配气机构动力学仿真分析

应用科技配气机构动力学仿真分析陈阳1姜学涛1刘建2(1新疆石油工程建设有限责任公司,新疆克拉玛依834000;2新建油田公司,新疆克拉玛依834000)摘要以某柴油杌配气机构为例,利用AⅥ LTycon软件建立了该配气机构的动力学模型,采用理论计算和仿真分析的方法确定了配气机构动力学模型的主要参教,并对其动态特性进行了仿真分析,得到了该配气机构存在的问题,为配气机构动态性能的评价和下一步优化提供了依据。[关鍵词AⅥ LTycon;动力学;仿真分析配气凸轮是柴油机配气机构的关键部分,其设计忧良与否直接影度参数通过三维模型及有限元软件分析获得的响内燃机的性能指标,因而开展配气机构系统动力学研究具有重要意2动力学仿真分析义。AⅥ LTycon提供了配气机构运动学、动力学计算及配气凸轮型线改进设计模块。其运动学、动力学计算是基于多质量动力学模型计算理论对于配气机构动力学所反映的动态性能,凸轮接触应力和气门落的。 AVLTYCON软件本身提供了相应的集成化模块,具有友好的用户座是两个重要的评价指标:界面,建立模型及参数输入较为方便,这正是应用模拟计算软件进行配1)凸轮接触应力。对于配气机构来说,在额定转速以内不应使配气机构优化设计计算优势所在。运动学及动力学分析模块,能够通过建机构发生飞脱,在发动机超速范围内,适度的飞脱是允许的,但飞脱模计算,明确气门运动特性及配气机构动力学相关性能。为每个常规配的持续期应比较小,并且不能造成很大的冲击。气机构提供最好的性能和最可靠的结果。2)气门反跳和气门落座速度。对气门的动态升程来说,在额定转本文利用 TYCON分析软件建立了某配气机构动力学分析模型,速范围内不应发生气门反跳,在发动机超速范围内,仅允许适度的气门对其动态特性进行了数值仿真。反跳。气门的落座力及落座速度值应该在可以接受的范围内,由于落座1动力学建模力受气门座圈刚度和气门头部网度的影响很大,而这两个数值又不容易1仿真模型的主要参数精确确定,因此,气门落座速度是比较可靠的评价指标。如下表22进、排气部分动力学仿真结果分析表1主要参数221进气部分动力学分析发动机型式四冲程,直列,增[缸径行程11140标定转速(r/n)2200扭矩(N)1400「排放请况图2进落座力曲线上止点前68度发动机配气机构是四气门机构,由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门桥、气阀、气门弹簧及弹簧锁夹、气门座等部分组成。根据发动机配气机构实体结构及零部件布置情况,在 TYCON中建立该发动机单个气图3进气门弹簧受力曲线缸的配气机构计算模型,包括进、排气部分动力学模型,动力学模型如图1所示。进、排气部分动力学所建模型相同,只是在参数的输入上有图4进气部分凸轮与挺柱接触应力曲线由图2可以看出,气门落座力曲线可以看出,气门落座力最大为665482N,而气门弹簧预紧力为2973N,气门落座力小于6倍弹簧预紧力。从曲线上可以看出气门没有发生飞脱和反跳现象由图3可以看出,气门弹簧力曲线可以发现弹簧无并图现象。由图4可以看出,凸轮与挺柱间接触应力曲线看出,接触应力处于较高值工作区间较宽,这样加剧凸轮与挺柱间磨损,应该针对降低凸图1进、排气部分动力学模型13中国煤化工配气机构计算模型需要设置的参数包括结构参数,边界条件(初始条件及边界条件),还有单元的刚度、质量及阻尼等参数。结构参数CNMHG由图纸即可查到。边界条件由发动机的特性获得。刚度、质量等参数需要通过三维模型及有限元软件分析获得,也可以通过实测方法获得。阻(下转第200页)尼参数一般根据 TYCON软件参数推荐值选取。这里相关单元质量及刚料技瓜于气体进入密封腔后只有通过密封端面分别向介质端和大气端泄漏,故以及千气带油的考验,密封泄漏量最终稳定在05Nm3h左右,运转情其流量也即为两端密封的泄漏量,大约在05Nm3/h左右。一部分通况非常理想,表明该干气密封设计合理,具有极强的抗干扰能力,达到过介质惻的密封端面满入工艺气内,另一部分通过大气侧的密封端面漏了预期的使用效果,完全能保证长周期运行。入外置的迷宫密封腔内。3结论隔离气:进入迷宫密封中的密封腔,控制其入口压力稍高于轴承干气密封系统结构简单,无需密封油站,投资少,见效快。箱油压通常为大气压)30kPa,形成一个可靠的阻塞密封,可保证轴千气密封在该离心压缩机上的改造是成功的,从根本上解决了压承箱中的润滑油不进入干气密封,启动滑油系统之前应先启动隔离气。缩机的密封失效、润滑油污染等问題,保证了机组的安全、稳定、长机组的原密封接管改动如下:原浮环密封的参考气入口作为干气期、满负荷、优质运行。密封的前置气入口,原封油入口作为主密封气入口,原外漏油的出口作千气密封与阻塞式蒸汽密封相比,具有改善机组润滑、零泄漏为干气密封的隔离气入口。由于机组的高低压端有平衡管连接,两端压寿命长、可靠性高、运行维护简单等优点。力实现内部平衡,其密封腔压力近似于压缩机的进气压力,两端的密封工艺气泄漏量0Nmh条件基本相同,因此采用了相同的密封结构及控制系统。主密封氮气实际消耗量为21Nmh,略大于2Nmh的设计值根据现场生产实际以及借鉴了同类设备的使用经验,我们在密封原因是机组本身老化现象比较严重,存在缺陷,导致配合间隙漏量。但用干气缓冲罐前给氮气与千气加了联通线,保证在干气或氮气任何一路已基本满足使用要求中断的情况下进行替代,也可以在正常使用时只要装置氦气足够的情况隔离氮气消耗量<10Nmh下,前置气与密封气都使用氮气,这样可以避免于气带油或者干气杂质干气密封功率消耗<10kW套大而影响密封的使用效果。连续使用寿命>3年22机组试运和千气密封的使用避免了润滑油系统的污染,消除了由此而引起的3月23日15时随机组一起投入使用。在2000rmin的暖机转速调速系统故障,使得机组的运行可靠性得到了很大的提高下运转2小时,两端密封表现稳定,泄漏量约03Nm/h17时起压缩10月初压缩机处理振动大的问題时,对干气密封检查发现结垢多,机开始升速,经过55分钟至升速9400rmin,两端密封泄漏同时增引起密封泄漏量有所增加,分析是由于干气带油引起的,建议主密封气至06NMh其间在17时30分,由于富气流量的骤然变化,引起了·长期使用氮气,尽量避免使用干气。机组的一次喘振,历时约3分钟,两端密封泄漏量同时增至满量程,但随着喘振的结束即缓慢恢复至正常值。至19时,机组运行进入稳定状态,密封腔温度亦稳定在65℃左右,两端密封泄漏量随温度上升逐步[参考文献]下降,最终稳定在05Nmh。24日8时,因气源压力偏低,在调节氮11黄文斌刘文海富气压缩机干气密封的改造及其应用石袖化工设备技气管路进气阀时,由于操作人员的不慎,中断了密封管道氮气的供给,术,20022王利催化裂化装置气历时约3分钟,使缓冲气与参考气管处富气的压差低报警,造成密封处的改造们设备管理与维修20083]牛驰重催化裂化装置能耗于负压的危险状态,控制室显示泄漏量降为0Nm?h,但氮气气源恢复后,泄漏量重新回到正常值。截止9月底经历了一次停机、一次喘震上接第187页)由图6可以看出,气门弹簧力曲线可以发现弹簧无并圈现象。由图7可以看出,在整个凸轮型线工作范围内凸轮和挺柱间接触应力变化趋势,最大接触应力没有超过允许的接触应力范围,但接触应力大部分工作区间处于较高的范围,这样会加剧凸轮与挺柱的磨损,需要改进凸轮型线设计来解决通过建立进、排气部分动力学模型,进行动力学仿真计算和分析图5排气门落瘁力曲线型线设计来优化作者简介:陈阳,1982年生,男,新疆克拉玛依人,勦理工程[参考文献图6排气簧受力曲线!尚汉冀内燃机配气凸轮机构一设计与计算上海:复旦大学山版社,学报交通科学与工程版2006中国煤化工统动力学分析机重庆大学学CNMH GO图7凸轮与平面挺柱间接触应力曲线由图5可以看出,气门落座力曲线可以看出,排气门落座力略有偏大,但还是在允许的范围之内20020114