12V190EFI-MPI钻井用天然气发动机进气结构与控制系统的研究与实践

发布时间：2017-04-08 00:18

  本文关键词：12V190EFI-MPI钻井用天然气发动机进气结构与控制系统的研究与实践，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：12V190柴油发动机在中国钻井动力设备中占据了极大的比重,开发12V190天然气钻井发动机,对于改变中国钻井动力一次能源结构及落实钻井产业减排指标意义重大。由于作业方式的特殊性,钻井动力需要同时具备优异的动态性能、经济性能、可靠性、自动化水平及排放性能,这给天然气钻井发动机开发带来了极大的挑战。与预混合进气技术、单点电控燃气喷射进气技术相比,多点电控燃气喷射进气技术能够更好地满足钻井动力需求,但同时也是开发难度最大,发展层次较高的发动机进气技术。本文开发了12V190EFI-MPI天然气钻井发动机的燃气喷射系统,运用理论分析、仿真计算与试验相结合的方法,对燃气喷射结构及其控制系统进行了深入、系统地研究,为12V190EFI-MPI天然气钻井发动机推广应用奠定了基础。论文的主要研究工作及研究成果如下：1)应用CFD数值分析手段,对EFI-MPI多点电控燃气喷射系统混合气形成过程进行了分析,并设计对比了单管喷射结构、文丘里环形喷射结构、双管喷射结构下的混合气形成效果。研究与测试结果表明,数值分析结果与测试结果具有良好的对应关系,对于12V190EFI-MPI串联进气道,双管喷射结构效果最优。2)提出了燃气喷射控制系统的基本结构与系统指标,分析并建立了相关控制模型,同时开发了控制软件架构及核心算法,应用结果表明,开发的控制系统满足钻井发动机工况多变瞬态响应以及经济性能、排放性能、可靠性、自动化程度的应用需求。3)将最优控制理论应用于喷射控制系统,解决了发动机动态性能、经济性能、排放性能的平衡问题,实现了12V190EFI-MPI控制系统全局最优化的控制目标；4)提出了发动机控制最小系统概念,并应用到喷射系统中,保证了发动机动力输出的可靠性；5)将专家型PID算法应用于燃气发动机的稳态及瞬态空燃比控制、调速控制、单缸喷射量修正控制等子系统,实现了空燃比的良好控制,改善了发动机瞬态工况的性能;6)对发动机动态性能、经济性能、缸内燃烧过程、并车与负荷分配、排放性能、可靠性等进行了测试,结果表明,开发的燃气喷射系统满足发动机工程应用的要求。
【关键词】：多点电控燃气喷射系统 天然气钻井动力 12V190气体机 控制系统
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE924
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符号说明14-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 课题研究的背景及意义16-18
• 1.2 钻井天然气发动机研究现状18-20
• 1.3 大功率发动机多点电控燃气喷射系统技术20-23
• 1.3.1 技术特点分析20
• 1.3.2 发展现状介绍及应用难点分析20-22
• 1.3.3 常见燃气喷射系统应用模式22-23
• 1.4 本文的主要研究内容与结构23-25
• 第二章 单管燃气喷射系统设计方案与应用分析25-43
• 2.1 单管燃气喷射系统设计25-27
• 2.2 燃气喷射系统控制模块设计27-32
• 2.3 单管燃气喷射系统的实机验证32-36
• 2.3.1 12V190EFI-MPI燃气发动机动态性能33-35
• 2.3.2 12V190EFI-MPI燃气发动机经济性能35-36
• 2.4 发动机缸内燃烧测试与分析36-41
• 2.5 12V190EFI-MPI燃气喷射系统优化方向分析41-42
• 2.6 本章小结42-43
• 第三章 燃气喷射结构对混合气形成过程的仿真分析43-56
• 3.1 仿真模型的建立及边界条件的确定43-47
• 3.1.1 仿真模型的建立43-44
• 3.1.2 计算模型的选择及初始湍动能设置44-45
• 3.1.3 边界条件的确定45-47
• 3.1.4 切面设置47
• 3.2 单管喷射结构混合气形成仿真分析47-50
• 3.3 燃气喷射结构优化及测试分析50-55
• 3.3.1 文丘里环形喷射结构混合气形成仿真分析50-51
• 3.3.2 双管喷射结构混合气形成仿真分析51-54
• 3.3.3 实机验证及结果分析54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 多点电控燃气喷射控制系统的优化分析56-73
• 4.1 控制系统指标、结构优化56-58
• 4.1.1 控制系统要求指标56
• 4.1.2 控制系统结构优化56-58
• 4.2 控制模型58-62
• 4.2.1 最小控制系统的应用59-60
• 4.2.2 全局最优化控制模型的应用60-61
• 4.2.3 专家控制系统61-62
• 4.3 发动机部分的数学模型62-67
• 4.3.1 功率输出模型62-64
• 4.3.2 发动机空气进气量模型64-66
• 4.3.3 发动机过量空气系数模型66-67
• 4.4 稳态工况空燃比控制子系统67-69
• 4.5 瞬态工况空燃比控制子系统69-71
• 4.6 控制系统的实现71-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第五章 燃气喷射系统的实机验证73-84
• 5.1 试验相关的技术条件73-75
• 5.1.1 进气系统结构73
• 5.1.2 控制系统结构73-74
• 5.1.3 试验条件与分析方法74-75
• 5.2 台架试验结果与分析75-78
• 5.2.1 动态性能测试与分析75-76
• 5.2.2 经济性能测试与分析76-77
• 5.2.3 缸内燃烧过程测试与分析77-78
• 5.3 工业试验结果与分析78-82
• 5.3.1 并车与负荷分配的控制效果79
• 5.3.2 动态性能测试与分析79-80
• 5.3.3 经济性能测试与分析80-81
• 5.3.4 排放试验及分析81-82
• 5.3.5 可靠性试验及分析82
• 5.4 本章小结82-84
• 第六章 结论84-87
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 论文创新点85
• 6.3 不足之处与工作展望85-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况91-92
• 附件92

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