155199. lajstromszámú szabadalom • Rugórendszer fordulatszámszabályozó szerkezetek centrifugális ingáihoz
3 Ismeretesek olyan megoldások is, amelyeknél a szabályozó inga hüvelyére járulékos folyadék vagy gáznyoimásból eredő és az idő függvényében változó erő hat, ezen megoldások azonban bonyolultak és helyigényük nagy, ezért például 5 követő dugattyús rendszernél nem alkalmazhatók. Ezen megoldások további hátránya, hogy mivel légmentesen zárt terek szükségesek működésükhöz, technológiailag bonyolult elemekkel old- 10 hatók csak meg. A találmány szerinti rugórendszernél hátrányok oly módon küszöbölödnek ki, hogy a centrifugális erővel egyensúlyt tartó rugó a rugóerő irányában elmozdulásra képes, folyadékkal töl- ,5 lőtt térben levő dugattyúra támaszkodik, s e dugattyú — hidraulikus fékezőrendszerrel késleltetve — szekunder rugót hoz működésbe. A találmány tárgyát képező proporcionális — integráló-ddíferenciáló (a továbbiakban: PID 20 jellegű) regulátor rugórendszernél a centrifugális inga rugója két részből áll: az egyik rugó (primer rugó) rugóállandója olyan, hogy a centrifugális inga erősen stabilis jellegű, tehát kis erősítési tényezőjű legyen. Ha ez a rugó működik, a szabályozó gyorsan és lengésmentesen szabályoz terhelés-yáltozásoknál, a behajtás egyenlőtlenségeire nem érzékeny, viszont a szabályozási sáv viszonylag széles. A primer rugó fordulatszám-változáskor egye- so dül működik, de a szabályozási folyamat lefolyása közben időben késleltetve a primer rugóhoz fokozatosan hozzákapcsolódik a szekunder rugó. A késleltetést egy hidraulikus fékezőrendszer végzi, amely egy folyadékkal 35 töltött térben mozgó dugattyúból áll és a teret a környezettel hidraulikus fojtást létrehozó nyílások kötik össze. A primer és szekunder rugók eredő rugó állandója a sorbakapcsolt rugók szabálya alapján: 40 1 Ce = eredő rugóáll. ^e = 1 1 ~~ CL = primer rugóáll. ""7; r p, C2 = szekunder rugóáll. Az eredő rugóállandó (Ce ) határozza meg a szabályozó szabályozási sávját (maradó egyenlőtlenség). Ez azt eredményezi, hogy a két rugó együttes működése esetén a szekunder rugó C2 50 rugóállandójának megfelelő kiválasztásával az egyenlőtlenség tetszés szerinti alacsony értékre csökkenthető, sőt meg is szüntethető (asztatikus centrifugális inga), vagy más fogalmazásban: az inga erősítési tényezője a szabályozási folya- 55 mat alatt az idő függvényében növekszik. A szabályozás jellege ezzel proporcionális — integráló (Pl) lesz. Amennyiben differenciáló jelleg is kívánatos a 60 szabályozás minőségének emelése érdekében, úgy a fojtónyílást megkerülő nyílással vagy nyílásokkal kell kiegészíteni, amelyek a szöggyorsulás megnövekedése esetén nyitnak és ezáltal kiiktatják a fojtónyílásban fellépő fojtást. 65 4 A megkerülő nyílások záró szerkezetei vagy a különböző terek közötti nyomáskülönbséggel vezérelhetők, vagy a primer rugónak a szekunder rugóhoz viszonyított besüllyedésének különbségével. A fojtás kiiktatása esetén az inga erősítési tényezője a nagy szöggyorsulás időtartamára megnő és ezzel a szabályozó nagyobb mértékű beavatkozása következtében a fordulatszám változása kisebb lesz. A szabályozás jellege ezzel proporcionális — integráló — differenciáló {PID jelleg) lesz. Ha a szabályozással szemben támasztott követelmények csak a fordulatszám-változás egyik irányával szemben támasztanak nagyobb igényeket, (pl. fordulatszám-amclkedés csak kismértékű lehet), úgy csak egyirányú megkerülő nyílás, illetve zárószerkezet szükséges. Mivel a dugattyú alatti tér a környezettel egy fojtó nyílás útján közlekedik, nem szükséges a dugattyút tökéletesen tömíteni, mivel a dugattyú melletti átszivárgások a kiegyenlítő áramlás részét képezik és a fojtó nyíláson átáramló folyadékmennyiség mellett megfelelő méretezés esetén elhanyagolhatók. Így a dugattyú illesztése nem jelent technológiai problémát és a gépgyártásban általánosan alkalmazott módszerekkel legyártható. A szabadalom tárgyát képező PID jellegű rugórendszer helyigénye kicsiny, ezért beépíthető bármely ismert felépítésű centrifugális ingába. A mellékelt ábrákon a találmány tárgyát képező rugórendszer példaképpeni kiviteli alakjai vannak ábrázolva. Az 1. ábrán bemutatott kiviteli alak működése a következő: Állandósult helyzetben, ha az erőgép által leadott nyomaték egyenlő a munkagép által felvett nyomatékkal, a centrifugális erő egyensúlyt tart a rugóerővel. Mivel a 2 és 3 jelű rugó sorba kapcsolva működik, a rugóerők egyenlőik egymással és így a4dugatylyú alatti és fölötti tér nyomása is egyenlő. (Pi = Po) A 4 dugattyú alatti és fölötti teret egy 5 fojtónyílás köti össze. Ezért az 1 centrifugális ingának a behajtás egyenlőtlensége és a szabályozási fordulatszám-változás következtében előálló mozgását csak a 2 primer rugó veszi fel. A szabályozás statizmusa ezért nagymértékű, a teljes rendszer bőséges stabilitási tartalékkal rendelkezik. Ha az erőgép fordulatszáma a terhelés változása következtében változik, a centrifugális erő az inga eredeti helyzetében nem lesz egyenlő a rugóerővel. Ennek következtében az inga elmozdul és a 2 primer rugó terhelése változik. Mivel a 4 dugattyú nem követi azonnal a 2 rugó elmozdulását, a két rugó terhelése nem lesz egyenlő. Ezért a 4 dugattyú alatti tér pt nyomása nem lesz egyenlő a dugattyú fölötti tér p0 nyomásával. A nyomáskülöbség hatására az olaj az 5 fojtónyíláson át az alacsonyabb nyomású térbe áramlik mindaddig, míg a két rugó terhelése egyenlő nem lesz. A kiegyenlítődés olyan 2
