Обеспечение качества переходных процессов

/ Литература / Тепловозные дизели типа Д49/Е / Обеспечение качества переходных процессов

Приемистость транспортного дизеля (скорость нарастания мощности дизеля во времени) не может рассматриваться вне связи с условиями его нагружения ня тепловозе.

Уравнение вращающего момента при разгоне дизеля Мя = Л4„агР + Л4„и„,

где УМнагр - момент полезной нагрузки.

Момент, затрачиваемый на сообщение кинетической энергии движущимся массам где 1 - момент инерции движущихся масс самого дизеля и приводимых механизмов, отнесенный к коленчатому валу; -

ускорение движущихся масс.

Из этого уравнения видно, что при постоянном моменте, развиваемом дизелем, скорость его разгона будет зависеть от полезной нагрузки; чем выше уровень тепловозной характеристики, тем меньше Мкин и медленнее дизель набирает частоту вращения. Для дизелей без наддува Мя относительно мало меняется в зависимости от скорости его разгона. Для дизелей с наддувом, и тем более высокофорсированных, на изменение Мл в большой степени влияет его скоростной режим. Переходный режим дизеля характеризуется нарушением рабочего процесса, связанным с рассогласованием подачи топлива и воздуха в цилиндры, переходными процессами в системе топливоподачи, повышенным температурным состоянием камеры сгорания и т. д.

Как показывает расчетно-экспериментальный анализ, определяющее влияние на качество переходного процесса с ростом форсирования дизеля приобретает система воздухоснабжения и прежде всего работа турбины турбокомпрессора. Для разгона дизеля и приводных агрегатов необходим избыточный момент АМД, который может быть получен увеличением цикловой подачи топлива (в пределах допустимых значений коэффициента избытка воздуха) и воздушного заряда. Для увеличения воздушного заряда необходимо увеличение частоты вращения вала турбокомпрессора, т. е. мощности турбины. Это может быть достигнуто либо увеличением расхода газа (увеличение частоты вращения вала дизеля), либо повышением температуры газа перед турбиной, а следовательно, и в цилиндрах. Повышение мощности турбины более эффективно при увеличении расхода газа, чем его температуры. Поэтому в случае если дизель медленно набирает частоту вращения (мал избыточный момент дизеля) и при отсутствии механизма, регулирующего подачу топлива в переходном процессе, разгон сопровождается повышенной температурой газа и деталей дизеля, низкой экономичностью и высокой дымностью выпуска. Из этого следует, что более эффективно вести разгон дизеля, начиная с большей частоты вращения или регулируя полезную мощность дизеля в период переходного процесса таким образом, чтобы обеспечить необходимый Л41!ИН для выхода дизеля на частоту вра щения, где практически снимаются ограничения по росту мощности турбины. Эта частота вращения дизеля определяет так называемое «пороговое» значение приведенного расхода газа. Для дизеля 1А-5Д49 (дизель-генератор 1А-9ДГ) оно равно примерно 30, а для 2-5Д49 (дизель-генератор 2-9ДГ) 45. Именно эти соображения принимались во внимание при выборе частоты вращения 1-й рабочей позиции контроллера дизелей 2-5Д49 и 1Д49 при формировании их эксплуатационной характеристики с неравномерной разбивкой частоты вращения по позициям.

Исследования эффективности системы автоматического регулирования с неравномерной разбивкой частоты вращения по позициям контроллера с точки зрения обеспечения качества переходных процессов проводились на тепловозе ТЭП70 с дизель-генератором 2А-9ДГ. Характеристики тепловоза с регуляторами, обеспечивающими равномерную и заданную разбивку частоты вращения по позициям, представлены на рис. ПО. На рис. 111 приведены обработанные осциллограммы изменения параметров дизеля при переводе контроллера с 0 на 15-ю позицию. Регулятор с заданной разбивкой частоты вращения имел устройство ограничения подачи топлива по давлению наддува.

При системе регулирования с неравномерной разбивкой частоты вращения по позициям контроллера характер протекания показателей дизеля в переходном процессе значительно улучшился. При переводе контроллера с 0 на 15-ю позицию время набора номинальной частоты вращения под нагрузкой составило 28 с (при равномерной разбивке частоты вращения 46 с).

Следует отметить, что время выхода дизеля на заданную мощность после достижения заданной частоты вращения определяется не дизелем, а скоростью движения индуктивного датчика регулятора мощности, которая в свою очередь определяется системой боксования тепловоза. Благодаря быстрому набору частоты вращения при опытной схеме регулирования резко увеличилась пропускная способность дизеля, что послужило причиной более интенсивного возрастания давления наддува. Его интенсивный рост отмечается уже с десятой секунды и давление наддува достигает значения, соответствующего мощности 2100 кВт, одновременно с достижением номинальной частоты вращения. Для серий

Рис. ПО. Характеристики тепловоза ТЭП70 с дизель-генератором 2А-9ДГ:
3. Обеспечение качества переходных процессов

1,3 - тепловозные характеристики с серийным и опытным регуляторами; 2,4 - селективные характеристики с серийным н опытным регуляторами Рис. 111. Изменение параметров дизель-генератора тепловоза ТЭП70 при переходе с 0 на 15-ю позицию контроллера:

3. Обеспечение качества переходных процессов

1 - с опытным регулятором; 2 - с серийным регулятором; 1р - выдвижение рейки топливного иасоса; р - давление воздуха в ресивере; Д - дымность выпусканой схемы рост давления наддува начинается с 19 с и проходит менее интенсивно. Дымность выпуска в период испытаний за счет настройки ограничения подачи топлива по давлению наддува не превышала 35 % (при серийной схеме 50 %).

Значительно улучшились пусковые качества тепловоза. При системе регулирования с неравномерной разбивкой частоты вращения значение тока 5000 А достигалось за 4,3 с вместо 12 с для серийной схемы. Осциллографирование процессов в масляной системе дизеля не показало при быстром увеличении частоты вращения нарушений в ее работе. В результате внедрения на тепловозы ТЭП70 системы управления с неравномерной разбивкой частоты вращения вала дизеля по позициям контроллера была обеспечена средняя скорость нарастания мощности дизеля 82 кВт/с, что отвечает требованиям к приемистости тепловозного дизеля, сформулированным ВНИИЖТ МПС.

Начиная с 1978 г. на все модификации дизелей 12ЧН 26/26, 16ЧН 26/26 и 20ЧН 26/26 устанавливаются регуляторы с коррекцией мощности и подачи топлива в зависимости от давления наддува. Это позволило обеспечить тепловую защиту дизеля в установившихся и переходных процессах, ограничить дымность выпуска на заданном уровне. Коррекция позволяет в период переходного процесса обеспечить согласование цикловой подачи топлива в цилиндр с воздушным зарядом в нем, косвенно характеризуемым давлением воздуха в ресивере. Перенастраивая функцию ограничения, можно добиваться разного коэффициента избытка воздуха в переходном процессе, а следовательно, регулировать уровень дымности выпуска и температурное состояние деталей.

3. Обеспечение качества переходных процессов

На рис. 112 показаны кривые ограничения подачи топлива и мощности в зависимости от давления наддува, выбранные для дизель-генератора 2А-9ДГ тепловоза ТЭП70. Кривые ограничения имеют один излом, определяемый характером изменения положения реек топливных насосов при работе дизеля на установившихся режимах по эксплуатационной характеристике. Ограничению по подаче топлива предшествует ограничение по мощности, которое реализуется за счет индуктивного датчика регулятора мощности. Запас по выдвижению реек топливных насосов от их положения по тепловозной характеристике до ограничения как раз и определяет избыточный момент для разгона дизеля и дымность выпуска.

Эксплуатация дизелей 1А-5Д49 на тепловозах 2ТЭ116 показала, что установка регуляторов с коррекцией подачи топлива по давлению наддува не только улучшила качество переходных процессов, но и позволила значительно увеличить срок службы масла, так как уменьшилась степень засорения его продуктами неполного сгорания топлива.

Рис. 112. Ограничительная характеристика регулятора по мощности и подаче топлива в зависимости от давления наддува дизеля 2А-5Д49 (тепловоз ТЭП70): 1 - ограничение по мощности; 2 - ограничение по подаче топлива; 3 - при работе по тепловозной характеристике; 1р - выдвижение рейки ТНВД; рн - давление иаддува; 1 - ІЗ - позиции контроллера РЕГУЛИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЯ ДИЗЕЛЯ И ЕГО УЗЛОВ

⇐ | Эксплуатационная экономичность | | Тепловозные дизели типа Д49 | | Регулирование дизеля | ⇒