相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置，包括動態(tài)壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量計、放氣閥以及喘振預(yù)測控制器?？諝饬髁坑嫼蛣討B(tài)壓力傳感器分別安裝在壓氣機進、出口，轉(zhuǎn)速傳感器安裝在壓氣機一側(cè)，放氣閥安裝在壓氣機出口。數(shù)據(jù)采集模塊采集和儲存增壓壓力、增壓器轉(zhuǎn)速以及空氣質(zhì)量流量參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)筋A(yù)測前處理模塊；參數(shù)數(shù)據(jù)被傳輸至灰色預(yù)測模塊，進行灰色預(yù)測；將預(yù)測結(jié)果和實測喘振數(shù)據(jù)信息進行對比判斷是否發(fā)生喘振，并發(fā)出指令調(diào)整放氣閥的開度。本實用新型能夠快捷、精確的對喘振現(xiàn)象進行在線預(yù)報和控制，消除了預(yù)防措施的滯后性。
【專利說明】 相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及的是一種增壓柴油機裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]相繼增壓技術(shù)是改善增壓柴油機低工況性能的有效措施，可以有效地擴大柴油機的運行范圍，提高其經(jīng)濟性，改善排放性能.在相繼增壓柴油機工作過程中，由于壓氣機流量的減小形成突變失速的時候，流道內(nèi)流動情況將大大惡化，整個增壓系統(tǒng)中會出現(xiàn)周期性的軸向低頻大振幅的氣體振蕩現(xiàn)象，即壓氣機的喘振現(xiàn)象。喘振的發(fā)生阻礙了增壓器的正常工作，使得葉輪應(yīng)力大大增加，噪音加劇，并可能損壞軸承、密封，造成停車或嚴(yán)重的事故。因此如何有效預(yù)防喘振現(xiàn)象的發(fā)生，是提高渦輪增壓器運行的安全性和可靠性亟需解決的重要問題。
[0003]作為相繼增壓系統(tǒng)常見故障之一，喘振現(xiàn)象的發(fā)生都對應(yīng)一些特征現(xiàn)象，如增壓壓力過低、柴油機功率過低，排氣煙度過高等。故在對喘振的預(yù)防方面，可以通過與之相關(guān)的特征現(xiàn)象來反推故障的發(fā)生，即根據(jù)實時參數(shù)的未來變化關(guān)系和趨勢來判斷，來預(yù)測喘振現(xiàn)象?；疑A(yù)測是目前研究少數(shù)據(jù)，貧信息不確定性問題的有效方法，而相繼增壓柴油機系統(tǒng)是一個典型的灰色系統(tǒng)，故采用灰色預(yù)測對與喘振相關(guān)的特征現(xiàn)象對應(yīng)的參數(shù)進行預(yù)測，進而根據(jù)預(yù)測參數(shù)的變化對喘振進行有效預(yù)防。
[0004]目前，在已授權(quán)或者公布的實用新型中，已有涉及柴油機相繼增壓喘振的預(yù)防。如專利號為“201220321847.6”的“柴油機相繼增壓節(jié)結(jié)構(gòu)”專利，通過在受控增壓器上設(shè)置放氣閥來避免壓氣機有轉(zhuǎn)速零流量現(xiàn)象，從而消除增壓器喘振現(xiàn)象，但是該專利無法實現(xiàn)控制功能和預(yù)報功能。專利號為“200910073152.3”的“相繼增壓系統(tǒng)防喘振控制裝置及控制方法”專利，通過采集各傳感器的信號，將所測的運行點信息和所設(shè)控制線進行對比分析，得出是否有喘振先兆，并發(fā)出指令調(diào)整空氣循環(huán)閥和空氣旁通閥，該專利旨在改善相繼增壓系統(tǒng)切換過程中發(fā)生的喘振現(xiàn)象，且預(yù)防措施具有一定的滯后性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供實現(xiàn)喘振現(xiàn)象的在線預(yù)報和預(yù)防的相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置，其特征是:包括柴油機、基本增壓器、受控增壓器、喘振預(yù)測控制器，基本增壓器的渦輪和壓氣機分別通過A列排氣總管和A列進氣總管連接柴油機，受控增壓器的渦輪和壓氣機分別通過B列排氣總管和B列進氣總管連接柴油機，A列排氣總管與B列排氣總管之間安裝連通管，受控增壓器的壓氣機進口安裝空氣流量計，受控增壓器的壓氣機出口安裝動態(tài)壓力傳感器，動態(tài)壓力傳感器與柴油機之間的B列進氣總管上設(shè)置放氣閥，受控增壓器的壓氣機殼上安裝測試壓氣機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，喘振預(yù)測控制器包括采集動態(tài)壓力傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器和流量計信號的數(shù)據(jù)采集模塊、對數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號進行灰色預(yù)測的灰色預(yù)測模塊、根據(jù)灰色預(yù)測模塊預(yù)測結(jié)果控制放氣閥開度的放氣閥控制模塊、根據(jù)灰色預(yù)測模塊預(yù)測結(jié)果控制是否報警的報警模塊、輸出預(yù)測結(jié)果的數(shù)據(jù)輸出模塊，動態(tài)壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和流量計連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊連接灰色預(yù)測模塊，灰色預(yù)測模塊連接放氣閥控制模塊、報警模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。
[0008]本實用新型相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置還可以包括:
[0009]1、B列進氣總管上安裝空氣閥，B列排氣總管上安裝燃?xì)忾y。
[0010]本實用新型的優(yōu)勢在于:本實用新型利用灰色預(yù)測操作方便、預(yù)測精度高的優(yōu)點，實現(xiàn)柴油機相繼增壓系統(tǒng)運行過程中喘振故障的在線預(yù)報，從而提前調(diào)整放氣閥開度，避免了未來時刻無法預(yù)知的喘振。較【背景技術(shù)】中所述專利，對相繼增壓系統(tǒng)防喘振技術(shù)進行了改進，易于工程實現(xiàn)，能夠快捷、精確的對喘振現(xiàn)象進行在線預(yù)報和控制，消除了預(yù)防措施的滯后性，降低了喘振現(xiàn)象的發(fā)生頻率，提高了相繼增壓系統(tǒng)運行的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實用新型喘振預(yù)測控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本實用新型的控制方法流程圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細(xì)地描述:
[0015]結(jié)合圖1?3，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:包括動態(tài)壓力傳感器10、轉(zhuǎn)速傳感器8、空氣流量計6、數(shù)據(jù)采集模塊16、預(yù)測前處理模塊17、灰色預(yù)測模塊18、放氣閥控制模塊19、報警模塊20以及數(shù)據(jù)輸出模塊21。在壓氣機進口有安裝空氣流量計6，用以測量壓氣機進口空氣質(zhì)量流量；壓氣機出口安裝有動態(tài)壓力傳感器10，用以測量壓氣機出口動態(tài)壓力；在壓氣機一側(cè)安裝有轉(zhuǎn)速傳感器8，用以測量增壓器轉(zhuǎn)速；放氣閥11安裝在壓氣機出口管道上，放氣開度由喘振預(yù)測控制器7控制。喘振預(yù)測控制器7由數(shù)據(jù)采集模塊16、預(yù)測前處理模塊17、灰色預(yù)測模塊18、放氣閥控制模塊19、報警模塊20以及數(shù)據(jù)輸出模塊21組成。喘振預(yù)測控制器7利用灰色預(yù)測預(yù)測精度高、易于實現(xiàn)的特點，對壓力、轉(zhuǎn)速以及空氣流量三個參數(shù)的未來時刻的狀態(tài)和變化趨勢進行預(yù)測，輸出預(yù)測值和變化曲線圖，并與灰色預(yù)測模塊中存儲的實測喘振信息進行對比，判斷喘振是否發(fā)生，從而提前采取預(yù)防措施，調(diào)整放氣閥開度，防止喘振現(xiàn)象發(fā)生。
[0016]本實用新型的控制原理是這樣的:首先按照轉(zhuǎn)速的不同，將壓氣機空氣流量與壓比關(guān)系曲線以數(shù)組形式存放在灰色預(yù)測模塊18中，以備調(diào)用判斷是否發(fā)生喘振；采集并儲存動態(tài)壓力傳感器10、轉(zhuǎn)速傳感器8、空氣流量計6的信號，得到壓氣機動態(tài)壓力、轉(zhuǎn)速以及空氣流量三個參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；對該三個參數(shù)數(shù)據(jù)進行預(yù)測前處理，并完成灰色預(yù)測，得到三個參數(shù)未來時刻的預(yù)測值以及變化趨勢；將預(yù)測結(jié)果與灰色預(yù)測模塊18中儲存的實測喘振數(shù)據(jù)信息進行對比:優(yōu)先考慮壓氣機出口動態(tài)壓力，若動態(tài)壓力預(yù)測值Pl和實測喘振數(shù)據(jù)中相應(yīng)的壓比P2兩者之差大于設(shè)定值△ P因機型而定，則認(rèn)定數(shù)據(jù)有誤，進行報警；否則進入安全運行線判定，若空氣流量測量值Ql小于實測喘振信息中相應(yīng)的Q2，則表明壓氣機已經(jīng)越過安全運行線，啟動放氣閥控制模塊19。否則表明壓氣機處于安全狀態(tài)，保持現(xiàn)狀。其控制算法流程圖如3所示。
[0017]本實用新型包括:包括動態(tài)壓力傳感器10、轉(zhuǎn)速傳感器8、空氣流量計6、數(shù)據(jù)采集模塊16、預(yù)測前處理模塊17、灰色預(yù)測模塊18、放氣閥控制模塊19、報警模塊20以及數(shù)據(jù)輸出模塊21
[0018]空氣流量計6安裝在壓氣機進口，動態(tài)壓力傳感器10安裝在壓氣機出口，轉(zhuǎn)速傳感器8安裝在在壓氣機一側(cè)；放氣閥11安裝在壓氣機出口，其指令來自喘振預(yù)測控制器7。
[0019]喘振預(yù)測控制器7由數(shù)據(jù)采集模塊16、預(yù)測前處理模塊17、灰色預(yù)測模塊18、放氣閥控制模塊19、報警模塊20以及數(shù)據(jù)輸出模塊21組成。其中，數(shù)據(jù)采集模塊16負(fù)責(zé)采集和儲存增壓壓力、增壓器轉(zhuǎn)速以及空氣質(zhì)量流量參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；預(yù)測前處理模塊17負(fù)責(zé)參數(shù)數(shù)據(jù)的檢驗和預(yù)處理，根據(jù)檢驗結(jié)果，對不同特點的參數(shù)數(shù)據(jù)選擇最優(yōu)的預(yù)測模型；放氣閥控制模塊19負(fù)責(zé)放氣閥11開度的控制；數(shù)據(jù)輸出模塊21負(fù)責(zé)預(yù)測結(jié)果的輸出，輸出結(jié)果包括運行參數(shù)未來時刻預(yù)測值、運行趨勢變化曲線以及預(yù)測與真實值對比曲線圖。
[0020]在柴油機相繼增壓系統(tǒng)運行過程中，首先按照轉(zhuǎn)速的不同，將壓氣機空氣流量與壓比關(guān)系曲線以數(shù)組形式存放在灰色預(yù)測模塊18中，以備調(diào)用判斷是否發(fā)生喘振；采集并儲存動態(tài)壓力傳感器10、轉(zhuǎn)速傳感器8、空氣流量計6的信號，得到壓氣機動態(tài)壓力、轉(zhuǎn)速以及空氣流量三個參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；對該三個參數(shù)數(shù)據(jù)進行預(yù)測前處理，并完成灰色預(yù)測，得到三個參數(shù)未來時刻的預(yù)測值以及變化趨勢；將預(yù)測結(jié)果與灰色預(yù)測模塊18中儲存的實測喘振數(shù)據(jù)信息進行對比:優(yōu)先考慮壓氣機出口動態(tài)壓力，若動態(tài)壓力預(yù)測值Pl和實測喘振數(shù)據(jù)中相應(yīng)的壓比P2兩者之差大于設(shè)定值△ P因機型而定，則認(rèn)定數(shù)據(jù)有誤，進行報警；否則進入安全運行線判定，若空氣流量測量值Ql小于實測喘振信息中相應(yīng)的Q2，則表明壓氣機已經(jīng)越過安全運行線，啟動放氣閥控制模塊19。否則表明壓氣機處于安全狀態(tài)，保持現(xiàn)狀。
[0021]本實用新型控制裝置，包括動態(tài)壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量計、放氣閥、數(shù)據(jù)采集模塊、預(yù)測前處理模塊、灰色預(yù)測模塊、放氣閥控制模塊、報警模塊以及數(shù)據(jù)輸出模塊。空氣流量計安裝在壓氣機進口 ；動態(tài)壓力傳感器安裝在壓氣機出口 ；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在壓氣機殼上；放氣閥安裝在壓氣機出口 ；所述傳感器和流量計的信號輸入數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)采集模塊將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入預(yù)測前處理模塊；預(yù)測前處理模塊完成對數(shù)據(jù)的預(yù)處理后輸入灰色預(yù)測模塊；灰色預(yù)測模塊對參數(shù)數(shù)據(jù)進行灰色預(yù)測，并與存放在模塊中的喘振數(shù)據(jù)進行對比分析，輸出控制指令；放氣閥控制模塊接受灰色預(yù)測模塊的指令控制放氣閥的開度；數(shù)據(jù)輸出模塊輸出運行參數(shù)未來時刻預(yù)測值、并繪制運行趨勢變化曲線以及預(yù)測與真實值對比曲線圖。
[0022]本實用新型控制方法:首先按照轉(zhuǎn)速的不同，將壓氣機空氣流量與壓比關(guān)系曲線以數(shù)組形式存放在灰色預(yù)測模塊中，以備調(diào)用判斷是否發(fā)生喘振；采集并儲存動態(tài)壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量計的信號，得到壓氣機動態(tài)壓力、轉(zhuǎn)速以及空氣流量三個參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；對該三個參數(shù)數(shù)據(jù)進行預(yù)測前處理，并完成灰色預(yù)測，得到三個參數(shù)未來時刻的預(yù)測值以及變化趨勢；將預(yù)測結(jié)果與灰色預(yù)測模塊中儲存的實測喘振數(shù)據(jù)信息進行對比:優(yōu)先考慮壓氣機出口動態(tài)壓力，若動態(tài)壓力預(yù)測值Pl和實測喘振數(shù)據(jù)中相應(yīng)的壓比P2兩者之差大于設(shè)定值Λ P因機型而定，則認(rèn)定數(shù)據(jù)有誤，進行報警；否則進入安全運行線判定，若空氣流量測量值Ql小于實測喘振信息中相應(yīng)的Q2，則表明壓氣機已經(jīng)越過安全運行線，啟動放氣閥控制模塊。否則表明壓氣機處于安全狀態(tài)，保持現(xiàn)狀。
[0023] 預(yù)測前處理模塊根據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)的不同特點，選擇不同的預(yù)測模型，若為單調(diào)數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)GM(1，1)模型進行灰色預(yù)測；若為波動數(shù)據(jù)，采用改進GM(1，1)模型進行灰色預(yù)測，不同的改進模型對預(yù)測精度優(yōu)化效果不同。
【權(quán)利要求】
1.相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置，其特征是:包括柴油機、基本增壓器、受控增壓器、喘振預(yù)測控制器，基本增壓器的渦輪和壓氣機分別通過A列排氣總管和A列進氣總管連接柴油機，受控增壓器的渦輪和壓氣機分別通過B列排氣總管和B列進氣總管連接柴油機，A列排氣總管與B列排氣總管之間安裝連通管，受控增壓器的壓氣機進口安裝空氣流量計，受控增壓器的壓氣機出口安裝動態(tài)壓力傳感器，動態(tài)壓力傳感器與柴油機之間的B列進氣總管上設(shè)置放氣閥，受控增壓器的壓氣機殼上安裝測試壓氣機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器，喘振預(yù)測控制器包括采集動態(tài)壓力傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器和流量計信號的數(shù)據(jù)采集模塊、對數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號進行灰色預(yù)測的灰色預(yù)測模塊、根據(jù)灰色預(yù)測模塊預(yù)測結(jié)果控制放氣閥開度的放氣閥控制模塊、根據(jù)灰色預(yù)測模塊預(yù)測結(jié)果控制是否報警的報警模塊、輸出預(yù)測結(jié)果的數(shù)據(jù)輸出模塊，動態(tài)壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和流量計連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊連接灰色預(yù)測模塊，灰色預(yù)測模塊連接放氣閥控制模塊、報警模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相繼增壓系統(tǒng)喘振預(yù)測控制裝置，其特征是:B列進氣總管上安裝空氣閥，B列排氣總管上安裝燃?xì)忾y。
【文檔編號】F02B37/007GK204175420SQ201420613664
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】王銀燕, 祖象歡, 王凈, 楊傳雷, 崔欣潔, 王賀春, 陳德富, 張超 申請人:哈爾濱工程大學(xué)