柴油機相繼增壓系統(tǒng)防喘振技術研究.pdf

1、相繼增壓是改善中高速大功率增壓柴油機低工況性能最為有效的方法,可以有效地擴大柴油機運行范圍、提高經濟性、減少排放,但是,如果切換點和切換延遲時間等參數(shù)選擇不當,在動態(tài)切換中,容易導斂壓氣機喘振、增壓器超速、燃燒排放惡化等問題。為了解決相繼增壓系統(tǒng)切換過程中可能出現(xiàn)的喘振現(xiàn)緣,本文將壓氣機喘振主動控制技術應用至相繼增壓系統(tǒng)防喘振控制中,設計了相繼增壓喘振主動控制系統(tǒng)。結果表明,控制系統(tǒng)可以較好地抑制相繼增壓系統(tǒng)切換過程出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象,為相

2、繼增壓系統(tǒng)切換的平穩(wěn)性控制及其安全運行提供了新思路。本文主要研究內容如下:
　　 1.渦輪增壓器壓氣機穩(wěn)態(tài)性能試驗。根據(jù)渦輪增壓器壓氣機穩(wěn)態(tài)性能試驗和相繼增壓系統(tǒng)切換試驗的要求,將增壓器試驗臺與相繼增壓柴油機試驗臺相結合設計了相繼增壓熱動力試驗臺,采用燃燒器系統(tǒng)代替大功率柴油機進行相繼增壓技術的研究,渦輪進門參數(shù)柔性可調,更易于控制相繼增壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。試驗臺可以在外循環(huán)和自循環(huán)模式下進行由3臺渦輪增壓器構成的不同結構形式的相

3、繼增壓系統(tǒng)的相關試驗,也可以對單臺渦輪增壓器進行穩(wěn)態(tài)性能試驗和動態(tài)特性試驗。對試驗臺運行原理、總體結構設計和測控系統(tǒng)設計進行詳細研究,進行了增壓器壓氣機穩(wěn)態(tài)性能試驗,為試驗臺自循環(huán)切換仿真提供數(shù)據(jù)支持。
　　 2.增壓器壓氣機喘振現(xiàn)象研究。建立了單臺渦輪增壓器構成的熱動力系統(tǒng)仿真模型,對壓氣機喘振過程中的流量和壓力參數(shù)變化特征進行分析,找出判斷壓氣機進入喘振的參數(shù)及其特征?；谙嗬^增壓熱動力試驗臺進行了壓氣機喘振試驗研究,掌握了

4、壓氣機出口容腔容積和轉速對喘振周期的影響規(guī)律,利用頻譜分析方法和小波分析方法對壓氣機喘振先兆信號進行了有效的確認,制定了壓氣機喘振定量判別標準?；赿SPACE實時仿真平臺和LabVIEW測試平臺進行了壓氣機喘振主動控制硬件在環(huán)仿真,利用模糊控制算法設計了喘振主動控制系統(tǒng)的快速控制原型,為相繼增壓防喘振控制算法奠定了基礎。
　　 3.相繼增壓系統(tǒng)動態(tài)切換過程研究。建立了相繼增壓熱動力系統(tǒng)仿真模型,在不同切入延遲時間和不同切出延遲

5、時間以及不同容腔容積的工況下,對切入過程和切出過程進行仿真研究,得出了相繼間增壓系統(tǒng)切換過程的變化規(guī)律,并利用相繼增壓熱動力試驗臺進行了驗證。仿真和試驗結果表明,大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)中,大增壓器作為基本增壓器時,切入延遲時間的設置裕度較寬;小增壓器作為基本增壓器時,切入延遲時間設置裕度較小。切出過程中,空氣閥也應遲于燃氣閥關閉,切出延遲時間過短,受控壓氣機將發(fā)生嚴重喘振:切出延遲時間過長,將引起受控壓氣機倒流。由于空氣閥關閉時,增壓器仍

6、具有一定轉速,受控壓氣機一定程度的喘振不可避免,但合理的切出延遲時間可以有效降低喘振強度。
　　 4.相繼增壓喘振主動控制系統(tǒng)設計。通過對相繼增壓系統(tǒng)動態(tài)切換特性的研究,制定了相繼增壓喘振主動控制方案,對切換過程可能出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象進行抑制,提高相繼增壓切換過程的平穩(wěn)性和安全性。喘振主動控制系統(tǒng)以STM32F103單片機為控制核心,運用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)為架構進行多任務設計,選用放氣閥作為主動控制執(zhí)行機構對喘振現(xiàn)象進行控