گاورنر یا تنظیم کننده دور موتور چیست ؟

“گاورنر” یا “محدود کنندۀ سرعت” و یا بطور کلی “کنترل کننده”، دستگاهی است که برای تنظیم سرعت هر نوع ماشینی مانند موتور، مورد استفاده قرار می گیرد.

مثال سنتی از این کنترل گر ها، کنترل گر گریزنده از مرکز است که تحت عنوان کنترل گر Watt  یا fly-ball در موتور بخار پیستونی شناخته می شود که با استفاده از تاثیرِ نیروی گریز از مرکز بر وزن چرخشی ناشی از خروجی موتور، می تواند سرعت آنرا با تغییر جریان ورودی بخار تنظیم کند.

 

تاریخچه

گاورنر های گریز از مرکز از قرن 17 به بعد می توانستند فاصله و فشار بین سنگ های آسیاب را در آسیاب های بادی تنظیم کنند.

اولین موتورهای بخار از یک حرکت نواسانی برای پمپاژ آب استفاده می کرد که عملکردی بود که تغییرات و لرزش را در سرعت تحمل می کرد.

بعد از اینکه مهندس اسکاتلندی، جمیز وات موتور بخار چرخشی را برای به حرکت درآوردن ماشین آلات کارخانه ای معرفی کرد، حفظِ یک سرعت متوسط عملکرد ضروری بنظر می رسید.

بین سالهای 1775 تا 1800، وات بهمراهی متیو بولتون صنعتگر، بیش از 500 موتور چرخشی بخار را تولید کرد.

در مرکز این موتورها، گاورنر “آونگ مخروطی” شکلی قرار داشت که طراحی شده توسط وات بود و شامل یک مجموعه توپ های چرخنده می شد که توسط بازوهای پیوندی به یک دوک عمودی متصل می شدند و نیروی کنترل کننده شامل وزن تمامی توپ ها می شد.

پایۀ نظری برای عملکرد گاورنر ها توسط جیمز کلارک مکسول در سال 1868 در مقالۀ تاثیرگذارِ او تحت عنوان “دربارۀ گاورنرها” معرفی شد.

با توجه به طراحیِ وات، مهندس آمریکایی ویلارد گیبز (Willard Gibbs) که در سال 1872 آونگ مخروطیِ وات را از جنبۀ نظری و تعادل انرژی ریاضی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

گیبز طی سالهای تحصیل در دانشگاه Yale ، مشاهده کرد که عملکرد ابزار در عمل تحت تاثیر معایبِ تنش و تمایل به کنترل تغییرات در سرعت می باشد.

گیبز معتقد بود که، مانند تعادل گاورنر سادۀ وات (که به تعادل بین دو گشتاور وابسته است: یکی بعلت وزن “توپها” و دیگری بعلت چرخش آنها) تعادل ترمودینامیک برای تولید هرگونه تولید سیستم ترمودینامیکی، بستگی به تعادل بین این دو عامل دارد.

اولین عامل، انرژی حرارتی مربوط به مادۀ واسطه است

و دومین عامل انرژی کار انجام شده توسط مادۀ واسطه است.

در این مورد مادۀ واسطه بخار است.

این تحقیقات نظری در سال 1876 در مقالۀ معتبر گیبز بنام “دربارۀ تعادل مواد نامتقارن “به چاپ رسید و در ساخت گاورنر گیبز هم بکار رفت.

این فرمول بندی ها امروزه در علوم طبیعی بسیار رایج هستند و تحت عنوان فرمول تعادل آزاد گیبز نامیده می شوند که برای تعیین تعادل عکس العمل های شیمایی بکار میرود و در برخی موارد تعادل گیبز هم نامیده می شود.

 

محدود کننده های سرعت

گاورنر ها می توانند برای محدود کردن سرعت بالا در وسایل مورد استفاده قرار گیرند و برای برخی از انواع وسایل، این ابزار دارای الزامات قانونی هم هستند.

می توان از آنها برای کنترل سرعت چرخشی موتور احتراق داخلی استفاده کرد و یا برای محافظت از آسیب های سرعت چرخشی بیش از حد، بهره برد.

 

موتورهای کوچک

موتورهای کوچک که برای قدرت بخشیدن به موتور های چمن زنی، ژنراتورهای قابل حمل، و تراکتورهای چمنزار و یا باغ مورد استفاده قرار می گرفتند، مجهز به یک گاورنر هستند که سوخت موتور را در سرعت مطمئنۀ بالا، مخصوصا در زمان تخلیه، محدود کند تا به یک سرعت تقریبا ثابت علارغم تمامی تغییرات در زمان تخلیه برسد.

در مورد کاربردهای دیزل ژنراتور، سرعت موتور باید به شدت کنترل شود تا تناوب ژنراتور بطور معقولی ثابت بماند. گاورنر های موتور کوچک یکی از این سه نوع هستند:

بادی: مکانیسم گاورنر، جریان هوا را از دمندۀ چرخ لنگر شناسایی می کند و موتور را با باد سرد خنک می کند.

طراحیِ معمول شامل ورقۀ هوای جمع شده در دمندۀ موتور است و به محور دریچۀ گاز متصل می باشد. یک فنر، دریچۀ گاز را می کشد تا باز شود و همانطور که موتور سرعت می گیرد،

جریان هوای افزایش یافته از دمنده، ورقۀ هوا را به عقبِ فنر می راند و دریچۀ گاز را تقریبا می بندد. در نهایت یک نقطۀ تعادل ایجاد می شود که در آن موتور با سرعت ثابت حرکت می کند.

گاورنر های بادی طراحی ساده ای دارند و برای تولید هم کم هزینه هستند.

اگرچه سرعت موتور را تنظیم نمی کنند و تحت تاثیر چگالی هوا و شرایط بیرونی هستند که ممکن است جریان هوا را تحت تاثیر قرار دهد.

 

گریزنده از مرکز: یک مکانیسم سبک موتور، به دریچۀ گاز متصل است و با یک فنر مانند گاورنر های بادی کار می کند که منجر به عملکرد مشابهی هم می شود.

گاورنر گریزنده از مرکز طراحی پیچیده تری به نسبت گاورنر های بادی دارد.

اگرچه که طراحی گاورنر گریز از مرکز وابسته به تغییرات سرعت است و در عین حال با موتورهایی که در زمان تخلیه نوساناتِ بیشتری دارند سازگارتر است.

 

الکترونیکی: یک موتور ِ فرمان یار که به دریچۀ گاز متصل است و توسط بخش الکترونیکی کنترل می شود که سرعت موتور را با محاسبۀ پالس های الکترونیکی سیستم احتراق یا پیکاپ مغناطیسی محاسبه می کند.

تناوب این پالس ها بطور مستقیم با سرعت موتور تغییر می کنند و به بخش کنترل اجازه می دهد که ولتاژ متناسبی را با توجه به سرعت موتور تنظیم کند.

با توجه به حساسیت و عکس العمل سریع به تغییرات سرعت،

گاورنر های الکترونیکی اغلب به موتور ژنراتور های گازی و دیزل ژنراتور مربوط هستند

و برای قدرتمند کردن سخت افزار کامپیوتری مورد استفاده قرار می گیرند و تناوب خروجی ژنراتور باید بین محدودۀ خاصی باشد تا از اختلالات در عملکرد جلوگیری شود.