柴油機(jī)相繼增壓系統(tǒng)防喘振技術(shù)研究.pdf

1、相繼增壓是改善中高速大功率增壓柴油機(jī)低工況性能最為有效的方法,可以有效地?cái)U(kuò)大柴油機(jī)運(yùn)行范圍、提高經(jīng)濟(jì)性、減少排放,但是,如果切換點(diǎn)和切換延遲時(shí)間等參數(shù)選擇不當(dāng),在動(dòng)態(tài)切換中,容易導(dǎo)斂壓氣機(jī)喘振、增壓器超速、燃燒排放惡化等問(wèn)題。為了解決相繼增壓系統(tǒng)切換過(guò)程中可能出現(xiàn)的喘振現(xiàn)緣,本文將壓氣機(jī)喘振主動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用至相繼增壓系統(tǒng)防喘振控制中,設(shè)計(jì)了相繼增壓喘振主動(dòng)控制系統(tǒng)。結(jié)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(guò)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(yùn)行提供了新思路。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.渦輪增壓器壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)性能試驗(yàn)。根據(jù)渦輪增壓器壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)性能試驗(yàn)和相繼增壓系統(tǒng)切換試驗(yàn)的要求,將增壓器試驗(yàn)臺(tái)與相繼增壓柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)相結(jié)合設(shè)計(jì)了相繼增壓熱動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái),采用燃燒器系統(tǒng)代替大功率柴油機(jī)進(jìn)行相繼增壓技術(shù)的研究,渦輪進(jìn)門參數(shù)柔性可調(diào),更易于控制相繼增壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。試驗(yàn)臺(tái)可以在外循環(huán)和自循環(huán)模式下進(jìn)行由3臺(tái)渦輪增壓器構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)形式的相

3、繼增壓系統(tǒng)的相關(guān)試驗(yàn),也可以對(duì)單臺(tái)渦輪增壓器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)性能試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行原理、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)研究,進(jìn)行了增壓器壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)性能試驗(yàn),為試驗(yàn)臺(tái)自循環(huán)切換仿真提供數(shù)據(jù)支持。
　　 2.增壓器壓氣機(jī)喘振現(xiàn)象研究。建立了單臺(tái)渦輪增壓器構(gòu)成的熱動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型,對(duì)壓氣機(jī)喘振過(guò)程中的流量和壓力參數(shù)變化特征進(jìn)行分析,找出判斷壓氣機(jī)進(jìn)入喘振的參數(shù)及其特征?；谙嗬^增壓熱動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了壓氣機(jī)喘振試驗(yàn)研究,掌握了

4、壓氣機(jī)出口容腔容積和轉(zhuǎn)速對(duì)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(duì)壓氣機(jī)喘振先兆信號(hào)進(jìn)行了有效的確認(rèn),制定了壓氣機(jī)喘振定量判別標(biāo)準(zhǔn)。基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)和LabVIEW測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了壓氣機(jī)喘振主動(dòng)控制硬件在環(huán)仿真,利用模糊控制算法設(shè)計(jì)了喘振主動(dòng)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(chǔ)。
　　 3.相繼增壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)切換過(guò)程研究。建立了相繼增壓熱動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型,在不同切入延遲時(shí)間和不同切出延遲

5、時(shí)間以及不同容腔容積的工況下,對(duì)切入過(guò)程和切出過(guò)程進(jìn)行仿真研究,得出了相繼間增壓系統(tǒng)切換過(guò)程的變化規(guī)律,并利用相繼增壓熱動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真和試驗(yàn)結(jié)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(shí),切入延遲時(shí)間的設(shè)置裕度較寬;小增壓器作為基本增壓器時(shí),切入延遲時(shí)間設(shè)置裕度較小。切出過(guò)程中,空氣閥也應(yīng)遲于燃?xì)忾y關(guān)閉,切出延遲時(shí)間過(guò)短,受控壓氣機(jī)將發(fā)生嚴(yán)重喘振:切出延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng),將引起受控壓氣機(jī)倒流。由于空氣閥關(guān)閉時(shí),增壓器仍

6、具有一定轉(zhuǎn)速,受控壓氣機(jī)一定程度的喘振不可避免,但合理的切出延遲時(shí)間可以有效降低喘振強(qiáng)度。
　　 4.相繼增壓喘振主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)相繼增壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)切換特性的研究,制定了相繼增壓喘振主動(dòng)控制方案,對(duì)切換過(guò)程可能出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象進(jìn)行抑制,提高相繼增壓切換過(guò)程的平穩(wěn)性和安全性。喘振主動(dòng)控制系統(tǒng)以STM32F103單片機(jī)為控制核心,運(yùn)用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)為架構(gòu)進(jìn)行多任務(wù)設(shè)計(jì),選用放氣閥作為主動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)喘振現(xiàn)象進(jìn)行控