【摘要】：對于大功率船用柴油機(jī),相繼增壓技術(shù)可以用來緩解柴油機(jī)與增壓器匹配的矛盾,改善柴油機(jī)低速扭矩不足,提高柴油機(jī)部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性,擴(kuò)大柴油機(jī)運(yùn)行范圍。而可變截面渦輪增壓器(VGT)增壓技術(shù)不僅可以提高柴油機(jī)的低速特性,而且能夠改善柴油機(jī)的瞬態(tài)性能,強(qiáng)化柴油機(jī)的整體性能。為了綜合相繼增壓技術(shù)和VGT增壓技術(shù)的優(yōu)勢,本文以GT2566可變截面渦輪增壓器(VGT)、J68增壓器(2TC)和TBD234V12柴油機(jī)為研究對象。通過渦輪增壓器性能試驗,獲取的增壓器的流量特性和效率特性,建立了VGT相繼增壓柴油機(jī)模型,進(jìn)行了相關(guān)的理論計算和分析研究。本文首先對GT2556的流量特性和效率特性進(jìn)行試驗研究,獲得試驗數(shù)據(jù)用于GT Power發(fā)動機(jī)建模軟件中渦輪增壓器模型的建立,同時基于試驗數(shù)據(jù)提出了一種預(yù)測可變截面渦輪流量特性的方法。經(jīng)試驗驗證,該流量特性的預(yù)測方法能夠快速獲得可變截面渦輪的流量特性。并具有較高的準(zhǔn)確度。其次基于GT Power軟件建立了TBD234V12增壓中冷柴油機(jī)的仿真模型,根據(jù)已有的試驗數(shù)據(jù)驗證原機(jī)的仿真模型。在此基礎(chǔ)上將原機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,建立了VGT相繼增壓柴油機(jī)模型,依據(jù)柴油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳特性,對渦輪增壓器和柴油機(jī)進(jìn)行性能匹配計算,并劃分了柴油機(jī)的兩種運(yùn)行模式(1TC和2TC)的運(yùn)行區(qū)間。同時研究了柴油機(jī)的1TC運(yùn)行模式(GT2556可變截面渦輪增壓器單獨(dú)運(yùn)行)和2TC運(yùn)行模式(GT2556和J68兩臺增壓器同時運(yùn)行)對過量空氣系數(shù)和空氣流量的調(diào)節(jié)特點,計算分析了1TC/2TC對柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動力性的影響效果。以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則,繪制出了最佳噴嘴環(huán)開度和最佳增壓壓力脈譜,為了后續(xù)建立VGT相繼增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)仿真模型提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。最后,對VGT相繼增壓柴油機(jī)的負(fù)荷特性和限制特性進(jìn)行計算分析,研究了在不同工況下,柴油機(jī)采用VGT相繼增壓系統(tǒng)后,其主要性能參數(shù)的改善程度。根據(jù)不同工況的計算數(shù)據(jù),結(jié)合限制特性,繪制出了VGT相繼增壓柴油機(jī)的萬有特性曲線,并于原機(jī)的萬有特性進(jìn)行對比。結(jié)果表明,VGT相繼增壓柴油機(jī)的運(yùn)行范圍明顯擴(kuò)大,低油耗區(qū)分布區(qū)域廣,標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳特性曲線穿過低油耗運(yùn)行區(qū),并且柴油機(jī)的渦前排氣溫度降低顯著。在VGT相繼增壓柴油機(jī)的萬有特性曲線的基礎(chǔ)上,確定了柴油機(jī)兩區(qū)相繼增壓的轉(zhuǎn)速切換邊界和VGT噴嘴環(huán)開度的切換邊界。為了研究VGT相繼增壓柴油機(jī)的瞬態(tài)特性,對2TC運(yùn)行模式下的柴油機(jī)的瞬態(tài)過程進(jìn)行了仿真計算,結(jié)果表明由于GT2556可變截面渦輪增壓器的介入,極大改善了柴油機(jī)的瞬態(tài)特性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK423
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.1無葉離心增壓器調(diào)節(jié)方式日本三菱公司研制出雙舌形擋板變截面渦輪增壓器，這種增壓器是在渦輪的舌口處設(shè)置一種繞軸線旋轉(zhuǎn)的翼型擋板，當(dāng)擋板轉(zhuǎn)過不同的角度時，相當(dāng)與為渦輪匹配了多種蝸殼，進(jìn)而改變渦輪的進(jìn)氣狀態(tài)，示意圖如圖1.2所示。這種設(shè)計的優(yōu)點，在于擋板運(yùn)動靈活，操縱簡單，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性強(qiáng)。設(shè)計缺點是進(jìn)氣會發(fā)生強(qiáng)烈的紊流現(xiàn)象，流動損失嚴(yán)重，渦輪效率較低。圖1.2雙舌形擋板變截面渦輪增壓器示意圖英國Holset公司設(shè)計了可移動擋板式可變截面渦輪增壓器，示意圖如圖1.3所示。噴嘴葉片固定于噴嘴環(huán)上，氣流通過噴嘴環(huán)葉片，以一定的入射角流入葉輪。由于噴嘴葉片具有一定的厚度，會減小渦輪的流通截面積。英國Holset公司設(shè)計的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，使得噴嘴環(huán)可軸向運(yùn)動，隨著軸向位移的增加，渦輪的流通截面積增大。這種結(jié)構(gòu)，其控制系統(tǒng)簡單，可靠性強(qiáng)。

第1章緒論7圖1.3可移動擋板式渦輪增壓器示意圖KKK、Garrett公司研制的可變截面渦輪（VGT）增壓器采用的是噴嘴環(huán)葉片在噴嘴環(huán)套上可軸向旋轉(zhuǎn)的設(shè)計，示意圖如圖1.4所示。這種設(shè)計的優(yōu)點是氣流徑向進(jìn)氣均勻，互不干涉，不會產(chǎn)生軸向推動力。通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)葉片轉(zhuǎn)過的角度，可以改變氣流進(jìn)入葉輪的入射角，進(jìn)而改變渦輪對外的輸出功率。但是這種設(shè)計方法的缺陷是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噴嘴環(huán)葉片的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如今仍無法實現(xiàn)無級調(diào)控，并且噴嘴葉片對制造工藝和材料要求較高，至今在船用柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用較少。圖1.4可變截面渦輪增壓器示意圖我國可變截面渦輪（VGT）增壓技術(shù)研究取得的成就，主要是對VGT的控制算法及控制器的設(shè)計上和VGT內(nèi)部流場及結(jié)構(gòu)分析。北京大學(xué)龔老師率先提出了以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動齒條代替壓片式驅(qū)動，結(jié)合可變截面渦輪（VGT）增壓系統(tǒng)的控制策略，依據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，控制步進(jìn)電機(jī)拖動齒條產(chǎn)生位移，進(jìn)而改變噴嘴環(huán)葉片的開度，提高柴油機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)，這種驅(qū)動方式簡單，靈敏度高，但對控制系統(tǒng)的要求嚴(yán)格。清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，對可變截面渦輪（VGT）增壓柴油機(jī)的控制系統(tǒng)的研究提出了寶貴經(jīng)驗。其控制系統(tǒng)的

第1章緒論7圖1.3可移動擋板式渦輪增壓器示意圖KKK、Garrett公司研制的可變截面渦輪（VGT）增壓器采用的是噴嘴環(huán)葉片在噴嘴環(huán)套上可軸向旋轉(zhuǎn)的設(shè)計，示意圖如圖1.4所示。這種設(shè)計的優(yōu)點是氣流徑向進(jìn)氣均勻，互不干涉，不會產(chǎn)生軸向推動力。通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)葉片轉(zhuǎn)過的角度，可以改變氣流進(jìn)入葉輪的入射角，進(jìn)而改變渦輪對外的輸出功率。但是這種設(shè)計方法的缺陷是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噴嘴環(huán)葉片的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如今仍無法實現(xiàn)無級調(diào)控，并且噴嘴葉片對制造工藝和材料要求較高，至今在船用柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用較少。圖1.4可變截面渦輪增壓器示意圖我國可變截面渦輪（VGT）增壓技術(shù)研究取得的成就，主要是對VGT的控制算法及控制器的設(shè)計上和VGT內(nèi)部流場及結(jié)構(gòu)分析。北京大學(xué)龔老師率先提出了以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動齒條代替壓片式驅(qū)動，結(jié)合可變截面渦輪（VGT）增壓系統(tǒng)的控制策略，依據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，控制步進(jìn)電機(jī)拖動齒條產(chǎn)生位移，進(jìn)而改變噴嘴環(huán)葉片的開度，提高柴油機(jī)的強(qiáng)化指標(biāo)，這種驅(qū)動方式簡單，靈敏度高，但對控制系統(tǒng)的要求嚴(yán)格。清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，對可變截面渦輪（VGT）增壓柴油機(jī)的控制系統(tǒng)的研究提出了寶貴經(jīng)驗。其控制系統(tǒng)的

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 楊杰;基于DRL的可變幾何截面渦輪增壓器控制及仿真分析[D];重慶理工大學(xué);2020年

2 劉曉梅;可變幾何渦輪增壓器與柴油機(jī)匹配技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

本文編號：2780315