Відцентровий регулятор

Принцип роботи відцентрового регулятора

Кінематична схема регулятора Ватта

Відцентровий регулятор на паровій машині Болтона-Ватта (Boulton&Watt) (1788)

Відцентро́вий регуля́тор (регуля́тор Ва́тта) — автоматичний пристрій, робота якого базується на використані відцентрової сили для стабілізації обертання шляхом впливу на положення дросельної заслінки регулювання подавання пари в парову машину. Вперше використано у 1788 році Джеймсом Ваттом.

У паровій машині була проблема керування потужністю. Складно було втримати сталі оберти при змінному навантаженні. Регулятор Ватта самостійно зменшував чи збільшував подавання пари, утримуючи сталою частоту обертання.

Будова

Відцентровий регулятор складається з:

• вала регулятора із приводним шківом чи зубчастим колесом;
• двох тягарців, підвішених на важелях;
• двох тяг, що сполучають важелі з муфтою;
• ковзна по валу муфта;
• коромисла, що одним кінцем закріпленого у виїмці муфти, а другим сполученого з тягою привода дросельної заслінки.

Принцип роботи

Якщо машина знаходиться у спокої то тягарці (кульки) знаходяться внизу, а заслінка у відкритому стані. Якщо подати пару, то парова машина почне працювати. Обертове колесо машини передає рух на регулятор обертів — кульки починають обертатись. На кульки регулятора діють дві сили. Сила тяжіння, що намагається опустити кульки вниз, а також відцентрова сила, що намагається перемістити кульки у напрямі від осі обертання. При такій конструкції регулятора це призведе до підняття кульок вгору. Рух кульок спричинить закривання заслінки, а це зменшить подачу пари у парову машину. Частота обертів зменшиться, зменшиться і відцентрова сила, кульки опускаються спричиняючи відкриття заслінки, що забезпечить збільшення подачі пари.

У залежності від підібраних характеристик машини, регулятора, подачі пари і навантаження парова машина могла ритмічно підтримувати коливання частоти обертання в околі певного значення, а якщо параметри добре підібрані то встановлювалась стала швидкість. Для забезпечення стійкості роботи необхідно щоб муфта переміщалась в умовах тертя. Чим вищий момент інерції машини, тим сильнішим повинно бути тертя. На сучасних потужних двигунах для цього використовується демпфер.

Регулятор зображений на рисунку є гравітаційним регулятором, що забезпечує стабілізацію тільки однієї частоти обертання. Щоб змінити цю швидкість слід було зупинити машину і замінити кульки на легші (менші оберти) або важчі (більші оберти). Наступні конструкції регулятори мали у своїй конструкції додатково пружину з регулюванням натягу. Таким способом до двох сил, що згадані вище додалось зусилля пружини, котре легко піддається регулюванню.

Використання

Крім використання у парових машинах, відцентрові регулятори використовують:

• для стабілізації обертів двигуна внутрішнього згорання, наприклад, у пересувних електростанціях;
• для регулювання кута випередження запалювання у бензинових двигунів внутрішнього згорання;
• у механізмі перемикання передач автоматичних коробок передач автомобільної техніки;
• в генераторних установках вітроелектростанцій тощо.

Джерела

• Кисликов В. Ф., Лущик В. В. Будова й експлуатація автомобілів: Підручник. - К.: Либідь, 1999. - 400 с.
• Hills (1996), Power From the Wind, Cambridge University Press
• Maxwell, James Clerk (1868). On Governors. 16. Proceedings of the Royal Society of London. pp. 270–283
• Wallace, Alfred Russell "On the Tendency of Varieties to Depart Indefinitely From the Original Type"