گاورنر ها

نویسنده: محمد رضا کمالی سروستانی 

گاورنر ها (Governor )به معنی فرماندار، کنترلر هایی (controller )هستند که

به عنوان محدود کننده های سرعت (limiter speed )شناخته می شوند و

وظیفه اندازه گیری و تنظیم کردن سرعت یک سیستم، مثل یک موتور را بر عهده دارند.

برای تمامی دستگاههای دورانی که به منبع سوخت یا برق متصل هستند، تعیین محدوده خاصی برای

سرعت، امری ضروری است. چرا که با تغییر سرعت دورانی، تغییر مصرف سوخت و یا افزایش

مصرف برق، نتیجه میشود. مثلا در دستگاههايي نظير ژنراتورهاي برق، افزايش بار در شبكه موجب

افت سرعت دوراني ژنراتور میشود. از آنجا که فركانس برق شهر با فرکانس دوران ژنراتور برابر

است، فرکانس برق شهر با تغییر سرعت دورانی ژنراتور تغییر میکند. اين تغيير فركانس موجب

اختلال در دستگاههاي الكتريكي و الكترونيكي ميشود. براي رفع اين نقص، نياز به يك سيستم كنترل

ميباشد. این فرمان بایستی جهت تطبيق قدرت ورودي با قدرت خروجي بوده و از تغيير سرعت

دوراني ژنراتور جلوگيري کند. براي اين منظور از دستگاه گاورنر استفاده ميشود. گاورنر دستگاهی

است که به طور خودکار سرعت چرخش یک متحرک را در محدوده خاص حفظ میکند.

گاورنرها به سه دسته ي مكانيكي، پنوماتیکی و الكترونيكي تقسيم ميشوند. گاورنر مکانيکي با

تشخیص سرعت دورانی، به عملگر فرمان داده و عملگر عمل مناسب را براي کنترل سرعت انجام

ميدهد. اين عمل ميتواند باز و بست کردن شير کنترل ورودي سوخت باشد. گاورنرهای پنوماتیکی

برای کنترل سرعت دورانی در هر محدودهای (سرعت صفر تا سرعت نهایی )مناسب اند. از گاورنرهای

الکترونیکی به دلیل حساسیت و واکنش سریع آنها به تغییرات سرعت استفاده میشود. گاورنرهای

الکترونیکی دارای دقت بسیار زیادی نسبت به دو نوع دیگر میباشند.

انواع گاورنر

۱( گاورنر مکانیکی

مطابق شکل فوق، گاورنر مکانیکی از محور دواري تشکيل شدهاست که این محور به لغزنده متصل

ميشود. هرگاه اين محور در حالت سکون قرار داشته باشد، به دليل وزن اجزاي آن، وزنه ها جمع شده

و لغزنده در پايين ترين موقعيت خود قرار ميگيردد. با دوران محور، وزنه ها نيز دوران ميکنند و

طبق نیروی مجازی گریز از مرکز، از مرکز دوران دور ميشوند. (میدانیم که نیروی گریز از مرکز در

حقیقت عکس العمل شتاب جانب مرکز است. به همین دلیل گاورنرهای مکانیکی به نیروی مجازی گریز

از مرکز وابسته اند)اين دور شدن تا زماني ادامه مييابد که نيروي گریز از مرکز آنها با نيروي وزن

لغزنده خنثي شود. در اين صورت لغزنده در موقعيت عمودي جديدي قرار ميگيرد که باالتر از حالت

اوليهي خود است. هر چه سرعت دوران محور افزايش يابد، وزنهها از مرکز دوران دورتر شده و

لغزنده بالاتر  مي آيد.

براي کنترل سرعت دوران ژنراتور برق، محور گاورنر به محور اصلی ژنراتور متصل شده و با آن دوران

میکند. همچنین لغزندهی گاورنر از طريق يک بازو به اهرم تنظيم سوخت متصل ميشود. حال اگر بار

الکتریکی ژنراتور افزايش يابد، دور ژنراتور و دور گاورنر کاهش مییابد. با کاهش دور گاورنر، لغزندهي

آن پايين ميآيد. با پایین آمدن اهرم تنظیم سوخت، شیر ورودي سوخت بازتر شده و توان ورودي به

ژنراتور افزايش مييابد. با افزايش توان ورودي، دور ژنراتور افزايش مييابد و به نزديکي دور اوليه

ميرسد. اگر بار ژنراتور کاهش يابد، سرعت دوران محور ژنراتور محور گاورنر افزايش مییابد. با

افزایش دور گاورنر وزنه ها از مرکز دوراندور میشوند و لغزنده به سمت بالا حرکت ميکند. با حرکت

لغزنده به سمت باال، شير تنظيم سوخت بسته تر شده و توان ورودي را کاهش ميدهد. با کاهش توان

ورودي، دور محور نيز کاهش مييابد و به نزديکي دور اوليه ميرسد.

گاورنر پنوماتیک (نیوماتیک Pneumatic)

مکانیزم گاورنر جریان هوا را از دمنده فلایویل  که برای خنک کردن موتور هوا خنک استفاده میشود،

تشخیص میدهد. طراحی معمولی شامل یک پره هوا است که در داخل محفظه دمنده موتور نصب

شده و به شفت دریچه گاز کاربراتور متصل است. یک فنر دریچه گاز را باز میکند و با افزایش سرعت

موتور، افزایش جریان هوا از دمنده، پره را به سمت فنر باز میکند و تا حدی دریچه گاز را میبندد. در

نهایت به نقطه تعادل رسیده و موتور با سرعت نسبتًا ثابتی کار خواهد کرد .گاورنر های پنوماتیکی از

نظر طراحی ساده و ارزان قیمت هستند. با این حال، آنها سرعت موتور را خیلی دقیق تنظیم نمیکنند

و تحت تأثیر چگالی هوا و همچنین شرایط خارجی هستند که ممکن است بر جریان هوا تأثیر بگذارند.

از گاورنر پنوماتیک یا فلپ برای تنظیم تزریق سوخت موتور احتراق داخلی استفاده میشود.

گاورنرهای پنوماتیکی کل محدوده سرعت یک موتور را کنترل میکنند. این نوع گاورنرها بر اساس

اصل اثر ونتوری کار میکنند. در ونتوری، انرژی فشار )PE )به انرژی جنبشی )KE )برای محاسبه

سرعت جریان )دبی( تبدیل میشود. این دسته از گاورنرها به سرعت هوا در منیفولد ورودی موتور

واکنش میدهند.

گاورنر پنوماتیک دو قسمت اصلی دارد.

یک بخش ونتوری متصل به منیفولد ورودی هوا. این بخش سرعت جریان هوا را تشخیص داده و با

توجه به سرعت هوا، خالء ایجاد میکند. این بخش شامل یک شیر پروانهای است که به پدال گاز

متصل میشود.

یک واحد دیافراگمی که بر روی خط تزریق سوخت نصب شدهاست. واحد دیافراگمی در انتهای پمپ

بنزین نصب میشود. این واحد منبع سوخت را با توجه به افزایش یا کاهش خالء کنترل کند.

مزایای گاورنر پنوماتیکی

طراحی ارزان و ساده

توانایی کنترل محدوده سرعت موتور از دور آرام تا دور حداکثر

حساسیت عالی برای فرماندار بیکار پایدار.

معایب گاورنر پنوماتیکی

حساسیت بیش از حد در سرعت باالتر – باعث تغییر ناگهانی گشتاور موتور میشود.

ممکن است نشت کند

سرعت جریان تحت تأثیر چگالی هوا است.

گاورنر الکترونیکی

گاورنرهای الکترونیکی برای بسیاری از کاربردها و انواع موتورها مناسب هستند. گاورنرهای

الکترونیکی پاسخی سریع و بدون افتادگی به تغییرات بار ارائه میدهند. آنها تا ۲۰۰ برابر سریعتر از

گاورنرهای مکانیکی هستند. این بدان معنی است که هیچ افتی در مجموعه وجود ندارد، بنابراین

قدرت تحت بارهای متغیر در پمپها و سایر کاربردهای موتور ثابت میماند.

کاربردهای گاورنر

همانطور که ذکرشد، مهمترین کاربرد گاورنر، در تعیین سرعت دورانی و مصرف سوخت است. در ذیل

به وسایل و تجهیزاتی که گاورنر بطور مستقیم در آنها استفاده شدهاست، میپردازیم.

هواپیما

پروانههای هواپیما کاربرد دیگری از گاورنر است. گاورنر سرعت دورانی شفت را حس میکند و زاویه

تیغه ها را برای تغییر گشتاور روی موتور کنترل میکند. بنابراین با افزایش یا کاهش سرعت هواپیما،

سرعت دورانی موتور ثابت نگه داشته میشود.

موتورهای کوچک

موتورهای ماشینهای چمن زنی، ژنراتورهای قابل حمل و تراکتورهای چمن و باغ مجهز به گاورنر

هستند. در این تجهیزات گاورنر وظیفه محدود کردن سوخت موتور بهازای سرعت مشخص را دارد.

کنترلرهای توربین

در توربینهای بخار، گاورنر برای نظارت و کنترل دبی بخار به داخل توربین با هدف ثابت نگه داشتن

سرعت چرخش آن استفاده میشود. دبی بخار با قراردادن دریچههایی بین دیگ بخار و توربین کنترل

میشود.

در توربینهای آبی از اواسط قرن نوزدهم از گاورنرها برای کنترل سرعت آنها استفاده میشد. یک

سیستم گاورنر مکانیکی که در باال تشریح شد. از سال ،1930 بجای استفاده از گاورنرهای مکانیکی

شروع بهاستفاده از کنترلرهای PID برای کنترل دقیقتر کردند. در اواخر قرن بیستم، گاورنرهای

الکترونیکی و سیستمهای دیجیتال جایگزین گاورنرهای مکانیکی شدند.