Werking generator
Snelheidsregelaar
Woodward
Bij stroomgeneratoren is een regelaar nodig om de snelheid van de verbrandingsmotor te stabiliseren (eilandgebruik) of om het geleverd vermogen in te stellen (netgekoppeld). De zogenaamde "Woodward" is één van de meest bekende types.
-

-

De Woodward is een mechanische snelheidsrelaar die gebruikt wordt in grotere stroomgroepen. Meestal is er één zichtbare instelling (namelijk de snelheid), maar de regelaar heeft in feite meer afregelpunten om zijn werking te stabiliseren in alle mogelijke situaties. De rotatiesnelheid van de motor bepaalt de netfrekwentie bij generatoren.

Dergelijke regelaars worden gebruikt op verschillende soorten motoren, zoals verbrandingsmotoren voor stroomgroepen, maar ook op stoomturbines en waterturbines. De regelaar wordt ook gebruikt op scheepsmotoren.

De regelaar gebruikt de motorsnelheid als input (meetwaarde) en vergelijkt die met een setwaarde. Bij generatoren is de ingestelde snelheid vastgelegd, maar voor motoren die op schepen gebruikt worden kan de snelheid vanop afstand ingesteld worden. Bij grote dieselmotoren in schepen is het werkingsgebied tussen vrijloop en maximale belasting eerder beperkt (bijvoorbeeld 500 tot 950 RPM), het vermogen (gewenste vaarsnelheid) wordt eigenlijk ingesteld door de hoek van de schroefbladen in te stellen.

De output van de regelaar is een instelling hoeveel brandstof ingespoten moet worden. Grote generatoren hebben meestal een apart instelbare injector per cylinder (de belasting per cylinder kan dan gemeten worden door de uitlaatgassentemperatuur van die cylinder te meten).

Eenzelfde soort regelaar kan ook gebruikt worden in stoomturbines, maar de regelaar is complexer omdat die ook rekening moet houden met de stoomdruk.

Eenmaal de motor begint te draaien, wordt de rotatie gebruikt om de servopompen aan te drijven. De woodward heeft een oliecarter zoals de gewone motor (met aparte olie!).

Kleinere generatoren gebruiken een gelijkaardige constructie met mechanische centrifugaalregelaar, maar er is geen hydraulisch systeem: dit systeem is dan ook minder stabiel.

Een regelaar heeft volgende instellingen (sommige instellingen kunnen met een draaiknop ingesteld worden, anderen met instelschroeven):

  • Set snelheid
    Dit is de gewenste motorsnelheid. De woodward zal deze snelheid proberen te handhaven, zolang de maximale belasting niet bereikt wordt.

    De snelheid kan meestal op de regulator zelf ingesteld worden, soms kan de snelheid vanop afstand ingesteld worden (bijvoorbeeld bediening vanop de brug). In geval van defekt (verbinding brug-woodward onderbroken) kan de snelheid nog manueel op de woorward zelf ingesteld worden door een slipkoppeling.

  • Droop
    Dit is een instelling die je ook zal aantreffen in het electronisch gedeelte (instelling van de bekrachtigingsstroom).

    Deze instelling bepaalt hoe strak de regellus is. Bij een belastingsverandering kan de snelheid constant blijven (droop = 0) of lichtjes zakken, afhankelijk van de droop-instelling.

    Bij losse generatoren wordt er een minimale droop ingesteld, zodat de motorsnelheid constant blijft ongeacht de belasting (isochrone werking). Soms is het nodig om een beetje droop in te stellen om een stabiele werking te bekomen bij vollast (onderdrukken van de neiging tot pendelen). Bij scheepsmotoren met eigen schroef stelt men de droop in op nul.

    Bij gekoppelde generatoren wordt een lage droop ingesteld zodat de netfrekwentie constant blijft. Bij generatoren met verschillend vermogen (geen goed idee, maar ja, jij zit nu eenmaal opgeschept met oude rommel en een paar goedkope extra generatoren om aan het totaal vermogen te geraken) wordt er een lagere droop ingesteld voor zwaardere machines. De sterkere generatoren zullen de boel recht houden en de frekwentie min of meer stabiel houden.

    Bij netgekoppelde generatoren moet er een maximale droop ingesteld worden, want de netfrekwentie wordt toch door het net zelf bepaald (de bijdrage van de generator is infinitesimaal). De droop zorgt ervoor dat als de ingestelde snelheid zou verlopen (bijvoorbeeld door verontreinigingen in de olie van de woodward) de motor niet teveel of te weinig belast zou worden. De instelling (setsnelheid) regelt eigenlijk direct het debiet (inspuiting) zonder rekening te houden met het toerental. Het debiet bepaalt het motorvermogen, dus hoeveel vermogen de generator in het net pompt.

  • Stabiliteit
    Deze instelling onderdrukt het pendelgedrag, vooral bij vrijloop of lage belasting. Bij een te lage instelling is de stabilisatie te traag: bij een stijging van de belasting zakt de motorsnelheid, om dan weer bij te regelen. Bij een te hoge regeling is er overshoot met risico op pendelgedrag.

    In de praktijk zal men de regelaar zodanig instellen dat bij het manueel wijzigen van de inspuiting (de outputstang van de regelaar met de hand verlagen en loslaten) de snelheid weer snel opnieuw bereikt wordt, maar zonder overshoot. De generator moet natuurlijk in eilandbedrijf werken voor deze test. Men kan ook een grote verbruiker in- en uitschakelen en het regelgedrag bekijken.

  • Maximale belasting
    Dit is eigenlijk een mechanische stop: de regelaar zal nooit meer dan een zekere hoeveelheid brandstof inspuiten.

  • Minimale inspuiting
    Dit is niet de vrijloopsnelheid van de motor, maar een minimale inspuiting om de motor draaiende te houden (bijvoorbeeld bij defekt: drukverlies in de regelaar). De regeling werkt dan niet meer en het motortoerental varieert naargelang de belasting (en de motortemperatuur), dit is meestal de instelling die op schepen gebruikt wordt. In sommige gevallen is de minimale inspuiting nul en valt de motor stil bij defekt (meeste generatoren)
De regelaar is zodanig ontworpen dat je manueel (met de hand) de inspuiting kan bijstellen door de stuurstang met de hand te bedienen, als je de stuurstang loslaat, dan komt de regelaar terug naar zijn normale instelling.

De droop instelling komt overeen met de PID (integrator) instelling van een PID regelaar, de stabiliteit met de PID (differentieël) en de instelsnelheid met de PID.

De afbeelding rechts toont de "ingewanden" van een woodward regelaar.

  • A Brandstofinspuiting (of stoomdebiet, waterdebiet), maakt geen deel uit van de woodward.

  • B Drukverdeler, de oliedruk wordt naar de boven- of onderkant van de werkzuiger gestuurd

  • C Werkzuiger, stuurt de brandstofinspuiting

  • D Compensatiezuiger, meet de uitslag van de werkzuiger

  • E Hulpzuiger, werkt de druk van de centrifugaalregelaar tegen om tot een stabiele stand te komen

  • F Oliepomp, er zit olie in de carter van de woodward. Als de motor draait wordt de olie naar de verdeler gepomt via een drukregelaar

  • G Drukregelaar, als de druk te hoog wordt stijgt de zuiger (tegengehouden door een veer) waardoor de olie direct terug naar de carter kan vloeien.

  • H Drukegalisatie, via een fijne doorgang wordt de druk in de hulpzuiger teruggebracht tot de carterdruk.

  • I Watt regelaar

  • S Stappenmotor of manuele instelling van het motortoerental

We beginnen de beschrijving van het systeem met de stappenmotor voor de instelling van het toerental. Dankzij een slipkoppeling is het ook mogelijk om de snelheid manueel bij te stellen. Sommige regelaars hebben geen stappenmotor (enkel lokale bediening).

De instelling van het toerental is eigenlijk een instelling van de veerkracht die op een centrifugaalregelaar inwerkt. De centrifugaalregelaar wordt aangedreven door de motor (0), de motor zorgt ook voor de oliedruk. De output van de woodward is de instelling van de inspuiting.

Als de belasting van de motor daalt (bijvoorbeeld: de motorolie komt op temperatuur, de electrische belasting van de generator wordt afgeschakeld of de schroefstand (pitch) van de schroef wordt verminderd dan zal de snelheid van de motor stijgen.

De bollen van de centrifugaalregelaar gaan uit elkaar (1) waardoor de schuif van de verdeler naar boven gaan (2). De hoge druk kan naar de werkzuiger gaan (3), terwijl olie aan de onderkant van de werkzuiger kan wegvloeien (4. De werkzuiger gaat naar beneden en verlaagt zo de brandstofinspuiting (5).

De compensatiezuiger wordt ook naar boven getrokken (6). Door de communicerende vaten wordt de hulpzuiger naar beneden getrokken (7) waardoor de schuif van de verdeler opnieuw naar beneden gaat (2 in omgekeerde richting). Daardoor wordt het verder dalen van de werkzuiger gestopt.

Zolang en brandstof aanwezig is blijft de motor draaien. Om het stil te leggen wordt bijvoorbeeld de stang van de inspuiting naar minimum getrokken met een electromagneet en wordt de brandstoftoevoer onderdrukt door de electroventiel stroomloos te zetten. Door twee systemen te gebruiken is men zeker dat de motor ook daadwerkelijk stilvalt als het moet.

Tegenwoordig gebruikt men vaker electronische brandstofinspuiting, waardoor de mechanische instelling van de inpuitpompen komt te vervallen. De electronische regelaar die gebruikt wordt voor de instelling van de bekrachtigingsstroom wordt ook gebruikt om de inspuitmodule te sturen (bijvoorbeeld met een stuurstroom 4-20mA).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's