Research on H_2 speed governor for diesel engine of marine power station

The frequency stability of a marine power system is determined by the dynamic characteristic of the diesel engine speed regulation system in a marine power station. In order to reduce the effect of load disturbances and improve the dynamic precision of a diesel engine speed governor, a controller was designed for a diesel engine speed regulation system using H2 control theory. This transforms the specifications of the system into a standard H2 control problem. Firstly, the mathematical model of a diesel engine speed regulation system using an H2 speed governor is presented. To counter external disturbances and model uncertainty, the design of an H, speed governor rests on the problem of mixed sensitivity. Computer simulation verified that the H2 speed governor improves the dynamic precision of a system and the ability to adapt to load disturbances, thus enhancing the frequency stability of marine power systems.

基于WPES与MEEMD的船用主机振动研究

为揭示船用长冲程低速柴油机健康状态下的振动特征,采用小波包能量谱(Wavelet Packet Energy Spectrum, WPES)和改进的总体平均经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition, MEEMD)结合的特征提取方法,对典型推进工况下低速机的表面振动信号进行3层小波包分解和重构。通过对能量占比较大的节点采用MEEMD方法进行分解,获得IMF1分量频谱。研究结果表明,在40%以下的较低发动机负荷时,各单次燃烧循环的振动波动较小,振动幅值基本一致。提升至50%以上发动机负荷时,燃烧引起振动波动明显增强。50%工况下,中高频能量占总能量的41.51%,为主要振动源。

泵气损失对柴油机性能影响分析

基于某款船用中速柴油机,在当前配置状态的基础上,利用试验数据测试和GT-Power一维仿真计算手段,研究了不同配气凸轮型线、排气管直径、增压器配置对柴油机泵气损失和燃油消耗率的影响。选取部分优化方案来制作样件,并通过开发试验对比验证。结果表明,通过优化匹配可以分别将高转速高负荷工况、低转速低负荷工况的泵气损失和燃油消耗率降低到最佳水平。

DMCC技术在高速船用柴油机上的应用研究

为使船舶柴油机能够燃用低燃点的甲醇燃料,本研究在一台高压共轨涡轮增压高速四冲程柴油机的进气道安装一套甲醇喷射系统,通过甲醇电控单元(ECU)与柴油ECU协同工作,实现了船用发动机柴油/甲醇双燃料燃烧(DMCC)。试验结果表明:改装后的发动机可以用双燃料模式工作,其燃烧相位都较纯柴油模式时有所提前,主放热时刻更接近上止点,并且最大缸压、放热率峰值和最高压升率都高于纯柴油模式。双燃料模式(加装DOC)时可以满足国Ⅰ排放标准,CO、HC和NOx加权排放均低于纯柴油模式,PM排放与纯柴油模式相当。主要工况的甲醇对柴油的替代率都超过40%,最高达到55%,仅有满负荷工况受最大缸压限制而使替代率为30%左右。

船用中速柴油机电控燃油喷射系统匹配

针对4190船用中速柴油机,提出由电控组合泵替代传统机械泵,利用AMESim软件建立电控组合泵燃油喷射系统模型,确定试验用凸轮型线、喷孔直径、油泵柱塞直径、高压油管长度等参数。通过发动机台架试验研究凸轮工作段位置、喷油器伸出高度、喷孔直径及供油提前角对柴油机经济性和排放的影响。研究结果表明:凸轮工段位置影响喷油规律,从而影响经济性和排放;喷油器伸出高度减小会导致经济性变差;喷孔直径越小,最低燃油耗的供油提前角越大;减小喷孔直径,燃油喷射压力提高,有利于降低燃油消耗率和NOx排放,但小喷孔直径的喷油持续期长,后燃增加,效率下降且CO排放增加。

船用中速柴油机缸压闭环控制技术仿真研究

针对船用柴油机工作不均匀及循环波动对柴油机性能和振动噪声的负面影响问题,以6L16/24-CR型船用中速柴油机为对象,使用软件在环仿真技术对缸压闭环控制策略进行仿真分析。建立能模拟各缸不均匀性和循环波动的柴油机实时模型,从气缸压力中选取能指示柴油机各缸燃烧状态的反馈变量,根据反馈变量和控制变量之间的动态关系开发缸压闭环控制策略,建立由柴油机实时模型、气缸压力反馈变量、控制策略和喷油控制变量构成的软件在环仿真平台,在该软件在环仿真平台上对缸压闭环控制策略进行闭环仿真。结果表明,开发的缸压闭环控制策略能满足船用柴油机的控制要求,在仿真环境下能改善约99%的各缸不均匀。

船用柴油机齿条位置执行器与转速BP神经网络控制研究

针对柴油机调速系统存在的非线性和时变性,以及传统PID控制效果不理想等特点,研究了船用柴油机转速控制优化问题。利用BP神经网络的自学习能力和自适应能力,对PID控制器的参数进行在线整定。基于BP-PID控制算法与MC9S12XEP100单片机设计了执行器位置控制器软硬件,结果表明:相对于传统PID,BP-PID具有良好的控制效果,抗干扰性和适应性更好,但同时存在运算量较大的问题。在此基础上将柴油机作为控制对象,利用dSPACE半实物仿真平台与MicroAutoBox进行算法验证,结果表明:该算法满足柴油机转速控制性能指标要求,负载突变时转速超调量小于5%,能有效降低负载变化对转速的影响,可以用于实际柴油机转速控制系统研究开发。

船用柴油机与涡轮增压系统匹配及性能研究

利用AVL BOOST软件建立了4190ZLC-2型船用中速四冲程增压柴油机的仿真模型,利用BOOST模型进行柴油机推进特性和负荷特性工况的计算,通过与实验数据对比,验证模型的正确性。利用BOOST软件对4190ZLC-2型船用中速柴油机与现有增压器联合运行规律进行研究,得到柴油机与涡轮增压器匹配特性。结果表明,4190ZLC-2型柴油机与压气机联合运行性能很好符合增压器匹配的要求。

基于CMAC神经网络前馈控制的柴油发电机组转速控制研究

提出了一种小脑模型神经网络(CMAC)前馈负荷控制的柴油机调速策略,利用传统PID来实现反馈控制,保证船用柴油发电机组调速系统的稳定性并抑制扰动,在CMAC神经网络输入信号中加入负荷电流和转速指令,实现对控制器的前馈控制,确保系统的控制响应速度,提高控制精度。经过仿真后,使用MicroAutoBox控制器进行了D6114发电机组配机试验。试验结果表明:机组具有良好的动静态特性,标定负载突变超调6.2%,稳定时间2.8s,完全满足二级电站对柴油机调速系统的要求。

衔铁打孔对高速电磁阀动态响应的影响

为提高船用柴油机电控喷油系统高速电磁阀的动态响应速度,采用数值模拟的方法建立了电磁阀的数值仿真模型,通过电磁阀试验台验证了仿真模型的准确性.之后建立了电磁阀衔铁打孔的模型,研究了打孔位置、大小对电磁阀动态响应的影响,试验结果表明:在磁轭间区衔铁打孔可以优化电磁阀关闭响应,但对电磁阀的开启响应影响较小;特别地,当打孔半径为1.8 mm、打孔中心距离衔铁中心的距离为13 mm时,电磁阀开启响应时间增加了11.7%,但关闭响应时间减少了33.3%,电磁阀整体响应时间减少了13.2%.

船用中速柴油机NO排放浓度的预测

将准维三区燃烧模型与NO生成的扩大的Zeldovich机理相结合,成功地开发了一种船用中速柴油机排气中NO浓度预测计算程序,并通过实验证明模拟计算结果与实测结果基本吻合.为从更深层次地认识船用柴油机工况和性能参数对NO排放量的影响。

SK-01型船用柴油机轴功率遥测系统

SK-01型船用柴油机轴功率遥测系统采用TT10K扭矩遥测系统、J12-D4NK磁阻传感器和NI USB-6009数据采集卡,开发了基于LabVIEW的轴功率测量软件,应用应变式测量法实现了船用柴油机轴功率的精确测量,实现了数据的实时显示、存储、调用和分析处理。成功地用于实船测量数据,测量结果表明,系统具有较高的准确性和可靠性。

船用柴油机缸盖高速切削加工表面残余应力的分析和模拟

为了降低船用柴油机缸盖高速切削表面残余应力,提高表面加工质量,文章基于仿真分析方法,研究了不同切削要素对船用柴油机缸盖高速切削表面残余应力的影响。首先,使用J-C本构关系及其断裂准则建立了材料失效破裂模型;其次,基于Abaqus有限元法建立了船用柴油机缸盖二维高速切削有限元模型,进而探究了不同切削速度、切削深度、刀具角度下缸盖表面残余应力变化规律。研究表明:合理选择切削速度、切削深度、刀具角度能够有效地降低船用柴油机缸盖高速切削表面残余应力,提高产品加工质量。

世界及我国船用低速柴油机行业发展研究

文章介绍了世界和我国船用低速柴油机行业的市场规模和竞争格局,分析了我国船用低速柴油机行业在产业集中度、二轮配套能力、自主创新能力和组织管理等方面存在的问题,并就如何提升行业竞争力,给出加大核心配套能力建设、加大高端产品的引进消化吸收等几点建议。

船用低速柴油机缸压闭环控制硬件在环仿真技术研究

针对船用低速柴油机各缸和各循环间燃烧不平衡性问题,以6EX340EF型船用低速柴油机为研究对象,使用AVL Cruise M软件开发了具有各缸和各循环间的压力波动功能且满足准确性和实时性要求的仿真模型;结合NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW软件,开发了缸压闭环控制快速原型,通过位置管理模块和缸压采集分析处理模块,从缸压数据中提取平均指示压力和50%燃烧放热量相位作为反馈变量,以喷油正时和喷油脉宽为控制变量,对缸压进行闭环控制;集成实时仿真模型、硬件在环仿真系统和快速控制原型,构成闭环系统。试验验证表明:开发的缸压闭环控制策略能够使燃烧特性参数波动减少50%左右,对各缸和各循环间的燃烧不平衡性均有改善效果。

船舶柴油机瞬时转速仿真计算模型的研究

瞬时转速波形分析法是以柴油机正常态瞬时转速波动规律为判据的分析方法,因此,瞬时转速波动规律的仿真计算非常重要。在分析柴油机瞬时转速仿真计算简化模型的原理和特点基础上,针对船舶柴油机指出了其不足之处,提出了一种基于柔性体的船舶柴油机瞬时转速仿真计算模型,并以某型船舶柴油机为例,通过试验验证了基于柔性体模型仿真计算结果的准确性。

米勒循环降低船用低速柴油机NO_x排放

捅要:为满足日益严格的排放法规的要求,在船用低速二冲程柴油机中引入米勒循环技术。米用AVL BOOST软件建立某船用低速二冲程柴油机的整机仿真模型,并根据台架试验结果进行标定和验证,分析不同的米勒正时、几何压缩比和喷油正时对柴油机性能及NO_x排放的影响。研究结果表明:米勒循环会使NO_x排放降低,但会导致功率损失增大、油耗率升高;提高几何压缩比会使柴油机的经济性改善,但会导致NO_x排放升高、缸内爆压剧增、机械负荷增大;推迟喷油会使燃烧延迟、缸内爆发压力降低,同时NO_x排放进一步降低。米勒循环、高压缩比和推迟喷油等技术的结合可实现其油耗率仅增加1.17%的同时NO,排放降低14.6%,最高爆发压力降低0.408 MPa。

基于性能优化的小缸径二冲程低速船用柴油机喷油方式研究

针对小缸径二冲程高压共轨低速船用柴油机,在常用工况75%负荷下,通过台架性能试验和仿真计算研究了燃油标准喷射、预喷射和后喷射等喷射方式对整机燃油消耗和氮氧化物(NO_x)排放的影响。研究结果表明:相对于标准喷油方式,预喷加主喷的燃油喷射方式大幅提高了最高燃烧压力,最高燃烧压力增幅达9.3%,既降低了NO_x排放同时又获得良好的燃油经济性,NO_x排放降低了3.8%,燃油消耗率降低了0.4%。在性能试验的基础上建立仿真计算模型,通过模拟计算研究不同预喷开始角度对整机性能的影响,获得最佳的预喷开始角。

船用中速柴油机电子调速系统硬件在环仿真试验平台研制

以某型船用中速柴油机电子调速系统为对象,研制船用中速柴油机电子调速系统硬件在环仿真试验平台,主要包括电子调速系统执行机构试验台的搭建,柴油机实时仿真模型的建立,电子调速系统控制策略快速控制原型的实现。利用硬件在环仿真试验平台进行调速器执行机构动态特性分析、电子调速系统起动与调速等功能验证,试验结果表明硬件在环仿真试验为研究电子调速系统控制策略和测试执行机构特性提供了良好的试验研究条件。

双复位弹簧高速电磁阀动态特性研究

为了同步提高船用柴油机电控喷油系统高速电磁阀的开启和关闭响应速度,提出了一种双复位弹簧的设计方案。首先采用数值模拟的方法建立了单弹簧电磁阀的数值仿真模型,在电磁阀试验台上验证了仿真模型的准确性,在此模型的基础上建立了双复位弹簧的电磁阀模型。研究了低刚度弹簧预紧力与刚度、高刚度弹簧刚度及高刚度弹簧端面与衔铁的初始间隙对电磁阀动态响应的影响。研究结果表明:相较于单弹簧的情形,双复位弹簧的设计可以同时优化电磁阀的开启和关闭响应,特别当低刚度弹簧预紧力为110 N,刚度为16 N/mm,高刚度弹簧刚度为100 N/mm,高刚度弹簧端面与衔铁的初始间隙为0.01 mm时,电磁阀开启响应时间减少了1%,关闭响应时间减少了15.2%。