一节柴油机转速的调节
一、调速器的作用
柴油机的不同转速是通过改变每一循环的喷油量获得的。在一定的外界负荷条件下，供给柴油机一定燃油量，使柴油机发出的功率与外界负荷相平衡，柴油机就在某一转速下稳定运行。
船用柴油机的外界负荷是经常变动的，欲使柴油机的功率与新的外界负荷相适应，就应及时改变喷油量。为了使柴油机在选定的转速下稳定运行，必须装有专门的调速装置─一调速器，通过它自动地改变柴油机喷油泵的喷油量，以适应外界负荷的变化。
发电柴油机要求在外界负荷（用电量）变化时能保持恒定的转速，以保证发电机输出的电压和频率恒定，满足并车及供电需要。所以发电柴油机必须装设定速调速器，确保外界负荷变化时，柴油机的转速基本不变。
用作船舶推进的柴油机，受装载、风力、波浪及水流等影响，外负荷（船舶阻力）会忽大忽小。但为了保证主机在特殊航行条件下（风浪中螺旋桨露出水面、断轴、掉桨）的安全，根据我国有关规定必须装“极限调速器”（简称限速器），当主机转速增至115％标定转速时自动切断燃油供给。另外，为了避免海况变化造成的主机转速上下波动，提高柴油机的工作可靠性和工作寿命，通常都在主机上装设“全制式调速器”，使转速不随外界负荷变化而产生波动。
二、调速器的分类
1．接转速调节范围分类
（1）极限调速器（限速器）
（2）定速调速器（单制式调速器）
（3）双制式调速器
（4）全制式调速器
2．按作用原理分类
（1）机械调速器（直接作用式）：它直接利用飞铁（飞重）产生的离心力与调速弹簧张力之间的不平衡力去移动油量调节机构来稳定柴油机的转速。其结构简单、工作可靠、维修方便，广泛用于中、小型柴油机。其缺点是工作能力较小，不能实现恒速调节。
（2）液压调速器（间接作用式）：它利用飞铁产生的离心力与调速弹簧张力之间的不平衡力去操纵液压伺服器（油压放大器），利用液压作用产生更大的动力去移动油量调节机构来调节柴油机的转速。液压调速器转速调节范围广、调节精度高、稳定性好、通用性强，但其结构复杂、调试及维护所要求的技术较高，它广泛用于大、中型柴油机。
（3）电子调速器：信号监测或执行机构采用电气方式的调速器称电子调速器。
三、超速保护装置
此种超速保护装置是一种运转安全装置，它与调速器不同，它只能限制柴油机转速，本身无调速特性，在柴油机正常运转范围内不起作用，只在柴油机转速达到规定限值时才发生动作使柴油机立即停车或降速。按规定，超速保护装置必须与调速器分开设立而独立工作，无论柴油机的操纵机构处于什么状态，该装置的保护性动作必须迅速而准确。
第二节机械式调速器
一、机械式调速器的结构和工作原理（图8-1）
图8-1 机械式调速器原理图
柴油机运转时，飞铁座架和转轴一同旋转，飞铁便产生离心力，通过推脚向上作用在滑动套筒下端，滑套的上端受调速弹簧向下的张力作用。当柴油机发出的功率与外界负荷刚好平衡时，其转速稳定，飞铁的离心力与弹簧张力相等，柴油处于稳定运转。
若外界负荷减小，则柴油机发出的功率会大于外界负荷而使转速增加，这时飞铁离心力将大于弹簧的预紧力而使滑动套筒上移，通过直角形杠杆迫使油量调节机构向减油方向（右）移动（图中虚线所示）。随着喷油量减少，柴油机转速便下降，飞铁离心力也减小了，直到其离心力与调速弹簧张力又平衡为止，此时柴油机又重新稳定运行。从图中虚线可以看出，新的滑动套筒位置稍高于原来位置，调速弹簧又稍被压缩。说明：外负荷减小后，在新的稳定位置，飞铁的离心力比原先的大，经调速器自动调速后的转速比原来稍高，出现“转速差”。这是机械式调速器所固有的特性，是避免不了的。
同理，当外界负荷增加时，调速器的动作与上述相反，飞铁离心力与弹簧作用力在彼此都减小的情况下重新稳定的转速比原转速稍低。
另外，若想提高柴油机的转速，可以将调整螺钉向下旋动，加大调速弹簧5的张力，使油量调节机构左移加油。同理也可通过调整螺钉降低柴油机的转速。
二、调速器的性能指标（图8-2）
1．调速器的静态指标
1）稳定调速率δ2
调速器标定工况下的稳定调速率δ2是根据标定工况突卸全部负载求得的。它是指当操纵手柄在标定供油位置不变，柴油机在标定工况稳定运行时突卸全部负载，调速器起作用使柴油机重新稳定运行后，其最高空载转速（空车稳定转速）n0max与标定转速nb之差同标定转速nb比值的百分比，即
稳定调速率δ2用来衡量调速器的准确性。调速器存在调速率（也称速度降）说明当外界负荷变化时，柴油机的转速会有少量波动，其值较小就表示准确性好；如果δ2过大，不仅对被带动的工作设备的稳定工作不利，即便对空转时柴油机零件的磨损也是有害的。
稳定调速率的大小应根据柴油机的用途和要求而定，我国海船建造规范规定，船用主机调速器的稳定调速率应不超过10％，船用发电柴油机调速器的稳定调速率应不超过5％。对于单台柴油机允许δ2＝0，它表示柴油机的转速不会随外界负荷变化而保持恒速运转。但在几台柴油机并联工作时，为了按比例均衡分配负载，各柴油机的稳定调速率δ2必须相等且不为零。
图8-2 突卸、突增负载时转速调节过渡过程
2）转速波动率Φ或转速变化率
柴油机在稳定运转时，转速也会产生微小的波动，转速的变化程度可用“转速波动率Φ”或“转速变化率”来评价，两者定义不同，均用来衡量调速器的稳定性。一般让柴油机在某转速稳定运行15min，测定其间的转速波动情况。
转速波动率Φ表征稳定工况下转速波动的大小，转速变化率表征其转速变化的大小。为保证柴油机可靠运转，一般规定在标定工况时，Ф≤0.25％～0.5％，≤0.5％～1％。如果超过规定范围，就表示调速系统的工作不正常。
3）不灵敏度ε
调速器在工作时，因为调速器内的运动元件之间存在摩擦阻力，从调速器到喷油泵之间的传动件（拉杆、杠杆、销轴等）之间有间隙，各零件运动时有摩擦阻力和惯性力。因此当柴油机外界负荷有点变化并引起转速微量增加或减少时，调速器不会立即作出反应去改变供油量，而要到转速变化量足够大时，调速器才开始起到喷油量的调节作用。这种现象称为调速器的不灵敏性，通常用不灵敏度ε来表示不灵敏性的大小：
不灵敏度过大会引起柴油机转速不稳定，严重时会导致调速器失去作用，甚至产生飞车事故。不灵敏度ε随柴油机转速高低会有差异，当柴油机转速较低时，因调速器预紧力较小，产生张力也小，而传动机构的阻力却反而增大，造成不灵敏度加大。
