1.概述
柴油发电机在脉冲工况下的工作特点是:负载在空载和带载间周期性波动,机组大部分时间运行在动态过程中,载荷幅度有时甚至超过柴油机的额定功率,同时,机组转速的动态调速率要求在一定范围内(例如10)。相比于其它工况,脉冲工况是一种异常恶劣的工作状态,其对柴油机的供油情况有着更为严格的要求。在某脉冲负载废气涡轮增压柴油发电机组的设计中,柴油机的供油系统为电控泵管嘴燃油喷射系统。与传统柴油机相比,电控燃油喷射柴油机通过对喷油过程进行时间式、多;数柔性控制,能更灵活准确地控制柴油机的各种运行参数[1、2]。但要做到这一点,首先要对电控系统的控制参数进行精细地标定。柴油机的许多指标:相互矛盾的,必须经过综合分析和比较,才能最终确定喷射系统的各控制参数,这是一项极其复杂的工作[3].所以在某脉冲负载柴油发电机组试验中,电控泵管嘴燃油喷射系统控制参数的现场整定过程消耗了大量的时间、人力和燃油等资源。
本文在计算机仿真和试验验证的基础上,对电控泵管嘴燃油喷射系统在废气涡轮增压柴油机脉冲负载工况中的控制策略进行研究,以提高机组动态性能,节省现场参数调整时的资源消耗,因此具有重要意义。
2.某脉冲负载柴油发电机组简介
机组主要设备包括废气涡轮增压柴油机、联轴器、离合器、发电机以及大惯量储能飞轮。储能飞轮的作用是在机组加载转速降低时释放能量,以弥补柴油机研发出功率的不足部分,其惯量为机组轴系其它运转部件惯量的20.5倍[4]。其中柴油机的额定转速为1000r /min。机组的工作电流如图1所示,是幅值依次递减、突加突卸的一组脉冲波形电流。机组最大脉冲电流时的负载功率大于柴油机所能发出的最大功率。
柴油机供油系统为电控泵管嘴系统,它是一种时间控制式喷油系统,它的控制系统工作原理如图2所示[5.6]
3仿真模型及试验验证
3.1机组仿真模型
本文基于发动机仿直软件GT-POWER和数学计算软件Matla对整个系统进行仿真计算分析,系统划分为柴油机、联轴器、离合器、飞轮、发电机以及轴承六大部分。在柴油机建模时,采用管内一维非定常流动FVM(FiniteVolumeMethod)和缸内容积法,按工作过程将其划分为进气系统、排气系统、涡轮增压系统、中冷器、电控泵管嘴系统、气缸以及曲轴箱。
由于机组大部分时间运行在瞬态工况,燃烧模型采用半预测模型相自定义修正模型。在对进排气系统建模时,采用一维交错网格,将柴油机进排气系统分成若干控制体积,应用FVM进行数值计算。
在电控泵管嘴系统建模过程中,系统的相关参数在"InjProfileConn供油模板中进行设置;供油凸轮型线在"Profile"中设置;喷油提前角在",Startofin-jection中填写,它是随柴油机转速和供油量而改变的二维表格。供油模板参数设置界面如图3所示。
机组的GT-POWER模型如图4所示。
为了对电控燃油喷射系统的控制策略进行研究,系统的PID调节模型在Matlab/Simulink中构建"机组的GT-POWER模型与供油系统PID调节的Matlab模型耦合仿真模型如图5所示。