CN107654277A - 一种涡轮发电控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轮发电控制系统及控制方法,其中,一种涡轮发电控制系统包括涡轮发电机构、发动机和控制器,发动机排气管与涡轮发电机构连接,发动机排气管上设有涡轮发电机构检测单元,涡轮发电机构检测单元与控制器电连接,涡轮发电机构两端并联有排气支路,排气支路上设有控制阀,控制阀与控制器电连接,通过涡轮发电机构检测单元检测涡轮发电机构的运行状态,当涡轮发电机构发生故障时进行提醒,并打开控制阀,使废气从排气支路排出,进而可以防止发动机排气不畅,保证发动机的动力性,且不增加发动机的油耗,另一方面,可以防止排气支路过度通气,进而可以防止发动机超负荷运行造成可靠性变差。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮发电技术领域,具体涉及一种涡轮机发电控制系统和控制方法。
背景技术
随着油耗法规的实施,以及人们对节能方面的需求,越来越多的节能的方法被应用在发动机上,其中涡轮发电技术就是其中之一,涡轮发电的原理是利用废气能量推动涡轮转动从而实现发电,该技术可以有效利用废气中的能量,从而提高发动机整体作功的能力,进而降低燃油消耗。然而,当涡轮发电发生故障时(即涡轮机出现卡滞),废气流经涡轮机时压力损失升高,这将导致发动机排气不畅,从而提高发动机的排气背压,进而降低发动机的动力性,并增加发动机的油耗。
鉴于此,特提出此发明。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种涡轮发电控制系统,能够判断涡轮发电系统是否发生故障,并且在涡轮发电系统发生故障后,可以防止发动机排气不畅,保证发动机的动力性,且不增加发动机的油耗。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种涡轮发电控制系统,包括涡轮发电机构、发动机和控制器,发动机排气管与涡轮发电机构连接,发动机排气管上设有涡轮发电机构检测单元,涡轮发电机构检测单元与控制器电连接,涡轮发电机构两端并联有排气支路,排气支路上设有控制阀,控制阀与控制器电连接,通过涡轮发电机构检测单元检测涡轮发电机构的工况,当涡轮发电机构发生故障时进行提醒,并打开控制阀,使废气从排气支路排出,进而可以防止发动机排气不畅,保证发动机的动力性,且不增加发动机的油耗;另一方面,当涡轮发电机构发生故障时才打开控制阀,不发生故障时不打开控制阀,可以防止排气支路过度通气,进而可以防止发动机超负荷运行造成可靠性变差。
进一步,所述涡轮发电机构包括涡轮机和发电机,涡轮机设于发动机排气管内,发电机与涡轮机同轴连接,发动机排气管排出的废气带动涡轮机转动,涡轮机带动发电机转动发电,起到废气利用、节能的目的,所述排气支路并联在涡轮机两端,当涡轮机发生故障时,废气从排气支路排出。
进一步,所述涡轮发电机构检测单元为压力传感器,涡轮发电机构检测单元设于发动机排气管内靠近涡轮机的位置,用于检测涡轮发电机构前端管道的压力值,当涡轮机发生故障时,即涡轮机卡滞时,废气流经涡轮机时压力损失升高,发动机排气不畅,此时涡轮发电机构前端管道的压力值会增大,因此,检测涡轮发电机构前端管道的压力值可以有效地反应涡轮机是否发生故障,并且根据涡轮发电机构前端管道的压力值的变化趋势可以对涡轮机故障进行预测,在涡轮机发生故障前就进行处理,防患于未然。
进一步,还包括发动机工况检测单元,发动机工况检测单元设于发动机内,发动机工况检测单元与控制器电连接,发动机工况检测单元包括转速检测模块、喷油量检测模块以及油耗检测模块,转速检测模块用于检测发动机转速,喷油量检测模块用于检测发动机喷油量,,油耗检测模块用于检测发动机的油耗,根据发动机不同的工况确定具体的压力警戒值,可以提高系统控制的精准度,当涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值时,表明涡轮机发生故障,此时,并打开控制阀,使废气从排气支路排出。
进一步,所述发电机的进气管上设有增压器,新鲜进气通过增压器进入发动机,增压器能够增加进气压力,以提高发动机的动力,所述发电机的进气管上还设有中冷器,新鲜进气通过中冷器进入发动机,中冷器能降低进气温度,进而进一步提高发动机动力。
本发明还提供一种涡轮发电的控制方法,包括如下步骤:
步骤1:设定压力警戒值;步骤2:通过涡轮发电机构检测单元检测涡轮发电机构前端管道的压力值;步骤3:若涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值,则表明涡轮机发生故障,系统进行报警提示,并通过调解开度控制阀开度调解发动机排气管内的压力,此时,废气从排气支路排出,进而可以防止发动机排气不畅,保证发动机的动力性,且不增加发动机的油耗,若涡轮发电机构前端管道的压力值未大于压力警戒值,则表明涡轮机未发生故障,则保持控制阀的开度。
进一步,在步骤1中设定压力标准值,在步骤3中,若涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值,则以压力标准值为设定值,计算涡轮发电机构前端管道的压力值与设定值的偏差,并通过PID算法调解控制阀的开度,PID算法可将涡轮发电机构前端管道的压力值快速控制至设定值,另一方面,压力标准值与压力警戒值之间压力允许范围,当涡轮发电机构前端管道的压力值处于压力允许范围内时不对控制阀进行控制,当涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值时才对控制阀进行控制,可以在保证发动机排气顺畅的同时,减少控制阀的动作频率,进而降低控制难度。
进一步,所述压力警戒值和压力标准值由转速和喷油量通过专家算法计算并设定,专家算法离线建模步骤如下:步骤1.1:列举发动机的所有工况,发动机的工况通过发动机转速和发动机喷油量的组合进行表示;步骤1.2:通过控制发动机转速和发动机喷油量逐一模拟发动机的各工况,在各工况下模拟涡轮机故障,即涡轮机卡滞,并检测涡轮发电机构前端管道的压力值,当发动机油耗大于允许值时(当发动机油耗大于允许值时,即可表明将发生发动机排气不畅的情况,允许值的取值范围为发动机当前工况正常油耗的103-130%),记下此时涡轮发电机构前端管道的压力值,该压力值即为发动机当前工况的压力警戒值;步骤1.3:通过控制发动机转速和发动机喷油量逐一模拟发动机的各工况,在各工况下保证涡轮机正常运转,记下此时涡轮发电机构前端管道的压力值,该压力值即为发动机当前工况的压力标准值,根据发动机不同的工况确定具体的压力警戒值和压力设定值,可以提高系统控制的精准度,另一方面,通过专家算法计算并设定压力警戒值和压力设定值,计算过程简便,易于编程实现。
本发明的有益效果是:
(1)通过涡轮发电机构检测单元检测涡轮发电机构的工况,当涡轮发电机构发生故障时进行提醒,并打开控制阀,使废气从排气支路排出,进而可以防止发动机排气不畅,保证发动机的动力性,且不增加发动机的油耗;也可以防止旁通过度使发动机超负荷运行,造成可靠性变差;另一方面,当涡轮发电机构发生故障时才打开控制阀,不发生故障时不打开控制阀,可以防止排气支路过度通气,进而可以防止发动机超负荷运行造成可靠性变差。
(2)设有发动机工况检测单元,根据发动机不同的工况确定具体的压力警戒值,可以提高系统控制的精准度当涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值时,表明涡轮机发生故障,此时,并打开控制阀,使废气从排气支路排出。
附图说明
图1为一种涡轮控制系统的结构示意图。
图中:1-发动机,2-涡轮发电机构检测单元,3-发动机工况检测单元,4-增压器,5-增压器压气机部分,6-中冷器,7-涡轮机,8-发电机,9-发动机排气管,10-排气支路,11-控制阀,12-发动机进气管,13-控制器,14-废气,15-新鲜进气。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例,都应当属于本申请保护的范围。
实施例一:
如图1所示,一种涡轮发电控制系统,包括涡轮发电机构、发动机1、涡轮发电机构检测单元2、发动机工况检测单元3、控制器13、增压器4、增压器压气机部分5以及中冷器6。发动机排气管9与涡轮发电机构连接,涡轮发电机构包括涡轮机7和发电机8,涡轮机7设于发动机排气管9内,发电机8与涡轮机7同轴连接,涡轮机7两端并联有排气支路10,排气支路10上设有控制阀11,控制阀11为蝶阀,控制阀11与控制器13电连接,增压器压气机部分5设于发动机进气管12内,中冷器6设于发动机进气管12上增压器压气机部分5与发动机1之间的部分,新鲜进气15依次通过增压器压气机部分5和中冷器6进入发动机1可增加进气压力,以提高发动机1的动力。
所述涡轮发电机构检测单元2设于发动机排气管9内靠近涡轮机7的位置,涡轮发电机构检测单元2与控制器13电连接,涡轮发电机构检测单元2为压力传感器。所述发动机工况检测单元3设于发动机1内,发动机工况检测单元3与控制器13电连接,发动机工况检测单元3包括转速检测模块、喷油量检测模块以及油耗检测模块,转速检测模块用于检测发动机1的转速,喷油量检测模块用于检测发动机1的喷油量,油耗检测模块用于检测发动机1的油耗。
发动机1运转,涡轮机7在废气14作用下带动发电机8运转发电,发动机工况检测单元3实时检测发动机1工况,通过发电机8工况计算当前发动机工况下的压力报警值,涡轮发电机构检测单元2实时检测涡轮发电机构前端管道的压力值,若该压力值大于压力报警值,则表明涡轮发电机构发生故障,即涡轮机7发生卡滞,此时,控制器13打开控制阀11,使废气14从排气支路10排出,进而可以防止发动机1排气不畅,保证发动机1的动力性,且不增加发动机1的油耗。
实施例二:
一种涡轮发电控制方法,包括离线学习过程和在线控制过程,所述离线学习过程包括如下步骤:步骤1:列举发动机1的所有工况,发动机1的工况通过发动机1转速和发动机1喷油量的组合进行表示;步骤2:通过控制发动机1转速和发动机1喷油量逐一模拟发动机1的各工况(即在各工况下持续运行),在各工况下模拟涡轮机7故障,即涡轮机7卡滞,并检测涡轮发电机构前端管道的压力值以及发动机油耗(涡轮发电机构前端管道的压力值由涡轮发电机构检测单元检测获得,发动机油耗由油耗检测模块检测获得),当发动机油耗大于允许值时(允许值为发动机1当前工况正常油耗的105%),记下此时涡轮发电机构前端管道的压力值,该压力值即为发动机1当前工况的压力警戒值;步骤3:通过控制发动机1转速和发动机1喷油量逐一模拟发动机1的各工况,在各工况下保证涡轮机7正常运转,记下此时涡轮发电机构前端管道的压力值,该压力值即为发动机1当前工况的压力标准值。
所述在线控制过程包括如下步骤:步骤1:发动机1运转,涡轮机7在废气14作用下带动发电机8运转发电,检测发动机1转速和发动机1喷油量,确定发动机1当前工况,并根据离线学习过程确定当前工况的压力警戒值和压力标准值;步骤2:检测涡轮发电机构前端管道的压力值;步骤3:若涡轮发电机构前端管道的压力值大于步骤1中确定的压力警戒值,系统进行报警提示,并以步骤1中确定的压力标准值为设定值,计算涡轮发电机构前端管道的压力值与设定值的偏差,并通过PID算法调解控制阀11的开度,使废气14从排气支路10排出,防止发动机1排气不畅,保证发动机1的动力性,且不增加发动机1的油耗,若涡轮发电机构前端管道的压力值未大于步骤1中确定的压力警戒值,则返回步骤1进行下一周期的控制。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种涡轮发电控制系统,包括涡轮发电机构、发动机和控制器,发动机排气管与涡轮发电机构连接,其特征在于,发动机排气管上设有涡轮发电机构检测单元,涡轮发电机构检测单元与控制器电连接,涡轮发电机构两端并联有排气支路,排气支路上设有控制阀,控制阀与控制器电连接。
2.如权利要求1所述的一种涡轮发电控制系统,其特征在于,所述涡轮发电机构包括涡轮机和发电机,涡轮机设于发动机排气管内,发电机与涡轮机同轴连接或经传动机构连接。
3.如权利要求2所述的一种涡轮发电控制系统,其特征在于,所述排气支路并联在涡轮机两端。
4.如权利要求1所述的一种涡轮发电控制系统,其特征在于,所述涡轮发电机构检测单元为压力传感器,涡轮发电机构检测单元设于发动机排气管内靠近涡轮机的位置。
5.如权利要求1所述的一种涡轮发电控制系统,其特征在于,还包括发动机工况检测单元,发动机工况检测单元与控制器电连接。
6.如权利要求5所述的一种涡轮发电控制系统,其特征在于,所述发动机工况检测单元包括转速检测模块、喷油量检测模块以及油耗检测模块。
7.如权利要求1所述的一种涡轮发电控制系统,其特征在于,所述发电机的进气管上设有增压器和中冷器。
8.如权利要求1-7任一所述的一种涡轮发电控制系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:设定压力警戒值;步骤2:通过涡轮发电机构检测单元检测涡轮发电机构前端管道的压力值;步骤3:若涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值,则通过调节开度控制阀开度调解发动机排气管内的压力,若涡轮发电机构前端管道的压力值未大于压力警戒值,则保持控制阀的开度。
9.如权利要求8所述的一种涡轮发电控制方法,其特征在于,在步骤1中设定压力标准值,在步骤3中,若涡轮发电机构前端管道的压力值大于压力警戒值,则以压力标准值为设定值,计算涡轮发电机构前端管道的压力值与设定值的偏差,并通过PID算法调解控制阀的开度。
10.如权利要求9所述的一种涡轮发电控制方法,其特征在于,所述压力警戒值和压力标准值由发动机转速和发动机喷油量通过专家算法计算并设定,专家算法离线建模步骤如下:
步骤1:列举发动机的所有工况,发动机的工况通过发动机转速和发动机喷油量的组合进行表示;步骤2:通过控制发动机转速和发动机喷油量逐一模拟发动机的各工况,在各工况下模拟涡轮机故障,即涡轮机卡滞,并检测涡轮发电机构前端管道的压力值以及油耗,当发动机油耗大于允许值时,记下此时涡轮发电机构前端管道的压力值,该压力值即为发动机当前工况的压力警戒值,允许值的取值范围为发动机当前工况正常油耗的103-130%;步骤3:通过控制发动机转速和发动机喷油量逐一模拟发动机的各工况,在各工况下保证涡轮机正常运转,记下此时涡轮发电机构前端管道的压力值,该压力值即为发动机当前工况的压力标准值。
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