基于改进EEMD-MB1DCNN的船用柴油机缸套-活塞环故障诊断

针对船用中高速柴油机缸套-活塞环振动信号非线性非平稳性以及同类型不同损伤程度故障发生时振动信号时频域特征相似、故障难以识别等问题,利用振动信号辨识故障,提出一种基于改进集成经验模态分解方法和多模块一维卷积神经网络端到端缸套-活塞环故障诊断方法,通过设计固有模态分量IMF信息质量筛选准则对EEMD分解出的IMFs进行重新排序,获得包含更多凸显故障特征成分的重构信号,输入到上述神经网络模型,通过振动信号分析并与现有方法比较,评估所设计IMF信息质量筛选准则与所搭建模型的性能,试验结果显示该方法能准确、有效地识别缸套-活塞环故障类型。在判断该易损件同类型不同磨损程度故障诊断中有较高的准确率,能对故障状况进行有效的特征提取与故障分类。

船用柴油机排放耐久性试验方案及分析

为了改善我国内河及沿海船机的污染物排放现状,我国颁布了GB 15097-2016,并提出了船机及其后处理装置的耐久性试验要求。根据前期完成的几组耐久性试验的特点,对试验方案的制定和实施过程进行梳理。并结合某型中速船机的耐久性试验数据,分析环境因素变化对排放特性的影响。分析结果表明,NO_(X)比排放量和劣化趋势受环境因素变化的影响较严重,尤其是在温湿度变化剧烈的节点;PM比排放量的变化规律不明显。为了减少耐久性试验过程中环境因素不确定性的影响,试验方案的实施过程控制尤为重要。

基于模糊分析的船用柴油机燃用生物柴油性能优化

为优化生物柴油/柴油船用发动机的综合性能,利用AVL-Fire软件构建混合燃料发动机燃烧室模型,将仿真值与台架试验值进行对比验证其准确性,并通过燃用不同比例的生物柴油确立其最佳掺混比;最后,采用正交试验设计安排5个发动机运行参数进行多参数优化匹配,将NO排放量和指示功率作为评价指标,权重分别设置为0.6和0.4,对试验结果进行模糊数学分析。结果表明:对发动机性能影响大小顺序为EGR率(a_(1))、进气压力(a_(2))、进气温度(a_(3))、喷油提前角(a_(4))、喷油孔直径(a_(5));最优参数组合为:生物柴油掺混比30%、a_(1)=12.5%、a_(2)=0.173MPa、a_(3)=315.15K、a_(4)=18.6°CA、a_(5)=0.32mm,该组指示功率为52.7kW与原机55kW相比略低,NO排放量为5.37×10^(-5)%相比于原机8.5×10^(4)%降低了94.7%。该方法可以在保证发动机动力性的前提下,大幅降低NO排放量。

低硫条件下船舶主机缸套-活塞环磨损现状与应对策略

国际海事组织(IMO)的“限硫令”于2020年1月在全球范围内实施后,燃用低硫燃油(LSFO)成为许多远洋公司的主要选择。对多家远洋公司船舶主机燃用LSFO后的运行状况进行调研,发现缸套、活塞环等零部件存在异常磨损及故障显著增多的现象。将LSFO对船舶主机的影响以及其实际应用案例进行分析与总结,并针对燃用LSFO的主机所出现的异常磨损和故障现象提出应对策略。该研究有助于解决LSFO条件下船舶主机缸套和活塞环异常磨损问题的实际需求,希望进一步推动LSFO条件下缸套和活塞环异常磨损的机理研究。

船用双燃料柴油机多参数优化匹配分析

为了减少实验次数,寻找最佳参数匹配,使用正交实验设计方法,选取异戊醇掺混比、喷油提前角、进气温度、扫气压力4个参数的各4个水平进行仿真实验,以NO质量分数和指示功率作为实验的评价指标进行正交设计,运用数据极差分析寻求最佳参数组合。结果表明,得到的最优参数为:异戊醇掺混比为体积分数40%,喷油提前角为22.6°,进气温度为315.15 K,扫气压力为0.233 MPa。在此参数组合下得到最终生成的NO质量分数为0.01102%,指示功率为52.10 kW。可见,在动力性损耗较小的情况下可以实现较高的异戊醇掺混比。

船舶iCER系统除雾器模拟计算与性能优化

为了得到折流板除雾器的最优运行工况,并对除雾器进行优化改进,基于智能废气再循环(iCER)系统除雾需求,选择2种转折角度(120°和135°)的除雾器进行模拟计算,分析转折角度、液滴速度和液滴粒径等3种因素对除雾效率和压降的影响,结果表明:液滴粒径越大,除雾器的除雾效果越好;液滴速度越大,除雾器的除雾效果越好;转折角度为120°的除雾器相比转折角度为135°的除雾器除雾效果更好,但压降更大。研究除雾器的优缺点,设计一种带半圆板的新型除雾器,试验结果证明其具有高效率、低压降的特点,是一种符合iCER系统试验要求的除雾器。

基于t-SNE-VNWOA的船舶柴油机故障诊断

文中提出一种基于t-SNE-VNWOA-LSSVM故障诊断模型,并进行了台架试验.试验设置了正常工况、供气不足、燃烧提前和单缸断油四种工况,将各种工况采集的缸盖振动信号进行快速傅里叶变换(FFT),提取了13个时域和频域特征,利用t分布邻域嵌入算法(t-SNE)对数据降维、可视化故障特征.结合鲸鱼优化算法(VNWOA)对分类器(LSSVM)初始参数δ2和γ寻优,搭建其故障识别模型,将遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)的寻优诊断结果与之对比.结果表明:基于t-SNE-VNWOA-LSSVM故障诊断模型精度高达96.57%,且具有良好的稳定性及诊断速度.

船用制淡制冷一体机真空泵PSO-PID的智能调控

船用制淡制冷一体机系统性能优化的关键在于真空泵的3个比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)调控参数K_(p)、K_(i)和K_(d),它们直接影响制冷温度和蒸发速率(制冷量和淡水产率)。针对真空泵PID参数难整定的问题,应用MATLAB Simulink,并结合船用制淡制冷一体机真空泵控制系统传递函数,将粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)运用到PID算法模型优化中进行PID参数优化。结果表明:与基于临界比例度法的PID控制器参数整定相比,PSO-PID优化算法的调节时间缩短2.8%,超调量降低4.5%,说明PSO算法优化后的船用制淡制冷一体机PID控制具有更快的响应速度和更好的鲁棒性,有效提高了控制质量,实现船用制淡制冷一体机真空泵PSO-PID的智能调控。

零维预测燃烧模型建模方法

为了解决神经网络建立的柴油机零维燃烧模型对稳态和动态工况预测能力不稳定问题,本文采用遗传算法对神经网络的初始权值、阈值进行综合优化,提出了遗传算法-神经网络算法。基于TBD620型柴油机,通过稳态和瞬态试验获得运行参数和缸压数据,通过代数分析法结合遗传算法获得对应燃烧参数,最后分别利用遗传算法-神经网络算法和神经网络算法对燃烧模型进行构建并对比辨识结果。结果表明:与神经网络算法相比,遗传算法-神经网络算法构建的零维燃烧模型对应φ_(50)和IMEP预测值平均误差分别降低了43.84%和42.73%,遗传算法具有高效的权值、阈值寻优能力,模型具有更高的预测精度,泛化性更好,适用于柴油机零维燃烧模型研究。

不同引燃方式下氨掺氢燃烧对发动机的性能影响

氨被认为是最有前景的零碳燃料之一,但掺氨量过大时氨逃逸现象严重,故将氨中掺混一定比例氢气,促进缸内燃烧反应进行,并将引燃柴油替换成氢气实现零碳燃烧。本文使用CONVERGE软件进行仿真,模拟了柴油引燃与氢气引燃时,氨掺氢对发动机燃烧和排放性能的影响。研究发现在柴油引燃时,当掺氢比为30%时与0时相比,缸内爆压、功率升高,燃油消耗率下降,氨逃逸占比下降,NO_(x)排放升高,CO_(2)零增长,soot、HC等排放改善;在氢气引燃时,当掺氢比为30%时与0时相比,缸内爆压、功率升高,燃油消耗率下降,氨逃逸占比下降,NO_(x)排放升高4倍,燃烧前后CO_(2)零增长,掺氢燃烧后改善了发动机整体性能,柴油引燃模式缸内直喷氨气掺混30%氢是实现净零碳排放较优方案。研究结果为氨燃料的实用性提供了依据,并可用于指导试验研究。

利用SE-GPR模型对甲醇/柴油混合燃料柴油机性能的预测

为了对柴油机的经济性和排放参数进行高效、准确的预测,根据4190型船用柴油机实验数据与边界参数,建立AVL-BOOST甲醇/柴油混合燃料柴油机仿真模型;利用模型进行仿真实验,并建立甲醇掺混比、废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率、喷油提前角和进气压力4个控制参数对有效油耗率和NO x排放预测数据集;利用该数据集对5种不同核函数的高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型进行训练;最后将最优的平方指数高斯过程回归(squared exponential-Gaussian process regression,SE-GPR)模型、AVL-BOOST仿真数据和柴油机实验数据进行对比。结果表明:在数据量为180组时,SE-GPR模型对有效油耗率和NO x排放均取得拟合关联度99%以上,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为1.859,0.3445,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.954,0.2489;并且,相较于AVL-BOOST仿真实验,SE-GPR模型对实验数据具有更好的拟合性。

基于YC4D柴油机的醇氢燃料喷射控制策略研究

将YC4D柴油机组改造成醇氢-柴油双燃料发动机,根据其曲轴与凸轮轴的相位关系设计醇氢燃料喷射控制系统及其控制策略,并在柴油机组上燃料喷射的控制策略.结果表明:在该柴油机组上基于数齿同步的燃料喷射控制策略运行可靠,转速误差小于0.13%,脉宽误差小于2%,均满足应用需求.

基于计算机视觉的船舶主机气缸润滑管理

气缸注油率调节不及时以及气缸润滑状况不可直接测量等问题,一直是轮机管理的难点。分析气缸油碱值和注油率对气缸润滑的影响,针对扫气道残油碱值和含铁量检测存在的不足,提出基于计算机视觉的气缸润滑图像处理方法。将活塞和缸套的图像进行归一化、聚类、分割和形态特征提取等操作,基于Hu不变矩和卷积神经网络迁移学习的以图搜图技术开发气缸润滑质量分析软件,有效解决了气缸注油率人工调节的不确定性及失误概率大的难题,并将其应用于某超大型油船主机气缸润滑最优管理。应用结果表明:借助气缸润滑图像的计算机视觉深度学习可优化气缸注油率,实现了扫气道残油含铁量不高于25 mg/kg,残油碱值不低于30 mgKOH/g,缸套磨损率不高于0.1 mm/kh的气缸润滑最优控制,降低了缸套过度磨损的风险。该方法具有较好的推广应用价值和经济效益。

低速二冲程船舶柴油机燃用不同燃料的黑碳排放特性

为了探究船舶柴油机燃用不同燃料的黑碳排放特性,对一台低速二冲程船舶柴油机进行稳态工况试验,试验中使用了轻柴油(D100)、生物柴油(Bio50、Bio30、Bio10)、低硫重油(Low Sulfur Fuel Oil,LSFO)以及高硫重油(High Sulfur Fuel Oil,HSFO)共6种燃料。结果表明,燃用D100以及生物柴油时,黑碳排放浓度相较燃用重油时显著降低,并且随着生物柴油掺混比例的增加,减排效果愈明显,最大加权下降率达到了80%;燃用重油时,在中高负荷工况下,滤纸式烟度计的测量值明显高于声光式烟度计,二者的最大相对偏差达到了40%以上;随着负荷上升,黑碳排放浓度逐渐降低,NOx排放浓度升高,CO排放浓度下降。燃用生物柴油时,NOx排放浓度相较其余燃料更高,而CO排放浓度相对更低;燃用生物柴油时,缸内最大爆发压力明显高于其余燃料,缸压曲线面心前移说明此时燃料燃烧放热迅速,能量转换效率高,但由于生物柴油的净热值较低,故使用生物柴油时,燃油消耗率偏高。本文研究结果可为船舶黑碳减排技术的研发与相关排放法规的制定提供参考。

基于工况协同的大功率柴油机循环性能优化

建立某型大功率柴油机的三维仿真模型并进行实验验证,基于验证模型的仿真结果对该型大功率柴油机循环工况的整体性能进行优化,在优化过程中提出“正向工况”和“协同工况”的概念和确定方法。结果表明,在仅对喷油角度进行调整的情况下,通过“正向工况”和“协同工况”间多工况的协同匹配,在保持循环比油耗基本不变时,循环NOx排放相比原机降低了6.43%;在保持循环NOx排放基本不变时,循环比油耗相比原机降低了1.53%,降幅达到3.18 g/(kW·h)。本研究提出的优化方法和过程对大功率柴油机循环工况或多工况整体性能的优化具有指导意义。

大功率船用柴油机空气电机启动过程瞬态特性仿真

为提升大功率船用柴油机启动性能,采用GT-power软件建立船用柴油机稳态模型,增加空气电机启动系统模块,构建柴油机启动过程瞬态模型。基于仿真结果,分析环境排气背压、润滑油温度和压缩空气系统参数等对柴油机启动性能的影响规律。仿真结果可为基于空气电机启动的大功率船用柴油机的系统参数设计和性能评估提供依据。

船舶主机余热梯级利用系统工质比较分析

本文以WARTSILA RT-flex96C型柴油机为研究对象,设计了船舶柴油机余热梯级利用系统——双级朗肯循环余热利用系统。选择四种工质组合方案针对所设计的系统进行热力计算,计算结果表明,以水和R113的组合方案热力性能最佳。计算了在高温循环的蒸发压力为0.79MPa、窄点温度为30℃、过热度为50℃,低温回路的蒸发压力为1.46MPa、窄点温度为15℃,冷凝温度均为30℃的情况下,系统的输出净功、热效率和㶲效率分别为3872.7kW、23.67%和61.71%。最后本文研究了高温回路蒸发温度、过热度以及窄点温度这三种参数对系统性能的影响。

短路冲击下的船用柴油机瞬态扭振特性分析

[目的]为提出船用柴油发电机组的轴系扭振参数优化方案,需分析其在短路冲击下的瞬态扭转振动特性。[方法]采用Newmark法,以某型20 V柴油发电机组的短路冲击工况为例,对比不同轴系参数对轴系瞬态扭振特性的影响规律,进而基于参数优化结果来确定新的机组减振器刚度与联轴器刚度选配方案。[结果]研究结果表明:发生短路冲击时,轴系扭振特性将显著恶化;经优化之后(将扭振减振器刚度、联轴器刚度分别优选为原始值的0.9和0.70倍),短路冲击工况下的电机轴瞬时最大附加应力、联轴器瞬时最大扭矩、曲轴各轴段瞬时最大应力分别降低了13.43%,10.51%,5.29%。[结论]该参数优化方案可以有效降低轴系的瞬态扭振水平,研究成果可为柴油发电机组的减振降噪设计提供参考。

船舶柴油机运行参数异常检测及分析

为保障船舶安全高效运行,提出4种船舶柴油机运行参数异常检测方法。该技术在空间向量统计的异常检测基础上,进一步提出新的方法监测运行参数时间序列的趋势异常。通过提取运行参数数据演化过程的趋势和规律,可以更早、更准确地识别异常趋势,为设备管理提供决策支持。实验结果表明,所提出的异常检测技术能够有效提高船舶柴油机异常检测的效率和准确性,及早发现安全隐患。

舰用柴油机技术特点及未来发展趋势研究

介绍柴油机的技术特点及其在舰船中的应用,详细阐述其优势、劣势与动力型式。重点阐述不同舰船对柴油机的技术特点要求,重点对其舰用柴油机未来发展趋势及当前动向进行展望。随着技术的逐步完善,柴油机将在军用舰船上发挥更重要的作用。