Для конечной стадии переходного процесса характерны значительные скорости изменения показателей рабочих процессов: резко возрастает давление наддува, угловая скорость ротора турбокомпрессора, давление газов перед турбиной. Вследствие значительных скоростей изменения параметров рабочих процессов агрегатов наддува повышается топливно-воздушное соотношение, увеличивается расход продувочного воздуха и снижается температура газов на выходе из дизеля и перед турбиной турбокомпрессора. В момент достижения заданной угловой скорости коленчатого вала резко уменьшается угловое ускорение ротора турбокомпрессора.
В расчетах управление переходным процессом в конечной стадии осуществлялось по закону пропорционального регулирования, поэтому при полученных временных характеристиках угловая скорость коленчатого вала не превышает заданных значений. Однако на практике в конце переходного процесса это может произойти; кроме того, возникают колебания угловой скорости ротора турбокомпрессора. Указанные различия не имеют принципиального значения, так как основные характеристики процесса и показатели работы дизеля формируются в начальный и средний периоды.
При оптимальном управлении (см. рис. 2.1.) в качестве ограничительных параметров рабочих процессов дизеля и агрегатов наддува коэффициент избытка воздуха принят равным 1,35 и максимальная температура газов перед турбиной турбокомпрессора равной 970 К. Ограничительные параметры соответствуют аналогичным показателям рассмотренного выше переходного процесса.
При оптимальном управлении цикловая подача топлива соответствует принятым ограничениям параметров рабочего процесса; угловое ускорение коленчатого вала выбирается так, что при заданной цикловой подаче топлива обеспечивается максимальное приращение секундного расхода топлива. Мощность нагрузки устанавливается такой, что обеспечиваются требуемое угловое ускорение коленчатого вала и максимальная цикловая подача топлива.
В переходном процессе, соответствующем выбранному закону управления, можно выделить два характерных этапа.
Этап I. В период с 1-й по 18-ю секунду параметры рабочего процесса дизеля соответствуют принятым ограничениям, в рассматриваемом случае — заданному коэффициенту избытка воздуха α = 1,35. Цикловая подача топлива устанавливается в строгом соответствии с заданным значением а и достигает 0,63 г/цикл в начале процесса (на 2-й секунде), угловое ускорение коленчатого вала составляет 6,5 рад/с². Температура выпускных газов на выходе из поршневой части дизеля на 3 - 4-й секунде равна 1050 - 1070 К и почти не изменяется в течение всего характерного периода.
Давление наддувочного воздуха и давление газов перед турбиной в первые 10 с увеличиваются незначительно, однако из-за заброса выпускных газов в ресивер повышается температура смеси на входе в дизель, снижаются заряд свежего воздуха в цилиндре и цикловая подача топлива. Максимальная температура рабочего тела в ресивере достигает 387 К, и цикловая подача уменьшается до 0,57 г/цикл, т. е. на 11 %. Несмотря на снижение цикловой подачи, суммарный расход топлива в цилиндрах дизеля быстро возрастает в течение всего характерного периода и на 11-й секунде достигает 0,08 кг/с, что почти в 2 раза превышает расход топлива в этот момент переходного процесса, рассмотренный выше (0,044 кг/с).
Более высокие темпы роста угловой скорости коленчатого вала и суммарного расхода топлива интенсифицируют разгон ротора турбокомпрессора. По сравнению с аналогичным показателем исходного варианта угловая скорость ротора турбокомпрессора на 11-й секунде была в 2,2 раза выше и составила 662 рад/с; продолжительность выброса выпускных газов в ресивер уменьшилась с 27 до 17 с, количество продуктов сгорания, попадающих в ресивер в процессе заброса, снизилось на 15 %. Вследствие высокого углового ускорения коленчатого вала номинальная угловая скорость была достигнута за 10 - 11 с.
Температура газов перед турбиной плавно возросла до 970 К.
Этап II. Период переходного процесса с 18-й до 25-й секунды соответствует работе двигателя без ограничений параметров рабочих процессов и мало отличается от третьего характерного периода описанного переходного процесса.
Общая продолжительность процесса сократилась с 57 до 25 с при практически одинаковых предельных значениях параметров рабочего процесса.
Значительный интерес представляет сравнение интегральных показателей переходных процессов, однако тут существуют определенные трудности. В течение переходного процесса происходит изменение кинетической энергии вращения, совершается работа сил трения, расходуется энергия на привод агрегатов тепловоза и осуществляется передача энергии на тягу поезда. Если оценивать качество переходного процесса по топливной экономичности собственно дизеля, то преимущества оптимального регулирования представляются бесспорными.
Изменения индикаторного КПД дизеля при обеих системах управления одинаковы. И в том и в другом случае КПД рабочего процесса снижается с 0,44 до 0,33, продолжительность работы с низким КПД также примерно одна и та же —17-18с. Если учитывать эффективную работу дизеля или количество топлива, преобразованное в теплоту при пониженном КПД, то оптимальное регулирование будет иметь определенные преимущества. Если же произведенную полезную работу рассчитывать по мощности, реализуемой на крюке тепловоза, то лучшим окажется штатное регулирование, так как в этом случае КПД тепловоза в период пониженного индикаторного КПД дизеля оказывается более высоким.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.