Регуляторы*

— Это название придается большому числу самодействующих приборов, служащих для поддержания равномерности хода разного рода явлений. Так, Ватт устроил "центробежный Р." для уравнения скорости вращения своей паровой машины, когда изменяются сопротивление ее движению или давление пара в котле. Подобные Р. составляют в настоящее время необходимую принадлежность хороших тепловых, водяных и ветряных двигателей; существуют Р. гальванического тока, давления пара и газа, а также Р. температуры, так наз. термостаты (см.). Каждый из этих Р. обладает органом, приходящим в движение, когда регулируемое количество становится больше или меньше назначенной величины, и прямо или косвенно воздействующим на источник энергии, производящий регулируемое явление. По этому самому ни один из них не может действовать вполне точно: уклонение должно дойти до некоторой конечной величины, прежде чем будут пересилены инерция частей самого Р. и сопротивления движению его частей и органов, воздействующих на источник энергии. По тем же причинам и вследствие инерции регулируемого прибора почти всегда Р. продолжает несколько свое движение после того, как регулируемая величина получит свое прежнее значение, и равновесие достигается лишь после нескольких постепенно убывающих колебаний в ту и другую сторону. Таким образом, Р. являются скорее "модераторами", умерителями слишком больших колебаний, не способными, однако, строго поддерживать неизменяемость. Теоретическому исследованию подвергалось многократно лишь действие разного рода центробежных регуляторов машин-двигателей, но вопрос остался еще далеко не расследован вследствие своей сложности. Р. этого рода состоят почти всегда из двух тяжелых тел, прикрепленных на концах двух стержней равной длины, соединенных шарнирами с вращающимся валом, а другой парой стержней — с шарнирами, так связанными с муфтой, скользящей вдоль этого вала, что она приближается к месту скрепления первых стержней с валом, когда тяжелые тела удаляются от вала при возрастании скорости его вращения. Муфта эта или непосредственно связана с клапаном, пропускающим пар в цилиндр или воду в турбину с золотником, производящим отсечку пара, или же только сообщает с этими органами особый механизм, движущий их в ту или другую сторону, смотря по тому — двигается ли муфта в сторону, соответствующую возрастанию скорости вращения, или наоборот. В иных Р-х вал вертикальный, и тяжелые тела опускаются под влиянием своего веса; в других, так назыв. "астатических" Р. стержни составляют параллелограмм, нижний угол которого закреплен, а верхний подвижен. При таком устройстве тяжелые тела станут двигаться в горизонтальной плоскости; если стержни, их поддерживающие, вдвое длиннее сторон шарнирного параллелограмма Р., тогда сила тяжести не будет более приводить их к валу в положение равновесия, а для этого надо будет их снабжать пружинами. Зато Р. такого рода может вращаться и около горизонтального вала и действовать правильно на машину качающегося парохода. Когда механическое устройство одного из таких Р. геометрически определено, уже не трудно вывести закон движения его муфты под влиянием данного изменения скорости вращения вала (см., например, W. Lynen, "Расчет центробежных регуляторов", М., 1897, перевод Лужецкого), но нелегко выразить математически зависимость движущей силы машины от перемещения регулирующего клапана: в большинстве случаев эта зависимость остается неизвестной и в формулы приходится вводить лишь заведомо неточные, приблизительные предположения и потом еще упрощать эти формулы, чтобы иметь возможность сделать какие-либо обобщения. Если прибавить еще то обстоятельство, что обыкновенно изменения сопротивлений, вызывающие изменения скорости двигателя, вполне случайны и часто просто зависят от числа станков, пущенных в ход по воле работающих, то станет ясна вся трудность такой задачи. Несмотря на все это, ученые получили уже многие важные выводы относительно способа действия Р. Один из первых много способствовал этому проф. И. Вышнеградский своей работой, написанной еще в 1877 г.: ему удалось после многих упрощений вопроса выразить зависимость движения муфты Р. от силы двигателя и изменения его скорости — помощью линейного дифференциального уравнения третьего порядка с постоянными коэффициентами. Исследуя интеграл этого уравнения, он нашел, что при одной зависимости между коэффициентами Р., выведенный из своего положения равновесия изменением скорости машины, станет делать колебания все более и более возрастающие: очевидно, при таких условиях он будет только портить дело. При другом определенном соотношении этих коэффициентов (зависящем от конструкции Р.) колебания эти будут более или менее быстро уменьшаться, Р. станет действовать правильно. Но возможно и такое соотношение коэффициентов, при котором вовсе не будет колебаний муфты Р., а будет лишь "апериодическое", плавное приближение ее к положению равновесия и соответственное ему плавное "асимптотическое" (см. Гипербола) приближение изменившейся скорости машины к ее заданной величине. Этот последний идеальный случай Р-ра возможен лишь тогда, когда Р. снабжен органом, вызывающим сопротивления, зависящие от скорости вращения и от квадрата этой скорости, так наз. "катарактом": поршнем, движущимся в жидкости, или крыльями, вызывающими сопротивление воздуха. Р. абсолютно удобоподвижный не мог бы правильно действовать; трение и инерция в большинстве Р. способствует правильности их действия, заменяя отчасти "катаракт". Эти результаты в общем подтверждаются опытом: укажем, например, на известный Р. Фуко с крыльями, успешно применяемый для уравнивания движения научных самопишущих приборов, и на действующий в электрических фонарях Р. электрического тока Сименса, снабженный воздушным катарактом в виде поршня, движущегося в цилиндре. Практика показала, что многие не вполне апериодические Р. действуют достаточно правильно для уравнивания непериодических изменений скорости обыкновенных паровых и газовых двигателей, так как у них маховик (см.) уравнивает уже в значительной степени периодические неравномерности скорости, происходящие в течение одного оборота и обусловливаемые отсечкой пара, неравномерностью его давления в разные периоды одного оборота машины, а также геометрическими свойствами механизма, превращающего прямолинейное движение поршня во вращательное. В некоторых газовых и керосиновых двигателях, где вообще Р. просто устраняет впуск газа под поршень, пока скорость не уменьшится до заданной величины, вместо центробежных регуляторов употребляется очень простой Р. — маятник. Горизонтальная ось вращения этого маятника передвигается прямолинейно вместе с поршнем; в определенный момент его движения маятник, отклоненный от своего положения равновесия, освобождается, начинает свое колебание и в определенном месте ударяет концом особого своего придатка прямо в стержень, открывающий клапан для впуска газа. Если же скорость машины больше заданной, маятник не успевает еще дойти до надлежащего положения и, ударяясь о стержень наклонной частью своей поверхности, отклоняется в сторону, не открыв клапан. Особый отдел составляют Р. истечения жидкостей, газов и пара. Первообразом одного типа Р. этого рода служит так назыв. лампа "модератор", изобретенная в Париже в первой половине XIX стол. В лампе этой горит масло, которое поднимается в горелку из резервуара под давлением спиральной пружины на поршне. Когда пружина эта заведена и поршень поднят высоко, давление его больше, а по мере выгорания масла и опускания поршня оно падает, поэтому и количество притекающего масла было бы в начале чрезмерно, а в конце недостаточно. Чтобы устранить это обстоятельство, в верхней, неподвижной половине трубки, приводящей масло к горелке, укреплена вдоль ее оси проволока, конически заостренная книзу; другая половина трубки, соединенная с поршнем, входит при его поднятии в кольцеобразное пространство между внутренней поверхностью верхней трубки и проволокой и очень стесняет просвет. Поэтому вначале масло поднимается медленно, несмотря на сильное давление. По мере понижения поршня и уменьшения силы пружины длина суженной части трубки уменьшается; подбирая размеры трубок и проволоки, изобретатель достиг достаточной степени регулирования притока масла. На этом же принципе основывается устройство многих Р-ов истечения газа для газовых горелок и целых газопроводов. Так, в Р. Жиру (рис. 1) для уличных фонарей газ входил снизу в цилиндрик E сантиметра два диаметром, внутри которого свободно двигается легкий металлический поршень d.

Фиг. 1.

Выходит газ через центральные отверстия F, С в крышке В Р, из которых F почти вполне закрывается коническим придатком k в центре поршня, когда этот последний поднимается под влиянием возрастания давления газа. В толще E стенок Р. сделан канал MA, соединяющий пространство под поршнем с пространством над ним; особым винтиком е можно стеснять сечение этого канала, закрываемого крышкой Т. Таким образом можно всегда урегулировать истечение газа так, чтобы получить хорошее пламя при нормальном давлении, потому что вес поршня так подобран, что он при этом плавает около своего среднего положения. При возрастании давления поршень поднимется, сузит свободное сечение выходного отверстия и уменьшит пламя; при уменьшении давления произойдет обратное. Несколько иного устройства Р. для пользования запасом газа, сильно сжатым в резервуар, для освещения и др. целей, когда требуется выпускать его лишь с небольшим определенным избытком давления против атмосферного. В Р. Пинча для освещения вагонов сжатым светильным газом (фиг. 2) он выпускается предварительно в котелок, закрытый сверху плотной, но гибкой, волнообразно изогнутой крышкою M, через особый клапан F, состоящий из цилиндрической металлической пробки, двигающейся в плотно охватывающем его цилиндре.

Фиг. 2.

Давление газа выпирает пробку книзу и тем открывает боковое отверстие для выхода газа в котелок; этому движению противодействует рычаг HD, связанный стержнем Z с шарнирами с центром податливой крышки и сверх того снабженным пружиною F. Как только количество газа, вытекающего в котелок, превысит количество потребляемого горелками, давление в котелке возрастает, крышка его поднимается и закрывает клапан V. — Р. Пинча действует плавно, вероятно вследствие того, что большая поверхность гибкой крышки встречает в своем движении достаточное сопротивление воздуха и газа и заменяет особый катаракт. См. ст. И. Вышнеградского в "Изв. Технологического института" (1877 и 1878); труд L. Lecornu ("Regularisation du mouvement"), составляет один из томов "Encyclopedie des Aide-Memoire" (изд. L éauté в Париже); Р. для газа: О. Pfeiffer, "Das Gas" (Веймар, 1896). Описания Р. разбросаны в технических журналах.

В. Л—в.