与传统柴油发电机相比 采用电控高压共轨技术更环保

1　发电机分析

传统柴油发电机采用机械喷油泵 ,其喷油时间和每缸的喷油压力会有差异 ,有时还会因燃油管内的压力波动引起二次喷油 , 易产生排气污染物 (NOx) 。为了满足 GB17691 —2005 标准的规定 ,必须采用国Ⅲ发电机与相应牌号的油品。国Ⅲ发电机主要是指采用高压喷油、增压中冷的电控发电机,其基本特征是采用电控高压共轨技术或电控单体泵技术以及配套的电控喷油嘴技术。另外一种电控 EGR 发电机(废气再循环技术 ( Exhaust Gas Recy cle) ) 因在国Ⅲ发电机上极少应用 ,且在升级国Ⅳ发电机时存在较大技术困难 ,本文不作分析。

高压共轨技术是指在高压油泵、压力传感器和 ECU 组成的闭环系统中 ,将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式 ,由高压电控单体泵技术是采用 ECU 电控模块对EUP 执行单元电磁阀发出脉冲信号 ,达到电控喷油的目的。对柴油发电机改动小、适应性强、喷油压力高、可实现喷油的柔性控制、可靠性好 。

将电喷柴油发电机应用于修井机 ,环保性能好(排放污染物达标) ,在与液力变速器合理匹配后其动力性、经济性也很明显。首先 ,电喷柴油发电机外特性参数中近似恒功率的转速范围比传统机型宽 ,这将给修井机在不同路况下行驶时提供足够牵引动力 , 保证其行驶时速度。修井机行驶的道路为油田泥石

实现了数据实时采集、记录、显示、存储、处理和结果数据的曲线拟合和打印绘制。

路面 ,路况差 ,行车时需要经常改变发电机转速 ,如果发电机近似恒功率的范围宽 ,行驶时就可以保持相应的动力输出 ,从而使车辆行驶速度相对稳定。其次 ,修井机在修井作业时 ,在一个起升循环内大约需要 75～90 s(以小修机单根 9. 5 m 油管计) ,纯起升时间约为 10～14 s ,在这个时间段内柴油发电机先从怠速(约为 600～700 r/ min) 增大到额定转速 (约为 1 900～2 100 r/ min) ,再从额定转速降低到怠速完成提升 ,恒功率转速范围较宽的就可以使提升系统获得更大的加速度 ,从而可使柴油发电机与液力变速器共同提前进入高效区。A T C7 型柴油发电机特性曲线如图 1。

2　液力变速器分析

液力传动的优点是能够自动适应、自动增矩变速、减振隔振、无机损[2] 。体现在修井机上就是能够根据载荷的变化自动改变提升速度 ,满足提升需要 ; 能够消除传动系统的振动 ,保护柴油发电机与角传动箱及绞车等部件 ;能够防止柴油发电机因过载熄火 ,从而保护发电机。液力变速器带有的闭锁离合功能能够保证修井机在优良路面匀速行驶时提高传动效率 ,减少燃油消耗 ,提高经济性。由于车辆在良好路面匀速行驶时闭锁离合器可以自动结合 ,液力变矩功能停止工作 ,闭锁离合器的应用可将液力变速器的效率提高到098 以上 ,比较液力变速器的高效区 (以η = 0. 8 计算)仍可提升 18 %左右 ,与纯机械传动相差无几。所以采用液力变速器传动在保证传动平稳、柔和的同时,可以实现车辆的燃油经济性。但对于修井作业起升工况 ,闭锁离合器则不能发挥作用。鉴于上述 2 个原因 ,笔者认为在目前国家和行业大力倡导环保、节能的号召下 ,修井机传动的变速箱应以带自锁离合器的液力传动为主要方向。

3　合理匹配

如果不进行合理的匹配 ,发电机、液力变速器仍将按照各自的规律进行工作 ,将不能发挥各自的优点 ,甚至相互影响工作所以制订好修井机上发电机与液力变速器的匹配原则是合理匹配的前提。液压盘式刹车绞车和并车传动箱试验装置研制成功后 ,为钻井设备修理质量提供了可靠的技术保障手段 ,并且为修理后的钻井设备在现场的安全作业奠定了良好的基础。油泵把高压燃油输送到公共供油管,通过对公共供油管内的油压实现精确控制 ,使高压油管压力与发电机的转速无关 ,可以大幅度减小柴油发电机供油压力随发电机转速的变化 ,因此也弥补了传统柴油发电机的缺陷。ECU 控制喷油器的喷油量取决于燃油轨(公共供油管) 压力和电磁阀的开启时间。

传统的匹配理论原则是 : ①将发电机的最大有效功率通过液力变矩器的高效区 ,即在柴油发电机与液力变速器共同工作的输入特性曲线图上最高效率工况的负载抛物线通过最大效率点 (如图 2) ; ②发电机与液力变速器共同工作范围应处于发电机单位功率燃料消耗量的最低值 ; ③零速工况即最大扭矩工况应保证发电机不熄火 。

笔者认为 ,新型电喷柴油发电机必须区别对待传统的匹配理论。如果电喷柴油发电机采用上述第 1 条匹配理论进行匹配 ,会产生如下问题 :液力变速器高效区处柴油发电机的燃油消耗率较高 ,在修井机上工作的耗油量将增加(如图 3 ,虚线坐标处液力变速器最高效率工况点) 。上述第 2、第 3 条传统匹配理论可适于新型柴油发电机。

对工程机械用新型柴油发电机(还不是电喷柴油发电机) 与液力变速器匹配进行的研究 ,提出了新的匹配观点 ,即将液力变速器的最高效率点和新型柴油发电机恒功段中点进行匹配。笔者认为这种新的匹配观点应用于修井机用电喷柴油发电机与液力变速器的匹配也是合适的。依照新理论匹配后发电机与液力变速器共同工作输入、输出特性曲线如图 4～5。依照新的匹配理论 ,修井机在最大载荷时可以得到最大输出扭矩 ;而负荷较小时高传动比传动时发电机正好处于油耗较低的区域。这 2 种情况在修井机行驶时和修井作业起下油管时都是有意义的。

4　经济性分析

由于柴油发电机与液力变速器的共同工作输入特性曲线(即特性抛物线族) 均是在发电机油门稳定在某个值时得到的 ,其在不同的变矩比时 ,柴油发电机特性也仅代表了某一稳定油门工况下的特性 ,这种工况和修井机底盘在良好路面的移运工况是一致的 , 而对于前文所述的柴油发电机在修井作业起下油管(杆) 工况 ,柴油发电机的油门及转速在 10～14 s 时间内不断变化 ,还不能给出一个确定的柴油发电机与液力变速器共同工作的实际输出特性曲线。由于修井机的专用作业时间占修井机使用总时间 85 %以上 ,为了降低修井机的使用成本 ,必须控制作业过程中的柴油发电机的燃油消耗率 ,而不必过分追求最大功率利用率 ,应使修井机总的工作时间内总耗油量最小 ( G = Ne功率(平均) ×燃油消耗比率 g(平均) ) ;同时不能将柴油发电机的功率配备得过大 ,人为地增大功率储备系数而增大燃油消耗[6] 。

在完成新的柴油发电机与液力变速器匹配后 , 应根据新的匹配结果选择修井机专用作业装置各级传动系统的传动比 ,保证柴油发电机在额定钩载下通过正常换挡可以实现最低的燃油消耗率。

5　结论

采用新的柴油发电机与液力变速器匹配理论 , 可以提高柴油发电机的功率利用率 10 %左右 ,由于修井机的柴油发电机主要工作在低油耗区 ,其经济性可以得到提高。

根据新的匹配理论及修井作业不像钻井作业会出现严重卡钻等事故的特性 ,修井机的柴油发电机功率储备系数选择不宜过大。