Повышение динамических качеств дизель-генератора регулированием начального давления топлива Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.436.038.001

ПОВЫШЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАЧАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ТОП ЛИВА

А. В. Костиков, Н. Н. Патрахальцев

Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов

Россия, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Даже самые совершенные электронные системы автоматического регулирования частоты вращения дизель -генераторов не обеспечивают инвариантности частоты к набросу нагрузки без соответствующего воздействия на рабочий процесс дизеля. Одним из методов достижения этой цели является регулирование начального давления топлива в системе топливоподачи.

К динамическим качествам установок с ДВС относятся такие, как способность быстро осуществлять разгоны, приёмы (набросы) нагрузки, работать в условиях быстро и со значительной амплитудой меняющейся внешней нагрузки. Для дизелей любого назначения важным является проведение эффективных пусков с быстрым прогревом и разгоном на режимы устойчивой работы.

Качество дизель-генератора определяется его способностью работать на УР с заданной

нестабильностью частоты вращения V = —Пит. 200%, а наиболее характерным

У1тах Т1тт

неустановивпшмся режимом работы является режим наброса нагрузки, который

Аптах

характеризуется максимальным отклонением частоты вращения фтш. =------------- и временем

Ином

переходного процесса в системе автоматического регулирования (ПП в САР) или иногда временем приёмистости (/пр), т. е. временем от момента начала изменения частоты вращения до момента выхода на конечную частоту.

Важнейшим качеством дизель-генераторов является способность дизеля адекватно реагировать на сигналы системы автоматического регулирования или программного управления, например, сохранять постоянство частоты вращения при меняющейся внешней нагрузке. В этом случае /пр = 0\ (ртах = V. Достижение наиболее высоких результатов в этом случае возможно использованием электронных микропроцессорных систем автоматического регулирования (САР) с тремя управляющими структурами: форсирующей (для сокращения времени переходного процесса перемещения рейки), демпфирующей (для устранения процесса “перерегулирования” регулятора) и устойчивой (для УР) [1]. Однако даже в этом случае остаётся часть времени приёмистости, которая зависит только от качества рабочих процессов в дизеле при НУР. Одним из методов сокращения этого времени является метод регулирования начального давления топлива (РНД) [2, 3].

Уравнение динамического равновесия системы двигатель-потребитель (установки) имеет

вид: АТгд-АТс = I ГДе и АТ с - изменение моментов двигателя И

ш

потребителя, I- момент инерции установки, с/со/сЙ - угловое ускорение вращения коленчатого вала.

Приняв допущение о том, что, Тщ = /(Нр;®);Тс = /(М;а), где Ир Н N -положения регулирующих органов дизеля и потребителя, получаем изменение времени приёмистости на участке изменения угловой скорости коленчатого вала Асо:

А/*п

1

Л/г _ АN

Кт'~ Р% К Тсы . А© А©

(1)

В частном случае при постоянстве нагрузки и положения рейки:

' -кЛ

ф = -^-К,

1-

е Т.

(2)

где - ф

Асо

’ Фо

Шо

Т,=

дТс дТи

<3ю да

Кг =

РаСОО

- коэффициент самовыравнивания, Т^

фактор устойчивости режима, /■©о

Кп' Ио

- постоянная времени

Кти ' Ьо двигателя с потребителем.

Следует различать расчёты приёмистости двигателя при квазистатическом представлении протекания процессов в нём и расчёты, учитывающие наличие различных ПП в системах двигателя.

Одним из важнейших параметров, определяющих отличия в процессах топливоподачи в сходственных (т. е. протекающих при одинаковых СО и Ир) циклах или режимах УР и НУР, является начальное давление Рнач в линиях высокого давления (ЛВД) топливной системы перед очередным циклом впрыскивания. Для большинства топливных систем (т. е. систем, содержащих ТНВД с нагнетательным клапаном, трубопроводы высокого давления и форсунки закрытого типа) справедливо наличие изменения Ркач в функции от частоты вращения и/или положения рейки ТНВД.

Таким образом, в НУР в этом случае цикловые подачи топлива, а, следовательно, и крутящие моменты двигателя будут изменяться в соответствии с функциональными зависимостями: Тщ- /{п,ИР,Ртц), причём, ртн = /{п.Ир) Тогда

Р' =

8

\

Обозначим: Т' = ?--------------------——т—

\Кти + Ктр’е ' Ир)' И

дТс дТщ дТщ дРн Эю

Эю ЗР нан 5© ^

----“динамическая’ постоянная времени двигателя:

рО

(3)

К’ р*'®°

(іСп + Ктр'є ■ Ир)" и

рО

0'

КтсЫ ' N0

{кТИ + КТРнан ' Ир) Нро

- “динамический” коэффициент самовыравнивания”; “динамический коэффициент усиления по нагрузке”.

Из уравнений видно, что по сравнению с квазистатическим представлением отличие показателей связано с влиянием Ршч. В частном случае постоянства нагрузки после её наброса и положения рейки получаем уравнение

(4)

и его решение:

Ф =

к:

Г 1^1 Л

о

ки

1-е

V

А * )

Влияние изменения Рнач=Л(й, Ьр) в ПП дизеля на его динамические качества может быть как положительным, так и отрицательным, что определяется показателями влияния

ПП: П = — -----и П. = — ——------------------------.При Пщ> 0 или П/,> 0 влияние

с1(& ж * <* <*

положительно, т. е. ПП в топливной аппаратуре приводит к росту величин цикловых подач топлива и интенсивности их впрыскивания в сходственных циклах НУР по сравнению с УР, а, следовательно - к росту крутящего момента дизеля (при достаточности коэффициента избытка воздуха анур, который в пределе не должен быть ниже 0,85-0,9, так как в противном случае необходимы дополнительные средства воздействия на процессы воздухоснабжения, что относится к дизелям со сравнительно высоким наддувом).

При По,< 0 или П/,< 0 - влияние отрицательно. При одновременном протекании переходных процессов изменения угловой скорости вала и положения рейки показатель влияния этих ПП на динамические качества дизеля имеет вид Пта= Пи+П/, и соответственно при Пта > 0 влияние положительно, а при Пта < 0 - отрицательно. Очевидно, что от знака показателя влияния при НУР дизеля можем получить 7'% меньше, равно или больше, чем 7^; К ё больше, равно или меньше, чем Кё и соответственно уменьшение, сохранение неизменными или увеличение времени приёмистости и максимального отклонения частоты вращения. При этом можно отметить следующее. Для транспортного дизеля важнейшим режимом является разгон, для повышения эффективности которого целесообразно иметь топливную аппаратуру с характеристиками изменения начального давления, имеющими с1Рнт!с1(й и (1РЛШ1с1Ь < 0, т. е. имеется возможность подобрать соответствующую топливную аппаратуру.

Для дизель-генератора однозначной рекомендации по выбору указанных характеристик ТА дать нельзя. Действительно, в ПП выбега или снижения нагрузки целесообразно иметь и с1РшчШИ >0, а в ПП разгона или перемещения рейки на увеличение нагрузки -наоборот. Следовательно, для ДГ целесообразно применение ТА, у которой отсутствует ПП в ЛВД.

Устранение переходного процесса в топливной аппаратуре может быть достигнуто созданием элементов регулирования начального давления (РНД), т. е. созданием в линиях высокого давления повышенных и стабильных Рнзч перед очередным циклом впрыскивания. [3]. При работе дизеля с РНД уравнения движения системы имеют вид,

характерный для квазистатического представления, т. е. тогда имеем: К

ЯГ-СРо КРтТ-Ио

коэффициент самовыравнивания; 7'ГД = ^ &° - постоянная времени двигателя.

КГ-Ио

АС = п: ддг; (б)

- , (7)

К? нд 1 1

Регулированием начального давления можно повысить коэффициент приспособляемости

дизеля на 15-25 %, коэффициент влияния рейки на момент практически не

меняется. А в целом применение топливной аппаратуры с регулированием или по меньшей мере стабилизацией начального давления топлива в ЛВД приводит к уменьшению постоянной времени двигателя, к росту фактора устойчивости, к увеличению коэффициента самовыравнивания и в конечном итоге - к улучшению динамических качеств дизеля.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пинский Ф. И., Пинский И. Ф. Оптимальная по быстродействию структура микропроцессорного регулятора частоты вращения дизеля // Двигателестроение, 1991, № 4. -С. 29-31.

2. Патрахстьцев Н. Н. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления // Двигателестроение, 1980, № 10. - С. 33-38.

3. Патрахальцев Н. Н. Влияние переходных процессов в топливной аппаратуре на динамические свойства дизеля // Известия ВУЗов. Машиностроение, 1987, № 4. - С. 65-70.

GRADUATION OF DINAMIC QUALITIES OF DIESEL-GENERATOR BY REGULATION OF PREASSURE INITIAL OF FUEL

A. V. Costicov, N. N. Patrakhaltsev

Department of Internal Combustion Engines

Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya St., 6, 117198 Moscow, Russia

Iven must modem electronics microprocess systems of regulation of speed of diesel - generator don’t effective for making invariation of the speed of engine after rising of cargo. For this is necessary to influence on process of working of engine. This task should be reached by regulation of pressure initial of fue! in high pressure line of fuel system.

Патрахальцев Николай Николаевич родился в 1937 г., окончил в 1961 г. МВТУ им. Н.Э. Баумана. Доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой Комбинированных двигателей внутреннего сгорания РУДН. Автор 230 статей, монографий, патентов и др. научных и методических работ в области двигателей внутреннего сгорания.

N.N. Patrakhaltsev (b. 1937) graduated from Bauman Moscow Higher Technical School in 1961. DSci(Eng), professor, head of “Combined ICE” Department of Peoples’ Friendship University of Russia. Author of 230 monographs, articles and other science works in the field of Internal Combustion Engines.