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1、船用涡轮增压四冲程柴油机发电装置的动态特性〔日〕松木隆一等,、、在柴油机的发展研究中为适应当前社会上要求节省能源的形势力求柴油机结构紧凑轻型和,已开展了关于振动分析、、。,高功率化排气净化各部件应力分析等多方面的研究目前为了满足,,。高经济性的要求而采用高增压在功率提高和轻型化方面不断取得进展,,,,这种高增压柴油机在负荷突变时柴油机与增压器的匹配滞后延长在个别情况下柴油机甚,。,至达到不能协调地工作程度出现了匹配失调问题特别在船舶发电用柴油机中船舶自动化在飞速发展,随着应用计算机对,发电装置的集中控制由负荷变化而引起柴油机转速波动的
2、问题受到了特。别的注意,,根据上述要求本文着重于研究有关废气涡轮增压柴油机的动态特性设定了四冲程柴油机模,、、,,型研究柴油机增压器调速器与负载系统的相互关系同时求出了各系统计算式并模拟随负载。变化的柴油机匹配过程自汀言,、,用作船舶发电装置动力的中速柴油机为了尺寸小功率大目前很多柴油机都采用了高增压.,“也在趋于减。,,随着平均有效压力的提高飞轮惯矩GD少但是这在紧急情况下由于负,。荷的突变容易引起柴油机转速和输出电压的波动,.,,,,,,,因此过去已开展了许多研究工作例如莱杰1[幻沃姆斯利〔12〕本森〔23〕巢山〔,,、、4〕他们
3、通过线性化的计算式对增压柴油机进行了负荷突变时发动机压力温度转速等随时间变化的模似.此外,磁村在模似中还导入循环过程的平均有效压力计算方法.然而,这些研究,都几乎没有涉及到调速器和燃油系统的匹配特性而它们在加入负荷初期的匹配过渡过程中对柴油机动态特性有较大影响.:,本研究做了下述模似试验把柴油机各部分计算式线性化后构成模型从发电机侧对正在以,某一基本负荷运转的柴油机突加或突卸负荷研究对柴油机转速影响最大的调速器和燃油系统的匹配。二、分析模型和计算式,分析对象是四冲程废气涡轮增压柴油机和与它直接连接的三相同步发电机组成的发电装置负荷为水
4、阻负载。,。一根据图1表示的柴油机发电机装置模型按照下面的假定列出计算式1.假定,;(1)进气空气经过空冷器保持一定温度乡匕皿井卜今森;....唯工几匕压气机空冷器进气总管吐发动机5排气总管7:涡轮.喷油系统8.调速器9.飞轮10.发电机图1分析模型()空气和燃烧气体的气体常数(比热比)恒定;(、,,)进气管排气管分别作为单独容量系统考虑忽略管中压力波的影响系统内的气体状;态沿多变过程变化:(4)从气缸流出的气体与在排气管内的气体瞬时内完全混合,(劫对于由燃油引起的工质增加可以忽略不计;,(6)气缸换气过程是瞬时的:(7)柴油机在一循
5、环中产生的转矩保持一定(8)水阻负载、基本负荷和变动负荷,分别认为是单纯的电气负载。2.计算式,,按照上述假定根据图1所示的模型考虑计算式在这些式的正常点附近的微小变化是线性,。的通过拉普拉斯变换求出各部分的转换函数(1)柴油机转速的匹配计算式。“aM一、一“·佘令(1)·,,J。“N。。式中是柴油机旋转惯性力矩(公斤米秒)是柴油机转速(转/分)M是柴油机产生的,,,二.,转矩(公斤米)M是损失转矩(公斤米)M是发电机吸收转矩(公斤米)假定M与柴油机转,,,速无关保持一定如果把拉普拉斯变换的记号记为L则。。。。”.。::一(:,一乙,
6、)要(2)O式中162·犷,n兀。二,石.一于万(3)=一一,一厂.司`不艺兀“J。Jv。o之,犷。“,p.。2,`是气缸数是活塞行程容积(米/气缸)是平均有效庄力(公斤/米)户,是相当于“。发电机吸收转矩的换算平均压力(公斤/米)“”,.对于正常值添加0字对于偏离正常值的变动量使用小号字(2)平均有效压力的计算,.气缸内的循环假定为图2示功图所示由它求出平均有效压力有效热量全部在如图2所示的等容和等压部分产,,生热量二Qp:Q分别由下式表示.····Q二=G。二CvT,、一GoHC二。T加色_~1,,...~。柑a一`二行、’。A式
7、一石一一吮丁E.~CI一1一。·而1刀T:p-(4)又吕一k1R··:。Zp=GcHCp一T。Q(T)_,J、,_,~无。··o··e`“.`.=GHA允一刃一下一pLa一1)e22叹O)几一J·,式中GoHCv是柴油机进气空气量(公斤/循环气缸)/、,和C,。Cp分别是排气进气的定容比热(千卡/公斤℃),、。、图2四冲程柴油机示功图是排气的定压比热(千卡/公斤℃)RR分别是排气,、:、,。二,进气的气体常数(米公斤/公斤K)kk分别是排气“进气的多变指数是柴油机压缩比,,,·.p是压力升高比。是初膨胀比T:是进气温度(K)A是热功当
8、量(千卡/公斤米),,,此外假设燃油的低热值为H(千卡/公斤)在一循环内燃烧的燃油耗量为B(公斤/循环)则总发热量为H·B。_.;HB=O+Q尸(6),,2。式中在图2的尸犷曲线图中如果假定等容燃烧后的压力同压缩压力之差
