Відцентровий регулятор

Відцентро́вий регуля́тор (регуля́тор Ва́тта) — автоматичний пристрій, робота якого ґрунтується на використані відцентрової сили для стабілізації обертання шляхом впливу на положення дросельної заслінки регулювання подавання пари в парову машину. Інакше — механізм, який створює негативний зворотний зв'язок для керування швидкістю обертання в машинах різноманітних способів дії та призначення. Вперше використано у 1788 році Джеймсом Ваттом.

Спосіб дії відцентрового регулятора

Кінематична схема регулятора Ватта

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

У паровій машині було важко керувати потужністю. Складно було втримати сталі оберти за змінного навантаження. Регулятор Ватта самостійно зменшував чи збільшував подавання пари, утримуючи постійною 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, 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 силкується перемістити кульки у напрямку від осі обертання. За такої будови регулятора, це призведе до підняття кульок вгору. Рух кульок через ковзну втулку і систему важелів спричинить закривання заслінки, а це зменшить подавання пари до парової машини. Частота обертів знизиться, зменшиться і відцентрова сила, кульки опускаються спричиняючи відкриття заслінки, що забезпечить збільшення подавання пари.

Залежно від підібраних показників машини, регулятора, подавання пари і навантаження — парова машина могла ритмічно підтримувати коливання частоти обертання в межах певного значення, а якщо параметри добре підібрані, то встановлювалась незмінна швидкість. Для забезпечення стійкості роботи, необхідно щоби ковзна втулка переміщалась в умовах тертя. Чим вищий момент інерції механізму, тим сильнішим повинно бути тертя. На сучасних потужних двигунах для цього використовується демпфер.

Регулятор зображений на малюнку є гравітаційним регулятором, що забезпечує стабілізацію тільки однієї частоти обертання. Щоби змінити цю швидкість слід було зупинити машину і замінити кульки на легші (менші оберти) або важчі (більші оберти). Наступні конструкції регулятора, мали у своїй будові додаткову 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 застосовують:

• для усталення 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» [Архівовано 29 квітня 2007 у Wayback Machine.]