中西部推进集团是一个喷气发动机俱乐部,通过提供与燃气轮机修复和性能分析相关的实际工程任务,以及寻找此类发动机在车辆上的应用,致力于增加学生的工程知识和经验基础。万博官网手机登陆

该小组由来自辛辛那提/代顿地区的学生和专业工程师以及来自不同大学的工程合作社组成,每周举行会议,增加年轻工程师的实践知识,同时在当地高中和航空航天场地享受乐趣并推广工程。

团队目前正在使用直接逻辑可编程逻辑控制器(PLC),用于自动控制燃气轮机发动机的启动顺序,以及监控性能,以确保发动机在既定参数范围内运行。如果发动机在所需包络线外运行,PLC将自动终止运行并显示相应的编程故障。

第一部分:太阳能T62T-32A液压机械发动机

太阳能T62T-32A燃气涡轮发动机最初安装在军用发电机组中,其中包括适当的控制来启动和运行发动机以提供所需的电力。

燃气轮机的转速约为60000 RPM,通过行星齿轮箱减速至6000 RPM,然后驱动一台60kW三相交流发电机。由于原来的控件不可用并且预期的应用程序发生了变化,因此需要重新设计控件。万博官网手机登陆从发电机移出的燃气轮机的视图如下所示图1

Figure-1-Solar-T62

三种发动机启动操作顺序如下:

1)当系统通电时,输送泵开启。

2)一旦“启动”命令启动,电启动器和点火器同时启动。

3)在发动机转速为4%时,一个燃料喷嘴打开(火炬喷嘴),燃烧开始。

4)当发动机加速到10%转速时,燃油歧管将打开,有六个燃油喷嘴(主燃油)。

5)一旦发动机达到78%的速度,启动器和点火器脱离;发动机的转速依靠自身的力量不断加速。

6)在96%的速度下,火炬喷嘴断开,发动机继续以100%的速度运转,这相当于磁传感器上2000 Hz的频率。

原始的发电机配置监控油压、废气温度(EGT)和速度。如果任何一个参数超过了设定的限制,比如油压损失或发动机过热,发动机就会关闭。

Figure-2-control-paner_small发动机采用液压机械控制,这意味着燃油调度是基于机械输入的。燃油控制/泵是齿轮驱动的,燃油根据发动机转速和压缩机压力进行调度。此外,为了保持恒定的发动机转速作为变化负载的功能,总督手表发动机转速(频率)和输出电压到扭矩控制电机(即节气门),这也连接到燃料控制器。

研究小组用一种新方法修改了发动机控制装置直接逻辑D0-05DR-D PLC,带F0-04AD-2模拟输入模块和6英寸C-更多(型号EA7-T6C)触摸屏人机界面显示。PLC作为发动机转速的函数,通过连接和分离附件来控制启动顺序,而输入模块则监控发动机的启动和继续运行情况;每个参数使用不同的参数。

为了保持发动机在2000 Hz(100%转速)下运行,使用市售柴油发动机调速器通过燃油扭矩控制电机为发动机分配燃油。

PLC的模拟输入卡需要0-10V范围内的信号。适当的信号调节被用来转换发动机转速和热电偶读数到适当的电压范围。最初,由于信号脉冲的形状和幅度会发生变化,该团队在获取所有发动机转速(决定PLC何时启动附件)下的准确速度读数时面临一些挑战。这很容易用一个电阻解决。

中可以看到带有DL05 PLC、信号调节模块和燃油调节器的控制面板视图图2

程序设计流程图

Figure-3-touch-screen-low

使用一个C-更多触摸屏,操作员进入一个菜单屏幕,然后选择以下选项之一:

1)运行引擎

2)测试输出–独立启动每个输出以验证功能

3)管理员屏幕调整启动和稳态运行的故障设置

发动机“启动”屏幕显示的温度,速度和输入/输出从PLC显示图3

一旦选择引擎“启动”按钮,在阶梯逻辑中有两种主要状态并行运行:启动/运行状态和监视状态,这两种状态确保感兴趣的参数在适当的范围内。当发动机转速达到96%时,程序将从启动模式切换到运行模式,此时“火炬”喷管也将断开。简化后的程序流程图如图所示图4

Figure-4-Solar-Flowchart-large

断层

通过PLC自动化发动机顺序,不仅可以更平稳/可靠地启动,也更安全,更容易在发动机没有按预期执行时进行故障排除。程序检测到的一些故障包括:

1)没有光通过检查是否在规定的时间内达到设定的温度,确保燃料点火。

2)温度极限发动机必须保持在预先设定的温度范围内起动和稳态运行。

3)挂着开始发动机必须在要求的时间内达到100%(和中间转速),并且在起动期间不允许减速或反转。

4)油压损失油压必须保持在一个给定的压力以继续运行。

5)速度限制发动机在稳态运行时必须保持在95-105%的范围内。

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由于发动机完全自动化,它可以用于汽车应用,并使用轴功率来自行星变速箱在6000 RPM。万博官网手机登陆

计划是让发动机以恒速运转,并使用无级变速器(CVT)将动力传递给车轮。CVT的主要将调整,可能是液压,由汽车踏板(油门)来改变输出功率。

第二部分:tier -10 FADEC发动机

该小组还自动化了第二台燃气轮机,Tiernay TT10。与太阳能T62T-32A一样,这台涡轮机也是从军用辅助动力装置(APU)中获得的。

图5-Tiernay-TT10

发动机以50300转/分的转速运转,通过行星齿轮箱,降低到12000转/分的轴输出速度,用于运行直流发电机,产生28V直流电(10kW),用于在地面启动和运行飞机。

这一观点的燃气轮机在我们的预期应用(一个换挡卡丁车)显示在万博官网手机登陆图5

这种燃气轮机不同于太阳能涡轮,它是由一个完整的权威数字电子控制器(FADEC)运行,这意味着发动机遵循一个计算机程序运行高压燃油泵,以实现所需的速度。

FADEC发送24V脉冲到可变持续时间(脉宽调制,PWM)的泵,以加速或减速发动机。控制器没有机械输入。唯一的输入是发动机转速(可变),发动机温度(可变)和油压(离散)。

从记录发动机电源的数据和有限的文档中可以发现,控制器将通过向燃油泵输出恒定的PWM来启动发动机。一旦达到50%的速度,输出转换到PID回路,PWM输出根据需要变化。数据记录期间记录的四个参数的屏幕截图如所示图6燃气轮机

对于这个引擎,团队选择了直接逻辑DL06(型号D0-06DR-D) PLC与F0-04AD-2模拟输入模块和8英寸C-更多(EA7-T8C型)触摸屏HMI,用于在启动时以预定义的固定输出运行发动机。一旦发动机达到50%的转速,PLC将控制切换到商用数字发动机调速器,以改变高压泵的输出,并将其保持在所需的转速。

PLC依次驱动所有附件,也从启动PWM电路切换到总督控制。

此外,更大的D06 PLC具有更多的继电器和卡槽,以允许未来的自动化。例如,预期的应用需要使用燃气轮机发电机来制造涡轮电动万博官网手机登陆卡丁车。为了改变节流阀的电气输出,控制电路也将被PLC驱动/自动化。

状态:截至发稿时,小组正在完成台架试验,完成试验台触摸屏的编程,并准备开始燃气轮机本身的试运行。一旦发动机可靠运行,重点将转移到根据用户需求改变发电机输出。

此外,该团队现在计划使用太阳能T62T-32A燃气轮机为气垫船提供动力,而不是最初的汽车应用。万博官网手机登陆

欲了解更多有关各种俱乐部项目的信息,请随时联系William Rossey:therosseys@cinci.rr.com

威廉·Rossey
中西部推进集团

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最初发布于2012年12月12日