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机工作原理是什么
机工作原理
单缸往复活塞式机结构主要由排气门、南充顺庆进气门、南充顺庆气缸盖、南充顺庆气缸、南充顺庆活塞、南充顺庆活塞销、南充顺庆连杆和曲轴等组成。气缸内装有活塞,活塞通过活塞销、南充顺庆连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内作一上下往复运动,通过连杆推动曲轴转动。为丁吸入新鲜空气和排出废气,在气缸盖上下设有进气门和排气门。
(1)基本名闻术语
①上止点:活塞离曲轴中心 距离的位置。
②下止点:活塞离曲轴中心小距离的位置。
③活塞行程(冲程):上止点与下止点间的距离,用符号S表示,单位为mm。
④曲柄半径:曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离,用符号r表示,单位为mm。活塞行程S等于曲柄半径r的两倍。
⑤气缸工作容积在:一个气缸中,活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。用符号Vh表示,単位为L。
⑥机排量:机所有气缸工作容积的总和称为机排量,用VH表示。
机排量表示机的做功能力,在其他参数相同的前提下,机排量越大,则其所发出的功率就越大。
⑦燃烧室容积当活塞在上止点时,活塞上方的气缸容积。用符号Vc表示。
气缸总容积当活塞在下止点时,活塞上方的气缸容积。用符号Va表示。它等于燃烧室容积Va与气缸工作容积Vh之和。
⑨压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比。用符号ε表示。
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小的倍数,也表明气体被压缩的程度,通常机的压缩比ε=12~22。压缩比越大,活塞运动时,气体被压缩得越厉害,气体的温度和压力就越高,机的效率也越高。
⑩工作循环:机中热能与机械能的转化,是通过活塞在气缸内工作,连续进行进气、南充顺庆压缩、南充顺庆做功、南充顺庆排气四个过程来完成的。每进行这样一个过程称为一个工作循环。如机活塞走完四个冲程(曲轴旋转两周)完成一个工作循环,称该机为四冲程机如活塞走完两个冲程(曲轴旋转一周)完成一个工作循环,称改机为二冲程机。
(2)四冲程机工作原理
①进气过程 活塞从上止点向下止点移动,这时在配气机构的作用下进气门打开,排气门关闭。由于活塞下移,气缸内容积增大,压力降低,新鲜空气经空气滤清器、南充顺庆进气管不断吸入气缸。由于进气系统存在阻力,使进气终了气缸内的气体压力低于大气压力P0(约78~91kPa),温度为320~340K.
②压缩过程 活塞由下止点向上止点运动,这时进、南充顺庆排气门关闭。气缸内容积不断减少,气体被压缩,其温度和压力不断提高。压缩终了时气体压力可达3~5MPa,温度高达750~1000K,为喷人气缸内的蒸发、南充顺庆混合和燃烧创造条件。
③做功过程 所示]在压缩过程即将终了时,喷油器将以细小的油雰喷入气缸,在高温、南充顺庆高压和高速气流作用下很快蒸发,与空气混合,形成混合气。并在高温下自动着火燃烧,放出大量的热量,使气缸中气体温度和压力急剧上升。燃烧气体的 压力可达6~9MPa, 温度可达1800~2000K。高压气体膨胀推动活塞由上止点向下止点移动,从而使曲轴旋转对外做功。由于喷油和燃烧要持续一段时间,所以虽然活塞开始下移,但此时还有喷入的燃料继续燃烧放热,气缸内的压力并没有明显下降,随着活塞下移,气缸内的温度和压力才逐渐下降。做功行程结束时,压力约为0.2~0.5MPa。
④排气过程 做功过程结末后,排气门打开,进气门关闭。活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动,燃烧过的废气便依靠压力差和活塞上行的排挤,迅速从排气门排出。由于排气系统有阻力,因此,排气终了时,气缸内废气压力略高于大气压力。气缸内残余废气的压力约为0.105~0.12MPa,温度约为700~900K。
活塞经过上述四个连续过程后,便完成了一个工作循环。当排气过程结束后,机曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转,上述四个过程又重复进行。如此周而复始地进行个又一个的工作循环,使机连续不断地运转起来,并带动工作机械做功。
(3)二冲程机工作原理
二冲程机无进气门。气缸(气缸套)壁上有一组进气孔,由活塞的上下运动控制进气孔的开、南充顺庆闭,气缸盖上设有排气门。空气由扫气泵提高压力以后,经气缸外部的空气室和气缸壁上的进气孔进入气缸,完成进气和扫气过程。燃烧后的废气由气缸盖上的排气门排出。其工作过程如下。
① 行程 行程也称换气-压缩过程。曲轴带动活塞由下止点向上运动,这时进气孔和排气门均打开,新鲜空气山扫气泵以高于大气压力送入气缸中,并把气缸中的残余废气从排气门扫除。这种进、南充顺庆排气同时进行的过程称为“扫气过程”。活塞继续向上运动,当活塞越过进气孔后,进气孔破活塞关闭的同时配气机构也使排气门关闭。于是气缸内的新鲜空气被压缩,一直进行到上止点。
②第二行程 第二行程也称膨胀-换气过程。活塞接近上止点时,喷油器开始喷油,被喷油器喷成的雰状与高温压缩空气相遇,便迅速燃烧。由于燃气压力的作用,推动活塞向下止点运动,经连杆带动曲轴旋转而输出动力。当活塞下行至某一时刻时排气门打开,做功后的废气由排气门排出。活塞继续向下运动,随后进气孔打开,新鲜空气被扫气泵再次压入气缸,开始“扫气过程”。活塞一直运动到下止点,完成第二个工作行程。
(4)二冲程与四冲程机的比较
与四冲程机比较,二冲程机有以下主要特点。公明发电机
①曲轴毎转一周就有一个做功过程,因此,当二冲程机工作容积和转速与四冲程机相同时,在理论上其功率应为四冲程机功率的两倍。但由于结构上的关系,二冲程机废气排除不彻底,并且换气过程减小了有效工作行程。因而在同样的工作容积和曲轴转速下,二冲程机的功率约为四冲程机的1.5~1.7倍。
②二冲程机因其曲轴毎转一周就有一个做功行程,在相同转速下工作循环次数多,故输出转矩均匀,运转平稳。
③大多数二冲程机部分或全部采用气孔换气,配气机构简单。所以,二冲程机结构简单,重量轻·使用维修方便。
④换气时间短,并需要借助新鲜空气来清扫废气,换气效果相对较差。
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1发电机在机油不足时运转
发电机冷机启动时,因为机油黏度大、南充顺庆当地活动性差,是机油泵供油不足,机器摩擦面因缺油润滑不良,造成急剧磨损,甚至发生拉缸、南充顺庆当地烧瓦等故障。此时,水温过低时气缸内温度低,发电机着火滞燃期延长,一经着火,压力迅速升高,发电机粗暴,易造成零部件的机械损坏。
2在机油压力过低的情况下运转
发电机工作过程中,冷却水温渡过低,气缸壁温度随之下降,燃烧产生的水蒸气凝聚成水珠,与废气接触天生酸性物质,附着于气缸壁,产生侵蚀磨损。
3发电机冷启动后猛轰油门
发电机熄火后冷却系水的轮回休止,散热能力急剧降低,受热件失去冷却,易造成气缸盖、南充顺庆当地气缸套、南充顺庆当地气缸体等机件过热,产生裂纹,或使活塞过度膨胀卡死在缸套内。发电机怠速时,润滑油压力低,活塞顶部喷油冷却效果差,造成磨损急剧增加,轻易拉缸;还可造成雾化不良,燃烧不完全,积炭严峻,有时甚至导致气门和活塞环卡死、南充顺庆当地缸套穴蚀。因此,发电机温渡过高时应先卸除负荷,轻微进步转速,待水温下降后将发电机熄火,在将水散热器盖拧松,排除水蒸气。
4在冷却水和机油油温过低的状态下运转
发电机组冷却水量不足会降低其冷却效果,发电机因得不到有效的冷却而过热;冷却水、南充顺庆当地机油的油温过高,也会引起发电机过热。此外,还会使活塞、南充顺庆当地气门及燃烧室积炭显著增多,引起喷油嘴堵塞和活塞卡死。若发现机油压力低于划定压力时,要立刻停机,排除故障后再继续使用。
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四点预防发电机拉缸的有效措施
发电机拉缸是一种较为常见的机械故障。主要是由于气缸壁上出现损伤造成的。在实际使用的过程中,活塞在气缸壁中做往复运动,如果没有按照規定操作,使得活塞在运动过程中由于同气缸表面接触,强烈的摩擦产生高温,使得活塞环同气缸擘之间发生烧熔和黏着。在运动结束温度下降之后,活塞环上就会沉积一些碳化物。这些不规则的碳化物在活塞环表面就像是一把刀子,在再次运动的过程中会不断刮擦气缸壁,使得气缸壁受到损伤,出现一些深浅不一的凹槽。
对于这种拉缸故障,一般会将缸套、南充顺庆当地活塞环和活塞等全部更换。但是有时依然会出现拉缸现象。对于这种情况,就需要进行进一步的故障诊断。作为康明斯发电机,本公司技术部门对这一故障引起了高度重视,经过详细的技术分析,决定通过对发生缸套拉缸的发电机进行拆检、南充顺庆当地改进再试验等方式查找出问题根源,终解决了该型发电机气缸套拉缸的问题。
对于这种拉缸事件,在我们日常使用中是否有相应的预防措施呢?在此康明斯总结了以下四点预防措施,方便管理人员自行参考:
1.加强滑油系统的管理。滑油的工作压力、南充顺庆当地滑油的工作温度及循坏油量应保持正常。经常检查循环油的油位、南充顺庆当地油冷却活塞的回油是否稳定、南充顺庆当地以及油泵与滤器前后压差的变化。及时添加和更换机油,清洗滑油弗列加滤清器。检查气缸注油器和各注油点的工作情况,各部位油量应处于正常。加强滑油质量管理,并定期取样化验。
2.加强冷却系统的管理。在发电机实际运转中不仅要注意中冷器膨胀单节、南充顺庆当地气缸盖裂漏、南充顺庆当地喷油器冷却水液位变化,还应注意水量的消耗。若发现水位异常,必须查明原因及时排除故障。冷却水进、南充顺庆当地出口温差及出口温度应符合说明书规定,并且各缸基本一致。冷却水应按规定做好投药处理和化验,定期清洗冷却系统的杂物、南充顺庆当地水垢,定期检查温度调节器。
3.保证检修装配质量。更换活塞、南充顺庆当地活塞环及缸套时,要确保更换零件合格,严格遵守技术标准和工艺要求,保证各配合间隙及形位误差在允许的范围内“维修装配时,不仅要检查缸壁间隙,还应检查活塞在气缸中的对中性,防止由于活塞的倾斜而拉伤缸壁。在检修时,要做好清洁工作,装配零件工作表面要无磕碰、南充顺庆当地无划痕、南充顺庆当地毛刺和杂质污物,同时严格遵守检修工艺规程,保证检修装配质量。对于修理后的发电机,应按技术规程进行磨合,不得超负载运行。
4.加强系统的管理。注意油舱、南充顺庆当地油柜的加温和沉淀,在运行中要保证净化质量,控制日用油柜的油位、南充顺庆当地油温,并定期放水排污。对弗列加滤清器定期清洗,清洗后要充满,将空气排出。机组在大功率工况运行时,应特别注意弗列加滤清器前后的压差,当压差过大时,应更换弗列加滤清器或作清洗。注意检查喷油泵、南充顺庆当地喷油器工作状态和高压油管脉动情况。燃用劣质时,一定要预热好。部分负荷运行时,应使的预热温度保持在上限。
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介绍发电机组调速方法
1面向Simulink数字调速系统框图
在建立了发电机组调速系统的各模型后,就可用MATLAB的Simulink工具建立基于常规PID控制,变速积分PID控制,不完全微分PID控制和模糊PID控制的调速系统框图。
1.1常规PID控制
首先看常规PID控制,下面是它的系统仿真框图,这是常规采用的PID控制系统图,通过对真实控制系统绘制仿真框图,观察采用常规PID控制效果。
1.2不完全微分PID控制
下面是不完全微分PID控制系统仿真框图,图2不完全微分PID控制系统仿真框图这是在常规PID基础上进行了不完全微分,这是用来改善它的控制功能,取得更好的控制效果。
1.3变速度积分PID控制
下面是变速度积分PID控制系统仿真框图。
1.4模糊PID控制
自适应模糊PID控制是将自适应控制的思想和常规PID控制器结合,吸收了自适应控制和常规PID控制的优点。首先它具备自适应能力,能够自动识辨被控过程参数、南充顺庆当地自动整定控制参数,能够适应被控过程模型参数的变化;其次它又具有常规PID控制器结构简单、南充顺庆当地鲁棒性强、南充顺庆当地可靠性高的优点。这使得自适应PID控制成为过程控制中一种较为理想的控制方法。
如果用模糊控制箱设计出模糊控制器,再在Simulink中建立系统仿真模型,把模糊控制器模块和我们设计的FIS结构连接起来,就可以对它进行仿真研究了,系统仿真框图的建立关键是对PID三个参数Kp,Ki,Kd的整定,这必须考虑到不同时刻三个参数的相互作用和它们之间的关系。
下面从系统的稳定性、南充顺庆当地响应速度、南充顺庆当地超调量和稳态精度等各方面来考虑Kp,Ki,Kd的作用,建立模糊规则表。
(1)比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度。Kp越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但容易产生超调,可能会导致系统不稳定。Kp取值过小,会降低调节精度,使响应速度变慢,延长调节时间,使系统动态和静态特征变坏。
(2)积分作用系数Ki的作用是消除系统的稳态误差。Ki越大,系统的静态误差消除越快,但Ki过大,在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而引起响应过程的较大超调。但Ki过小会使系统的静态误差难以消除,影响系统的调节精度。
(3)微分的作用系数Kd的作用是改善系统的动态特征,其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化,对偏差变化进行提前预报。但Kd过大,会使响应过程提前制动,延长了调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能。下面是进行模糊控制PID控制的系统仿真框图。
2对系统进行仿真研究
建立了系统的仿真框图后,就可以对系统进行仿真研究,就可以比较采用常规PID控制和变积分PID控制,不完全微分PID控制,模糊自适应PID控制的比较,并具体分析我们采用的模糊控制系统仿真框图自适应控制时的仿真效果。对系统进行仿真有助于我们对发电机组调速系统的快速理解,并初步地分析出我们需要的控制参数,对系统的研究有积极作用。
系统仿真图通过MATLAB中的模糊控制箱实现,同时根据自己控制系统的具体特点和要求来建立的,基本可以反应控制系统的基本情况,可以起到很好的仿真模拟作用。
首先,比较常规PID控制和变积分PID控制,变速积分PID通过改变积分项的累加速度,使得它和偏差大小相适应,偏差大的时候,积分慢;偏差小时,积分快,这就可以减少超调,同时更好地消除静差。
下面比较一下常规PID控制和不完全微分PID控制的区别。不完全微分就是在PID算法中引入了一个一阶惯性环节,使得系统性能得到改善,在改善系统动态特性的时候又尽量减少高频干扰。
介绍模糊自适应控制和常规PID的比较,并对模糊自适应控制的仿真进行分析。这些都是基于前面建立的发电机的系统模型的
可见模糊PID控制器和常规PID控制相比,它使得系统响应的超调时间减小,曲线更平整,反应时间加快了,控制效果明显更好了。同时模糊PID控制器在控制过程前期具有模糊控制器的特点,而在控制过程后期具有PID调节器的所有优势,是一种性能优良的控制器,所以在实际使用中可以选用模糊自适应控制方法。