Диссертация (1026344), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Если в интервале 700-800 оборотов в минуту произвести подключение второго турбокомпрессора, становитсявозможным выйти на характеристику 1, но такой переход сопряжѐн с техническими сложностями и приводит к увеличению нагрузки на турбины.Кроме ограничения от пневмокоррекции в рамках расчѐтов было проведено исследование нагрузок, возникающих в двигателе. Оранжевой линией(линия 4) показано ограничение внешней скоростной характеристики для двигателя с двумя регулируемыми турбокомпрессорами, с учѐтом максимальногодавления в цилиндре. Именно эта характеристика была принята заоснову для расчѐта ограничения по топливоподаче в модели регулятора.Сравнение эффективности использования рассмотренных вариантов турбонаддува по увеличению доступного крутящего момента дизеля проведено сиспользованием следующего выражения:106где– момент при нерегулируемом турбонаддуве,– момент для рас-смотренного варианта турбонаддува.В Таблице 8 приведены значения изменения крутящего момента при использовании различных систем воздухоснабжения по сравнению с использованием двух нерегулируемых турбокомпрессоров, выраженные в процентах.Таблица 8.Сравнение различных алгоритмов управления турбокомпрессорами.Частота вращенияИспользованиеИспользованиеОтношение содного турбоком- двух регулируемых учѐтом ограничепрессоратурбокомпрессоровния по давлениюpz=20 МПа3007,7 %7,7 %7,7 %40018,5 %25,9 %25,9%50065,5 %37,9 %37,9 %600233,3 %80,0 %80,0 %700109,1 %54,5 %54,5 %80041,1 %10,7 %0%900-70,3 %0,8 %0%1000-86,7%0%0%Увеличение крутящего момента при использовании одного турбокомпрессора достигает 233 %, при использовании двух регулируемых турбокомпрессоров – 80%.
При этом характеристика, получаемая при использованиидвух регулируемых турбокомпрессоров является более плавной, что благоприятно сказывается на динамических характеристиках двигателя.Для определения настроек алгоритма управления положением направляющего аппарата турбин были проведены исследования по поиску оптимальных107положений по критерию минимального удельного эффективного расхода топлива [104].
Полученные результаты проиллюстрированы на Рисунках 3.16, 3.17.Цвет точки соответствует величине удельного расхода топлива. Красные точки– максимальный удельный расход топлива, зелѐные – минимальный. Обработкаполученного массива данных позволила составить матрицу оптимальных положений соплового аппарата турбин. На Рисунке 3.16 показана проекция полученного пространства точек на плоскость. На этом рисунке прощенаблюдать общую логичную тенденцию. С ростом частоты вращения дизельному двигателю с турбонаддувом экономичнее работать при большом крутящем моменте.Рисунок 3.16. Линия минимальных значений удельного эффективного расходатоплива в поле режимов работы двигателя108Рисунок 3.17 более сложен, так как является, по сути, четырѐхмернымизображением.
На выбранный критерий (удельный эффективный расход топлива) влияют три параметра: частота вращения, крутящий момент, положениенаправляющего аппарата турбин. Сам удельный расход отражѐн цветом точки впространстве. Через оптимальные точки проходит экономическая характеристика, которая была использована в качестве тепловозной характеристики.Рисунок 3.17. Экономическая характеристика в пространстве трѐх переменныхПолученный массив промежуточных точек позволил построить матрицуположений направляющего аппарата для всего диапазона режимов работы двигателя. Эти настройки будут использованы в качестве первичных калибровоксистемы управления. Матрица значений для расчѐта положения направляющегоаппарата приведена в Таблице 9 и проиллюстрирована на Рисунке 3.18.109Таблица 9.Матрица положений направляющего аппарата турбины.Цикловаяподача,г/цикл0.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.6Частота вращения двигателя, об/мин4005006007008009001000101010101020202015101010202020151510102020201515101525252520151515252525201520153035252015152030452520202020405525252525254065303030303040853030303035401004550505050851005055556080100100Рисунок 3.18.
Изображение поверхности для алгоритмауправления турбокомпрессорамиПо результатам расчѐтного исследования во всѐм диапазоне режимов работы дизеля сформирована экономическая характеристика, соответствующаяминимуму удельного эффективного расхода топлива (линия 5 на Рисунке 3.15).110Для рассмотрения возможностей по применению двигателя в составеэнергетической установки сформирована винтовая характеристика для винта спостоянным шагом (линия 6 на Рисунке 3.15).
На основе этих данных сформированы модули задания момента сопротивления для энергетических установокразличного назначения. Для использования в составе энергетической установкимагистрального тепловоза возможно задание момента сопротивления, определѐнному по одной из двух характеристик: винтовой и экономической. Для судового применения используется расчѐт момента сопротивления по винтовойхарактеристике.3.5. Исследование переходных процессов дизельного двигателяНе все настройки регулятора возможно получить статическими расчѐтами[105]. Основной поиск коэффициентов регулятора производится при проведении динамических расчѐтов.
Использование модели на начальных стадиях проектирования позволяет спрогнозировать работу двигателя и даѐт возможностьнастроить систему управления и скорректировать отдельные конструктивныеэлементы до проведения натурных испытаний, в частности, определить требования по быстродействию исполнительных устройств [106].При работе с математической моделью задание параметров производитсяс внешней панели интерфейса. На ней сгруппированы основные элементыуправления. В рамках диссертационной работы был проведѐн большой объѐмрасчѐтов. Полученные результаты схожи с испытаниями двигателей близкойразмерности и мощности. На основе расчѐтов переходных процессов были получены важные результаты по настройке системы комплексного адаптивногоуправления.Одной из первичных задач при проведении динамических расчѐтов является получение коэффициентов законов регулирования.
В модели реализованодва контура управления, описанные в главе 2.111Первый контур – управление топливоподачей. Реализован пропорционально-интегральный закон. По результатам расчѐтов выбраны коэффициенты:Использование этих коэффициентов позволило достичьвысоких показателей качества. В дальнейшем при проведении испытаний наодноцилиндровом двигателе данные коэффициенты были использованы в качестве первичных настроек.Второй контур – воздухоснабжение.
Матрица положений направляющегоаппарата была определена при проведении статических расчѐтов. В динамикеиспользуется сумма воздействий от матрицы и корректора, реализованного ввиде пропорционально-интегрального закона (Пункт 2.2.2). При подборе коэффициентов получены следующие данные:В рамках динамических расчѐтов было проведено исследование влияниябыстродействия исполнительного устройства турбины на протекание переходных процессов.
В модели исполнительного устройства турбины задавалосьвремя перехода между крайними положениями. В результате определено, что вдиапазоне времени перехода от 1 до 10 секунд динамические характеристикиисполнительного устройства турбины практически не влияют на переходныйпроцесс двигателя.Ряд процессов, полученных в результате динамических расчѐтов приведены на рисунках. На каждом рисунке, посвящѐнном результатам расчѐтов показаны следующие графики:- частота вращения двигателя(красная линия) и уставка(зелѐная ли-ния);- частоты вращения турбокомпрессоров 1 и 2(красная линия),(зелѐная линия);- давление после компрессора- цикловая подача топливаи давление перед турбиной;(красная линия) с ограничениями по внеш-ней скоростной характеристике (зелѐная линия) и коэффициенту избытка воздуха (синяя линия);- коэффициент избытка воздуха ;112- параметры управления турбокомпрессорами (сигнал выхода на помпаж(бордовая линия для первого турбокомпрессора и голубая для второго),положение направляющего аппарата(красная линия для первого турбоком-прессора и синяя для второго), результат расчѐта положения по матрице и коррекция (вспомогательные тонкие линии), полученное управляющее воздействие(зелѐная линия).
;- крутящий момент(красная линия) и момент сопротивления(зе-лѐная линия).Управляющее воздействие в турбокомпрессорах отличается от реальногоположения направляющего аппарата в связи с учѐтом динамики исполнительного устройства. При рассмотрении нерегулируемых турбин не производилосьотключение регулятора, поэтому на всех графиках присутствуют вспомогательные линии и управляющий сигнал, тем не менее, исполнительное устройство их игнорирует и турбина работает в полностью открытом варианте, соответствующем работе без регулирования.Первый цикл экспериментов посвящѐн работе дизельного двигателя в составе энергетической установки судна. Момент сопротивления определяется повинтовой характеристике на каждом шаге интегрирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
