二冲程低速柴油机曲轴箱爆炸的原因及预防

结合最新的事例对二冲程大型柴油机曲轴箱爆炸的原因和特点进行了分析,给出了管理和设计方面的建议,并介绍了一种新型的预防系统。

变工况条件对船用二冲程低速柴油机扫气过程的影响

在船用二冲程低速柴油机中,扫气过程的优劣直接关系到发动机的各项特性,在前期研究中主要以扫气口结构为主要研究方向,但发动机循环是一个瞬变的动态过程,因此需要针对扫气过程的不同阶段及不同环境因素开展性能分析,以便在扫气全过程内改善扫气性能.本研究基于扫气流动试验台,通过三维激光粒子测速系统,对不同工况条件下的稳态扫气过程进行了光学实验研究.结果表明:改变扫气压差、扫气口开度以及排气门升程均会对流通能力产生一定影响,但对涡流的影响不大;扫气口开度降低及排气门升程较低均会改善扫气均匀性,利于在一定程度上提升扫气效率,但根本上改善扫气均匀性的因素仍然是扫气口结构.

低速二冲程柴油机活塞振荡冷却数值模拟分析

为了分析活塞热负荷,利用CFD软件建立组合式活塞振荡冷却模型,并使用VOF多相流模型对冷却油腔的振荡换热过程进行数值模拟,得到活塞位于不同位置时油腔内机油填充率和壁面平均换热系数。计算结果表明冷却腔内机油填充率在35%左右,其波动不仅与活塞运动状态有关,还与伸缩套管固定管内油压变化有关。将冷却油腔近壁面边界条件作为活塞热分析边界条件,预测活塞温度场。

EGR率对低速二冲程船舶柴油机燃烧与排放的影响

基于CFD软件CONVERGE 2.3对1台EX340EF-UA测试船用二冲程柴油机进行了数值模拟计算,研究了进气压力和EGR率对75%负荷下的船用柴油机燃烧与排放性能的影响,显示出模拟结果与实验结果有较好的吻合度。进气压力为0.464 6 MPa时,NOX排放量最小。选定进气压力0.464 6 MPa,研究EGR率的影响发现:随着EGR率的增大,NOX排放量显著降低;EGR率达到30%时,NOX排放量仅为2.58 g/kW·h,低于国际海事组织TierⅢ排放标准限制的NOX排放量3.4 g/kW·h。

基于EGR及MILLER循环的低速二冲程柴油机排放控制技术仿真研究

通过三维数值模拟的方法研究了EGR以及米勒循环(Miller Cycle)对低速二冲程柴油机性能及排放的影响。结果表明,在基于满足Tier II排放法规的机型上使用大比例EGR时,可以满足TierⅢ排放法规的要求。通过EGR耦合米勒循环可以对柴油机的减排策略进行进一步的优化。通过EGR耦合米勒循环可以降低减排策略中EGR的使用强度,从而降低在实际使用中应用减排策略的难度。

基于EGR技术的船用低速二冲程柴油机增压系统匹配研究

针对采用EGR技术的船用低速二冲程柴油机在满足IMO排放法规时增压系统须兼顾多模式、宽流量范围运行的问题,基于某型低速二冲程柴油机在GT-Power软件中搭建整机及EGR系统仿真模型并校核。在此基础上研究涡轮增压器匹配、进排气旁通、废气旁通(EGB)等措施对该型柴油机TierⅢ和TierⅡ模式时性能的影响并得出系统匹配策略。研究结果表明:TierⅢ模式时,减小涡轮等效流通面积可有效恢复增压压力,但导致运行点接近压气机喘振线;引入进排气旁通则可有效解决喘振问题。TierⅡ模式时,采用EGR和EGB措施均可有效解决因涡轮等效面积减小带来的增压压力过高问题,但其中EGR方案NO_x排放较低,燃油消耗率偏高,而EGB方案燃油消耗率较低,NO_x排放偏高;综合应用EGR和EGB,即高负荷采用EGR,中低负荷采用EGB的匹配方案,可达到整机NO_x排放满足TierⅡ法规要求且燃油消耗率最低的设计目标。

低速二冲程船用柴油机耦合涡流影响的现象学喷雾模型研究

为了更深入地研究低速机缸内涡流对喷雾的影响,开发新的现象学模型并进行了优化计算。该模型在传统的广安博之多区现象学模型之上加入了涡流效应。在模型中,涡流与喷雾的相互作用被分成两个阶段:一是喷雾破碎前空气与喷雾的互相撞击,二是喷雾破碎后的空气的混合与卷吸。根据这两个阶段不同的物理作用,结合动量守恒定理的推导,可以计算出这两个阶段中喷雾被涡流偏转的速度,从而与喷雾的原速度合成得到喷雾与涡流互相作用的合速度。在这个过程中,开发了液滴蒸发、空气卷吸等子模型使计算更接近实际情况。经过与文献中的试验数据进行对比,发现所开发的模型在不同工况(3MPa~9MPa,400K~900K)下对喷雾贯穿距与形态等参数都具有良好的预测效果。通过模型进一步探索了喷射角度对喷雾贯穿距与形态的影响,为后续低速机喷雾优化提供了理论依据。

低速二冲程柴油机复合动力涡轮匹配研究

对某型带有排气旁通的低速二冲程柴油机,采用柴油机复合动力涡轮技术,回收柴油机排气能量。基于GT-POWER软件对某低速二冲程柴油机进行仿真计算,以同时考虑燃油消耗率、柴油机功率、动力涡轮功率、系统总功率、系统热效率、压气机喘振裕度的方式,寻找匹配点。结果表明:当动力涡轮喷嘴环当量直径为50mm时,动力涡轮复合系统可在50%到100%工况回收排气能量,额定工况下,旁通14.00%的废气,动力涡轮回收的功率为427.58kW,占原机的6.68%,动力涡轮回收比最大,复合系统的功率为6698.42kW,比原机提升了4.62%。

基于试验拟合的低速二冲程柴油机放热率经验模型研究

针对某TierⅢ船用低速二冲程柴油机,开展了负荷、EGR率及喷油参数对放热率及其特征参数的影响研究。研究表明:负荷和轨压是影响燃烧始点的主要因素,负荷、轨压升高使燃烧始点提前;轨压升高及喷油正时提前使CA50提前,指示热效率升高;小EGR率对燃烧过程影响不大,EGR率高于26%后会显著推迟CA50,增大燃烧持续期,降低指示热效率。基于实测放热率对三韦伯函数参数进行了研究,获得了多因素对经验放热模型的作用规律,得到了适用于低速机的经验放热率模型。

船用低速二冲程柴油机燃烧与排放数值模拟研究

使用CFD软件对一台船用低速二冲程柴油机额定工况点缸内喷雾、燃料着火和燃烧过程、排放物NOx浓度分布及生成总量进行了数值模拟研究。模拟所得压缩压力和最高燃烧压力与实测值基本一致。在额定工况点运行时,柴油机预混合燃烧比例很小,基本呈现单峰状的扩散燃烧特征;燃烧放热初始时刻在上止点附近,整个燃烧持续期约为45℃A。同时,计算所得的NOx生成总量与实测值存在19.15%的偏差。

Doosan公司先进的低速二冲程柴油机监控系统

介绍了斗山公司为保证DOOSAN-MAN B&W发动机的质量,自主研发的一些先进的低速二冲程柴油机监控系统,如轴承监控系统B-WACS、油水监控系统O-WACS;升级版的发动机减振装置ENVA;及安全、精确测量曲轴在装配过程中挠曲变形的工具Measutal。可供低速二冲程船用柴油机设计使用人员参考。

船用低速柴油机SCR系统的设计优化与试验分析

由于船舶机舱空间狭小,因此布置用于二冲程柴油机的SCR反应器和其管道较为困难。利用CFD模拟了在100%负荷下SCR反应器之前的尿素雾滴和排气的混合过程。模拟结果表明,当6S35ME-B9 SCR系统的旋转角和护盖展开角分别为15°和75°时,尿素与排气在较短的距离内能够形成良好的混合,并且整个系统压降小于1.4 kPa。对安装有SCR系统的6S35ME-B9柴油机进行了100 h的测试,结果表明NOx排放从18.15 g/kWh降低到3.17 g/kWh。针对6S35ME-B9柴油机的SCR系统的设计和试验可以为实船上的SCR系统提供理论和应用基础。

癸酸甲酯与正丁醇在低速柴油机中均质压燃燃烧与排放

通过向生物柴油替代燃料癸酸甲酯(MD)中掺入一定比例的正丁醇(NBA),达到降低氮氧化物(NOx)排放的目的。针对二冲程低速船用柴油机,建立了癸酸甲酯和正丁醇的混合燃料燃烧反应机理,并将Zeldovich氮氧化物反应机理作为子机理添加到燃烧反应机理中。构建出一个包含癸酸甲酯、正丁醇和详细的氮氧化物反应的完整燃烧反应机理。在燃料总摩尔分数一定的条件下,固定发动机转速与空气过量系数,将癸酸甲酯与正丁醇按不同比例进行混合,研究癸酸甲酯与正丁醇混合燃料在二冲程低速船用柴油机充量均质压燃(HCCI)模式下的燃烧与氮氧化物排放特性。结果显示,癸酸甲酯与正丁醇混合燃料HCCI燃烧产生的氮氧化物随正丁醇掺混比例的增加而减少。研究表明,在燃料总摩尔分数保持不变时,随着正丁醇混合比例的增加,燃料总热值减少,排气温度和缸内最高燃烧温度降低,对氮氧化物的生成有抑制作用,氮氧化物反应速率降低,排放量下降。同时,由于正丁醇掺混比例的增加导致混合燃料的C/H比下降,可以有效地降低燃烧过程中CO2的排放。在保证发动机燃烧效率的条件下,癸酸甲酯和正丁醇的混合比例为1:1时,混合燃料在二冲程低速船用柴油机中HCCI燃烧的NO与NO2排放量最低。

洋普重机低速柴油机获发明专利

完全由洋普重机自主研发的十字头式二冲程低速柴油机减速装置日前获得发明专利权。据了解，配置这种新型减速装置的二冲程低速柴油机可减少50％的重量，节约50％的原材料成本和减少50％工业排放，而价格可能只有原来一半。

高低压EGR系统对低速柴油机性能和排放影响的研究

以某型6缸低速二冲程柴油机为研究对象,建立GT-POWER一维仿真模型,研究高、低压EGR系统对柴油机性能及排放的影响。研究结果表明:随着EGR率的上升,高压EGR系统中压气机运行点从中心高效区向低效区和流量减小的方向移动,而低压EGR系统的流量和压比变化较小;高压EGR系统缸内压力始终低于低压EGR系统,在低负荷时,导致燃烧速度和放热率峰值低于低压EGR系统;燃油消耗率随着EGR率的增加呈上升趋势,当EGR率增加到一定程度时燃油消耗率上升更明显,并且高压EGR系统燃油消耗率明显高于低压EGR;两种EGR系统都能降低NO_x排放,但相同EGR率时,高压EGR系统NO_x减排效果更好。

采用EGR技术降低低速机排放的三维仿真研究

采用三维计算软件AVL-FIRE模拟仿真了某国产低速二冲程柴油机的燃烧与排放,分析了废气再循环(EGR)对低速机燃烧与排放的影响。研究结果表明:EGR对低速机滞燃期影响不大,且使用EGR技术能够有效降低低速机NOx排放,低EGR率时能够满足TierⅡ排放要求,并且油耗升高不明显;高EGR率时能够满足TierⅢ排放法规要求。

船舶动力装置展望

柴油机发展到今天 ,已被广泛地应用于船舶推进领域。进入新世纪 ,谁将主宰这个领域呢 ?该文就目前所使用的几种推进装置进行了分析 ,从中可看出柴油机尤其是二冲程低速柴油机将继续扮演重要的角色 。

船用重油替代燃料化学反应动力学研究

建立了船用重油多组分化学反应动力学机理,此机理包含8种组分,正十四烷、正十六烷、正二十烷、正二十一烷、甲苯、戊烯、萘(A2)以及菲(A3)等。将多组分重油替代燃料机理的燃烧特性与实验测量燃烧分析仪、定容弹以及船用柴油机的燃烧特性进行对比,研究了不同比例的6组替代燃料对重油燃烧放热率的影响。结果表明:组分比例6构成的替代燃料模拟计算得到的放热率曲线与燃烧分析仪实验结果一致。此替代燃料模拟的火焰发展以及船机缸压曲线与试验值吻合性较好。

涡轮驱动集装箱船

据《MotorShip》2015年10月刊报道，GTr、CMA、CGM、DNV（挪威船级社）和GL（德国劳氏船级社）已经公布了新百万集装箱船一PERFECT（机舱无活塞式发动机的高效集装箱船）技术和可行性研究材料。该概念船以LNG（液化天然气）作为燃料燃气轮机和汽轮机联合电力驱动，即COGES（燃气轮机和汽轮机联合的综合电力推进系统）动力船。这些船级社都声称，该推进装置设计理念有潜力，可提供比现有二冲程低速柴油机驱动20000teu（标准集装箱）超大型集装箱船更高效的集装箱船设计。

中船集团与MDT续签许可证协议

2月2日，中国船舶工业集团公司旗下的沪东重机有限公司（HHM）、上海中船三井造船柴油机有限公司（CMD）、中船动力有限公司（CMP）、中国船舶Z业贸易公司（CSTC）与德国曼恩集团（MAN）下属国际知名船舶动力企业曼恩柴油机与透平公司（MDT）。在北京举行了二冲程低速柴油机许可证协议签字仪式。这是自1980年中船集团开始引进曼恩品牌系列低速柴油机专利以来．双方续签相关专利许可证协议，协议为期10年。