1.概述
柴油發電機在脈沖工況下的工作特點是:負載在空載和帶載間周期性波動,機組大部分時間運行在動態過程中,載荷幅度有時甚至超過柴油機的額定功率,同時,機組轉速的動態調速率要求在一定范圍內(例如10)。相比于其它工況,脈沖工況是一種異常惡劣的工作狀態,其對柴油機的供油情況有著更為嚴格的要求。在某脈沖負載廢氣渦輪增壓柴油發電機組的設計中,柴油機的供油系統為電控泵管嘴燃油噴射系統。與傳統柴油機相比,電控燃油噴射柴油機通過對噴油過程進行時間式、多;數柔性控制,能更靈活準確地控制柴油機的各種運行參數[1、2]。但要做到這一點,首先要對電控系統的控制參數進行精細地標定。柴油機的許多指標:相互矛盾的,必須經過綜合分析和比較,才能最終確定噴射系統的各控制參數,這是一項極其復雜的工作[3].所以在某脈沖負載柴油發電機組試驗中,電控泵管嘴燃油噴射系統控制參數的現場整定過程消耗了大量的時間、人力和燃油等資源。
本文在計算機仿真和試驗驗證的基礎上,對電控泵管嘴燃油噴射系統在廢氣渦輪增壓柴油機脈沖負載工況中的控制策略進行研究,以提高機組動態性能,節省現場參數調整時的資源消耗,因此具有重要意義。
2.某脈沖負載柴油發電機組簡介
機組主要設備包括廢氣渦輪增壓柴油機、聯軸器、離合器、發電機以及大慣量儲能飛輪。儲能飛輪的作用是在機組加載轉速降低時釋放能量,以彌補柴油機研發出功率的不足部分,其慣量為機組軸系其它運轉部件慣量的20.5倍[4]。其中柴油機的額定轉速為1000r /min。機組的工作電流如圖1所示,是幅值依次遞減、突加突卸的一組脈沖波形電流。機組最大脈沖電流時的負載功率大于柴油機所能發出的最大功率。
柴油機供油系統為電控泵管嘴系統,它是一種時間控制式噴油系統,它的控制系統工作原理如圖2所示[5.6]
3仿真模型及試驗驗證
3.1機組仿真模型
本文基于發動機仿直軟件GT-POWER和數學計算軟件Matla對整個系統進行仿真計算分析,系統劃分為柴油機、聯軸器、離合器、飛輪、發電機以及軸承六大部分。在柴油機建模時,采用管內一維非定常流動FVM(FiniteVolumeMethod)和缸內容積法,按工作過程將其劃分為進氣系統、排氣系統、渦輪增壓系統、中冷器、電控泵管嘴系統、氣缸以及曲軸箱。
由于機組大部分時間運行在瞬態工況,燃燒模型采用半預測模型相自定義修正模型。在對進排氣系統建模時,采用一維交錯網格,將柴油機進排氣系統分成若干控制體積,應用FVM進行數值計算。
在電控泵管嘴系統建模過程中,系統的相關參數在"InjProfileConn供油模板中進行設置;供油凸輪型線在"Profile"中設置;噴油提前角在",Startofin-jection中填寫,它是隨柴油機轉速和供油量而改變的二維表格。供油模板參數設置界面如圖3所示。
機組的GT-POWER模型如圖4所示。
為了對電控燃油噴射系統的控制策略進行研究,系統的PID調節模型在Matlab/Simulink中構建"機組的GT-POWER模型與供油系統PID調節的Matlab模型耦合仿真模型如圖5所示。