[发明专利]一种基于柴油机增压器瞬态模型的压气机喘振故障检测方法

说明书

本发明提供一种基于柴油机增压器瞬态模型的压气机喘振故障检测方法，包括：构建增压器的压气机本体模型；构建压气机转轴模型，计算增压器瞬时对应的转速；构建等效管路模型，获取压气机的出口质量流量与压气机出口的温度；构建稳压室模型，计算稳压室出口的流量以及稳压室出口的压力；构建等效阀模型，计算阀门流量；构建增压器涡轮端模型，计算涡轮端的流量，并计算涡轮的扭矩；构建频率检测模型，采用傅里叶变化处理压气机出口的压力变化信号，通过观测频率和振幅进行分析与对比；在不同因素下，进行压气机的喘振故障检测。本发明可以研究增压器喘振故障、分析故障原因、为船舶柴油机的喘振故障预测及防止事故发生提供理论模型的支持。

技术领域

本发明涉及大型船舶柴油机故障模拟与诊断技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于柴油机增压器瞬态模型的压气机喘振故障检测方法。

背景技术

目前内燃机的废气涡轮增压技术已被公认为内燃机的主要发展方向之一，废气涡轮增压技术已被证明是改善内燃机动力性和经济性的最有效措施，也是提高内燃机性能的必然途径。然而，增压器是柴油机运行中经常会出现故障的部件之一，喘振将导致柴油机的效率下降甚至会危及整个柴油机的运行。

在增压器的发生故障中，喘振是最常见的故障之一，故研究压气机的喘振是具有非常大的意义。压气机运行的状态会受到内部的气体压力和流量的影响，在高背压，低流量的情况下会造成喘振以及旋转失速，喘振与旋转失速不仅会造成压气机的增压效率下降，而且还会对压气机的叶片等关键部件造成损害，进而造成不可逆的损害。所以对压气机的喘振的模拟及预测有着非常重要的意义。

开展柴油机增压器的瞬态模型的建立，不仅能够帮助研究增压器的故障，为预防故障的发生进行理论的研究，同时也能协助柴油机的制造商进行增压器的发展与设计。也为增压器的故障预测与诊断提供了基础数据与理论模型，极大地减轻了人力与财力成本。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种基于柴油机增压器瞬态模型的压气机喘振故障检测方法。本发明将压缩系统分为转轴模型、压气机本体、等效管路、稳压室以及等效阀模型，在Moore-Greitzer模型的基础上通过Simulink对压气机各模块以及涡轮端建模。为了能够判断以及检测喘振的发生，采用了Simulink中自带的傅里叶转换Powergui模块对压气机的出口压力进行傅里叶转换，并对压气机各性能参数进行分析。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于柴油机增压器瞬态模型的压气机喘振故障检测方法，包括如下步骤：

构建增压器的压气机本体模型；

构建压气机转轴模型，计算增压器瞬时对应的转速；

构建等效管路模型，获取压气机的出口质量流量与压气机出口的温度；

构建稳压室模型，计算稳压室出口的流量以及稳压室出口的压力；

构建等效阀模型，计算阀门流量；

构建增压器涡轮端模型，计算涡轮端的流量，并计算涡轮的扭矩；

采用傅里叶变化处理压气机出口的压力变化信号，通过观测频率和振幅进行分析与对比；

运用控制变量法，在不同因素下，进行压气机的喘振故障检测。

进一步地，所述构建增压器的压气机本体模型，并获取压气机本体模型提供的扭矩以及涡轮端提供的扭矩，包括：

采用三次多项式，对压气机图谱中的喘振线左侧到零流量区域进行拟合；

采用二次多项式，对压气机的流量为负时的压气机图谱进行拟合，得到压气机的拟合补全图谱；

利用压气机的拟合补全图谱，计算压气机出口压力、压气机出口温度以及压气机扭矩。