改进自适应遗传算法优化的船用增压锅炉上锅筒水位滑模控制方法

[目的]船用增压锅炉的上锅筒水位由于航行中负荷的频繁变化,难以获得理想的控制效果。为了保证上锅筒水位的稳定,对大负荷扰动下的上锅筒水位控制方法进行研究。提出一种基于改进自适应遗传算法优化的增压锅炉上锅筒水位滑模控制方法。[方法]将上锅筒水位偏差的速度和速度变化率引入S函数来设计滑模控制器,采用李雅普诺夫稳定性原理证明其稳定性。在此基础上,利用改进的自适应遗传算法优化滑模控制器。[结果]将改进的自适应遗传算法优化的增压锅炉上锅筒水位滑模控制方法与传统的PID控制方法进行了对比分析。在响应斜坡扰动信号和阶跃扰动信号时,改进自适应遗传算法优化的滑模控制器均能够无差跟踪输入信号,其稳定时间比PID缩短5 s,超调量也小于PID。[结论]仿真结果表明,改进自适应遗传算法优化的滑模控制方法具有更优的控制效果。

针对船舶增压锅炉的热力学仿真和数学模拟

本文以船舶增压锅炉作为研究对象,在热力学仿真系统中选取模糊自适应PID控制算法作为主要的仿真控制算法,对船舶增压锅炉的热力学模型进行数学分析。相比传统的热力学仿真系统,模糊自适应PID控制器具有更好的控制性能。在节约船舶增压锅炉能源,降低船舶运营成本的同时,更好地提升船舶的综合性能。

某型船用增压锅炉燃烧后移原因及排除

针对某船1号增压锅炉冒黑烟、排温高、水冷壁及蒸发管束结焦严重的现象,通过对该型锅炉燃烧原理和燃料油滴状态燃烧时效分析,发现主要问题在于燃料雾化不佳,存在炉内燃烧不完全、燃烧后移现象。根据问题导向,从锅炉配风器、喷油器工作机理研究分析,发现喷油器稳焰器发生形变,同时因配油器及增压涡轮控制系统问题,导致风油匹配不好、空气过余系数小,进一步影响炉内燃烧质量,通过检修相关部件,故障排除,1号锅炉正常工作。

船用增压锅炉响应负荷突降的特性仿真分析

针对船用增压锅炉负荷突降影响其安全运行的问题,建立锅炉燃烧及蒸发系统的动态数学模型,利用Matlab软件的Simulink平台,仿真分析增压锅炉在稳态工况并假定燃烧及给水工况不变时,施加负荷突降扰动后锅炉的响应特性。研究结果表明:仿真结果反映了增压锅炉汽包压力、水位及过热蒸汽温度,在不同负荷突降扰动下的动态响应特性;船用增压锅炉负荷突降,会造成汽包压力、过热蒸汽温度的升高及一定程度的虚假水位,且负荷突降时间越短、幅度越大,压力及温度的骤升效果越明显,虚假水位越严重,对锅炉安全运行的威胁就越大。

参数法确定舰船增压锅炉的蒸发量

对于新制造或中修后的蒸汽动力装置的锅炉来说,研究其热平衡、确定其热效率以及检验增压锅炉出力,都必须知道锅炉的蒸发量.针对传统方法确定锅炉蒸发量的不足,运用流体力学基本原理,用参数法推出确定舰船增压锅炉蒸发量的计算公式.只需要在稳定工况下通过记录蒸汽参数(pk和pgr、tgr及B),并在计算机上编程计算即可得到蒸发量Dk.

船用增压锅炉旋流蒸汽机械喷油器的雾化特性

采用LPI-3衍射式激光粒子测径仪与LE-3雾化角测量仪对船用旋流蒸汽机械雾化喷油器进行了试验研究,得到了雾化油滴索特平均直径及喷油量与压力的变化关系;利用Realizable k-ε模型模拟气体湍流流动,随机轨道模型模拟液滴运动;并用LISA模型和TAB模型模拟液滴变形和破碎,对旋流蒸汽机械雾化喷油器的雾化过程进行了数值模拟,分析了喷油器内雾化空气和油质量流量对雾化特性的影响,模拟的结果与试验结果吻合得较好。研究表明,在喷油压力高于1.1MPa时,喷油器特性符合机械雾化喷嘴的一般规律,但当喷油压力较低时,雾化规律相反,喷油压力越低,雾化粒度越细。由此表明,旋流蒸汽机械雾化喷油器可以极大地改善低工况雾化质量,具有较大的调节比,气耗量也优于常见的气动雾化喷油器。

船用增压锅炉的增压机组和热平衡计算

为确定船用增压锅炉在不同负荷下涡轮增压机组和锅炉装置热平衡的计算方法,根据涡轮机功率和压气机功率的匹配情况,对涡轮机功率有剩余、无剩余及不足3个工况下的功率、各项损失、热平衡方程、支配热量等的计算方法进行了推导分析,给出了具体的计算方法.以某型船用增压锅炉为研究对象,对某些负荷进行了计算,结果证明该计算方法能够很好地满足增压锅炉计算的要求,为继续研究不同负荷下船用增压锅炉热力计算方法奠定了良好的基础.

增压锅炉燃烧监测试验研究

增压锅炉是船用蒸汽动力装置中的关键设备,其可靠性和经济性要求很高,对炉内燃烧进行实时监测很有必要。试验中,首先运用图像采集系统获得炉内不同负荷下的火焰图像,再通过图像处理技术得到火焰的辐射温度和表征炉内燃烧强度的辐射能数值。结果表明:在锅炉正常运行时火焰温度为1 700 K左右,而在高负荷运行时火焰温度约为1 900K,辐射温度与数值模拟结果吻合较好;同时,对锅炉6种不同运行负荷下火焰辐射能信号监测分析发现,辐射能信号与过热蒸汽温度和烟气温度的变化趋势也基本一致,有利于将辐射能作为反馈信号引入到控制系统中,从而优化锅炉控制。

增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法研究

在分析、比较和论证美英德和我国同类标准计算方法的基础上,确定了计算载荷的种类、考核点的位置,选取了应力集中系数和低周疲劳设计曲线,确定了主应力差计算的强度准则和疲劳损伤安全准则的计算方法,建立了径向温差及其热应力的计算方法、内压应力和径向温差热应力的合成方法,并形成了满足蒸汽动力装置机动性要求的增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法。方法的建立,不仅对增压锅炉汽包的设计工作具有指导作用,而且为最终确立增压锅炉汽包低周疲劳寿命计算方法及其相关问题的拓展性研究奠定了基础。

船用增压锅炉动态特性仿真研究

船用增压锅炉是船用主锅炉发展的方向,为了满足船舶的性能需求,提高系统工作有效性,对船用增压锅炉动态特性的研究具有重要意义。对增压锅炉的蒸发区的数学模型进行的建构,并采用集总参数建模方法建立增压锅炉数学模型。根据某型船用增压锅炉的设计数据和所建立的数学模型,在时域上进行增压锅炉加负荷过程的动态特性研究,得出了增压锅炉内部各参数对燃油扰动的动态响应,通过仿真分析了船用增压锅炉的加负荷动态特性变化规律。证明研究为船用增压锅炉的设计提供参考。

船用增压锅炉热平衡计算

热平衡计算是船用增压锅炉热力性能计算的基础,由于增压机组参与锅炉热力过程,使增压锅炉热平衡计算更加复杂。本文提出了增压锅炉分段热平衡计算方法,并对直接热平衡和分段热平衡两种方法进行了分析探讨;提出了适用于增压锅炉变负荷计算的通用增压机组热损失公式,给出了针对辅助汽轮机做功的燃料支配热量计算公式,并进行了实例计算分析,分段热平衡计算结果比较理想,为船用增压锅炉性能计算分析提供了参考。

参数法估算船用增压锅炉试验时的燃油耗量

针对船用增压锅炉的运用 ,在分析比较传统方法的不足之后 ,推出了用参数法估算船用增压锅炉试验时的燃油耗量的方法 .

调整涡轮通流特性提高增压机组与增压锅炉热力匹配性能

根据涡轮增压机组与增压锅炉匹配工作的基本原理,考虑两者之间存在的热平衡关系、压力平衡关系,以及配合约束边界条件,建立研究两者匹配工作特性的热力平衡计算模型,提出一种迭代求解计算方法。基于计算与测试数据的对比分析,证明建立模型的正确性和有效性。在此基础上,针对机组的联合工作线靠近压气机堵塞区域,可能影响机组满负荷长期工作性能,提出通过调整涡轮的通流特性以优化两者的热力匹配。计算结果表明,涡轮通流能力减小5%时,压气机工作线远离堵塞区域,效率得到提高,使涡轮做功能力增强,辅助汽轮机蒸汽消耗量减少30%,提高了两者的热力匹配性能。

不同工作状态下增压锅炉的抗冲击特性分析

舰用增压锅炉是舰船动力系统的重要装置,目前对其抗冲击特性分析研究很少。采用时域模拟方法,对某船用增压锅炉不同工作状态下的冲击响应特性进行数值冲击试验。分析增压锅炉结构冲击响应随载荷参数的变化规律,考虑不同工作状态下内压对增压锅炉冲击响应的影响,并分析增压锅炉在不同工作状态下的抗冲击极限变化特性,旨在对增压锅炉抗冲击设计提供参考。

对某型增压锅炉过热器热特性计算方法的修正

结合高增压锅炉蒸汽过热器管束中传热的计算方法和某高增压锅炉蒸汽过热器的结构特点,建立了该蒸汽过热器管束传热的数学模型,并对该过热器热特性的计算方法进行了修正,最终通过计算得到了该过热器后的烟气温度分布.

基于导热正反问题耦合解法的增压锅炉汽包应力有限元分析

为快速得到精确的增压锅炉汽包的应力分布,针对其外壁局部受热的特点,提出了基于导热正反问题耦合解法的汽包瞬态应力求解方法,即采用导热正反问题耦合解法求解复杂边界条件下的增压锅炉汽包温度场,在此基础上,采用二维有限元方法对汽包瞬态理论应力进行计算。同时,利用ANSYS软件对汽包三维温度场与应力场进行了模拟,并结合实验数据与本文方法计算结果进行了对比。结果表明:基于导热正反问题耦合解法求解的温度场具有较高的精度;本文方法计算的汽包理论应力与ANSYS软件模拟结果吻合较好,汽包壁上机械应力与热应力的应力集中系数分别比美国ASME标准推荐值高24.42%,5.32%。

基于PLC的船用增压锅炉点火与火焰检测装置设计

针对现有船用增压锅炉点火和火焰检测装置无逻辑保护功能,容易误操作的问题,提出了基于PLC的改进设计方案。利用PLC技术代替传统继电器控制回路,以逻辑保护模块为核心,将系统分为正常点火回路、应急点火回路、炉膛火焰检测回路、空气夹层火焰检测回路和报警回路;提出PLC配置方案和实现逻辑保护功能的方法;利用该方案研制新型增压锅炉点火与火焰检测装置,初步应用表面新装置大大减少船员的劳动量,提高系统的安全性和可靠性。

增压锅炉自动燃烧调节系统燃油滑阀组的特性研究

以船用增压锅炉自动燃烧调节系统燃油滑阀组为对象,通过理论分析、部件国产化研制和试验对其工作特性进行了初步探讨。研究表明经调节滑阀的燃油流量具有单值性,且为比例调节,即在燃油调节滑阀前后压差ΔP一定时,喷油量B∝f。其结果为该系统的研制试验、运行管理和维修培训等进一步研究提供依据。

船用增压锅炉汽包水位的多模型滑模预测控制

针对船用增压锅炉汽包水位非线性、时变和环境不确定性带来的控制难点,传统控制方法很难取得很好的控制效果,采用预测控制基本原理,将滑模变结构控制和预测控制相结合,利用局域点线性化的方法确定汽包水位的预测模型,得到了多模型滑模变结构预测控制策略。仿真结果表明,在变负荷情况下船用增压锅炉汽包水位的多模型预测控制策略实现了系统的快速控制。滑模变结构的强鲁棒性改善了预测控制特性,解决了汽包水位非线性不确定性的控制难点,且具有很好的鲁棒性。

船用增压锅炉强化燃烧三维有限元分析

以增压锅炉为研究对象,利用SIMPLE方法求解N-S方程,对燃烧器的燃烧特性及炉膛传热特性进行了数值计算分析。基于Fluent软件的计算结果,分析得出不同压力下炉膛内部温度场、回流区速度和湍流强度的变化规律,初步揭示了增压强化燃烧的机理。模拟计算结果表明,随着炉膛压力的升高,增压锅炉炉膛换热强度增强,炉膛容积热负荷明显增大,为进一步确立增压锅炉炉膛热力计算方法打下一定的理论基础。