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非周期性速度波动

/aperiodic speed fluctuation/
最后更新 2023-01-10
浏览 184
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机械运转时由于驱动力或(和)阻力的无规律变化所引起的主动轴角速度波动。

英文名称
aperiodic speed fluctuation
所属学科
机械工程

非周期性速度波动产生的原因及影响如果机械在运转过程中,等效力矩的变化是非周期性的,机械运转的速度将出现非周期性的波动,从而破坏机械的无稳定运转。若长时间内,则机械将越转越快,甚至可能出现“飞车”现象,从而使机械遭到破坏;反之,若,则机械又会越转越慢,最后导致停车。

对非周期性速度波动产生的调节对于非周期性速度波动,安装飞轮是不能达到调节目的的,这是因为飞轮的作用只是“吸收”和“释放”能量,它既不能创造能量,也不能消耗能量。非周期性速度波动的调节问题可分为两种情况。

当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具有下降的趋势时,机械具有自动调节非周期性速度波动的能力。

图1 机械的自调性分析图1 机械的自调性分析

如图1所示,当机械处于稳定运转时,,此时机械的稳定运转速度为点称为稳定工作点。当由于某种随机因素使增大时,由于,等效构件的角速度会下降,但由于图中可以看出,随着角速度的下降,将增大,所以可使自动地重新达到平衡,机械将在的速度下稳定运转;反之,当由于某种随机因素,使减小时,由于,机械的角速度将会上升,但由图中可以看出,随着角速度的上升,将会减小,所以可使自动地重新达到平衡,机械将在的速度下稳定运转,这种自动调节非周期性速度波动的能力称为自调性,选用电动机作为原动机的机械,一般都具有自调性。

对于没有自调性的机械系统(如采用蒸汽机,汽轮机或内燃机为原动机的机械系统)就必须安装一种专门的调节装置——调速器,来调节机械出现的非周期性速度波动。

由于机械运转的平衡条件受到破坏,从而导致机械系统的运转速度发生非周期性的变化时,安装飞轮已不能调节这种速度波动。为使机械系统中的等效驱动力所做的功与等效阻抗力所做的功重新建立一种平衡关系,必须在机械系统中设置调速系统,称之为调速器。当以内燃机、汽轮机等无自调性的机器为原动机时,一般需要安装调速器。

调速器的种类很多,按执行机构分类,主要有机械的、气动液压的、电液和电子的等。

由于调速器的种类很多,现举一例简要说明其工作原理。

图2 离心式调速器的工作原理图图2 离心式调速器的工作原理图

图2所示为离心式调速器的工作原理图,方框1位原动机,方框2为工作机,框5内是由两个对称的摇杆滑块机构组成的调速器本体。当系统转速过高时,调速器本体也加速回转,由于离心惯性力的作用,两重球K将张开带动滑块M上升,通过连杆机构关小节流阀6,使进入原动机的改造介质减少,从而降低速度。如果转速过低则工作过程反之。

调速器或调速系统有多种不同的形式和调速工作原理,而且各有其不同的优缺点和适用场合。例如,液压调速器具有良好的稳定性和高的静态调节精度,但结构工艺复杂,成本高。如大功率柴油机多用液压调速器。

电子调速器具有很高的静态和动态调节精度,易实现多功能、远距离和自动化控制及多机组同步并联运行。电子调节系统由各类传感器把采集到的各种信号转换成电信号输入计算机,经计算机处理后发出指令,由执行机构完成控制任务。如在航空电源车、自动化电站、低噪声电站、高精度的柴油发电机组和大功率船用柴油机等中就采用了电子调速器。与机械调速器相比,电子调速系统的转速波动率、瞬时调速率和稳定时间均有较大的改善。

  • 申永胜.机械原理教程. 2版.北京:清华大学出版社,2013.
  • 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理.北京:高等教育出版社,2013.
  • 王洪欣.机械原理.南京:东南大学出版社,2005.
  • 王知行,刘廷荣.机械原理.北京:高等教育出版社,2000.
  • 张春林.机械原理.北京:高等教育出版社,2006.

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