Диссертация (1026344), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В моменте инерциидизеля учтѐн момент инерции редуктора и винта.На Рисунке 3.19 приведены результаты расчѐта переходного процесса приизменении настройки частоты вращения с 300 до 1000 оборотов в минуту. Приэтом система управления не воздействовала на турбокомпрессоры и не производила коррекцию цикловой подачи для поддержания коэффициента избыткавоздуха.Такой режим работы соответствует использованию нерегулируемых турбокомпрессоров и управлению топливоподачей без пневмокоррекции. Так как вбольшинстве случаев требуется ограничить вредные выбросы отработавших газов, то ставится задача поддержания коэффициента избытка воздуха не нижеуровня 1,6.113Характерной особенностью процесса является замедление разгона двигателя в диапазоне 550-700 оборотов в минуту.
Это связано с процессом выходатурбокомпрессоров на рабочий режим. При разгоне компрессоры попадают врежим помпажа, что значительно снижает их ресурс.Рисунок 3.19. Расчѐт переходных процессов114Расчѐт, соответствующий использованию нерегулируемых турбокомпрессоров с поддержанием коэффициента избытка воздуха не ниже 1,6 показал,что двигатель в таком варианте не выходит на заданный режим. Поэтому ограничение было снижено до величиныПолученный результат приведѐнна Рисунке 3.20.Рисунок 3.20.
Расчѐт переходных процессов115Следует обратить внимание на значительно возросшее время переходногопроцесса. При частоте вращения на уровне 600 об/мин происходит медленныйразгон турбокомпрессоров. До этого момента двигатель работает при давленииблизком к атмосферному, так как турбокомпрессоры не развивают достаточноймощности. Если в таком варианте работы двигателя использовать более строгоеограничение коэффициента избытка воздуха, то двигатель не сможет разогнаться выше 600 об/мин. На графиках можно наблюдать долгие периодынахождения компрессоров на помпаже. Следует заключить, что при использовании нерегулируемых турбокомпрессоров невозможно обеспечить необходимые динамические характеристики.На Рисунке 3.21 показан результат расчѐта переходного процесса при использовании системы регистрового наддува для судового применения двигателя.
В таком варианте первый турбокомпрессор работает постоянно, а второйподключается при частоте вращения двигателя более 800 оборотов в минуту.Использование такого метода позволяет направить весь расход отработавшихгазов в одну турбину, что приводит к более эффективному разгону турбокомпрессора. При работе двигателя на частичных режимах один турбокомпрессорсправляется со своей задачей. В ситуациях, когда требуется мощность близкая кноминальной (частоты вращения от 800 до 1000 об/мин), подключается второйтурбокомпрессор.
В математической модели присутствует взаимное влияниемежду турбокомпрессорами. Можно наблюдать заметное снижение частотывращения первого турбокомпрессора в момент подключения и разгона второго.Через некоторое время параметры выравниваются и оба турбокомпрессораначинают работать синхронно. В сравнении с переходным процессом без регулирования турбокомпрессоров значительно уменьшилось время переходногопроцесса, а также сократилось время пребывания компрессоров на режимепомпажа. Для снижения дымности отработавших газов в следующем расчѐтебыла использована коррекция топливоподачи по наддуву.116Рисунок 3.21.
Расчѐт переходных процессовЕсли не использовать пневмокоррекцию, то время переходного процессасоставляет порядка 12 секунд. Если использовать ограничение топливоподачидля поддержания коэффициента избытка воздуха не ниже 1,6, то процесс занимает около 30 секунд (Рисунок 3.22).117Рисунок 3.22. Расчѐт переходных процессовВ процессе на Рисунке 3.22 следует отметить возникшие проблемы приподключении второго турбокомпрессора. Частота вращения двигателя снизилась и второй турбокомпрессор отключился через несколько секунд работы.
За-118тем двигатель снова разогнался и со второго раза компрессоры заработали синхронно, что соответствует выходу на правильный режим работы.Характерной особенностью при использовании пневмокоррекции является долгий период работы на помпаже. Чтобы снизить время работы на помпаже, можно применить турбокомпрессор с изменяемой геометрией. При этом регулируемым является только первый турбокомпрессор, который работает постоянно. Такой подход позволяет более точно управлять параметрами воздухоснабжения на частичных режимах, а также эффективнее произвести переход кработе с двумя турбокомпрессорами. Первый расчѐт проведѐн без пневмокоррекции. Результат расчѐта приведѐн на Рисунке 3.23.
Результат очень близок ктому, который был получен с нерегулируемым турбокомпрессором.Больший интерес представляет второй расчѐт, проведѐнный с включѐнным алгоритмом пневмокоррекции. Результат расчѐта представлен на Рисунке3.24. Разгон второго турбокомпрессора произошѐл плавно, без рывка, которыйприсутствовал в результате расчѐта без регулирования первой турбины.
Значительно снизилось время пребывания компрессора на помпаже и зона малого коэффициента избытка воздуха ().Анализируя четыре расчѐта по использованию регистрового наддува,следует отметить, что сам метод положительно влияет на динамические характеристики двигателя. При использовании пневмокоррекции поддерживаетсянеобходимый уровень коэффициента избытка воздуха, однако момент подключения второго турбокомпрессора создаѐт определѐнные сложности. Использование регулируемого турбокомпрессора в качестве основного снижает времяподключения второго турбокомпрессора и позволяет стабилизировать его разгон.Для получения более точных данных по работе регистрового наддуватребуется провести реальные эксперименты и скорректировать модель с учѐтомгазодинамических процессов, возникающих при переключении от одного турбокомпрессора к двум и обратно.119Рисунок 3.23. Расчѐт переходных процессов120Рисунок 3.24.
Расчѐт переходных процессов121Наиболее перспективным вариантом системы воздухоснабжения для рассматриваемого двигателя является использование двух турбин с управляемымнаправляющим аппаратом. Расчѐт двигателя с использованием такой системыбез коррекции по коэффициенту избытка воздуха приведѐн на Рисунке 3.25.При анализе полученных результатов следует отметить максимальную плавность набора частоты вращения. В связи с непрерывностью процесса регулирования турбокомпрессоры постоянно находятся близко к оптимальному режимуработы. Период пребывания на помпаже незначительный и имеет импульсныйхарактер. Это результат работы алгоритма управления направляющим аппаратом турбины, состоящим из двух частей: матрицы оптимальных положений,полученной по статическим расчѐтам и корректора, настроенного при анализепереходных процессов двигателя (Пункт 2.2.2).Результат расчѐта системы с управляемым сопловым аппаратом при использовании пневмокоррекции показан на Рисунке 3.26.
Введение дополнительного ограничения топливоподачи в случае регулируемых турбокомпрессоров практически не снижает динамические характеристики двигателя. Разгонпо-прежнему плавный, период пребывания на помпаже менее 5 секунд. Приэтом коэффициент избытка воздуха в соответствии с алгоритмом пневмокоррекции не снижается менее 1.6.Сравнивая все рассмотренные варианты работы системы воздухоснабжения, следует отметить превосходство использования турбин с изменяемой геометрией.
Время переходного процесса, по сравнению с системой без регулирования снизилось от 55 до 10 секунд.Регистровый наддув также показал хорошие возможности по обеспечению динамических характеристик двигателя, но для более точных выводов требуются результаты испытаний системы в момент перехода к работе с двумятурбокомпрессорами. При этом дополнительное преимущество турбин изменяемой геометрии состоит в минимальном времени работы компрессоров на помпаже, что снижает их износ и повышает надѐжность системы в целом.122Рисунок 3.25. Расчѐт переходных процессов123Рисунок 3.26. Расчѐт переходных процессовДругая область применения перспективного двигателя Д500 – магистральные тепловозы [107]. При работе в составе энергетической установкитепловоза управление двигателем производится заданием положения контроллера машиниста.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
