矿用防爆柴油机瞬态工况特性及参数优化

摘要

现有防爆柴油机是在地面柴油机的进气系统和排气系统加装防爆阻火器改造而成。煤矿井下工况复杂,防爆柴油机经常处于启停、加减速等瞬态工况,而防爆阻火器的加装导致柴油机进排气严重受阻,瞬态工况下进排气系统迟滞加重,瞬态工况特性恶化严重。针对该问题,利用GT-POWER建立了防爆柴油机稳态仿真模型,利用Simulink建立了防爆柴油机瞬态工况控制模型,并将瞬态工况控制模型与稳态仿真模型耦合形成防爆柴油机瞬态仿真模型。基于防爆柴油机瞬态仿真模型,对恒转速变转矩和恒转矩变转速2种典型瞬态工况下防爆柴油机动力性能进行了仿真分析,结果表明:恒转速变转矩瞬态工况下,与防爆改造前柴油机相比,防爆柴油机空燃比下降更快,缸内最大爆发压力降低,转矩迟滞现象更明显,且转矩升高越快,迟滞效应越严重;恒转矩变转速瞬态工况下,防爆柴油机空燃比随着转速增大而减小,但小负荷增转速过程对空燃比的影响较小。为合理优化防爆柴油机参数,仿真分析了喷油提前角和进排气防爆阻火器栅栏数量对防爆柴油机动力和排放性能的影响,结果表明:缸内最大爆发压力、最高燃烧温度、摩擦转矩和功率均随喷油提前角增大而增大,CO和HC体积分数随喷油提前角增大而减小,NO;体积分数随喷油提前角增大而增大;随着进排气防爆阻火器栅栏数量增多,防爆柴油机缸内最大爆发压力增大、最高燃烧温度减小,进排气防爆阻火器栅栏数量增多对防爆柴油机摩擦转矩和功率的影响几乎可以忽略不计,但对尾气排放浓度有一定的抑制作用;适当增大喷油提前角和进排气防爆阻火器栅栏数量,可在一定程度上改善防爆柴油机瞬态工况特性。