01-壳体，102-诱导轮，103-锁紧螺母，104-叶 轮，105-机械密封，106-主轴，107-托架，108-S型进水弯道，109-液体回流孔，110-储液室， 111-出水口，112-气液分离室，2-柴油发动机，20-机械调速器，22-油累，201-调速手柄， 202-断油电磁铁，203-飞键，204-滑套，205-停车手柄，206-调速弹黃，207-加力杆，208-停 车位置，209-齿条，4-整体底座；
[0031 ]具体实施方法
[0032]参见图1，本发明柴油发动机所配合使用的离屯、累的壳体101内装有诱导轮102、叶 轮104、机械密封105;流体由壳体101的入水口 100进入后依次通过诱导轮102、叶轮104,再 由壳体的出水口 111流出；诱导轮102及叶轮104与主轴通过键传动;主轴106的一端为动力 输入端，通过延长轴结构用连接螺钉抱紧在柴油发动机曲轴上;主轴另一端依次与诱导轮 102、叶轮104、机械密封105固定连接，诱导轮位于叶轮的前端。主轴另一端的端部设置有轴 头锁紧螺母103,轴头锁紧螺母用于对诱导轮和叶轮进行轴向固定。安装时，叶轮位置在壳 体的出水流道里，其作用是把经过叶轮作用的介质通过壳体流道有压排出；诱导轮位置在 壳体S型进水弯管里，可W让介质在受叶轮作用之前就经过诱导轮的作用，提高抗汽蚀性 能。考虑到介质泄露，在主轴上位于叶轮之后安装机械密封。壳体和柴油发动机之间用托架 固定在一起，保证机组的运转稳定性。机组有便于移动的整体底座4,自吸离屯、累和柴油发 动机整体安装在底座上。
[0033] 如图3所示，将机械调速器20的停车手柄205扳到停车位置208,在此位置与电子调 速器的零位连接。调速手柄201应扳到额定转速位置，并固定起来。连接后，要保证连接杆运 动灵活，固定可靠。再用比例电磁铁代替原来的断油电磁阀。比例电磁铁的功能是将比例控 制放大器输出的电信号转换成力或位移。比例电磁铁推力大，结构简单，对油液清洁度要求 不高，维护方便，成本低，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制元件中广泛应用的电-机械转换器件。
[0034] 控制系统3包括可编程控制器、触摸屏、柴油发动机电子调速器、油口执行器，必要 时还可包括入口压力变送器、出口压力变送器、1#过滤出口压力变送器、2#过滤出口压力变 送器、环境溫度变送器、油箱液位计、油溫油压变送器、1 #流量计、2#流量计、1 #转速传感器、 2#转速传感器和储油罐液位计。图4所示是由电瓶、柴油发动机、执行器、电子调速器、可编 程控制器、触摸屏、累组、各种传感器及控制线路组成的控制系统3。
[0035] 可编程控制器、触摸屏和柴油发动机电子调速器安装在控制系统上。油口执行器、 油溫油压变送器、环境溫度变送器、1#转速传感器和2#转速传感器安装在柴油发动机上。
[0036] 入口压力变送器和出口压力变送器分别安装在离屯、累的入水口处和出水口处；1# 过滤出口压力变送器、1#流量计、2#过滤出口压力变送器和2#流量计分别安装在柴油机的 1#过滤器和2#过滤器的出口处；入口压力变送器、出口压力变送器、1#过滤出口压力变送 器、2#过滤出口压力变送器、1#流量计和2#流量计的输出信号送入可编程控制器。
[0037] 油箱液位计安装在柴油发动机的油箱上。储油罐液位计安装在油罐上。
[0038] 油口执行器的主要功能是将转速控制器输出的位置信号转换成指定的直线位移 位置W控制燃油供给量。油口执行器的输入是电信号，输出是机械直线运动。机械直线运动 与输入成比例关系。油口执行器具有控制性能优良、体积小、可靠性高且与油累一体式安 装，密封性能好等特点，可提高柴油发动机的调速指标及实现柴油发动机的自动化控制和 保护。油口执行器顶端设计有手动调节装置，特殊情况下能够实现手动调节供油量的功能。
[0039] 本发明工作原理：
[0040] 柴油发动机转速控制系统原理如图5所示，转速传感器从柴油发动机采集转速信 号，经过相应的转换电路转换成方波信号，通过测量脉冲数计算出转速PV，送入可编程控制 器，当测定值PV与目标设定值SV不相等时，产生偏差信号E(t) = SV-PV，该控制器内预置的 PID控制算法对偏差信号进行运算，并输出相应的调节信号MV，调节信号经电子调速器驱动 油口执行器输出与调节信号成比例的电流信号，调节柴油发动机的转速，使偏差趋近于零， 让柴油发动机保持恒速运行。
[0041] 当外界负荷突然增大时，系统控制油口执行器增加开度，W避免柴油转速突然降 低甚至焰火的现象；当外界负荷突然减小时，系统控制油口执行器减小开度，W避免柴油发 动机转速突然升高甚至飞车的现象。
[0042] PID控制算法基本表达式为：
[0044] 式中:MV是输出值;Kp是比例增益;E(t)是偏差值;PV是测定值;SV是目标值;Kd是微 分增益;PWT)S是PV(t)的微分值;Ki是积分增益；
是E(t)的积分值。
[0045] 由于离屯、累的一个额定工作转速，对应该离屯、累的一组额定工作压力和流量。本 发明又在该控制方案的基础上，通过压力传感器(入口压力变送器、出口压力变送器、1#过 滤出口压力变送器、2#过滤出口压力变送器)和流量传感器（1 #流量计和2#流量计）的反馈 信号，实现了恒压控制和恒流量控制。该控制系统的流程图如图6所示。
【主权项】
1. 一种无级自由调速柴油发动机，包柴油发动机(2)、控制系统(3);所述柴油发动机包 括油栗(22);其特征在于:所述控制系统(3)包括转速传感器、可编程控制器、电子调速器和 油门执行器;所述油门执行器为柴油发动机的机械调速器(20)，并且，所述机械调速器(20) 的调速手柄(201)位于额定转速位置且固定不动，所述机械调速器(20)的断油电磁阀（202) 为比例式电磁阀，所述机械调速器(20)的停车手柄(205)位于停车位置(208)时所述电子调 速器恰好位于零位;所述转速传感器从柴油发动机采集转速信号并送入可编程控制器;所 述可编程控制器根据转速信号输出转速调节信号;所述电子调速器将转速调节信号转换成 与转速调节信号成比例的电流信号并送入油门执行器的比例式电磁阀。2. 根据权利要求1所述无级自由调速柴油发动机，其特征在于:所述可编程控制器是根 据转速信号通过PID控制算法输出转速调节信号;所述PID控制算法表达式为： 式中：MV是输出值； KP是比例增益； E(t)是偏差值； PV是测定值； SV是目标值； Kd是微分增益； PV(t)S是PV(t)的微分值； 心是积分增益； if)+是E(t)的积分值。3. 根据权利要求1所述无级自由调速柴油发动机，其特征在于： 所述控制系统（3)还包括入口压力变送器、出口压力变送器、1#过滤出口压力变送器、 2#过滤出口压力变送器、1 #流量计和2#流量计； 所述入口压力变送器和出口压力变送器分别安装在离心栗的入水口处和出水口处;所 述1#过滤出口压力变送器、1#流量计、2#过滤出口压力变送器和2#流量计分别安装在柴油 机的1#过滤器和2#过滤器的出口处； 所述入口压力变送器、出口压力变送器、1#过滤出口压力变送器、2#过滤出口压力变送 器、1#流量计和2#流量计输出的压力信号和流量信号分别送入可编程控制器。4. 根据权利要求3所述无级自由调速柴油发动机，其特征在于： 所述可编程控制器是根据转速信号、压力信号和流量信号通过PID控制算法分别输出 转速调节信号、压力调节信号和流量调节信号； 所述PID控制算法表达式为：MV是输出值； KP是比例增益； E(t)是偏差值； PV是测定值； SV是目标值； Kd是微分增益； PV(t)S是PV(t)的微分值； 心是积分增益； 靖是E(t)的积分值。
【专利摘要】本发明涉及一种无级自由调速柴油发动机，包括柴油发动机、控制系统；控制系统包括转速传感器、可编程控制器、电子调速器和油门执行器；油门执行器为柴油发动机的机械调速器，其调速手柄位于额定转速位置且固定不动，其断油电磁阀为比例式电磁阀，其停车手柄位于停车位置时电子调速器恰好位于零位。本发明采用了三闭环恒转速控制方案及电子油门驱动机构，实现了柴油发动机的恒转速、恒压力和恒流量三种工况稳定工作模式，扩宽了柴油发动机的工作范围和工作状态。
【IPC分类】F04D29/42, F02D29/04, F02D31/00, F02D1/10, F04D9/02, F02D1/12
【公开号】CN105443252
【申请号】CN201510957946
【发明人】赵宏民, 杨晶, 马玉琴, 吕秋洁, 张振华, 冯思涛
【申请人】陕西航天动力高科技股份有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月18日