反饋液壓調速器當柴油機并車運行時，除了要求調速器應有良好的穩(wěn)定性外，還應按正確的比例分配各機承擔的負荷。調速器應具有彈性反饋機構以保證調節(jié)穩(wěn)定性；同時還應具有剛性反饋機構以使調節(jié)過程中具有一定的穩(wěn)定調速率，保證各機按比例分配負荷。剛性反饋杠桿EFG和彈性反饋機構（緩沖器K、補償彈簧S、節(jié)流針閥C）由動力活塞桿帶動。當外界負荷降低，柴油機轉速升高時，飛重向外飛開，帶動杠桿AB以A點為支點逆時針轉動，使滑閥桿D上移，工作壓力油進入伺服器動力活塞的下方而由其上方泄回低壓空間。由此，動力活塞上行減油。

一方面使剛性反饋杠桿EFG繞G點順時針轉動，由F點增加彈簧預緊力，使其穩(wěn)定后轉速較原轉速稍有提高（即δ2＞0）；另一方面通過彈性反饋機構保證恒速穩(wěn)定調節(jié)。通常在這種雙反饋調速器中，可通過彈性反饋中節(jié)流針閥的開度大小調節(jié)其穩(wěn)定性。通過剛性反饋EFG的兩臂比例調節(jié)穩(wěn)定調速率的大小，如使F與G重合，則δ2＝0。目前船舶上廣泛采用同時具有彈性反饋機構和剛性反饋機構的雙反饋液壓調速器。這種調速器穩(wěn)定性高，δ2大小可調，轉速調節(jié)精度和靈敏度高。廣泛用于船舶大、中型柴油機。但其結構復雜，管理要求高。三、液壓調速器的典型結構船用柴油機使用的液壓調速器大多為雙反饋全制式。其中以WoodwardUG和WoodwardPGA型應用較普遍。UG型分為杠桿式和表盤式兩種，并按其工作能力大小分為多種規(guī)格；PGA型為氣動遙控式，多用于遙控主機。另外，它們均可按使用者要求附加某些輔助裝置以完成控制或安全方面的額外要求。國產(chǎn)全制式雙反饋液壓調速器，如TY111或TY555在結構和性能上與WoodwardUG型相似。1．WoodwardUG8表盤式液壓調速器其輸出的調節(jié)力矩（工作能力）為8英尺-磅，輸出軸轉角為42?。多用于發(fā)電用柴油機，具有良好的工作性能。(1)結構這種調速器的外形如圖所示。在其正面的表盤上有四個旋鈕：調速旋鈕（右上方）、靜速差旋鈕（左上方）、負荷限制旋鈕（左下方）、轉速指示器（右下方、不可調）。它主要由以下部分組成。

1）驅動機構驅動軸35由柴油機凸輪軸經(jīng)傘齒輪傳動，通過油泵齒輪30、彈性軸40、傳動齒輪和飛重架等使飛重34等轉動，從而將柴油機的轉速信號傳給感應機構。2）轉速感應機構由飛重34。錐形調速彈簧19及調速桿33組成，用以感受和反映轉速的變化。3）伺服放大機構由控制滑閥18、控制滑閥套筒38、動力活塞31以及有關油路組成。用來放大感應機構的輸出能量。套筒38由驅動軸35帶動回轉。

4）調節(jié)機構由動力活塞31、輸出軸25及油量調節(jié)桿24等組成。用來拉動調油桿調節(jié)供油量。5）恒速（彈性）反饋機構

主要由大反饋活塞43、小反饋活塞36、上下反饋彈簧37、補償針閥41、反饋杠桿45和44、可調支點47、反饋指針46以及反饋油路等組成。其作用是保證調速過程中轉速穩(wěn)定。

6）速度降（靜速差）機構

主要由速度降旋鈕2、凸輪1、頂桿4、拉緊彈簧3、可調支持銷6、速度降桿7和速度降指針5等組成。它是一種剛性反饋機構，不僅能使調節(jié)過程穩(wěn)定，而且還能調節(jié)穩(wěn)定調速率δ2以滿足調節(jié)穩(wěn)定性及并聯(lián)運行的工作需要。（7）速度設定機構該機構可通過改變調速彈簧19的預緊力來改變柴油機的穩(wěn)定轉速。由兩部分組成：其一由調速旋鈕21、傳動齒輪20、22和調速齒輪23組成。用于調速器前手動調節(jié)，當轉動表盤上的調速旋鈕21時，通過傳動齒輪20，使調速齒輪23(即上彈簧盤，帶內螺紋)轉動并同時沿中心螺桿上下移動以改變調速彈簧頸緊力，從而改變柴油機的設定轉速，達到全制調速的目的；其二由裝在調速器蓋上的調速電機及蝸輪減速機構和摩擦離合器驅動齒輪23等組成。通過改變調速彈簧19的預緊力改變柴油機的穩(wěn)定轉速。調速電機由配電板上的開關進行控制,用于配電盤處遙調.表盤右下方的轉速指示旋鈕用于指示柴油機選定的轉速，自身不可調節(jié)。8）負荷限制機構由負荷限制旋鈕13、負荷限制指針11、負荷限制凸輪12、控制桿14、緊急停車桿15、限制桿16、限制銷17、齒條10、齒輪9、負荷指針8等組成。用以限制動力活塞的加油行程。如圖示限制指針11位于表盤刻度“10”（最大）處。此時在桿14與凸輪12之間具有間隙，滑閥18的下移不受限制，動力活塞繼續(xù)上行加大供油量，當動力活塞上行至最大供油位置時，桿14與凸輪12剛好接觸，限制滑閥18繼續(xù)下移，即動力活塞限制在供油“10”處。

同理若指針11置于“8”、“6”、“4”刻度處，柴油機的供油量亦被限制在“8”、“6”、“4”處。若轉動旋鈕13至“0”刻度，則柴油機自行停車。柴油機起動時為防加速過快應將負荷限制旋鈕置于“5”；待起動之后運轉正常將負荷限制旋鈕轉至“10”或規(guī)定位置。按下停車桿15可使滑閥18抬起，動力活塞31下行減油停車。但此桿僅在調速器試驗中使用，并非在柴油機運轉中使用。但可在其上方裝設安全停車輔助裝置(如停車電磁閥等)以保護柴油機。9）液壓系統(tǒng)由低壓油池、齒輪泵30、穩(wěn)壓油缸26及穩(wěn)壓活塞及有關油路組成。用于產(chǎn)生并維持規(guī)定的油壓。

(2)工作原理當柴油機在某一負荷下穩(wěn)定工作時，飛重34的離心力與調速彈簧19的預緊力相平衡，滑閥18處于圖示中間位置將控制孔32封閉，動力活塞31下方空間封閉，動力活塞固定不動，輸出軸25和油量調節(jié)桿24等均固定在某一位置，使柴油機有一個相應于外負荷的供油量。柴油機在由彈簧19所設定的轉速穩(wěn)定運轉。

當負荷增大時，轉速下降，飛重的離心力小于彈簧的預緊力，飛重向內收攏，調速桿33下移，使浮動桿39以右端C為支點向下擺動，推動滑閥18下移并打開套筒上的控制孔32，高壓油進入動力活塞31的下腔。由于動力活塞下面面積為上面面積的兩倍，致使動力活塞向上移動并帶動輸出軸25逆時針方向轉動加油，增加柴油機供油量使轉速回升。隨著輸出軸25逆時針轉動的同時，反饋杠桿45的左端上移，右端以可調支點47為中心下移，帶動大反饋活塞43下移，壓縮補償空間42中的滑油，由于補償針閥41的節(jié)流作用（41的開度?。?，致使小反饋活塞36上移并壓縮反饋彈簧37。此時浮動桿39以左端A為支點逆時針方向轉動，帶動滑閥18上移，使其提前返回平衡位置，重新封閉控制孔32使動力活塞31提前停止加油移動。此后，由于反饋彈簧37的恢復作用，將使小反饋活塞36逐漸下移復位，多余的滑油由針閥41排出。此下移速度如能與調速桿33的上行速度相適應，就能使滑閥18不必再動迅速穩(wěn)定在平衡位置，使柴油機轉速更快穩(wěn)定下來。浮動桿39恢復原位，柴油機恒速轉動。上述反饋動作即為彈性（恒速）反饋。實際上，此反饋動作并非一次完成。而是要反復多次，一直持續(xù)到油量增加到與負荷增加相適應，使柴油機恢復至原工作轉速。另外，當軸25逆時針方向轉動加油的同時，還帶動速度降桿7繞可調支持銷6按逆時針方向轉動，其右端上移，中心螺桿和調速齒輪23隨即一起上移，將調速彈簧19稍微放松，由此使柴油機在負荷增加后的穩(wěn)定工作轉速較原工作轉速稍有降低，亦即保證一定的速度降。同理，當負荷減小時，調速器的調節(jié)過程與上述相反。同樣由速度降機構的動作，使柴油機以較原轉速稍高的轉速穩(wěn)定運轉。

杠桿式液壓調速器在這種液壓調速器中，改變柴油機的設定轉速是通過（轉動調速手輪）控制液壓調速器的調速軸來實現(xiàn)的。其穩(wěn)定調速率的調整機構設置在液壓調速器內部，從外部無法直接調整，多用于船用主機。2．WoodwardPGA調速器PGA調速器是由原PG型調速器與遙控氣動速度設定機構組合而成的一種調速器。它是一種雙反饋、氣動速度設定的全制式液壓調速器。它的速度降仍由剛性反饋機構實現(xiàn)，而彈性反饋機構改用一種阻尼補償系統(tǒng)（由阻尼活塞、彈簧和針閥組成）。這種調速器主要用于氣動遙控系統(tǒng)的主柴油機。同時，這種調速器通常均具有某些輔助裝置。如掃氣壓力燃油限制器(保證增壓器在加大負荷時其循環(huán)供油量與增壓空氣壓力同步增長以防匹配不當而冒黑煙)、電磁閥切斷裝置等。PGA調速器的結構由調速器主體部分、速度設定部分和速度降機構三部分組成。

(1)調速器主體部分包括齒輪油泵4、蓄壓器1、調速彈簧29、飛重組件30、推力軸承31、滑閥8、回轉套筒9、阻尼補償系統(tǒng)12和10，伺服油缸17等。其工作原理與上述UG8調速器基本相同，而彈性反饋機構改用一種由阻尼活塞12、彈簧和針閥10組成的阻尼補償系統(tǒng)。

當柴油機的外負荷增大時，轉速下降，滑閥8下行，壓力油進入阻尼活塞12的左側并推動它右移，把右側的油壓入伺服油缸17內動力活塞的下部，推動動力活塞上行，加大油門使柴油機加速。與此同時阻尼活塞12左右兩側的油壓同時作用在位于滑閥8上部的補償環(huán)帶7的兩側，且下側油壓大于上側油壓，產(chǎn)生向上的補償力使滑閥上移提前復位，即產(chǎn)生負反饋作用。

在此后柴油機的加速過程中，此補償力將由阻尼活塞的緩慢左移復位而通過補償針閥進行調節(jié)，使之逐漸減小。如果補償針閥開度適當，則可使此補償力的減小速度與飛重離心力的增加速率相同，使滑閥在中央位置不動。最后當轉速恢復至原設定轉速穩(wěn)定運轉時，補償力消失，飛重回復至垂直位置，滑閥與阻尼活塞均回復到原中央位置，而動力活塞穩(wěn)定在新的位置上，柴油機在增大的供油量下穩(wěn)定運轉。

如果柴油機外負荷大幅度增減，滑閥柱塞8移動較大，則阻尼活塞12迅速移向其極端位置，開啟旁通口使高壓油直接進出動力活塞下部空間，可大幅度加減油量。而且此時在補償環(huán)帶上下不產(chǎn)生壓差，無補償力，可減少調速器的瞬時調速率δ1，使調速過程能與外負荷的大幅度變化相適應。(2)速度設定部分

PGA調速器的速度設定機構由氣壓設定與手動設定機構兩部分構成。前者使用的控制空氣壓力范圍為（0.49～0.50）MPa，允許的最低壓力為0.021MPa，允許的最高壓力為0.71MPa，速度設定值與控制空氣壓力值成正比；后者，使用手動旋鈕可在切斷控制空氣的情況下任選一速度值。1）氣動式轉速設定機構

主要由波紋管39、速度設定滑閥35、單作用彈簧支承的液壓速度設定油缸28以及使滑閥35回中的復位機構（活塞桿25、復位桿45、可調支點41、復位彈簧44等）等組成。當輸入到波紋管39外側的控制空氣壓力增高時（即要求設定轉速增高）、波紋管被壓縮向下的力大于復位彈簧44的向上作用力，波紋管被壓縮使速度設定滑閥35下移，高壓工作油進入速度設定活塞27的上方并推動設定活塞27下移，增加調速彈簧29的預緊力，即設定轉速增高。與活塞桿25下移的同時，復位桿45以可調支點41為支點順時針方向轉動，增大了彈簧44與負荷彈簧46向上的拉力，并與波紋管向下的作用力相互平衡。同時通過“C”形框向上拉動滑閥35使它恢復到中央位置，封閉速度設定活塞的壓力油管，設定活塞27固定不動，給出一個較高的設定轉速。欲降低設定轉速而降低控制空氣壓力時，上述速度設定機構按相反過程動作。2）手動轉速設定機構

主要由手動速度調節(jié)旋鈕54、引導螺帽53、連桿52、滑環(huán)50、速度設定螺帽48、高速停車調整螺釘49、高速停車銷51和“T”形帶有滾珠軸承支架的手動速度設定螺絲組件47等組成。在沒有控制空氣時，借助于本機構可在機旁任意設定柴油機的工作轉速。

在無控制空氣作用時，螺釘42在彈簧44作用下上移與停車銷43接觸，此時負荷彈簧46使復位桿45壓在軸承41上，并將組件47一同壓下。若需提高設定轉速，可順時針方向轉動旋鈕54，螺母53左移，通過連桿52、滑環(huán)50拉動設定螺母48下移并帶動螺釘組件47和軸承41一起下移。相應于螺母48下移的某一位置，負荷彈簧46拉下復位桿45并通過低速調節(jié)螺釘42、“C”形框38等使滑閥35下移離開中央位置。壓力油進入活塞27上方使其下移，增加調速彈簧29的預緊力，提高了設定轉速。此后由復位桿45順時針方向轉動并通過復位彈簧44提起滑閥35至中央位置，切斷壓力油，設定活塞27固定不動。柴油機在較高設定轉速下穩(wěn)定工作。同理逆時針方向轉動旋鈕54可降低設定轉速。

（3）速度降機構由動力活塞上的尾桿18、速度降桿20以及速度降凸輪23等組成。本機構為一剛性反饋機構。當動力活塞上移增加供油量時，尾桿18上行推動桿20并通過速度降凸輪23的鎖緊螺釘使速度降凸輪轉動，使速度降柱塞24稍微上移放松調速彈簧29的預緊力，保證一定的穩(wěn)定調速率。反之，當動力活塞下行減油時，由速度降凸輪稍微增大調速彈簧的預緊力。調節(jié)凸輪的安裝位置可調節(jié)穩(wěn)定調速率的大小。

四、液壓調速器的輔助裝置為了滿足船舶動力裝置和船舶自動化的一些特殊要求，有些液壓調速器上還時裝有不同的輔助設備，充分利用調速器的調節(jié)與工作特點，防止柴油機出現(xiàn)故障和使發(fā)動機處于較佳工作狀態(tài)。

(一)起動升壓器能使柴油機起動迅速，提高船舶操縱性能。起動時在起動空氣進入氣缸起動的同時，將起動空氣通入升壓器，使調速器處于油門稍大的位置，使起動時有一個燃油加濃過程，以利于柴油機的起動和發(fā)火燃燒。(二)增壓空氣壓力供油量限止器廢氣渦輪增壓柴油機在低速運行和加速運行時，用來保證燃泊的完全燃燒。因為廢氣渦輪增壓柴油機在低轉速、大負荷及加速時負荷大幅度增加的運行條件下，增壓器的轉速增加總是落后于主機轉速的增加，使增壓空氣的壓力增加得慢．燃油量增加得快，油氣之間不能良好匹配。造成氣缸燃燒惡化、排氣冒黑煙、氣缸嚴重結炭而影響柴油機的正常工作。現(xiàn)附裝了這種供油量限止器后，就能在低速相加速運行時，根據(jù)增壓空氣壓力的變化自動限止柴油機的供油量，保證在負荷變化時有足夠的空氣量確保燃燒的完善。這種限制器即使在加速的瞬間也能根據(jù)相應供氣量(增壓空氣壓力)來限制燃油，燃燒完善、減少黑煙，提高柴油機的加速性。(三)轉距限制器用來防止柴油機曲軸轉矩超過標定值。船舶主機在高負荷、低轉速的運行條件下，曲軸的轉矩有時會超過標定工況下所允許的標定轉矩值，這樣可能造成事故隱患。本限制器能根據(jù)每個設定的轉速值自動把負荷調節(jié)到轉矩所允許的預定值，通過調速器限制對應的最大供油量，保證柴油機安全運行。(四)電磁閥停車保護裝置保證柴油機安全可靠運轉。在液壓調速器上裝設本裝置后．一旦運轉中柴油機的一些運行參數(shù)低于規(guī)定值或發(fā)生了一些意外的情況后，自動或人工遙控通過保護電路的作用使電磁閥產(chǎn)生相應的動作，使調速器減油或停車，以防止機械事故的發(fā)生。第三節(jié)調速器的調整和管理一、液壓調速器的調整對液壓調速器的調整一般為修理后的調整成為性能優(yōu)化調整。調整上作最好在調速器試驗臺上進行。如在柴油機上進行調整，必須嚴防柴油機超速飛車或備好緊急停車機構。此調整工作隨液壓調速器的類型不問而異。通常液壓調速器的調整工作一般包括穩(wěn)定調速率的調整、穩(wěn)定性調整以及PGA調速器的速度設定調整。1．穩(wěn)定調速率δ2的調整

1)穩(wěn)定調速率δ2的作用與要求穩(wěn)定調速率δ2是調速器的重要性能指標。保證一定的δ2值不但可以提高調速過程的穩(wěn)定性，而且還能對并聯(lián)運行的柴油機間所承擔的負荷進行自動調節(jié)。所以不同用途的柴油機對其調速器的δ2的要求不同，在柴油機交驗時必須經(jīng)測試與調節(jié)以符合有關規(guī)范要求。對于多機并聯(lián)運行的柴油機(如多臺交流發(fā)電柴油機)，為使各機負荷分配合理，應要求每臺機承擔的負荷份額與其標定功率成比例。即，若標定功率相同者，則各機間負荷應均勻分配；若標定功率不等者，則各機間負荷與其標定功率成比例。如此可保證各機間負荷同步增減。對于兩臺或多臺功率相同的柴油機帶動發(fā)電機，并送電到一個公共電網(wǎng)上去。由于電磁性能，它們之間是撓性的機械連接：轉速高的，承擔負荷多；轉速低的，承擔負荷少；如果兩臺功率相同并聯(lián)運行柴油機的穩(wěn)定調速率δ2均等于零時，其調速特性為一垂直于n軸的直線。此時，總功率雖然—定，但兩系統(tǒng)之間的負荷分配可以是任意的，能隨時自動地改變。這樣的工況是不穩(wěn)定的，這種裝置是不能使用的。

如兩臺標定功率相等的柴油機并聯(lián)運行，其(δ2)1＝(δ2)2＞o，則兩臺柴油機有重合的調速特性。當轉速為n1時，每機運行點為點2，合成工作點為點1，兩機負荷分配均勻；當外負荷增加后，兩機轉速同步下降至n2，每機運行點為點2’，合成工作點為點1’，負荷仍均勻分配。如兩臺標定功率相等的柴油機并聯(lián)運行，但其穩(wěn)定調速率δ2不等，若為(δ2)1＜(δ2)2＞0。兩機調速特性線具有不同的傾斜度，且δ2小者陡峭。當轉速為時，兩機運行點分別為1和2，顯然負荷分配不均勻，且小δ2者承擔負荷多，即兩機負荷不能同步增減。此時，若調節(jié)調速器設定轉速，使兩機承擔的負荷相同。但這種均衡負荷也是暫時的，只要外負荷一發(fā)生變化，此種均勻分配負荷就發(fā)生變化。即，若外負荷增加，轉速降至，則兩機工作點分別為3和4，負荷分配又不均勻。如兩機標定功率不等而并聯(lián)運行，只有兩機的δ2相等且均大于零，即(δ2)1=(δ2)2＞0，兩機的負荷分配才能與其標定功率成正比，當外負荷變化時，兩機負荷同步增減。

對于并聯(lián)運行的柴油機，可以通過調節(jié)調速器的穩(wěn)定調速率δ2來調節(jié)其承擔負荷的分配比例；無論并聯(lián)運行的柴油機其標定功率是否相等，欲使其承擔負荷合理分配，則要求各機的δ2必須相等且大于零。各機的δ2值還應滿足有關規(guī)范的規(guī)定要求。在滿足調速系統(tǒng)穩(wěn)定性要求的前提下，盡量選用小的δ2值。（2）穩(wěn)定調速率

δ2的調整液壓調速器的δ2可通過速度降機構（剛性反饋機構）進行調整。Woodward液壓調速器有兩種調整方法：1）表盤式調速器可通過其正面表盤上的速度降旋鈕(靜速差旋鈕8)進行調節(jié)。順時針方向轉動此旋鈕，可通過速度降機構增大可調支持銷相對調速彈簧軸線的距離，從而可增大δ2，若使支持銷與彈簧軸線重合，則其δ2=0。按使用要求應將此旋鈕轉至刻度為30～50處，表示相應的δ2=（3～5）％。實踐中可通過并聯(lián)運行柴油機的負荷分配比例進行調節(jié)，如某并聯(lián)機承擔負荷小，則應減少該機的δ2數(shù)值。（δ2大的機組負荷變化小，δ2小的機組負荷變化大。）2）杠桿式、PGA型調速器殼體外部無δ2調節(jié)機構。如需調節(jié)δ2值，應打開調速器頂蓋，旋松速度降凸輪上的鎖緊螺釘，則速度降凸輪可沿支點銷上的槽道滑動。

若將速度降凸輪沿槽道向右滑動，即朝向動力活塞尾桿18的方向移動凸輪，則δ2值增大；反向移動凸輪則δ2值減小。若使凸輪中心線與支點銷中心線重合，則δ2值為零。決不允許使速度降凸輪移動超過δ2=0的位置，因為這樣會出現(xiàn)負的穩(wěn)定調速率而使調速器工作非常不穩(wěn)定。在這些調速器中δ2的調節(jié)范圍約為0～12％。3)機械調速器的δ2值與其結構參數(shù)有關，除非更換調速彈簧（剛度）或飛重等零件，一般是不可調整的。若調速彈簧換用剛度小的，則其δ2變小，準確性提高，但穩(wěn)定性降低。調速彈簧換用剛度大的，則其δ2變大.

2。穩(wěn)定性調整為了保證調速過程穩(wěn)定，在液壓調速器中設有反饋系統(tǒng)。通常，在調速器換新或修理后應對反饋系統(tǒng)進行綜合調節(jié)，以獲得盡可能小的瞬時調速率δ1和盡可能短的穩(wěn)定時間ts。反饋系統(tǒng)調節(jié)的環(huán)節(jié)主要有兩個：一是扳動反饋指針46，藉以改變反饋杠桿45的可調支點47的位置，從而調節(jié)反饋行程的大??；二是調節(jié)補償針閥31的開度，用以調節(jié)反饋速度的快慢。如果反饋指針的位置和補償針閥的開度調節(jié)得正確，控制滑閥36提前復位后，在飛重和小反饋活塞30的復位過程中，控制滑閥36在中央位置上一直保持不動。此時，調速過程的瞬時調速率δ1和穩(wěn)定時間ts均符合有關規(guī)定，即調速器的穩(wěn)定性良好。若反饋指針指向“最大”位置，反饋行程過大，控制滑閥36就會過早提前復位，而產(chǎn)生供油量調節(jié)不足現(xiàn)象。反之，反饋指針指向“最小”位置，反饋行程過小，控制滑閥36復位過晚，產(chǎn)生供油量調節(jié)過度現(xiàn)象。以上兩種情況均會導致調速過程產(chǎn)生嚴重的速度波動，穩(wěn)定性變差。若補償針閥開度過大，就會失去節(jié)流作用，反饋動作無法到達小反饋活塞，使反饋作用過分減弱，控制滑閥復位速度（過晚）太慢，造成供油量調節(jié)過度；反之，若補償針閥開度過小甚至關閉，反饋作用過分增強，控制滑閥復位速度（過早）太快，造成供油量調節(jié)不足，會使轉速恢復時間過長；兩者均使調速過程穩(wěn)定性變差。進行調速器穩(wěn)定性的調節(jié)應同時調節(jié)反饋指針的位置和補償針閥的開度。其原則是在盡可能小的反饋指針刻度下，保證針閥開度符合相應說明書要求。如UG-40調速器要求針閥開度為1／4～1／2轉；UG-8調速器要求1／8～1／4轉（1955年前產(chǎn)品）、1/2～3/4轉（1955年后產(chǎn)品）；PGA調速器要求1/16轉～2轉。在任何情況下均不得把補償針閥全部關死。

穩(wěn)定性調節(jié)步驟如下（以UG型為例）：（1）調速前的準備使柴油機在無負荷下空車運轉，當柴油機轉速和調速器的滑油溫度上升到正常值時，方能進行調節(jié)。這時須有專人掌握燃油桿，以備人工切斷供油。

（2）調速器滑油驅氣把反饋指針放在最大位置，補償針閥旋出幾轉，使柴油機處于游車狀態(tài)，松開調速器上的透氣塞，讓柴油機轉速波動1～1.5min，使調速器各油路中的空氣從放氣塞逸出來，直至空氣全部排光后上緊放氣塞。（3）無負荷調整

反饋指針置于刻度“3”處；人為地使柴油機轉速波動并逐漸關小補償針閥31，直至柴油機轉速波動剛好消失為止，檢查此時針閥的開度（可將針閥慢慢關死并記住至全關死的圈數(shù)，然后返回原來位置）。如其開度符合說明書規(guī)定，則調節(jié)完成；如調節(jié)中波動不?；蜥橀y開度不符合要求，說明反饋作用不足，此時應將反饋指針向“最大”方向增加兩格，重復以上調節(jié)；如果反饋指針達到“7”格時還不穩(wěn)定，則應調節(jié)速度降機構，適當增大穩(wěn)定調速率δ2，再重復以上調節(jié)，直至滿意為止；經(jīng)過上述調節(jié)，轉速波動會很快停止。如果針閥開度符合要求，就可繼續(xù)試驗在各種轉速下柴油機能否在轉速一旦波動后就會迅速停止。如果認為滿意，無負荷反饋調節(jié)即完成。（4）有負荷調整使柴油機承受負荷，在所需要的各種轉速下，檢查調速器的穩(wěn)定性。調整步驟與無負荷時相同。一般只需稍許調整一下反饋指針或補償針閥開度即可達到滿意的調節(jié)。

調節(jié)完畢后，記錄反饋指針位置、針閥開度和速度降數(shù)值。鎖緊反饋指針位置后不要隨便移動。清洗調速器、更換滑油時，只需重新調整針閥開度即可，一般無需更動反饋指針的位置。PGA型調速器沒有反饋指針，因而其穩(wěn)定性調節(jié)比較簡單，只需從全開針閥到逐步關小針閥進行調節(jié)即可，最后仍需使針閥開度符合1/16轉～2轉的要求。應盡量使針閥有較大的開度以保證調速器調節(jié)迅速。如在針閥幾乎關死情況下，柴油機仍不能恢復穩(wěn)定運轉，則可換用一個剛度較大的阻尼彈簧。二、調速器的故障與管理調速器是柴油機的重要組成部分，它直接影響柴油機的運轉性能。若調速器發(fā)生故障，可以導致柴油機轉速不穩(wěn)，甚至發(fā)生熄火或“飛車”等事故。因此對調速器及其系統(tǒng)細心、正確地維護和管理十分重要。當對調速器進行調整檢查時，為防止某些控制機構失控而使運轉中的柴油機超速或飛車（轉速失去控制而急劇上升，超過最高允許轉速并達到危險程度），應備好柴油機的應急停車裝置。1.調速器的常見故障當柴油機在工作中，轉速變化出現(xiàn)異常時，通常應考慮以下三方面的因素：柴油機工作性能惡化；調速器某些輔助設備失常；調速器本身失常。因此，應首先進行以下檢查：（1）確認柴油機的負荷是否超出了柴油機的標定負荷；（2）檢查各缸負荷是否嚴重不均，是否正常發(fā)火，噴油器是否處于正常工作狀態(tài)；（3）檢查調速器與噴油泵之間的杠桿傳動機構是否卡滯或間隙過大而松動；（4）檢查調速器負荷指針的零位與噴油泵的零位是否一致；（5）檢查調速器的設定機構、控制空氣壓力等是否正常。當進行以上檢查并排除之后，如調速器工作仍然不正常，則為調速器自身故障，這些故障通常有：(1)．柴油機游車或轉速振蕩

游車指轉速有節(jié)奏地變化，以手動停住調速器的作用可以消除，但放手后仍會恢復有節(jié)奏的轉速變化。轉速振蕩指轉速有節(jié)奏變化且幅值較大，手動停住調速器作用可消除波動，放手后轉速不會立即重新波動，但在調速或負荷變化后波動仍會發(fā)生。可能的原因有：1）調速器反饋系統(tǒng)調速不當。應重新進行穩(wěn)定性調節(jié)；2）調油桿、高壓油泵空動或卡死；3）調速器滑油太臟、起泡或油位過低（油位表不見油位）；

4）調速器內部故障，如飛重和軸承磨損，滑閥卡死，補償（阻尼）弱簧彈性失效等；

5）調速器與柴油機不匹配。(2)．調速器輸出軸顫動（高頻振動）可能的原因有：

1）調速器驅動不穩(wěn)。如傳動齒輪磨損，嚙合不良，凸輪軸傳動機構松動，柴油機減振器故障2）飛重的彈性驅動機構故障；

3）調速器在安裝支座上沒有均勻固緊。(3)．柴油機達不到全速全負荷可能的原因有：

1）噴油泵齒條拉出長度不夠或噴油泵齒條拉出長度不夠而調速器輸出軸已達到最大輸出行程（刻度10）。這可能是由于調油桿系卡滯、空動，調速器輸出軸與噴油泵供油刻度匹配不當?shù)纫蛩匾穑?/p>

2）控制空氣或掃氣空氣壓力太低或設定轉速太低；