鉆井用天然氣發(fā)動機的增壓系統(tǒng)與瞬態(tài)響應性能研究.pdf

1、隨著化石燃料價格的升高和排放法規(guī)的日益嚴格，替代燃料技術得到了快速發(fā)展。油田鉆井作業(yè)中，傳統(tǒng)上使用柴油機提供動力。近年來，我國開展了使用天然氣發(fā)動機作為油田鉆井動力機械的試驗，在試驗中發(fā)現(xiàn)天然氣發(fā)動機具有運行平穩(wěn)、噪聲低、排放少、燃料費用低等優(yōu)點，但是瞬態(tài)響應性能差，無法適應鉆井作業(yè)負荷多變的工況。為此，本文以12V190型天然氣發(fā)動機為例，研究影響其瞬態(tài)響應性能的因素，并提出改進方案。
　　首先利用試驗數(shù)據(jù)建立了12V190型天

2、然氣發(fā)動機的仿真模型，并在其基礎上建立了兩種分別采用MPC增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的雙增壓器仿真模型。
　　利用雙增壓器仿真模型研究了增壓器慣量、排氣系統(tǒng)型式和進排氣管道容積對發(fā)動機突加載性能的影響，采用雙增壓器后MPC方案的轉(zhuǎn)速波動率降低至7.38%，轉(zhuǎn)速恢復時間縮短到了4.73s；將脈沖增壓方案的轉(zhuǎn)速波動率降低至6.46%，恢復時間縮短到了4.03s。
　　利用雙增壓器仿真模型研究了進氣道補充燃氣對突加載性能的影響，發(fā)現(xiàn)使

3、用進氣道多點噴射可以有效提高發(fā)動機的響應性能，在500kW加載工況下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動率3.77%，轉(zhuǎn)速恢復時間3.51s。
　　研究了發(fā)動機負載轉(zhuǎn)動慣量、氣門重疊角對突加載性能的影響，發(fā)現(xiàn)提高發(fā)動機負載轉(zhuǎn)動慣量可以降低轉(zhuǎn)速波動率，但會導致轉(zhuǎn)速恢復時間增加；氣門重疊角減小會造成進氣惡化，轉(zhuǎn)速波動率增大。
　　對節(jié)氣門 PID控制器和多點噴射閥控制器的PID參數(shù)進行了優(yōu)化，MPC方案實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速波動率為7.08%，恢復時間4.69s；