Регуляторы частоты вращения судовых двигателей внутреннего сгорани

А. Л. Чемодаков 

РЕГУЛЯТОРЫ 
ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ 
СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 

Учебное пособие 

Москва 
Берлин 
2020 

УДК 621.431.7(075) 
ББК 39.455.5я723 
Ч-42 

Рецензенты: 
Глушков C. В. — д. т. н., профессор, 
Морской государственный университет; 
Осипов О. В. — к. т. н., профессор МГУ, 
Морской государственный университет. 

Чемодаков, А. Л. 
Ч-42  
Регуляторы частоты вращения судовых двигателей внут-
реннего сгорания : учебное пособие / А. Л. Чемодаков — 
Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2020. — 79 с. 

ISBN 978-5-4499-0734-9 

Приведены общие сведения об элементах систем автоматического 
регулирования частоты вращения судовых двигателей внутреннего сго-
рания и турбин: назначение, конструкция, принцип действия, настроечные 
приспособления гидравлических регуляторов. Рассмотрены  общие све-
дения об элементах электронных систем регулирования частоты вращения 
их функциональные схемы. Описаны наиболее распространенные  серии 
гидравлических регуляторов, выпускаемые фирмой WOODWARD для 
судовых дизелей. Рассмотрены современные  электронные регуляторы, 
выпускаемые фирмами NABTESCO, KONGSBERG для судовых двигате-
лей внутреннего сгорания  
Пособие предназначено для обучающихся техническим специаль-
ностям, связанных с разработкой, технической эксплуатацией  судовых 
дизелей, а также может быть использовано для повышения квалификации 
судовых механиков. 
Текст приводится в авторской редакции. 

УДК 621.431.7(075) 
ББК 39.455.5я723 

ISBN 978-5-4499-0734-9
© Чемодаков А. Л., текст, 2020
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ..............................................................................................4 

1. Основные положения ......................................................................5

1.1. Функции регуляторов частоты вращения судового 
двигателя .........................................................................................7 
1.2. Классификация регуляторов частоты вращения .......................8 
1.3. Структурные схемы регуляторов ..............................................9 
1.4. Особенности применяемых законов регулирования .............. 11 
Контрольные вопросы ................................................................... 14 

2. Конструкция гидравлических регуляторов частоты
вращения ........................................................................................... 15 

2.1. Регуляторы серии UG фирмы WOODWARD ......................... 15 
2.2. Регуляторы серии РG фирмы WOODWARD .......................... 25
2.3. Регуляторы серии SG фирмы WOODWARD.......................... 41 
Контрольные вопросы ................................................................... 44 

3. Электронные регуляторы частоты ................................................ 46

3.1. Регулятор частоты вращения MG-800 (NABTESCO) ............. 46 
3.2. Регулятор частоты вращения DGS-8800 (KONGSBERG) ...... 58 
3.3. Алгоритм действия регулятора ............................................... 75 
Контрольные вопросы ................................................................... 77 

Литература ........................................................................................ 78 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

Одним из основных рабочих параметров двигателя внутреннего 
сгорания, определяющим его режим работы, является частота 
вращения. Условия эксплуатации судовых двигателей как главных, 
так и вспомогательных, характеризуются постоянными изменениями 
нагрузки в большом диапазоне, что вызывает колебания частоты 
вращения. Это, в свою очередь, может оказать отрицательное влияние 
на потребителей крутящего момента и сам двигатель. Переменная 
скорость вращения главного двигателя ухудшает управляемость 
судном, снижает экономичность работы двигателя, негативно сказывается 
на устойчивости его работы, приводит к механической перегрузке 
деталей кривошипно-шатунного механизма. Изменение 
частоты вращения дизель-генератора приводит к колебаниям параметров, 
вырабатываемого электрического тока, перераспределению и 
обменным колебаниям нагрузки в случае параллельной работы двигателей. 

Таким образом, поддержание необходимой частоты вращения 
и ее стабилизация является важным и необходимым при эксплуатации 
двигателя. Для выполнения этой задачи на судовых двигателях 
устанавливают регуляторы частоты вращения, которые, также, несут 
и дополнительные функции. К ним можно отнести ограничение 
топливоподачи и заданной скорости, управление двигателем, обеспечение 
параллельной работы двигателей и т. д. 
В предлагаемой работе рассмотрены наиболее распространенные 
в настоящее время гидравлические и электронные регуляторы 
скорости судовых двигателей. Описаны принципы действия, 
конструкции, настроечные приспособления и навесные устройства. 
Учебное пособие может быть использовано для обучения и переподготовки 
судовых механиков и специалистов, связанных с эксплуатацией 
двигателей внутреннего сгорания. 

4 

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 

Работа судового двигателя характеризуется колебаниями 
частоты вращения, вызванными нарушением баланса между подводом 
и отводом энергии. Основными причинами этого являются 
изменение подачи топлива и нагрузки двигателя. Возникающий при 
этом переходный режим приводит к изменению тепловых, механических, 
газодинамических параметров двигателя и, как следствие, 
вызывает снижение экономичности и надежности его работы. 
Область допустимых режимов (или «рабочая») при работе 
двигателя на винт (рис. 1) ограничена следующими линиями: «легкой» 
винтовой характеристики — 1, получаемой при движении судна 
порожнем, без балласта, идеальных погодных условиях и чистом 
корпусе (нулевом развороте лопастей при работе на винт регулируемого 
шага); предельной частоты вращения — 2; ограничительной 
характеристики минимальной подачи топлива — 3; минимально 

 

Рис. 1. Область допустимых режимов работы главного двигателя: 
1 — винтовая «легкая» характеристика; 2 — предельная частота 
вращения; 3 — ограничительная характеристика минимальной 
подачи топлива; 4 — минимально устойчивая частота вращения; 
5 — винтовая «тяжелая» характеристика; 6 — ограничительная 
характеристика по давлению продувочного воздуха; 7 — ограничительная 
характеристика по крутящему моменту; ограничительная 
характеристика по максимальной подаче топлива 

5 

устойчивой частоты вращения — 4; винтовой «тяжелой» характеристики — 
5, получаемой при швартовных испытаниях; ограничительной 
характеристики по давлению продувочного воздуха — 6; 
ограничительной характеристики по крутящему моменту — 7; 
ограничительной характеристики по максимальной подаче топлива — 
8. Выход за эти границы приводит к механической (линии 2, 7, 
8) и температурной перегрузке (линии 6, 8) двигателя или его неустойчивой 
работе, вплоть до остановки (линии 3, 4). Функции 
обеспечения допустимых режимов работы двигателя и изменение его 
скоростного режима в пределах рабочей области выполняет регулятор 
частоты вращения. 
Необходимость оборудования главных и вспомогательных 
двигателей регуляторами частоты вращения определена Правилами 
классификации и постройки морских судов Российского морского 
регистра судоходства (далее Регистр) и аналогичными документами 
иностранных надзорных организаций. Качество и точность регулирования 
частоты вращения двигателей нормированы международным 
(
ISO 3046-4:2009 
«Reciprocating 
internal 
combustion 
engines — Performance — Part 4: Speed governing») и российским 
(ГОСТ Р 55231–2012 «Системы автоматического регулирования 
частоты вращения (САРЧ) судовых, тепловозных и промышленных 
двигателей внутреннего сгорания») стандартами, а также Регистром 
для дизель-генераторов. Нормативные значения показателей качества 
и точности регулирования приведены в табл. 1. В пп. 2, 3, 4 
указаны проценты от номинальной частоты вращения. 
Регулирующим воздействием регулятора частоты вращения на 
двигатель является изменение топливоподачи посредством перемещения 
топливной рейки топливных насосов высокого давления 
(ТНВД) или газорегулирующего клапана у двухтопливных двигателей. 
Требуемое для этого усилие и скорость перемещения зависят от 
мощности двигателя, конструкции и количества ТНВД. Возможность 
регулятора для их выработки характеризуется показателем работоспособность 
R, определяемым как произведение усилия сервомотора 
и хода его поршня и измеряется в Нм (американские производители в 
фунт-сила ∙ фут): 

с
R
F L
=
, 

где 
Fc — среднее за ход усилие, развиваемое сервомотором; 
L — ход поршня сервомотора от нулевой подачи топлива до 
номинальной. 

6 

Таблица 1 

Нормативные значения 
показателей качества регулирования частоты вращения 

№ 
Показатели 
качества и точности 
регулирования 

Для главных 
двигателей 
(ГОСТ) 

Для 
дизель-генераторов 
(Регистр) 

1. 
Время переходного процесса 
регулирования  
≤ 10 с 
≤ 5 с 

2. 

Динамическое отклонение 
(наибольшее временное от-
клонение частоты вращения 
от заданного значения во 
время регулирования) 

≤ 10 % 
≤ 10 % 

3.
Наклон статической характе-
ристики (степень неравно-
мерности)

≤ 10 % 
≤ 5 % 

4.
Нестабильность (нечувстви-
тельность)
≤ 1,5 % 
≤1,0 % 

 
Значение максимальной работоспособности обычно указыва-
ется в маркировке регулятора. 
Электронные регуляторы, использующие в качестве исполни-
тельного устройства электродвигатель, характеризуются макси-
мальным моментом на его выходном валу. 

1.1. Функции регуляторов частоты вращения 
судового двигателя 

Современные регуляторы частоты вращения представляют 
собой многофункциональные устройства. Набор задач, решаемых 
регуляторами скорости, определяется назначением, свойствами, 
условиями работы двигателя. Однако можно выделить следующие 
функции, которые являются основными практически для всех регу-
ляторов. К ним относятся: 
1) обеспечение (поддержание) заданного скоростного режима 
двигателя; 
2) обеспечение управления двигателем (установка пусковой 
подачи топлива при пуске, отключение подачи топлива при оста-
новке двигателя или срабатывании системы защиты, изменение 

7 

скоростного режима по команде системы дистанционного управ-
ления); 
3) обеспечение параллельной работы двигателей (предотвра-
щение возникновения обменных колебаний нагрузки, распределение 
нагрузки между двигателями); 
4) ограничение подачи топлива: 
— по максимальному значению (ограничение предельной 
нагрузки), 
— по минимальному значению (предотвращение выхода в об-
ласть неустойчивой работы и остановки двигателя), 
— по частоте вращения (по крутящему моменту), 
— по давлению продувочного воздуха; 
5) защита двигателя: 
— по предельной частоте вращения, 
— по падению давления в системе смазки или охлаждения 
двигателя, 
— отключение подачи топлива по сигналу от системы защиты 
двигателя. 
6) ограничение задания частоты вращения. 
Для выполнения большинства указанных функций в состав 
регуляторов входят дополнительные навесные или встроенные 
устройства. 

1.2. Классификация 
регуляторов частоты вращения 

Конструкция регуляторов, их свойства довольно разнообразны. 
Рассмотрим классификацию регуляторов скорости по основным 
признакам. 
1.  По виду энергии, используемой для выработки регулиру-
ющего воздействия: 
— механические — используется механическая энергия; 
— гидравлические — используется энергия жидкости под 
давлением; 
— электрические (электронные) — используется электриче-
ский ток; 
— комбинированные — используется несколько видов энер-
гии. 
2. По источнику энергии, используемой для выработки регу-
лирующего воздействия: 

8 

— регуляторы прямого действия — регулирующее воздей-
ствие вырабатывается в измерителе регулятора (датчиком или за-
датчиком); 
— регуляторы непрямого действия — регулирующее воз-
действие вырабатывается усилителем, за счет дополнительно под-
водимой энергии. 
3. По точности регулирования: 
— статические регуляторы — регулирование осуществляется 
с ошибкой; 
— астатические регуляторы — обеспечивают точное под-
держание частоты вращения (без ошибки); 
— универсальные — возможно регулирование как с ошибкой, 
так и без (задается настройкой регулятора). 
4. По закону регулирования: 
— интегральные (И) регуляторы; 
— пропорциональные (П) регуляторы; 
— пропорционально-интегральные (ПИ) регуляторы; 
— пропорционально-интегральные с остаточной неравно-
мерностью (ПИ+П) регуляторы; 
— пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) 
регуляторы. 
5. По диапазону изменения регулируемого параметра: 
— однорежимные регуляторы — диапазон возможного из-
менения частоты вращения небольшой (примерно 80–105 % от но-
минального значения); 
— всережимные регуляторы — регулирование возможно во 
всем рабочем диапазоне двигателя (20–105 % от номинального зна-
чения). 
— предельные регуляторы — рабочий диапазон находится 
выше номинального значения частоты вращения.  

1.3. Структурные схемы регуляторов 

Регуляторы частоты вращения могут состоять из разнооб-
разных по конструкции и принципу действия элементов. Однако если 
рассматривать только их назначение, то в составе всех регуляторов 
можно выделить типовые элементы или функциональные блоки. 
С помощью них регулятор может быть представлен в виде функци-
ональной, или структурной схемы. 
Регуляторы прямого действия (рис. 2) состоят обычно из трех 
функциональных элементов: чувствительного элемента (датчика), 

9 

задающего элемента (задатчика) и элемента сравнения. Датчик слу-
жит для измерения текущего значения частоты вращения, задат-
чик — для задания частоты вращения, элемент сравнения определяет 
величину отклонения частоты вращения от заданного значения.  

 

Рис. 2. Структурная схема регулятора прямого действия 

Эти элементы конструктивно образуют измеритель. Также в 
состав регулятора прямого действия иногда может входить испол-
нительное устройство (сервомотор), служащее для преобразования 
сигнала от измерителя в регулирующее воздействие (если это необ-
ходимо). 
В состав регуляторы непрямого действия (рис. 3) входят: 
— измеритель, состоящий из датчика, задатчика и элемента 
сравнения; 
— усилитель, состоящий из управляющего элемента и ис-
полнительного устройства (сервомотора); 
— обратные связи. 

 
Рис. 3. Структурная схема регулятора непрямого действия 

10 

В усилителе за счет подводимой энергии происходит усиление 
сигнала и преобразование его в нужный вид — перемещение. Для 
получения большого по величине регулирующего воздействия уси-
литель может иметь несколько каскадов (ступеней) усиления. 
Отрицательные обратные связи используются для корректи-
ровки динамических свойств элементов регулятора. Определяющей 
для свойств регулятора является отрицательная обратная связь, 
охватывающая усилитель. В регуляторах частоты вращения обычно 
используют «жесткие» обратные связи — постоянно действующие, 
и/или «гибкие» (изодромные) — временные. 
Наличие или отсутствие обратных связей, а также их количе-
ство и тип определяют свойства регулятора, то есть его закон регу-
лирования. 
Обратные 
связи 
обычно 
имеют 
настроечные 
приспособления, с помощью которых и осуществляется корректи-
ровка свойств (настройка) регулятора.  

1.4. Особенности применяемых законов 
регулирования 

Основным признаком, отражающим динамические и статиче-
ские свойства регулятора, его возможности и назначение, является 
закон регулирования (вид математической зависимости, по которой 
вырабатывается регулирующее воздействие). Наиболее распростра-
нены следующие.  
1. Пропорциональный (П-регулятор).  
Положительные свойства: 
— простота; 
— способность работать на устройствах, не обладающих са-
мовыравниванием; 
— способность обеспечить параллельную работу двигателей. 
Недостатки — является статическим (поддержание параметра с 
ошибкой). 
Конструктивным признаком П-регулятора непрямого действия 
является наличие «жесткой» (постоянно действующей) обратной 
связи. 
Настроечным параметром, влияющим на свойства регулятора, 
является коэффициент усиления регулятора Кр. В качестве настро-
ечного приспособления для его изменения чаще всего используется 
подвижная опора одного из рычагов «жесткой» обратной связи. 

11