Диссертация (1026344), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Нагрузка на двигатель подаѐтся в момент достижения частоты124вращения значения, соответствующего текущему положению контроллера машиниста. Первоначально были проведены расчѐты по тепловозной характеристике, построенной по точкам винтовой, затем по полученной экономическойхарактеристике.
Позиции по частоте вращения распределены равномерно, с шагом 50 об/мин. Данные по требуемой мощности двигателя на каждой позицииприведены в Таблице 10.Таблица 10.Характеристики нагружения.Частота вращения,Мощность поМощность пооб/минвинтовой, кВтэкономической, кВт030000130011718023501862503400278350445039648055005436506550723880760093911508650119315009700149118501075018332250118002225265012850266931501390031683650149503726400015100043454345№ позиции125Переходный процесс, соответствующий плавному разгону тепловоза сожиданием стабилизации частоты вращения на каждой позиции без регулирования турбонаддува, оказался возможен только без использования коррекциитопливоподачи. При этом образуются долгие периоды, при которых коэффициент избытка воздуха менее 1,6, что соответствует плохим условиям воздухоснабжения.
Такая работа сопряжена с повышенной дымностью отработавшихгазов. Если использовать коррекцию топливоподачи для поддержания коэффициента избытка воздуха, то двигатель не может разогнаться выше 600 об/мин.Результат расчѐта без регулирования турбонаддува и без коррекции топливоподачи приведѐн на Рисунке 3.27. Переходы на позиции 7-9 происходятзначительно медленнее остальных. Именно на этих позициях происходит активная раскрутка турбокомпрессоров и их выход на нормальные рабочие характеристики. На позициях 6-9 компрессоры периодически попадают в зонупомпажа.
При этом в связи с отсутствием регулирования, периоды помпажа являются продолжительными.Методы улучшения динамических характеристик энергетической установки тепловоза аналогичны тем, которые используются для судового применения. В рамках проведения расчѐтов рассмотрено применение регистровогонаддува и использование турбин с изменяемой геометрией.Проведѐн анализ переходных процессов при использовании регистровогонаддува для тепловозных условий работы (подключение второго турбокомпрессора на 800 об/мин).
Результат расчѐта без коррекции топливоподачи показан на Рисунке 3.28. Расчѐт с коррекцией топливоподачи – на Рисунке 3.29.Без коррекции топливоподачи разгон происходит быстро, но при каждомускорении, пока работает один турбокомпрессор, коэффициент избытка воздуха снижается до 1. Такие режимы работы будут сопряжены со значительнымувеличением дымности.126Рисунок 3.27. Расчѐт переходных процессов127Рисунок 3.28. Расчѐт переходных процессов128Рисунок 3.29.
Расчѐт переходных процессовПри проведении пневмокоррекции происходит снижение динамики разгона. Положительным эффектом является ограничение коэффициента избыткавоздуха на уровне 1,6, что должно снизить дымность отработавших газов.129Использование турбокомпрессоров с регулируемым сопловым аппаратомпозволяет заметно повысить приѐмистость двигателя. На Рисунке 3.30 приведѐн результат расчѐта двигателя с системой комплексного регулирования безиспользования коррекции топливоподачи.
Время переходных процессов заметно снизилось, периоды пребывания компрессоров на помпаже сократились.Рисунок 3.30. Расчѐт переходных процессов130На Рисунке 3.31 показан результат расчѐта с использованием регулируемых турбокомпрессоров и пневмокоррекции. Следует отметить снижение времени переходных процессов на позициях №7 - №9 с четырѐх секунд до одной.Таким образом, следует заключить, что использование регулируемых турбокомпрессоров позволяет снизить время переходных процессов примерно в 4 раза.Рисунок 3.31.
Расчѐт переходных процессов131В рамках диссертационной работы рассмотрен вариант использованияодного регулируемого турбокомпрессора и второго нерегулируемого, при этомоба подключены постоянно. Результат расчѐта такого варианта системы безкоррекции топливоподачи приведѐн на Рисунке 3.32. Следует отметить, чтоуменьшение проходного сечения соплового аппарата одного турбокомпрессораприводит к перераспределению расхода отработавших газов. Большая часть отработавших газов поступает в нерегулируемый турбокомпрессор с меньшимсопротивлением на входе. Это приводит к разгону нерегулируемого турбокомпрессора. При этом регулируемый турбокомпрессор постоянно попадает в режим помпажа.Работа в таком варианте системы с ограничением топливоподачи по величине коэффициента избытка воздуха невозможна, так как разгон турбокомпрессоров прекращается при достижении двигателем частоты вращения 600об/мин.При проведении статических расчѐтов двигателя с регулируемыми турбокомпрессорами была определена экономическая характеристика, соответствующая минимуму удельного расхода топлива на каждом режиме работы двигателя (Подраздел 3.3).Использование такой характеристики в качестве тепловозной позволитснизить расход топлива.На Рисунке 3.33 приведѐн результат расчѐта переходных процессов припоследовательном изменении позиции контроллера машиниста от нулевой допятнадцатой.
При этом на каждой позиции производится пауза, до моментастабилизации частоты вращения на заданном уровне.На Рисунке 3.34 показан переход с первой на пятнадцатую позицию. Изменение текущей позиции на следующую происходит в момент достижения частотой вращения заданного значения без ожидания стабилизации на каждой позиции.132Рисунок 3.32. Расчѐт переходных процессов133Рисунок 3.33. Расчѐт переходных процессов134Рисунок 3.34. Расчѐт переходных процессов135Выводы по главе 31.
В процессе разработки математической модели дизеля типа Д500 показано, что для повышения точности определения режимных параметров элементов комбинированного двигателя целесообразно применять функциональныезависимости, основанные на использовании ряда Фурье, логарифмических преобразований аргументов, рациональных дробей.2. При составлении компьютерной программы в среде Matlab/Simulink,реализующей математическую модель дизеля и системы управления, разработан интерфейс пользователя, удобный для проведения научных исследований ипроектных расчѐтов при создании систем управления дизельными двигателями.3. В результате расчѐта установившихся режимов показаны возможностиформирования скоростной характеристики дизеля при различных вариантах работы системы турбонаддува: с нерегулируемыми турбокомпрессорами, регистровом наддуве, с турбинами изменяемой геометрии. Работа с двумя турбокомпрессорами с регулируемым сопловым аппаратом позволяет повыситьмощность и приѐмистость двигателя и является наиболее перспективным способом регулирования двух турбокомпрессоров из рассмотренных вариантов.Увеличение крутящего момента достигает 80%.4.
Анализ результатов расчѐтного исследования динамических характеристик дизеля Д500 показал, что при использовании двух регулируемых турбокомпрессоров возможно снижение времени переходных процессов в 3-5 раз.5. В результате расчѐтного исследования с использованием разработанной математической модели и компьютерной программы получены первичныекалибровки СКАУД: матрица положений направляющего аппарата турбиныдля различных режимов работы двигателя, которая используется в разработанном алгоритме управления турбокомпрессором, и коэффициенты законов регулирования. Значения коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих законов регулирования составили: для канала воздействия на топливоподачу; для канала воздействия на турбокомпрессор.136Глава 4. Экспериментальное исследование системы управленияПоскольку дизель находится в стадии разработки, по согласованию с заводом проведены испытания функционирования канала воздействия СКАУД натопливоподачу двигателя на безмоторном стенде и одноцилиндровом отсекедизеля.Проверка функционирования и первичная отладка основного каналаСКАУД - канала регулирования топливоподачи проводилась на безмоторномстенде для испытаний топливной аппаратуры ОАО «Коломенский завод».При испытаниях исследовалась работа разделѐнной системы подачи топлива, в которой величина цикловой подачи регулируется электромагнитнымклапаном (ЭМК), расположенным в линии высокого давления между топливным насосом и форсункой.
Данный вариант топливной системы предназначендля использования на перспективных дизельных двигателях типа Д500 производства ОАО «Коломенский завод» [94].Дальнейшие работы по доводке электронного блока СКАУД проводилисьна одноцилиндровом отсеке дизеля ОД500.В ОАО «Коломенский завод» существует опыт успешного использованияв системах управления двигателями электронных блоков одной из ведущих зарубежных фирм. В связи с этим было принято решение о проведении на одноцилиндровом отсеке двигателя Д500 сравнительных испытаний разработанного электронного блока и блока данной фирмы.4.1. Безмоторные испытанияВнешний вид стенда для безмоторных испытаний показан на Рисунке 4.1.Топливоподкачивающий насос низкого давления подаѐт топливо из бака стендав насос высокого давления. Вал топливного насоса высокого давления, установленного на стенде, соединѐн с валом стенда, который приводится во вращение электродвигателем.
Так как на двигателе частота вращения вала насоса в137два раза меньше частоты вращения коленчатого вала, то частота, заданная настенде в результате умножалась на два, чтобы отразить рассматриваемый режим работы двигателя.Методика проведения испытаний состояла в проверке работоспособностина различных режимах. Режимы определялись частотой вращения вала стенда ипродолжительностью управляющего сигнала.В процессе испытаний в графическом виде фиксировались следующиепараметры:- напряжение на обмотке электромагнита клапана;- ток в обмотке электромагнита клапана;- давление топлива в форсунке в полости перед распылителем;- давление топлива в форсунке за распылителем;Дополнительно фиксировались значения следующих параметров:- частота вращения стенда;- продолжительность управляющего сигнала;- угол опережения впрыска топлива (УОВТ);Цикловая подача топлива определяется весовым методом путѐм измерения массы топлива, впрыснутого форсункой в мерную ѐмкость за определѐнноечисло циклов.Частота вращения вала стенда фиксируется по частотомеру, на которыйпоступают сигналы от индукционного датчика, расположенного у перифериизубчатого колеса, установленного на вале стенда.Автоматизированная система измерений стенда выводит на экран компьютера характеристики впрыска в виде графиков временных зависимостей изменения давлений топлива в полостях форсунки до и после иглы распылителя.Электронный блок СКАУД размещѐн на специальной панели в нижнейчасти стенда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
