Types de régulateurs pour les moteurs Utilisés sur les navires

Un régulateur est un système utilisé pour maintenir la vitesse moyenne d’un moteur, dans certaines limites, dans des conditions de charge fluctuantes. Il le fait en régulant et en contrôlant la quantité de carburant fournie au moteur. Le régulateur limite donc le régime du moteur lorsqu’il tourne à vide, c’est-à-dire qu’il régit le régime de ralenti et veille à ce que le régime du moteur ne dépasse pas la valeur maximale spécifiée par les constructeurs.

Tous les navires maritimes ont besoin d’un système de contrôle de la vitesse pour contrôler et régir la vitesse de l’installation de propulsion utilisée à bord, car il peut y avoir un grand nombre de variations de la charge du moteur, ce qui peut endommager le moteur et causer des pertes de vie et d’équipement. Les variations de la charge sur le moteur peuvent être dues à plusieurs facteurs tels que la mer agitée, le roulis et le tangage du navire, la structure du navire compromise, les changements de poids du navire, entre autres.

Des régulateurs sont également installés dans des moteurs diesel auxiliaires ou des générateurs et des alternateurs sur le navire.

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Classification des régulateurs sur la base de la Conception et de la construction

Ces régulateurs sont constitués de billes lestées, ou masselottes, qui subissent une force centrifuge lorsqu’elles sont tournées par l’action du vilebrequin du moteur. Cette force centrifuge sert de force de commande et sert à réguler le carburant fourni au moteur via un mécanisme d’étranglement relié directement aux crémaillères d’injection. Ces ensembles de poids sont faibles et la force générée n’est donc pas suffisante pour contrôler les pompes d’injection des gros moteurs. Ils peuvent être utilisés lorsque le contrôle exact de la vitesse n’est pas requis. Ils ont une grande bande morte et une petite puissance de sortie.

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Avantages des régulateurs mécaniques

1. Ils sont bon marché.
2. Ils peuvent être utilisés lorsqu’il n’est pas nécessaire de maintenir une vitesse exacte en fonction de la charge.
3. Ils sont de construction simple et ne comportent que quelques pièces.

Régulateur hydraulique

Dans les régulateurs hydrauliques, l’ensemble lesté est relié à une vanne de régulation, plutôt qu’aux crémaillères de commande de carburant directement, comme c’est le cas dans un régulateur mécanique. Cette vanne est chargée de diriger le fluide hydraulique qui commande les crémaillères à carburant et donc la puissance ou la vitesse d’un moteur. Une plus grande force peut être générée et ces régulateurs trouvent une application dans les moteurs de taille moyenne à grande. De nos jours, la plupart des navires utilisent des régulateurs hydrauliques et sont modernisés avec des commandes électroniques.

Avantages et inconvénients des Régulateurs hydrauliques

1. Ils ont une puissance de sortie élevée,

2. Ils ont une grande précision et une précision

3. Ils ont un rendement élevé

4. L’entretien des gouverneurs hydrauliques est facile

Gouverneurs électro-hydrauliques

Ces types de gouverneurs ont un actionneur à deux sections – une sauvegarde hydraulique mécanique et une gouverneure électrique. En cas de défaillance du régulateur électrique, l’unité peut être en commande manuelle, sur le régulateur de secours mécano-hydraulique. Le régulateur mécanique est réglé à une vitesse supérieure à la vitesse nominale, la vitesse et la charge de l’ensemble du système sont contrôlées par le régulateur électrique. Le système dispose d’une vanne de commande électronique connectée à l’armature dans un champ électromagnétique.

Un ECB (Boîtier de commande électronique), envoie un signal au champ qui positionne l’armature, et donc la vanne de commande qui régule l’alimentation en carburant. La commande électrique remplace le mode mécanique-hydraulique lorsque le système est réglé sur le fonctionnement électronique.

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Avantages des régulateurs électroniques

1. Réponse plus rapide aux changements de charge

2. Les fonctions de contrôle peuvent facilement être intégrées dans les gouverneurs

3. Présence d’indicateurs et de contrôles ont mis en œuvre l’automatisation

4. Ils peuvent être montés dans des positions éloignées du moteur et éliminent ou réduisent le besoin d’entraînements de régulateurs

Classification des régulateurs sur la base de leurs Principes de fonctionnement

Presque tous les types de régulateurs sont équipés d’un ensemble poids mouche. Deux ou quatre masselottes sont montées sur une rotule rotative entraînée directement par l’arbre du moteur, à l’aide d’un ensemble d’entraînement par engrenage. La rotation des rotules crée une force centrifuge qui agit sur les masselottes de l’ensemble et les fait se déplacer vers l’extérieur, en s’éloignant de leur axe de rotation. Au fur et à mesure que la vitesse de rotation augmente et que le degré de mouvement vers l’extérieur des masselottes augmente également, et vice versa et donc le mouvement des masselottes dépend du régime moteur.

Un ressort est installé pour contrer la force centrifuge générée sur les masselottes et les force vers leur position initiale. Ce printemps est connu sous le nom de printemps speeder. La position des masselottes et leur mouvement vers l’extérieur sont transmis à une broche (cela peut se faire à travers un collier), qui est libre de se déplacer de manière alternative. Le mouvement de cette broche, qui forme le manchon de commande, actionne une liaison à la commande de la pompe à carburant et contrôle finalement la quantité de carburant injectée.

Dans des circonstances normales de fonctionnement, c’est-à-dire à vitesse et charges constantes, le manchon de commande reste immobile car la force exercée sur les masselottes est équilibrée par la force de contrepoids exercée par le ressort du régulateur de vitesse.

Au fur et à mesure que la charge sur le moteur augmente, la vitesse du moteur diminue et le manchon de commande se déplace vers le bas, car la force exercée sur lui par le ressort de ralentisseur surmonte la force exercée par les masselottes.

Le mouvement vers le bas du manchon est lié aux crémaillères de commande de carburant de sorte qu’il y a augmentation du débit de carburant et donc de la puissance générée par le moteur. La force sur les masselottes augmente avec le régime moteur et une fois de plus le système revient à l’équilibre.

À mesure que la charge sur le moteur diminue, sa vitesse augmente. Les masselottes se déplacent vers l’extérieur et, à son tour, le manchon de commande se déplace vers le haut lorsque la force centrifuge surmonte la force du ressort plus rapide. Le mouvement du manchon actionne la pompe à carburant, le débit de carburant est abaissé, ainsi la vitesse du moteur est réduite et le système entre en équilibre.

Commande hydraulique

Dans ce cas, les masselottes sont reliées hydrauliquement à l’ensemble de commande de carburant. Ce système se compose d’une soupape de commande pilote qui est reliée à la broche du régulateur et à un piston. Le piston est connu sous le nom de piston de puissance et contrôle la quantité de carburant fournie au moteur. Il est actionné par la force d’un ressort et du fluide hydraulique sur les côtés opposés. La quantité d’huile dans le système, et par la suite, la pression hydraulique sur le piston, est régulée par la vanne pilote qui est finalement contrôlée par l’ensemble masselotte.

Le manchon de soupape de commande est ouvert en bas où un carter d’huile est présent dans le côté inférieur du boîtier du régulateur. Une pompe à engrenages qui fournit de l’huile hydraulique à haute pression au système tire l’aspiration du carter d’huile. Il est entraîné par l’arbre d’entraînement du régulateur. Un accumulateur à ressort est présent qui maintient la pression d’huile requise et permet le drainage de l’excès d’huile vers le puisard.

En cas d’opérations à vitesse et charge constantes, la vanne est positionnée pour bloquer les orifices du manchon de vanne et donc le passage d’huile vers le piston de puissance, qui reste immobile sous les forces équilibrées.

Une augmentation de la charge diminue le régime moteur. Dans ce cas, les masselottes se déplacent vers l’intérieur, et que la broche de régulateur se déplace vers le bas sous l’action de la force du ressort de régulateur. Ce mouvement abaisse la soupape de commande pilote qui dirige l’huile vers la face inférieure du piston de puissance.

Lorsque la pression hydraulique sur le piston surmonte la force du ressort agissant sur celui-ci, le piston se déplace vers le haut et l’alimentation en carburant du moteur du système est augmentée. d’où l’augmentation de sa vitesse. Une fois que le régime du moteur augmente, la soupape de commande remonte à sa position initiale qui bloque l’acheminement du fluide hydraulique vers le piston de puissance.

Par contre, à mesure que la charge sur le moteur diminue et que sa vitesse augmente, le mouvement vers l’extérieur des masselottes sous l’action de la force centrifuge supplémentaire provoque un mouvement ascendant ultérieur de la broche et donc la soupape de commande pilote monte également. Cela ouvre l’orifice de sorte que l’huile hydraulique du système s’écoule vers le carter d’huile sous le piston de puissance par un passage de drainage. Le piston de puissance se déplace ensuite vers le bas sous l’action de la force du ressort et de la pression hydraulique réduite, ce qui réduit la quantité de carburant fournie au moteur. Cela réduit le régime moteur et par conséquent, les forces sur les masselottes sont à nouveau équilibrées.

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Sensibilité du régulateur

Pour augmenter la sensibilité du régulateur et éviter une correction excessive par le système, un mécanisme de compensation est intégré dans la conception du régulateur. Dans le cas d’un régulateur hydraulique, un piston est présent sur l’arbre du piston de puissance et sur l’arbre d’entraînement. Ceux-ci sont appelés respectivement plongeur de compensation d’actionnement et plongeur de compensation de réception.

Le piston compensateur se déplace dans un cylindre rempli du fluide hydraulique. Ce piston se déplace dans la même direction que le piston de puissance. Le mouvement vers le bas du piston de puissance dû à une augmentation du régime moteur déplace également le piston compensateur vers le bas. De ce fait, le piston aspire l’huile d’un cylindre présent sous la douille de soupape pilote. Cela crée une aspiration au-dessus du piston de compensation de réception, qui fait partie de la douille. La douille se déplace vers le haut et ferme l’orifice du piston d’alimentation.

Ainsi, l’orifice de soupape pilote est ouvert juste assez longtemps, de sorte que pour que le régime moteur revienne à la vitesse réglée et évite la surcorrection. Lorsque les masselottes et la soupape pilote reviennent à leur position centrale, l’huile s’écoulant à travers la soupape à pointeau permet à la douille de la soupape pilote d’atteindre également sa position centrale.

La douille et le piston doivent descendre à la même vitesse pour maintenir l’orifice fermé, de sorte que la soupape à pointeau doit être réglée avec précaution pour permettre à la quantité correcte d’huile de la traverser. Cela dépend des exigences du moteur selon le fabricant. En cas de diminution du régime moteur, le piston de compensation d’actionnement se déplace vers le haut et la pression sur le piston de compensation de réception est augmentée. Il monte avec la bague de soupape pilote.

L’orifice menant au cylindre de puissance reste fermé et l’excès d’huile est évacué par la soupape à pointeau. La douille est ensuite ramenée à sa position centrale.

Système électronique

Un régulateur électronique permet de régler le régime du moteur de l’état à vide à la pleine charge. Il se compose d’un contrôleur, d’un capteur électromagnétique (MPU) et d’un actionneur (ACT) pour effectuer le contrôle et la régulation de vitesse nécessaires. Le MPU est un micro-générateur et possède un champ magnétique. Il se compose d’un aimant permanent avec un enroulement de bobine externe. Comme le montre le schéma, le MPU est installé au-dessus des dents du volant d’inertie et en fonction de sa distance des dents d’engrenage ou de la fente, le champ magnétique du MPU varie d’un maximum à un minimum respectivement.

En raison du champ magnétique interne en constante évolution, une tension et une fréquence alternatives sont générées dans la bobine conductrice externe. Cette tension alternative suit la vitesse du volant. C’est l’aspect le plus important du système de commande électronique car le régulateur convertit la fréquence obtenue en un signal de tension CONTINUE. Il compare ensuite cela avec une tension définie. Les résultats sont calculés par une commande PID (Proportionnelle-intégrale-différentielle) et enfin, la sortie parvient à l’actionneur qui met en œuvre les corrections requises sur l’alimentation en carburant du moteur.

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Le contrôleur électronique a différents modes de fonctionnement pour mettre en œuvre diverses fonctions. Ceux-ci incluent;

1. Détecter le démarrage d’un moteur et diriger ensuite l’alimentation en carburant.

2. Suppression de la fumée générée par le moteur à mesure que sa vitesse augmente.

3. Réglage du pourcentage d’affaissement. Une explication détaillée du pourcentage d’affaissement est donnée ci-dessous.

4. Contrôle de vitesse à distance.

5. Fonctionnement au ralenti: Il fournit un contrôle de vitesse fixe sur toute la capacité de couple du moteur.

6. Contrôle de la vitesse maximale: Il est utilisé pour éliminer les excès de vitesse du moteur

Entretien des régulateurs

• Le régulateur doit toujours être maintenu propre et exempt d’huile lubrifiante sale.
• Un rinçage régulier du système avec l’huile lubrifiante appropriée doit être effectué.
• Le fluide hydraulique et l’huile lubrifiante doivent avoir la viscosité correcte prescrite par les fabricants.
• Les niveaux d’huile du système doivent être maintenus et vérifiés.
• Le régulateur ne doit pas être altéré, et les réparations et l’opération ne doivent être effectuées que par des opérateurs expérimentés.

Qu’est-ce que Droop?

Au fur et à mesure que la charge sur le moteur augmente, l’alimentation en carburant du moteur augmente et, pourtant, il est autorisé à rouler à une vitesse proportionnellement inférieure. Cette caractéristique d’un système de gouvernement est appelée droop. Lorsque plusieurs moteurs principaux sont connectés au même arbre, comme dans le cas de la génération d’énergie électrique, l’affaissement permet une répartition stable de la charge entre eux.

Le moteur principal peut fonctionner en mode de contrôle de vitesse d’affaissement, sa vitesse de fonctionnement étant définie en pourcentage de la vitesse réelle. Au fur et à mesure que la charge sur le générateur passe de à vide à pleine charge, la vitesse réelle du moteur (moteur principal) tend à diminuer. Pour augmenter la puissance de sortie dans ce mode, la référence de vitesse du moteur principal est augmentée et, par conséquent, le débit de fluide de travail (carburant) vers le moteur principal est augmenté. Il est mesuré en pourcentage selon la formule;

Droop%= (Vitesse à vide – Vitesse à Pleine Charge) / Vitesse à vide

À quoi sert le ressort speeder?

Le régime régi du moteur est réglé en modifiant la tension du ressort de réglage de la vitesse, également connu sous le nom de ressort speeder. La tension du ressort contrecarre la force exercée par le volant sur la broche. La pression du ressort détermine la vitesse du moteur nécessaire pour que les masselottes maintiennent leur position centrale.

Qu’est-ce que la bande morte?

La bande morte d’un régulateur donne la plage de vitesse après laquelle le régulateur commence à fonctionner pour effectuer des ajustements correctifs. Dans cette plage, le gouverneur ne fonctionne pas du tout. La largeur de la bande morte est inversement proportionnelle à la sensibilité du régulateur.

Qu’est-ce que la chasse ?

La fluctuation continue du régime moteur autour de la vitesse moyenne requise est connue sous le nom de chasse. Cela se produit lorsque le régulateur est trop sensible et modifie l’alimentation en carburant même avec un petit changement de régime du moteur. Il fournit soit trop de carburant, soit trop moins de carburant et le manchon du régulateur se déplace à plusieurs reprises vers sa position la plus élevée. Ce cycle se poursuit indéfiniment et on dit que le moteur chasse.

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