气动驱动在平衡机内的涡轮增压器转子的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201380013874.4 | 申请日 | 2013-03-13 | 公开(公告)号 | CN104246631B | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 申克罗泰克有限责任公司; | 发明人 | F.霍尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种方法，其中借助具有能调节的内部调节器(25)的可 存储器 编程的控制装置 转子 (1)的转速调节驱动 喷嘴 (2)的驱动功率。对于调节所需的参数通过一个调节流程按照经验确定，该调节流程是将调节器(25)设置为具有较大放大系数Kp的比例关系并且输入作为调节器(25)的额定值的平衡额定转速，监测和比较实际转速和额定值。当实际转速超过调节的额定值时，将调节器(25)的放大系数Kp减半，并且重复上述流程至实际转速在调节的额定值之下。然后，通过产生附加额定值，将附加额定值与额定值相加，并且减少或增加附加额定值使实际转速接近额定转速，直到实现 涡轮 增压 器 转子(1)的额定转速为止。(24)根据由转速 传感器 (26)测得的 涡轮 增压器 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于气动驱动在平衡机中的涡轮增压器转子(1)的方法，其中，借助具有能调节的内部调节器的可存储器编程的控制装置(24)根据所述涡轮增压器转子(1)的转速调节气动驱动的驱动功率，其中，所述涡轮增压器转子的转速由转速传感器(26)测量，并且将转速信号作为实际值传送给所述调节器(25)，并且，对于调节所需要的参数通过具有如下步骤的调节流程确定： |
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| 说明书全文 | 气动驱动在平衡机内的涡轮增压器转子的方法和设备技术领域[0001] 本发明涉及一种气动驱动在平衡机内的涡轮增压器转子的方法和设备，其中，气动驱动装置的驱动功率借助连接在气动驱动装置之前的调压阀能够被调节，并且涡轮增压器转子的转速由转速传感器测定，并且作为转速信号传递到控制装置。 背景技术[0002] 废气驱动的涡轮增压器具有涡轮增压器转子，它在运行时能达到非常高的、超过100000/分钟的运行转速，并且因此为了避免过高的轴承负荷和噪音必须对其进行非常精确地平衡。涡轮增压器转子通常由支承在轴承壳体内的轴组成，该轴的一端支承涡轮和另一端支承压缩机转子。为了测量不平衡度希望涡轮增压器转子以基本上与正常工作速度相应的角速度来运行。驱动装置一般借助传导到涡轮上的压缩空气来运行。 [0003] 由EP 0 699 900 B1已知一种用于平衡涡轮增压器的平衡装置，其中，由涡轮器壳体和压缩机壳体形成的涡轮增压器机身的中部壳体夹紧在可摆动的测量台上，并且连接在润滑油管上。为了驱动涡轮增压器转子，借助压缩空气束驱动涡轮，该压缩空气流从连接在压缩空气管上的喷嘴中喷出。在喷嘴之前连接调压器和电磁阀，用于闭止压缩空气供给。借助调压器能够如此调节在喷嘴上的压缩空气，使得涡轮增压器转子以适合不平衡测量的转速被驱动。由光电管测量的转速被传递到电子控制处理器上，该电子控制处理器还包括由振动吸收器测定的、测量台振动的振动信号，以便由此计算待平衡的不平衡度。 [0004] 对于平衡过程希望的驱动转速的调节必须在对于操作人员熟知的设备上分别通过调压阀的调节来进行。如果由于压缩空气供给的气压波动或者由于批次条件产生的影响而导致转速偏差，则必须同样由操作人员补偿该转速偏差。此外，需要分别使调节流程与能够在相同的机器上平衡的涡轮增压器转子的不同类型匹配。 [0005] 在由JP 2008 082296A已知的用于涡轮增压器的测试状态下，空气和驱动材料向燃烧室的输送借助调节阀根据借助传感器测得的涡轮增压器的转速和由传感器测得的燃烧气体的温度被带反馈的可存储器编程的调节装置自动地调节。 发明内容[0006] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于调节气动驱动的涡轮增压器转子的平衡转速的方法，该方法适用于，在测量时间中将调节的平衡转速恒定地保持在较小的范围内，并且该方法能够实现用于调节被驱动的涡轮增压器转子的平衡转速的调节器在较短时间内和没有重复的操作干预的情况下自动地调节。 [0008] 在根据本发明的方法中，为了气动驱动在平衡机中的涡轮增压器转子借助具有能调节的内部调节器的可存储器编程的控制装置根据涡轮增压器转子的转速调节气动驱动的驱动功率，其中，通过转速传感器测量涡轮增压器转子的转速，并且将转速信号作为实际值传送给调节器，并且其中，对于调节所需要的参数通过具有如下步骤的调节流程根据经验确定： [0009] a)将调节器设置为以具有较大放大系数Kp的仅比例关系，并且向调节器输入作为额定值的平衡额定转速， [0010] b)开始气动驱动和加速涡轮增压器转子，并且监测涡轮增压器转子的实际转速和将实际转速与额定值相比较，当所述实际转速超过调节的额定值时，继续进行步骤c，或者当所述实际转速在调节的额定值之下时，继续进行步骤d， [0011] c)停止驱动和制动涡轮增压器转子，将所述调节器的放大系数Kp减半，并且重复步骤b， [0012] d)通过产生附加额定值，使所述调节的额定值与所述附加额定值相加，或者通过增加或减少已经补偿的附加额定值使实际转速接近额定转速，直至达到涡轮增压器转子的额定转速， [0013] e)存储作为做好存取准备的参数的所述调节器的确定的放大系数Kp、调节的额定值和确定的附加额定值，用于控制受调节流程制约的涡轮增压器转子和与它相同类型的其它涡轮增压器转子的之后的测量流程。 [0014] 根据本发明的方法能够利用在非常短的时间内全自动进行的调节流程实现对用于执行不平衡度测量的涡轮增压器转子的预定额定转速的调节和调整。所述方法能够简单地进行，它只要求输入对于要被平衡的涡轮增压器转子类型所预定的和要使用的平衡转速。然后，通过自动的调节流程在仅最小化转速偏差的情况下快速地实现调节器的希望的导向性能。所述方法已证明是过程非常可靠的，并且用于实施所述方法的结构成本不高。 [0015] 根据本发明的另一个技术方案能够规定，在调节流程之后的不平衡测量流程中在达到较窄的实际转速公差带之后暂时地将I部分接通到调节器上，该I部分短时地用于调整，并且随后直至开始下一次不平衡测量流程才停止。在所述停止后，调节器继续作为纯P调节器运行。之后所述I部分不再起作用，但是保留在停止之前它对于调节变量的影响。通过这种措施能够平衡剩余的调节偏差，所述调节偏差在相同类型的涡轮增压器转子中例如能够通过批次间允许的制造偏差而产生。 [0016] 在根据本发明的方法的有利改进方案中，涡轮增压器转子能够被可存储器编程的控制装置时间控制地气动制动，其中，所述调节流程包括步骤f，其中，制动以额定转速驱动的涡轮增压器转子，计算制动直至静止状态的最佳的制动时间，并且将之存储作为用于控制涡轮增压器转子和与它相同类型的涡轮增压器转子的未来测量流程的做好存取准备的参数，以便能够相应地调节制动空气的输入。通过所述方法，以简单的方式借助时间控制的两通制动阀和在它后面连接的双向止回阀能够实现对涡轮增压器转子的制动。所述步骤f优选直接地在步骤e之后进行，从而用于确定最佳制动时间的耗时被最小化。 [0017] 根据本发明的另一个有利的设计方案，能够借助比例调压阀通过控制装置根据预定的或者为涡轮增压器转子依经验确定的制动调节变量控制制动喷嘴的制动功率。为此，调节流程能够包括步骤f，其中，利用通过编程的内部制动调节变量而预定的制动功率将以额定转速驱动的涡轮增压器转子制动至静止状态，测量必需的制动时间，与额定制动时间相比较，并且计算与类型相关的制动调节变量。在步骤f之后能够继续步骤g，其中，利用通过计算的与类型相关的制动调节变量而预定的制动功率将以额定转速驱动的涡轮增压器转子制动至静止状态，测量所需的制动时间，与额定制动时间相比较，若存在偏差，则通过后计算修正与类型相关的制动调节变量，并且将之存储作为用于控制受调节流程制约的涡轮增压器转子和与它相同类型的其他涡轮增压器转子的未来测量流程的做好存取准备的参数。 [0018] 为了将涡轮增压器转子尽可能短时间的加速到额定转速，根据本发明气动驱动装置配有时间控制的快速加速功能。为了确定最佳的快速加速流程时间，可以根据本发明在调节流程中在调节器切断的情况下通过接通快速加速功能很短时间内使涡轮增压器转子从静止状态加速，其中，根据在该短时间隔内达到的转速计算最佳的快速加速时间，并且将之作为用于控制涡轮增压器转子和与它相同类型的涡轮增压器转子的未来测量流程的做好存取准备的参数。 [0020] 有利地用于气动驱动在平衡机内的涡轮增压器转子的设备根据本发明包括具有至少一个能连接在压缩空气线路上的用于产生驱动气流的驱动喷嘴的气动驱动装置，所述驱动气流被导向涡轮增压器转子的涡轮，其中，所述驱动气流的流体功率借助连接在至少一个驱动喷嘴之前的和被可存储器编程的控制装置控制的比例调压阀根据涡轮增压器转子的转速能够被调节，并且其中，调节算法做好存取准备地存储在配属于可存储器编程的控制装置的数据存储器中，所述调节算法在其激活后使控制装置能够自动地控制根据本发明的方法。 [0021] 此外，所述设备能够具有由可存储器编程的控制装置控制的气动制动装置，该制动装置具有连接在压缩空气线路上的用于产生制动气流的制动喷嘴，该制动气流与涡轮增压器转子的转动方向相反地导引向涡轮增压器转子的涡轮。 [0023] 下面结合实施例详细地阐述本发明，所述实施例在附图中示出。附图为： [0024] 图1示出用于驱动在平衡机内的涡轮增压器转子的第一气动驱动设备的线路图，和 [0025] 图2示出用于驱动在平衡机内的涡轮增压器转子的第二气动驱动设备的线路图。 具体实施方式[0026] 在图1所示的线路图中，示意性示出具有垂直的旋转轴线的涡轮增压器转子1，并且没有示出用于能转动地支承它的器件。涡轮增压器转子1的涡轮位于驱动喷嘴2和与其对置的制动喷嘴3之间。驱动喷嘴2布置为，使得由它产生的空气束沿涡轮增压器转子1的正常转动方向驱动涡轮增压器转子。而制动喷嘴3布置为，使得由它产生的空气束与正常转动方向相反，并且因此产生使涡轮增压器转子1制动的作用。 [0027] 驱动喷嘴2通过具有ODER功能的换向阀4与两个平行的线路分支5、6相连。线路分支5导向快速加速阀7，该快速加速阀7由能电磁开关的具有预控制装置的旁通阀构成。在线路分支5上设有可调节的双向止回阀8，它的止回阀沿快速加速阀的方向打开。双向止回阀8用于调节快速加速的流体功率。 [0028] 线路分支6从换向阀4开始通过能调节的双向止回阀9导向能电磁成比例控制的调压阀10，该调压阀10用于调节涡轮增压器转子1的驱动转速。调压阀10的入口通过限压阀11与常通阀(Normallaufventil)12相连，该常通阀由能电磁开关的具有预控制装置的旁通阀构成。限压阀11能被调节，并且在比例调压阀10的入口处保持气压为调节的最大值。双向止回阀9节制流向驱动喷嘴2的压力平均流，并且它的止回阀在相反的方向上被打开。 [0029] 在双向止回阀9和调压阀10之间由线路分支6分出线路分支14，该线路分支14通过能调节的双向止回阀15导向换向阀16，该换向阀16的出口与制动喷嘴3相连。换向阀16的另一入口通过包含能调节的双向止回阀18的线路分支17与制动阀19相连接，该制动阀19由能电磁操作的具有预控制装置的方向阀构成。双向止回阀15、18节制流向换向阀16的压力平均流，并且在相反方向上无节流功能地打开。 [0030] 快速加速阀7、常通阀12和制动阀19在向前运行侧通过开关阀20与压力空气源21相连，并且在返回运行侧通过消音装置22与外部环境连接。对快速加速阀7、常通阀12和制动阀19的控制通过电子的可存储器编程的控制装置24来实现，该控制装置24与所述阀的操作磁体相连。控制装置24包括内部调节器25，调压阀10的电调节驱动装置与所述内部调节器相连接。此外，控制装置24还与转速传感器26相连接，该转速传感器26将与涡轮增压器转子1的转速成比例的信号输送给控制装置24的快速计数输入端，并且在那计算实际转速。可以将额定转速输入到输入设备27上。在与控制装置相连接的数据存储装置28内能够存储和提供被输入的和依经验确定的参数和程序。 [0031] 为了涡轮增压器转子1的正常加速，接通常通阀12，并且由此线路分支6与压缩空气源21连接。通过控制装置24的调节器25根据之前确定的和存储的用于待驱动的涡轮增压器转子1的参数将调压阀10移动到最佳的打开位置，并且压缩空气借助通过调压阀10调节的气压通过双向止回阀9和换向阀4导向驱动喷嘴2，并且还通过双向止回阀15和换向阀16导向制动喷嘴3。双向止回阀9、15在此调节为，使得驱动喷嘴2的驱动功率明显地高于制动喷嘴3的制动功率，从而涡轮增压器转子1连续地被加速到预定的额定转速。在到达额定转速后，通过调节器25将调压阀10控制为，使得驱动喷嘴2和制动喷嘴3的驱动功率在较小的范围内保持恒定。 [0032] 为了使涡轮增压器转子1停止转动，将常通阀12往回接通到静止位置上，在该静止位置上，线路分支6与外部环境相连接。同时，在之前确定的时间间隔内将制动阀19接通到打开位置上，在该打开位置上制动喷嘴3通过换向阀16和双向止回阀18与压缩空气源21相连接。现在独自作用的制动喷嘴3使涡轮增压器转子1制动，其中，与预定的制动时间相应的、制动喷嘴3的接通时长在给定的调节双向止回阀18的情况下被这样计算，使得涡轮增压器转子1基本上处于静止状态为止。 [0033] 如果涡轮增压器转子1应该比通过接通常通阀12的情况能够更快速地达到预定额定转速，则能够首先在预定的时长内将快速加速阀7接通到打开位置。因此，只有驱动喷嘴2通过换向阀4和双向止回阀8与压缩空气源21相连接，从而在有更高的气压和没有制动喷嘴的制动作用的情况下能够实现非常快速的加速。在此，快速加速阀7的接通时长必须调整为，使得涡轮增压器转子1的转速不会超出预定的额定转速。在关闭快速加速阀7之后立刻打开常通阀12，由此使涡轮增压器转子1的转速达到并且保持为额定转速。 [0034] 用于表示气动驱动的不同的调节参数分别与要被平衡的涡轮增压器转子的结构、大小和轴向转动惯量有关。因此，所需的参数必须为每种涡轮增压器转子类型分别确定，以便能够进行以调节的驱动转速的测量流程。根据本发明，所需的参数借助调节流程来确定，能够由气动驱动的为之编程的控制装置可控地自动地进行所述调节流程。在输入用于要驱动的涡轮增压器转子的平衡转速的额定值之后，由操作人员开始该调节流程，随后该调节流程如下这样自动地进行： [0035] 控制装置24起初将其内部调节器25设置为纯比例关系(P关系)，并且首先选择非常大的放大系数(比例因子)Kp。 [0036] 控制装置24利用在调节器25上的对作为额定值的平衡转速的所述调节和接通通过控制常通阀12开始第一试运行。 [0037] 如果在试运行情况下在加速阶段中测得的涡轮增压器转子1的实际转速远超过额定值，则通过往回接通常通阀12和控制制动阀19借助制动喷嘴3以通过双向止回阀18固定调节的制动功率停止驱动。然后，将放大系数Kp减半，并且重新开始驱动。这种循环过程一直重复，直至所测得的转速实际值不再超过额定值为止。保持继续驱动，并且由调节器25调节的、被驱动的涡轮增压器转子的实际转速现在一般低于额定转速。 [0038] 随后，相应编程的控制装置产生附加额定值，并且将该附加额定值与输入的额定值相加。这种附加额定值从零开始一直增加或减少，直至转速实际值达到输入的额定值为止。 [0039] 将之前确定的调节放大系数Kp和最终的附加额定值与所驱动的涡轮增压器转子的类型相关联地存储在数据存储器28内，并且提供给用于所有今后的、控制装置24的测量流程。 [0040] 最后，借助制动喷嘴3制动所述驱动，其中，计算和同样与类型相关地存储最佳的制动时间，并且提供用于今后的、控制装置24的测量流程。如果证实所计算的制动时间太长或太短，则能够调节双向止回阀18，并且重复用于确定最佳的制动时间的过程。 [0041] 然后，通过单独的对快速加速阀7的控制短暂地接通快速加速驱动，其中，计算最佳的快速加速时间，将其与类型相关地储存，并且提供给用于所有未来测量流程的控制装置24。当控制装置24的程序确定，通过快速加速功能不能够提高加速动力时，例如在涡轮增压器转子具有低惯性矩的情况下，所计算的快速加速时间还能够是值0.0秒。 [0042] 在用于确定涡轮增压器转子的不平衡度的测量流程中，控制装置的程序在达到较窄的转速公差带之后暂时将与类型相关的I部分接通到调节器上。在此，I部分只是短暂地用于调整，随后直至开始下一次测量流程时立即停止。因此，能够避免余下的调节误差，这种余下的调节误差在使用相同类型的涡轮增压器转子的情况下在批次之间会通过由制造决定的误差而产生。 [0043] 所述的用于确定和优化用于气动驱动涡轮增压器转子的控制参数的方法能够很大程度上自动进行，并且对机器的操作人员没有太高的要求。所述方法迅速工作，并且导致可靠的测量流程。对于标准的调节对象已知的优化和调节方法已证实是不成功的，因为在驱动的结构设计中调节器只是作用在一个象限(Quadranten)内。所述方法是很简单的，因为除了输入额定转速外不再需要进一步预先给定参数，而是自动地按照经验确定。所述方法提供良好的调节参数，所述调节参数快速地实现具有最小化转速偏差的希望的导向性能。 [0044] 图2示出关于制动过程的控制的气动驱动设备的第二变型实施方式。在这个实施方式中，可以控制输入制动喷嘴3的压缩空气的气压，并因此借助比例调压阀10能够控制制动功率，该比例调压阀10用于控制驱动空气。为此，在导向驱动喷嘴2的线路分支6内在调压阀10和线路分支14的支路之间设有能够被气动操作的多向阀30，该多向阀30通过控制线路31与制动阀19连接，并且能够被制动阀控制。作为可选方案，多向阀30能够设有电磁操作装置，并且可直接地被控制装置24所控制。多向阀30具有三个入口和两个出口。中间的入口连接在调压阀10上，并且另外两个外部入口分别通过消音器22与外部环境相连。多向阀30的其中一个出口连接线路分支6，并且另一个出口连接线路分支17，线路分支17导向连接在制动喷嘴3之前的换向阀16。在根据图1所示的实施方式中，在线路分支17内布置的能够调节的双向止回阀18作为不再需要的部件而被省去。 [0045] 在一个用于驱动涡轮增压器转子1的指定位置上，多向阀30关闭线路分支6，并且将线路分支17与外部环境相连。在另一个用于制动涡轮增压器转子1的指定位置上(多向阀30通过制动阀19的控制接通到该指定位置中)，多向阀30将线路分支17与调压阀10连接，并且将连接线路分支6的出口与外部环境相连。以这种方式，能够在制动时借助控制装置24通过调压阀10控制在制动喷嘴3上的气压。控制装置24为此需要制动调节变量，该制动调节变量能够从数据储存器中得到，并且分配给用于控制制动气压的调压阀10。 [0046] 如果对于一种类型的涡轮增压器转子在储存器内没有与这种类型相匹配的制动调节变量，则使用可存储器编程的控制装置，例如在用于根据经验确定调节参数的调节流程中，被编程的内部制动调节变量例如50％，这例如与在制动喷嘴3上的3Bar压缩空气的气压相一致。然后，与类型相关的制动调节变量必须在调节流程中根据经验确定，下面还将阐述。 [0047] 为了确定用于气动驱动待平衡的涡轮增压器转子的调节参数的调节流程，可存储器编程的控制装置(如果存在，则)使用被储存的与类型相关的制动调节变量，如果不存在，则使用内部制动调节变量。若在涡轮增压器转子1的调节流程中必须进行制动，则控制装置将多向阀30接通到制动位置中，并且为调压阀10分配制动调节变量。常通阀12保持接通驱动模式。一旦转速传感器26确定涡轮增压器转子存在，例如在改变调节器25的放大系数Kp之后往回接通多向阀30，并且为调压阀10分配由调节器产生的调节变量，因此再次驱动涡轮增压器转子。如在图1中所示，能够重复所述流程，直至确定寻找的调节参数，例如调节器25的放大系数Kp和用于调节额定值的附加额定值为止，并且将之与类型相关地储存。 [0048] 如果通过调节流程确定和存储寻找的参数，则能够以下述有利的方式确定用于制动涡轮增压器转子1的最佳制动调节变量。以被调节的额定转速驱动涡轮增压器转子1，并且通过控制制动阀19和接通多向阀30到制动位置制动涡轮增压器转子1，其中，为调压阀10分配50％的内制动调节变量。一旦停止驱动，则将制动阀19和多向阀30往回接通到驱动位置，并且将调压阀10以所分配的调节变量0％关闭。同时，测量在50％制动气压下得出的制动时间，该制动时间给出制动过程直至涡轮增压器转子的静止状态的时长，并且设置该制动时间与例如1.5s的额定制动时间的比例关系。内部制动调节参数乘以计算出的因子。如果结果得出制动调节变量大于100％，则作为100％的制动调节变量或与之相应的例如6Bar的气压与涡轮增压器转子类型的数据相应地存储在数据存储器28中。在所有其它情况中，与类型相关地存储制动调节变量的计算出的百分数值。在此，例如：若所测量的制动时间为2s并且额定制动时间为1.5s，则比2s/1.5s得到因子1.33。那么所计算出的制动调节变量为 1.33x50％＝66.66％。 [0049] 为了检查和更精确地匹配制动调节变量，在另一个过程中将涡轮增压器转子1重新加速到平衡转速，并且以这种转速分配给调压阀10的所计算出的制动调节变量来进行制动，并且测量制动时间。借助所测量的制动时间，以相同的方式追算制动调节变量，并且与类型相关地存储追算的结果，并且为控制装置24提供用于相同类型的所用其它测量流程。 [0050] 在图2中所示的用于控制制动过程的装置和所述的方法具有以下优点，用于控制提供给制动喷嘴的空气输入的、可调节的节流阀的手动调节不是必要的。不同转子类型的范围是比较大的，所述转子类型在相同的平衡机中被测量和平衡，并且不是所有在此包括的转子类型能够借助用于制动空气的节流装置的平均调节能够被令人满意地制动。对于较大的惯性矩，制动时间太长，并且导致周期延长。对于较小的惯性矩，能够得到太短的制动时间，该太短的制动时间能够导致制动气压被错误地切断。借助比例调压阀通过对制动气压的控制能够使得制动气压与涡轮增压器转子的不同类型相匹配，并且对于不同的类型达到基本上统一的较短的制动时间。 |
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