Typer af styringer til motorer, der bruges på skibe

en guvernør er et system, der bruges til at opretholde en Motors gennemsnitshastighed inden for visse grænser under svingende belastningsforhold. Det gør det ved at regulere og kontrollere mængden af brændstof, der leveres til motoren. Regulatoren begrænser derfor motorens hastighed, når den kører uden belastning, dvs.den styrer tomgangshastigheden og sikrer, at motorhastigheden ikke overstiger den maksimale værdi som angivet af fabrikanterne.

alle marine fartøjer har brug for et hastighedskontrolsystem til at kontrollere og styre hastigheden på det fremdrivningsanlæg, der bruges om bord, da der kan være et stort antal variationer, der opstår på motorbelastning, hvilket kan beskadige motoren og forårsage tab af liv og udstyr. Variationerne i belastningen på motoren kan opstå på grund af flere faktorer såsom hårdt hav, rullende og pitching af fartøjet, kompromitteret skibsstruktur, ændringer i skibets vægt blandt andre.

guvernører er også monteret i hjælpedieselmotorer eller generatorer og generatorer på skibet.

relateret læsning: Overhastighedstur i dieselmotorer & typer af Overhastighedsture

klassificering af guvernører på grundlag af Design og konstruktion

disse guvernører består af vægtede kugler eller flyvevægte, der oplever en centrifugalkraft, når de drejes af motorens krumtapaksel. Denne centrifugalkraft fungerer som styringskraft og bruges til at regulere det brændstof, der leveres til motoren via en gasreguleringsmekanisme, der er forbundet direkte til injektionsstativene. Disse vægtenheder er små, og derfor er den genererede kraft ikke nok til at kontrollere injektionspumperne fra store motorer. De kan bruges, hvor nøjagtig hastighedskontrol ikke er påkrævet. De har et stort dødbånd og har lille effekt.

relateret læsning: beregninger af Brændselsolieforbrug for Skibe: hvad søfarende skal vide

fordele ved mekaniske guvernører

1. De er billige.
2. De kan bruges, når det ikke er nødvendigt at opretholde en nøjagtig hastighed afhængigt af belastningen.
3. De er enkle i konstruktion og har kun få dele.

hydrauliske guvernører

i hydrauliske guvernører er den vægtede samling forbundet til en reguleringsventil snarere end brændstofstyringsrammerne direkte, som det er tilfældet i en mekanisk guvernør. Denne ventil er ansvarlig for at lede hydraulikvæske, der styrer brændstofholdere og dermed motorens kraft eller hastighed. En større kraft kan genereres, og disse guvernører finder anvendelse i mellemstore til store motorer. Disse dage bruger de fleste skibe hydrauliske guvernører og eftermonteres med elektroniske kontroller.

fordele og ulemper ved hydrauliske guvernører

1. De har en høj effekt,

2. De har høj nøjagtighed og præcision

3. De har høj effektivitet

4. Vedligeholdelse af hydrauliske guvernører er let

elektrohydrauliske guvernører

disse slags guvernører har en aktuator med to sektioner-en mekanisk hydraulisk backup og en elektrisk guvernør. I tilfælde af fejl i den elektriske guvernør kan enheden være i manuel kontrol på den mekanisk-hydrauliske backup guvernør. Den mekaniske guvernør er indstillet til en hastighed, der er højere end den nominelle hastighed, hastigheden og belastningen af hele systemet styres af den elektriske guvernør. Systemet har en elektronisk reguleringsventil, der er forbundet til ankeret i et elektromagnetisk felt.

en ECB (elektronisk kontrolboks) sender et signal til det felt, der placerer ankeret, og dermed reguleringsventilen, der regulerer brændstofforsyningen. Den elektriske styring tilsidesætter den mekanisk-hydrauliske tilstand, når systemet er indstillet på den elektroniske drift.

relateret læsning: 10 punkter at overveje, mens du håndterer elektromekanisk guvernør for Marinemotor

fordele ved elektroniske guvernører

1. Hurtigere respons på belastningsændringer

2. Kontrolfunktioner kan nemt bygges i guvernørerne

3. Tilstedeværelse af indikatorer og kontroller har implementeret automatisering

4. De kan monteres i positioner fjernt fra motoren og eliminere eller reducere behovet for guvernørdrev

klassificering af guvernører på grundlag af deres driftsprincipper

næsten alle typer guvernører er udstyret med en flyvevægtsenhed. To eller fire flyvægte er monteret på et roterende kuglehoved, der drives direkte af motorakslen ved hjælp af en geardrevenhed. Rotationen af kuglehovederne skaber en centrifugalkraft, der virker på samlingens flyvevægte og får dem til at bevæge sig udad, væk fra deres rotationsakse. Efterhånden som rotationshastigheden øges, og graden af udadgående bevægelse af flyvevægterne øges også, og omvendt og dermed afhænger flyvevægternes bevægelse af motorhastigheden.

en fjeder er installeret for at modvirke den centrifugalkraft, der genereres på flyvevægterne, og tvinger dem mod deres startposition. Denne forår er kendt som speeder foråret. Flyvevægternes position og deres udadgående bevægelse overføres til en spindel (dette kan ske gennem en krave), som er fri til at bevæge sig på en frem-og tilbagegående måde. Bevægelsen af denne spindel, som danner kontrolmuffen, aktiverer en kobling til brændstofpumpestyringen og styrer i sidste ende mængden af indsprøjtet brændstof.

under normale driftsforhold, dvs.konstant hastighed og belastninger, forbliver styremuffen stationær, da kraften på flyvevægterne afbalanceres af den modvirkende kraft, der udøves af speeder-fjederen.

når belastningen på motoren øges, reduceres motorens hastighed, og styremuffen bevæger sig nedad, da den kraft, der udøves på den af speederfjederen, overvinder den kraft, der udøves af flyvevægterne.

den nedadgående bevægelse af muffen er knyttet til brændstofstyringsholderne, således at der er en forøgelse af brændstofforsyningen og dermed den effekt, der genereres af motoren. Kraften på flyvevægterne øges med motorens omdrejningstal, og igen kommer systemet tilbage til ligevægt.

da belastningen på motoren er faldet, øges hastigheden. Flyvevægterne bevæger sig udad og drejer kontrolmuffen op, når centrifugalkraften overvinder speeder-fjederkraften. Bevægelsen af muffen aktiverer brændstofpumpen, brændstofforsyningen sænkes, således reduceres motorens hastighed, og systemet kommer i ligevægt.

Hydraulisk styring

i dette tilfælde er flyvevægterne hydraulisk forbundet med brændstofstyringsenheden. Dette system består af en pilot styreventil, som er forbundet til regulator spindel og et stempel. Stemplet er kendt som kraftstemplet og styrer mængden af brændstof, der leveres til motoren. Det påvirkes af kraften fra en fjeder og hydraulikvæsken på modsatte sider. Mængden af olie i systemet og derefter det hydrauliske tryk på stemplet reguleres af pilotventilen, der i sidste ende styres af flyvevægtsenheden.

styreventilbøsningen er åben i bunden, hvor der findes en oliesump i undersiden af styrehuset. En gearpumpe, der leverer højtrykshydraulisk olie til systemet, tager sugning fra oliesumpen. Det drives af guvernørens drivaksel. En fjederbelastet akkumulator er til stede, som opretholder det krævede trykhoved af olie og tillader dræning af overskydende olie tilbage til sumpen.

i tilfælde af konstant hastighed og belastning er ventilen placeret til at blokere portene i ventilhylsteret og dermed passagen af olie til kraftstemplet, som forbliver stationært under de afbalancerede kræfter.

en stigning i belastningen reducerer motorhastigheden. I dette tilfælde bevæger flyvevægterne indad, og at guvernørspindlen bevæger sig nedad under virkningen af speederfjederens kraft. Denne bevægelse sænker pilotreguleringsventilen, der leder olie til undersiden af kraftstemplet.

da det hydrauliske tryk på stemplet overvinder fjederkraften, der virker på det, bevæger stemplet opad, og brændstofforsyningen til systemmotoren øges. dermed øge sin hastighed. Når motorens omdrejningstal øges, stiger reguleringsventilen tilbage til sin oprindelige position, der blokerer levering af hydraulisk væske til kraftstemplet.

på den anden side, når belastningen på motoren mindskes, og dens hastighed øges, forårsager svingvægternes udadgående bevægelse under virkningen af den ekstra centrifugalkraft efterfølgende opadgående bevægelse af spindlen, og derfor stiger pilotstyringsventilen også. Dette åbner porten således, at hydraulikolien i systemet strømmer til oliesumpen fra under kraftstemplet gennem en dræningspassage. Kraftstemplet bevæger sig derefter nedad under påvirkning af fjederkraften og reduceret hydraulisk tryk og reducerer dermed mængden af brændstof, der leveres til motoren, reduceres. Dette reducerer motorhastigheden, og følgelig afbalanceres kræfterne på flyvevægterne igen.

relateret læsning: Marine Engine Operations – start, løb, Stop

Guvernørfølsomhed

for at øge guvernørens følsomhed og for at forhindre overkorrektion af systemet er en kompensationsmekanisme indarbejdet i guvernørens design. I tilfælde af en hydraulisk guvernør er et stempel til stede på kraftstempelakslen og på drivakslen. Disse er kendt som henholdsvis aktiveringskompensationsstemplet og det modtagende kompensationsstempel.

kompenseringsstemplet bevæger sig i en cylinder, der er fuld af hydraulikvæsken. Dette stempel bevæger sig i samme retning som kraftstemplet. Den nedadgående bevægelse af kraftstemplet på grund af en stigning i motorhastigheden bevæger også kompenseringsstemplet nedad. På grund af dette trækker stemplet olie fra en cylinder, der er til stede under pilotventilbøsningen. Dette skaber en sugning over det modtagende kompenserende stempel, som er en del af bøsningen. Bøsningen bevæger sig opad og lukker porten til kraftstemplet.

således åbnes pilotventilporten lige længe nok, så motorhastigheden vender tilbage til den indstillede hastighed og undgår overkorrektion. Når flyvevægterne og pilotventilen vender tilbage til deres centrale position, tillader olie, der strømmer gennem nåleventilen, pilotventilbøsningen også at nå sin centrale position.

bøsningen og stemplet skal falde ned med samme hastighed for at holde porten lukket, så nåleventilen skal justeres omhyggeligt for at lade den korrekte mængde olie passere gennem den. Dette afhænger af motorens krav i henhold til producenten. I tilfælde af et fald i motorhastigheden bevæger aktiveringskompenseringsstemplet sig opad, og trykket på det modtagende kompenserende stempel øges. Den bevæger sig op med pilotventilbøsningen.

porten, der fører til kraftcylinderen, forbliver lukket, og overskydende olie drænes ud gennem nåleventilen. Bøsningen returneres derefter til sin centrale position.

elektronisk System

en elektronisk regulator giver motorhastighedsjustering fra ubelastet tilstand til fuld belastning. Den består af en Controller, en elektromagnetisk Pickup (MPU) og en aktuator (ACT) til at udføre den nødvendige hastighedskontrol og regulering. MPU ‘ en er en mikrogenerator og har et magnetfelt. Den består af en permanent magnet med en ekstern spolevikling. Som vist i diagrammet er MPU ‘en installeret over svinghjulstænderne, og afhængigt af afstanden fra tandhjulene eller spalten varierer MPU’ ens magnetfelt fra henholdsvis maksimum til minimum.

på grund af det konstant skiftende indre magnetfelt genereres en vekselstrømsspænding og frekvens i den ydre ledende spole. Denne vekselstrømsspænding følger svinghjulets hastighed. Dette er det vigtigste aspekt af det elektroniske styresystem, da guvernørcontrolleren konverterer den opnåede frekvens til et JÆVNSPÆNDINGSSIGNAL. Det sammenligner derefter dette med en indstillet spænding. Resultaterne beregnes ved hjælp af en PID-kontrol (Proportional-integral-differential), og endelig når udgangen aktuatoren, som implementerer de nødvendige korrektioner på brændstofforsyningen til motoren.

relateret læsning: Sådan synkroniseres generatorer på et skib?

den elektroniske controller har forskellige driftsformer til at implementere forskellige funktioner. Disse omfatter;

1. Detektering af start af en motor og efterfølgende styring af brændstofforsyningen.

2. Undertrykkelse af røg genereret af motoren, når dens hastighed stiger.

3. Justering af hængende procentdel. En detaljeret forklaring af nedfaldsprocenten er angivet nedenfor.

4. Fjernbetjening hastighedskontrol.

5. Tomgangshastighed: det giver fast hastighedskontrol over hele motorens drejningsmomentkapacitet.

6. Maksimal hastighedskontrol: det bruges til at eliminere overhastighed af motoren

vedligeholdelse af guvernører

• guvernøren skal altid holdes ren, og den skal være fri for snavset smøreolie.
• regelmæssig skylning af systemet med den rigtige smøreolie skal udføres.
• hydraulikvæsken og smøreolien skal have den korrekte viskositet, som fabrikanterne har mandat til, skal anvendes.
• systemets olieniveauer bør opretholdes og kontrolleres.
• guvernøren er ikke at blive manipuleret med, og reparationer og drift bør udføres kun være erfarne operatører.

Hvad er Droop?

efterhånden som belastningen på motoren øges, øges brændstofforsyningen til motoren, og alligevel er det tilladt at køre med en forholdsmæssigt lavere hastighed. Denne funktion af et styrende system betegnes som hænge. Når mere end en prime movers er forbundet til den samme aksel, som i tilfælde af generering af elektrisk strøm, tillader droop en stabil fordeling af belastningen mellem dem.

primærmotoren kan køres i droop speed control-tilstand, hvor dens kørehastighed er indstillet som en procentdel af den faktiske hastighed. Da belastningen på generatoren øges fra ubelastet til fuld belastning, har motorens faktiske hastighed (prime mover) en tendens til at falde. For at øge effekten i denne tilstand øges primærmotorens hastighedsreference, og dermed øges strømmen af arbejdsvæske (brændstof) til primærmotoren. Det måles som en procentdel i henhold til formlen;

Droop% = (Ingen belastningshastighed-fuld belastningshastighed ) / Ingen belastningshastighed

Hvad er brugen af speeder foråret?

motorens regulerede hastighed indstilles ved at ændre spændingen på hastighedsjusteringsfjederen, som også er kendt som speederfjederen. Fjederens spænding modvirker den kraft, der udøves af svinghjulet på spindlen. Fjederens tryk bestemmer motorens hastighed, der er nødvendig for flyvevægterne for at opretholde deres centrale position.

Hvad er Deadband?

en guvernørs Dødbånd giver det hastighedsområde, hvorefter guvernøren begynder at operere for at foretage korrigerende justeringer. Inden for dette interval fungerer guvernøren slet ikke. Dødbåndets bredde er omvendt proportional med guvernørens følsomhed.

Hvad er jagt?

den kontinuerlige udsving i motorhastigheden omkring den gennemsnitlige krævede hastighed kaldes jagt. Dette sker, når guvernøren er for følsom og ændrer brændstofforsyningen, selv med en lille ændring i motorens omdrejningstal. Det leverer enten for meget brændstof eller for mindre brændstof, og guvernørhylsteret bevæger sig gentagne gange til sin højeste position. Denne cyklus fortsætter på ubestemt tid, og motoren siges at jage.

ansvarsfraskrivelse: Forfatterens synspunkter udtrykt i denne artikel afspejler ikke nødvendigvis synspunkterne fra Marine Insight. Data og diagrammer, hvis de anvendes, i artiklen er hentet fra tilgængelige oplysninger og er ikke godkendt af nogen lovbestemt myndighed. Forfatteren og Marine Insight hævder ikke, at det er korrekt eller påtager sig noget ansvar for det samme. Synspunkterne udgør kun udtalelserne og udgør ikke nogen retningslinjer eller anbefaling om noget handlingsforløb, som læseren skal følge.

artiklen eller billederne kan ikke gengives, kopieres, deles eller bruges i nogen form uden tilladelse fra forfatteren og Marine Insight.