船用柴油機(jī)相繼增壓系統(tǒng)性能研究.pdf

1、相繼增壓技術(shù)是改善高增壓柴油機(jī)低工況性能最有效的方法，可以有效地?cái)U(kuò)大柴油機(jī)低工況運(yùn)行范圍、提高經(jīng)濟(jì)性能和減少排放，但它需要采用自動控制技術(shù)，如果相繼增壓的切換點(diǎn)和切換延遲等選擇不當(dāng)，特別是在柴油機(jī)瞬態(tài)過程中，就容易導(dǎo)致壓氣機(jī)喘振、增壓器超速、油耗率增加等問題的出現(xiàn)。本文以某船用帶有進(jìn)排氣旁通和高工況放氣的相繼增壓柴油機(jī)為研究對象，研究這種相繼增壓系統(tǒng)性能，以改善增壓器與柴油機(jī)之間的匹配，并獲得增壓系統(tǒng)的控制規(guī)律。 本文主要創(chuàng)新點(diǎn)

2、在于：基于MATLAB/SIMULINK仿真平臺，開發(fā)了帶有進(jìn)排氣旁通和高工況放氣的相繼增壓柴油機(jī)工作過程仿真程序。建立了相繼增壓熱動力試驗(yàn)臺仿真模型，通過仿真計(jì)算得到了切換延遲和進(jìn)氣管容積對增壓器切換過程的影響規(guī)律。建立了采用PID控制的放氣閥的相繼增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)仿真模型，提出了采用可調(diào)節(jié)放氣閥來控制最高爆發(fā)壓力，確定了PID控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了最高爆發(fā)壓力的優(yōu)化控制。提出了一種可調(diào)相繼復(fù)合渦輪增壓系統(tǒng)。該增壓系統(tǒng)將進(jìn)排氣旁通和可調(diào)放氣

3、措施與相繼增壓系統(tǒng)相結(jié)合使用，擴(kuò)大了柴油機(jī)的工作區(qū)域。研究了進(jìn)排氣旁通對相繼增壓柴油機(jī)性能影響，提出了確定進(jìn)排氣旁通區(qū)域的方法。 本文在MATLAB/STMULINK軟件平臺上，建立了準(zhǔn)一維的壓氣機(jī)瞬態(tài)模型。其中，該模型考慮到了氣體通過壓氣機(jī)的延遲效果，可以預(yù)測壓氣機(jī)系統(tǒng)瞬態(tài)性能，包括壓氣機(jī)喘振和旋轉(zhuǎn)失速。并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了模型的正確性，模擬了壓氣機(jī)瞬態(tài)失穩(wěn)過程。為了確定壓氣機(jī)特性的喘振邊界，采用流量偏差、流量振幅、相對壓力偏

4、差、壓力振幅和壓力信號的失穩(wěn)頻率等參數(shù)來評價壓氣機(jī)喘振。其結(jié)果表明：壓力信號失穩(wěn)頻率能靈敏和準(zhǔn)確地判斷壓氣機(jī)喘振，壓氣機(jī)喘振邊界的預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好；壓縮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和穩(wěn)壓室容積影響喘振特性。 為了研究相繼增壓系統(tǒng)瞬態(tài)性能，建立了一個相繼增壓熱動力試驗(yàn)臺模型，它主要由兩臺增壓器、燃?xì)忾y、空氣閥、調(diào)節(jié)閥和一個單管燃燒室組成，重點(diǎn)研究了從一臺增壓器工作切換到兩臺增壓器工作的過程，分析了切換延遲和進(jìn)氣管容積對相繼增壓系統(tǒng)切換

5、過程的影響，其結(jié)果表明：過短的切換延遲將導(dǎo)致受控 增壓器的壓氣機(jī)發(fā)生喘振；過長的切換延遲將引起基本增壓器的壓氣機(jī)發(fā)生喘振；當(dāng)切換延遲取在中間的一段時間內(nèi)，可以避免壓氣機(jī)發(fā)生喘振。為了避免受控壓氣機(jī)發(fā)生倒流，進(jìn)氣管容積既不能太小也不能太大。 為了研究進(jìn)排氣旁通與相繼增壓結(jié)合使用，在MATLAB/SIMULINK軟件平臺上，建立了某船用相繼增壓柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)性能工作過程仿真模型。對柴油機(jī)喘振限制和進(jìn)排氣旁通進(jìn)行了仿真研究，

6、并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了進(jìn)排氣旁通區(qū)域，其結(jié)果表明：該柴油機(jī)的2TC+CAB與2TC的邊界線低于2TC喘振限制曲線；當(dāng)受控壓氣機(jī)發(fā)生喘振后，可能誘導(dǎo)基本壓氣機(jī)也發(fā)生喘振。針對該柴油機(jī)按螺旋槳特性運(yùn)行情況，對柴油機(jī)分別運(yùn)行在1TC狀態(tài)、2TC狀態(tài)和2TC+CAB狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)性能仿真，研究了擴(kuò)大進(jìn)排氣旁通區(qū)域?qū)Σ裼蜋C(jī)性能的影響。柴油機(jī)折合轉(zhuǎn)速在0.8143～0.8762時，開啟旁通閥能增加喘振裕度，防止喘振，降低渦輪前溫度，擴(kuò)大柴油機(jī)運(yùn)行范圍

7、。 建立了某船用相繼增壓柴油機(jī)瞬態(tài)仿真模型。對柴油機(jī)從一臺增壓器工作切換到兩臺增壓器工作的過程進(jìn)行了研究，其結(jié)果表明：在切換過程中，如果旁通閥與燃?xì)忾y同時開啟，可防止壓氣機(jī)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)。對柴油機(jī)按螺旋槳特性運(yùn)行時的加速和減速過程進(jìn)行了研究，其結(jié)果表明：加速過程的切換延遲應(yīng)該選擇較短的切換延遲；減速過程中適當(dāng)降低受控增壓器的切換點(diǎn)，可以防止壓氣機(jī)喘振。該研究成果對進(jìn)一步推廣應(yīng)用相繼增壓技術(shù)具有重要的指導(dǎo)價值和工程實(shí)踐意義，擁有