Разработка теоретических основ расчета и конструирования малоразмерных двигатель-генераторных установок как единой динамической системы

• Автор: Темнов, Эдуард Сергеевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 134 с. : ил.

1. Построение математической модели ДВС
1.1 Предварительные замечания
1.2 Разработка исходной модели
1.2.1 Принимаемые допущения и исходные уравнения модели
1.2.2. Рабочие уравнения модели
а). Газодинамические процессы во впускной и выпускной системах
б). Трение в цилиндропоришевоіггруппе
в). Теплообмен
г). Тепловыделение
1.2.3. Разработка программного обеспечения и апробация модели расчетами23
1.3. Разработка модели всережимного регулятора числа оборотов
коленчатого вала ДВС
1.3.1. Анализ работы регулятора в системе «ДВС - регулятор»
1.3.2. Рабочие уравнения модели регулятора
1.3.3. Разработка программного обеспечения и апробации модели регулятора расчетами
1.4. Экспериментальная проверка адекватности модели системы «ДВС -регулятор»
1.5. Выводы
2. Построение математической модели СПДВС
2.1. Предварительные замечания
2.2. Разработка исходной модели
2.2.1. Принимаемые допущения и исходные уравнения модели
2.2.2. Рабочие уравнения модели
2.2.3. Разработка механизма управления
2.3. Разработка программного обеспечения и апробации модели СПДВС расчетами
2.4. Выводы
3. Построение математической модели линейного электрического генератора
3.1 Предварительные замечания
3.2. Получение исходной модели линейного генератора
3.2.1. Описание электромеханических процессов
3.2.2. Получение рабочих уравнений модели линейного генератора
3.3. Разработка программного обеспечения и апробации модели линейного генератора расчетами
3.4. Выводы
4. Моделирование генераторной части ДГУ традиционной схемы
4.1. Предварительные замечания
4.2. Получение исходной модели вращающегося генератора
4.2.1. Анализ возможных конструкций генератора и рассмотрение подходов к их моделированию
4.2.2. Получение рабочих уравнений модели индукторного генератора
4.2.3. Разработка механизма управления генератором
4.3. Разработка программного обеспечения и апробации модели индукторного генератора расчетами
4.4. Выводы
5. Построение математических моделей ДГУ
5.1. Предварительные замечания
5.2. Получение и исследование модели СПДГУ
5.3. Получение и исследование модели ДГУ традиционной схемы
5.4. Выводы
Заключение
Библиографический список
ПРИЛОЖЕНИЕ
Двигатель-генераторные установки (ДГУ) являются распространенным источником (производителем) электрической энергии в различных отраслях промышленности.
Наиболее широкое применение ДГУ в последнее время стали находить для питания систем подвижных автономных объектов. Они являются одними из основ их живучести и эффективности функционирования. Так, все большую необходи-мость-в промышленности- приобретают^ передвижные электростанции, позволяющие производить ремонт устройств техники на месте ее поломки, подачу энергии при чрезвычайных ситуациях, а также доставку электроэнергии в отдаленные районы. Поэтому, в современном машиностроении, особую актуальность приобретает производство малоразмерных ДГУ, которые в сочетании с высокой надежностью для работы в полевых условиях, смогли бы обеспечивать подачу энергии в заданных объемах. То же можно сказать и о применении ДГУ в спецтехнике, где требования к установкам жестче, а на производство их наложен целый ряд технических и конструкторских ограничений. При этом на процесс создания новых видов установок в последнее время все большее влияние оказывает складывающаяся в мире экологическая обстановка, которая заставляет ученых всего мира искать пути повышения экономичности и экологической чистоты привода ДГУ как одного из основных загрязнителей атмосферы.
В связи с изложенным, проблема улучшения рабочих характеристик ДГУ, как за счет определения рациональных значений конструктивных параметров (для традиционных схем), так и за счет расчета ДГУ новых схем, является актуальной.
В большинстве случаев в качестве приводов двигатель-генераторных установок традиционно используются первичные двигатели самих автономных объектов (двигатели внутреннего сгорания (ДВС) на автомобилях, объектах мобильной техники и др.). Как правило, в качестве топлива в них (в основном из-за экономических соображений) используется дизельное.
- выбор структуры и параметров СПДВС, обеспечивающих устойчивость функционирования и стабильность выходных характеристик при изменяющейся во времени нагрузке;
- обеспечение оптимального управления СПДВС.
Анализ публикаций [2, 74], посвящённых вопросам проектирования и исследования СПДВС показал, что не все из перечисленных выше задач решены. Это связано с использованием теорий, базирующихся на математических моделях, при построении которых используется ряд допущений, а именно: режим работы - установившийся; положение мёртвых точек постоянно; динамика механической подсистемы из рассмотрения исключена, что позволяет исследовать функционирование СПДВС только на установившихся режимах.
Общепринятые методы расчета, при которых основная часть времени и средств отводится на экспериментальную доводку пробного образца двигателя, не подходят для СПДВС, так как в таком случае для получения работоспособной и в какой-то степени эффективной конструкции потребовались бы неоправданно большие затраты. Еще более ситуация осложняется, когда в конструкцию двигателя вводится электромагнитная подсистема, увеличивающая число факторов, влияющих на устойчивость работы системы.
Выход видится в отходе от традиционной схемы расчета и использовании при определении конструктивных параметров свободнопоршневых двигателей и исследовании их рабочего процесса совершенно другой методики, при которой основная часть времени отводится под теоретическое исследование СПДВС с использованием его математической модели, в основу которой положены дифференциальные уравнения тепломеханики. Решение этой системы позволяет получить представление о функционировании двигателя во времени, а также исследовать его поведение в различных условиях эксплуатации и при различных конструктивных параметрах. При этом существует возможность организации поиска наилучшего решения, обеспечивающего при заданных параметрах модели требуемые показатели работы системы (КПД, мощность и т. п.).