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柴油发电机组调速器的静态和动态指标 |
摘要：在一定的外界负荷条件下，供给柴油机一定燃油量，使柴油发电机发出的功率与外界负荷相平衡，就在某一转速下稳定运行。外界负荷是经常变动的，欲使功率与新的外界负荷相适应，就应及时改变喷油量。而为了使柴油发电机在选定的转速下稳定运行，必须装有专门的调速器，通过它自动地改变喷油泵的喷油量，以适应外界负荷的变化。因此，喷油泵调速器的调整是一项极其专业且精密的操作，通常需要由经验丰富的柴油发电机维修技师在喷油泵试验台上进行。
一、调速器的性能指标
1、调速器的静态指标
（1）稳定调速率 δ2
调速器标定工况下的稳定调速率δ2是根据标定工况突卸全部负载求得的。它是指当操纵手柄在标定供油位置不变，柴油发电机在标定工况稳定运行时突卸全部负载，调速器起作用使柴油发电机重新稳定运行后，其最高空载转速（空车稳定转速）n0max与标定转速nb之差同标定转速nb比值的百分比， 稳定调速率δ2用来衡量调速器的准确性。
调速器存在调速率（也称速度降）说明当外界负荷变化时，柴油发电机的转速会有少量波动，其值较小就表示准确性好。
如果δ2过大，不仅对被带动的工作设备的稳定工作不利，即便对空转时柴油发电机零件的磨损也是有害的。
稳定调速率的大小应根据柴油发电机的用途和要求而定，我国海船建造规范规定，船用主机调速器的稳定调速率应不超过10％，船用发电柴油发电机调速器的稳定调速率应不超过5％。对于单台柴油发电机允许δ2＝0，它表示柴油发电机的转速不会随外界负荷变化而保持恒速运转。但在几台柴油发电机并联工作时，为了按比例均衡分配负载，各柴油发电机的稳定调速率δ2必须相等且不为零。
（2）转速波动率 Φ 或转速变化率
柴油发电机在稳定运转时，转速也会产生微小的波动，转速的变化程度可用“转速波动率Φ”或“转速变化率 ”来评价，两者定义不同，均用来衡量调速器的稳定性。一般让柴油发电机在某转速稳定运行15min，测定其间的转速波动情况。
转速波动率Φ表征稳定工况下转速波动的大小，转速变化率表征其转速变化的大小。
为保证柴油发电机可靠运转，一般规定在标定工况时，Ф≤0.25％～0.5％， ≤0.5％～1％。如果超过规定范围，就表示调速系统的工作不正常。
（3）不灵敏度ε
调速器在工作时，因为调速器内的运动元件之间存在摩擦阻力，从调速器到喷油泵之间的传动件（拉杆、杠杆、销轴等）之间有间隙，各零件运动时有摩擦阻力和惯性力。因此当柴油发电机外界负荷有点变化并引起转速微量增加或减少时，调速器不会立即作出反应去改变供油量，而要到转速变化量足够大时，调速器才开始起到喷油量的调节作用。
这种现象称为调速器的不灵敏性，通常用不灵敏度ε来表示不灵敏性的大小：
不灵敏度过大会引起柴油发电机转速不稳定，严重时会导致调速器失去作用，甚至产生飞车事故。不灵敏度ε随柴油发电机转速高低会有差异，当柴油发电机转速较低时，因调速器预紧力较小，产生张力也小，而传动机构的阻力却反而增大，造成不灵敏度加大。 一般规定在标定转速时ε≤1.5％～2％，在最低稳定转速时ε≤10％～13％。
2、调速器的动态指标
由一个平衡转速过渡到另一个平衡转速之间所反应的调速系统的特性，称为调速器的动态特性，用作评定调速系统调节过渡过程性能的动态指示，通常采用下列二项。
（1）瞬时调速率
根据试验时负荷的突卸与突加，可分为突卸负荷瞬时调速率 和突加负荷瞬时调速率 两种。
① 突卸负荷瞬时调速率
指柴油发电机先在标定工况下稳定运行，然后突然卸去全部负荷，测定转速随时间的变化关系。
② 突加负荷瞬时调速率
与突卸负荷情况相似，当柴油发电机在最高空载转速nmax 下稳定运转时，突加全部负荷，转速也会突然下降，最低瞬时转速为nmin，再经几次收敛性的波动后，才会稳定在标定转速nb运行。船用主机一般要求 ≤10％～12％，对船用发电柴油发电机要求 ≤10％。
（2）稳定时间 ts
过渡过程的稳定时间是指突卸（或突加）全负荷后，转速开始波动到转速达到新的稳定范围（指转速波动率Ф不大于规定值）为止的时间，表明消除过渡过程中波动现象的快慢，以秒计。稳定时间ts越短，说明转速消除得快，调速器的稳定性越好。ts一般限制在5s～10s，对于船用柴油发电机，要求ts≤5s。一个好的调速系统，其调速过程应满足三个条件：
► 过渡过程的转速波动是收敛的，即转速波动的幅度随时间增长而减小；
► 过渡中转速瞬时波动的幅度不应过大，以免柴油发电机超速而影响其可靠性；
► 过渡时间不应过长，转速应迅速达到稳定。
图1 柴油机喷油泵调速器结构原理图
二、调速器调整方法
1、准备工作
（1）安全第一：确保工作区域安全，穿戴防护装备。
（2）获取资料：找到该喷油泵/柴油机型号的官方维修手册，明确所有关键参数：标定转速、怠速转速、高速限制（停油）转速、怠速限制（停油）转速、扭矩校正参数等。
（3）清洁：彻底清洁喷油泵外部，防止灰尘进入精密部件。
（4）安装：将喷油泵正确安装在喷油泵试验台上，连接好燃油管路、高压油管（或专用测试管）、润滑油路（如果需要）、转速传感器等。
（5）校准试验台：确保试验台的转速表、油量测量装置等准确无误。
（6）初步检查：检查调速器各部件是否活动灵活，无卡滞、过度磨损或损坏（如飞锤、弹簧、杠杆机构、齿杆/拉杆等）。如有问题需先修复或更换。
（7）设定初始状态：根据手册要求，可能需要对齿杆位置、某些调节螺钉的初始位置进行设定。
2、主要调整步骤
（1）标定转速（额定转速）调整：
① 启动试验台，将转速升至标定转速（柴油机额定工作转速）。
② 检查喷油泵在标定转速下的供油量（通常指每循环喷油量或每1000次的喷油量）。
③ 通过调整调速器上的高速限制螺钉（或称最高转速调节螺钉），改变高速弹簧的预紧力，使喷油泵在标定转速下恰好输出标定供油量。
④ 标定转速下的供油量决定了柴油机的最大功率。调整此螺钉直接影响最高转速限制。
（2）高速限制（停油）转速调整：
① 在标定转速调整好后，继续缓慢升高试验台转速。
② 观察齿杆（或油量调节拉杆）开始向减油方向移动的转速点（开始起作用转速）。
③ 继续升高转速，直到齿杆移动到完全停止供油（零供油量）的位置。记录此时的转速，即为高速停油转速。
④ 通过调整调速器上的高速限制螺钉（有时是同一个螺钉，有时是另一个专门的限位螺钉或螺母），确保高速停油转速符合手册规定值（通常比标定转速高50-150 RPM，具体看手册）。此转速是防止柴油机超速飞车的最后保障。
⑤ 验证：转速超过高速停油转速后，供油量必须为零。
（3）怠速调整：
① 将试验台转速降至规定的怠速转速（如600-800 RPM，具体看柴油机要求）。
② 检查此时的怠速供油量。
③ 通过调整调速器上的怠速调节螺钉（通常作用于怠速弹簧或相关杠杆），改变怠速弹簧的预紧力，使喷油泵在怠速转速下输出规定的怠速供油量，保证柴油机能稳定怠速运转。
④ 怠速供油量不足会导致熄火，过多会导致怠速过高或冒黑烟。
（4）怠速限制（停油）转速调整：
① 从怠速状态缓慢降低试验台转速。
② 观察齿杆开始向减油方向移动的转速点（怠速调速器开始起作用点）。
③ 继续降低转速，直到齿杆移动到完全停止供油的位置。记录此时的转速，即为怠速停油转速。
④ 通过调整调速器上的怠速限制螺钉或相关机构（有时是怠速弹簧的限位），确保怠速停油转速符合手册规定值（通常比怠速低几十到一百多转）。此转速确保柴油机在过低转速下能自动断油熄火。
⑤ 验证：转速低于怠速停油转速后，供油量必须为零。
（5）扭矩校正（扭矩凸轮/冒烟限制器）调整：
① 某些调速器在标定转速与怠速转速之间，还设有扭矩校正装置（如负校正凸轮），用于在中低转速范围增加供油量，改善柴油机的扭矩特性，并防止加速时冒黑烟。
② 根据手册要求在特定转速点（如最大扭矩转速）检查供油量。
③ 通过调整扭矩校正装置的调节螺钉或改变凸轮位置，使供油量符合该转速下的规定值。
（6）稳定性检查：
① 在怠速和标定转速之间选择几个点（特别是常用转速），缓慢升降转速，观察齿杆移动是否平稳、无卡滞、无剧烈跳动。供油量变化应平顺。
② 在标定转速和怠速转速附近小幅波动转速，检查调速器是否能稳定控制转速和油量，无游车现象。
3、最终验证与记录
（1）全工况测试：按照维修手册要求，在不同转速和（模拟）负荷下（如果试验台支持）检查供油量曲线，确保整个调速范围内的性能符合规范。
（2）记录：详细记录所有调整点的最终设定值（如各调整螺钉的圈数、位置）和关键转速点的供油量。
（3）铅封：对关键的、不允许用户自行调整的调整点（如高速限制螺钉）施加铅封。
（4）装车测试：将调整好的喷油泵装回柴油机，进行实际启动、怠速、加速、加载等测试，验证调整效果。务必监控最高转速是否被有效限制！
总结：
喷油泵调速器的调整是柴油发电机维修中的高级技能，在柴油机运行状态下，可通过软件观察实际转速、执行器位置、供油指令等，并根据柴油机响应（稳定性、加速性、加载性、排放）进行必要的参数微调。如果您不是专业维修人员，遇到调速器相关问题，绝对不要尝试自行调整，应立即联系专业的柴油喷射系统维修服务商或授权维修站。错误的调整可能导致柴油机严重损坏（如飞车）、功率不足、冒黑烟、油耗剧增，甚至危及人身安全。
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