Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чертеж центробежного регулятора типа "мухобойка". Шарики раскачиваются при увеличении скорости, что закрывает клапан, пока не будет достигнут баланс между потреблением и пропорциональным усилением рычажного механизма и клапана.

Центробежный регулятор представляет собой специфический тип губернатора с системой обратной связи , который регулирует скорость в двигателе за счет регулирования потока топлива или рабочей текучей среды , таким образом , чтобы поддерживать почти постоянной скоростью. Он использует принцип пропорционального управления .

Центробежные регуляторы были изобретены Христианом Гюйгенсом и использовались для регулирования расстояния и давления между жерновами в ветряных мельницах в 17 веке. [1] [2] В 1788 году Джеймс Ватт адаптировал один для управления своим паровым двигателем, регулируя подачу пара в цилиндр ( цилиндры ) [3], разработка, которая оказалась настолько важной, что его иногда называют изобретателем. Наиболее широко центробежные регуляторы использовались на паровых двигателях в эпоху пара в 19 ​​веке. Они также встречаются в стационарных двигателях внутреннего сгорания и работают на различном топливе.турбины и некоторые современные часы с боем .

Простой регулятор поддерживает не точную скорость, а диапазон скоростей, поскольку при увеличении нагрузки регулятор открывает дроссельную заслонку по мере уменьшения скорости (RPM).

Операция [ править ]

Рисунок регулятора оборотов паровой машины в разрезе. Клапан начинает полностью открываться при нулевой скорости, но когда шары вращаются и поднимаются, шток центрального клапана смещается вниз и закрывает клапан. Ведущий вал, скорость которого определяется, находится вверху справа.
Губернатор Портера на паровом двигателе Корлисса

Показанные устройства находятся на паровых машинах. Питание на регулятор подается от выходного вала двигателя с помощью ремня или цепи, соединенной с нижним ременным колесом. Регулятор соединен с дроссельной заслонкой, регулирующей расход рабочей жидкости (пара), питающей первичный двигатель . По мере увеличения скорости первичного двигателя центральный шпиндель регулятора вращается с большей скоростью, и кинетическая энергия шариков увеличивается. Это позволяет двум грузам на плечах рычага перемещаться наружу и вверх против силы тяжести. Если движение идет достаточно далеко, это движение приводит к тому, что рычаги опускаются на упорный подшипник , который перемещает рычажный механизм, что уменьшает отверстие.дроссельной заслонки. Тем самым снижается скорость поступления рабочей жидкости в цилиндр и регулируется скорость первичного двигателя, предотвращая превышение скорости.

Для ограничения диапазона движения дроссельной заслонки можно использовать механические упоры, как это видно рядом с массами на изображении справа.

Негравитационное регулирование [ править ]

Ограничением двухрычажного регулятора с двумя шарами является его зависимость от силы тяжести, а также то, что регулятор должен оставаться в вертикальном положении относительно поверхности Земли, чтобы сила тяжести втягивала шары, когда регулятор замедляется.

Регуляторы могут быть построены без использования силы тяжести, используя одну прямую руку с грузами на обоих концах, центральный шарнир, прикрепленный к вращающейся оси, и пружину, которая пытается подтолкнуть грузы к центру вращающейся оси. Два груза на противоположных концах поворотного рычага уравновешивают любые гравитационные эффекты, но оба груза используют центробежную силу для работы против пружины и пытаются повернуть поворотный рычаг к оси, перпендикулярной оси вращения.

Подпружиненные негравитационные регуляторы обычно используются в однофазных асинхронных двигателях переменного тока (AC) для отключения пусковой катушки возбуждения, когда скорость вращения двигателя достаточно высока.

Они также обычно используются в бесступенчатых трансмиссиях (CVT) снегоходов и вездеходов (ATV) , как для включения / выключения движения транспортного средства, так и для изменения соотношения диаметров шкивов трансмиссии по отношению к оборотам двигателя в минуту .

История [ править ]

Двигатель Boulton & Watt 1788 г.

Джеймс Ватт разработал своего первого губернатора в 1788 году по предложению своего делового партнера Мэтью Бултона . Это был конический маятниковый регулятор, и это была одна из последних новинок, которые Ватт применил для паровых двигателей. Джеймс Ватт никогда не утверждал, что центробежный регулятор является его собственным изобретением. Гигантская статуя губернатора Ватта стоит в Сметвике в английском Уэст-Мидлендсе . Он известен как губернатор флайбола.

Центробежные регуляторы также используются во многих современных часах с репозиторием, чтобы ограничить скорость бьющего поезда , чтобы репетир не работал слишком быстро.

Другой вид центробежного регулятора состоит из пары масс на шпинделе внутри цилиндра, при этом массы или цилиндр покрыты подушечками, что-то вроде барабанного тормоза . Это используется в подпружиненном проигрывателе и подпружиненном телефонном диске для ограничения скорости.

Динамические системы [ править ]

Центробежный регулятор часто используется в когнитивных науках как пример динамической системы , в которой представление информации не может быть четко отделено от операций, применяемых к представлению. А поскольку регулятор - это сервомеханизм , его анализ в динамической системе нетривиален. В 1868 году Джеймс Клерк Максвелл написал знаменитую статью « О губернаторах » [4], которая широко считается классикой теории управления с обратной связью . Максвелл различает замедлители (центробежный тормоз ) и регуляторы, которые управляют входной движущей силой . Он считает устройства Джеймса Ватта, Профессор Джеймс Томсон , Флиминг Дженкин , Уильям Томсон , Леон Фуко и Карл Вильгельм Сименс (жидкий губернатор).

Естественный отбор [ править ]

В своей знаменитой статье 1858 года для Линнеевского общества , которая побудила Дарвина опубликовать «Происхождение видов» , Альфред Рассел Уоллес использовал губернаторов как метафору эволюционного принципа :

Действие этого принципа точно такое же, как у центробежного регулятора паровой машины, который проверяет и исправляет любые отклонения почти до того, как они станут очевидными; и подобным образом никакой неуравновешенный дефицит в животном царстве никогда не может достигнуть сколько-нибудь заметного размера, потому что он проявится уже на самом первом этапе, сделав существование трудным и почти неизбежным последующим исчезновением. [5]

Бейтсон вернулся к этой теме в своей книге 1979 года « Разум и природа: необходимое единство» , а другие ученые продолжили исследовать связь между естественным отбором и теорией систем . [6]

Культура [ править ]

Центробежный губернатор является частью городской печати Манчестера, Нью-Гэмпшир в США, а также используется на флаге города. Попытка изменить дизайн в 2017 году была отклонена избирателями. [7]

См. Также [ править ]

  • Катаракта (лучевой двигатель)
  • Центробежный переключатель
  • Ударил и промахнулся двигатель

Ссылки [ править ]

  1. ^ Холмы, Ричард L (1996), Power From the Wind , Cambridge University Press
  2. Рианна Беллман, Ричард Э. (8 декабря 2015 г.). Процессы адаптивного управления: экскурсия . Издательство Принстонского университета. ISBN 9781400874668. Проверено 13 апреля 2018 г. - через Google Книги.
  3. ^ Кембриджский университет: паровые двигатели и теория управления
  4. ^ Максвелл, Джеймс Клерк (1868). «О губернаторах» . Труды Лондонского королевского общества . 16 : 270–283. DOI : 10.1098 / rspl.1867.0055 . JSTOR 112510 . 
  5. ^ Уоллес, Альфред Рассел. «О склонности разновидностей к неограниченному отходу от первоначального типа» . Проверено 18 апреля 2009 .
  6. ^ Смит, Чарльз Х. «Незаконченное дело Уоллеса» . Сложность (издатель Wiley периодика, Inc.) Том 10, № 2, 2004 . Проверено 11 мая 2007 .
  7. ^ «Избиратели могут сохранить крутое изобретение промышленной революции на флаге Манчестера» Concord Monitor, ноябрь 2017 г.