Автоматический регулятор И.И. Ползунова

В XVIII в. станки в движение приводило водяное колесо. Выдающийся русский изобретатель и теплотехник И.И. Ползунов заметил, что водяное колесо часто останавливается, и решил «водяное руководство пресечь». В 1763 г. он разработал проект универсального парового двигателя, впервые сконструировал автоматический регулятор питания котла водой.

На рисунке 3 изображена схема автоматического поплавкового регулятора уровня воды в паровом котле. При снижении уровня воды в котле поплавок 1 опускался, рычаг 3 заслонкой 2 приоткрывал отверстие для впуска воды в котел. И наоборот, при увеличении уровня воды поплавок поднимался, и заслонка закрывала трубу.

Изобретение первого регулятора для парового котла положило начало автоматизации котельных установок.

Сегодня в котельных установках используются автоматические приборы давления пара, температуры, уровня, регуляторы питания котла водой, топливом, воздухом и др. Автоматические системы взаимосвязано ведут регулирование параметров. Принцип поплавковых измерителей и регуляторов уровня, изобретенные более двухсот лет назад, широко используется в современных автоматических устройствах.

Патент № 1432

У английского столяра Уатта было два сына. Одного учили коммерческому делу. Другой, Джемс, с детства проявил склонность к механике. Делал игрушки, модели. Много читал, интересовался разными науками. Работал механиком при университете в Глазго.

В 1763 г. Джемс открыл мастерскую. Через год ему поручили отремонтировать «огневую» машину Ньюкомена. Джемс Уатт стал исследовать причины неудовлетворительной работы паровой машины. Он годами работал над ее усовершенствованием: изготавливал детали, собирал и испытывал машину. После многих опытов и конструктивных изменений долголетний труд Джемса увенчался успехом. Поршень двигался под действием пара не только вверх, но и вниз: пар поступал в цилиндр поочередно по обе стороны поршня.

В 1784 г. Джемс Уатт получил патент на центробежный регулятор скорости оборотов.

Регулятор (рис. 4) соединен с валом паровой машины. При увеличении числа оборотов вала 1 регулятора под действием центробежной силы шары 2 расходились, поднимаясь на шарнирах, и тянули за собой муфту 3. Через рычаг 4 движение передавалось задвижке 5, которая перекрывала отверстие для впуска пара в цилиндр паровой машины. Число оборотов машины при этом уменьшалось, а регулятор увеличивал подачу пара. Вращение вала паровой машины становилось равномерным.

Задача регулятора — автоматически поддерживать постоянное число оборотов вала. Центробежные регуляторе Уатта и сейчас используются для регулирования скорости вращения вала машин-двигателей, например гидротурбин.

На рисунке 5 показана упрощенная схема автоматического регулирования скорости вращения турбины на гидроэлектростанции.

При увеличении числа оборотов вала 6 гидротурбины муфта 5 переместится вверх и заставит рычаг 4 передвинуться вверх. Вместе с рычагом изменит свое положение и шток 3 поршня золотника. Масло станет поступать в верхнюю полость цилиндра и поршень 2 опустится вниз. Заслонка 7 уменьшит подачу воды к гидротурбине. Скорость вращения вала 6 становится постоянной.