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。

船用低速机烟气余热回收SCRBC参数多算法优化

针对船用低速机烟气余热回收(WHR)的超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩布雷顿循环(SCRBC)参数优化,利用低速机台架的试验数据,建立了再压缩布雷顿循环一维仿真模型,基于神经网络模型拟合得到循环参数增压比、分流比与循环效率和净回收功的关系,通过多目标遗传算法优化(MOGA)和多准则决策方法(TOPSIS)确定低速机不同负荷下的最佳循环参数组合,提高了循环效率和净回收功.结果表明:在低速机100%负荷、分流比为0.117及增压比为1.804时,净回收功达到178.14 kW,布雷顿循环效率达到19.22%,此时,系统总效率提升了1.68%,燃油消耗率降低了6.43 g/(kW·h).通过对系统进行火用分析,冷却器火用损失最大为85 kW,火用损失效率为11.44%;换热器的火用损失为32 kW,火用损失效率为3.44%.完成了船舶低速机烟气余热S-CO_(2)再压缩布雷顿循环性能优化方法的研究,并可推广到其他低速机.

氨-柴油双燃料船用低速机温室气体排放特性分析

针对一台低压喷射二冲程船用发动机进行三维全尺寸模拟,研究了引燃策略和掺混氢气对氨-柴油双燃料低速机燃烧及排放特性的影响.结果表明:提高引燃油能量占比(1.5%)、增加预燃室数量(3个/缸)可有效强化预燃室射流引燃能力,改善氨燃烧性能,实现高效引燃与快速燃烧;提高主燃室内氢气掺混比,可增加缸内OH等活性自由基,提升氨燃烧的强度,通过稀燃工况下掺氢反应活性调控改善了NO_(x)及N_(2)O排放;综合比较,相同的循环总能量输入工况下,在指示热效率水平相当、NO_(x)满足TierⅢ排放法规的前提下,采用氨燃料时当量CO_(2)排放(19.0 g/(kW·h))相对于天然气(393.0 g/(kW·h))降低约95.0%,在氨燃料中掺混10%(能量分数)氢、过量空气系数φa为3.4,当量CO_(2)排放(4.7 g/(kW·h))相对于天然气降低约98.8%,实现近零碳排放.

大空间尺度下预燃室射流火焰发展历程的光学诊断和模拟研究

基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃烧阶段的火焰发展过程。基于定容装置试验数据验证了模型对燃烧火焰扩展速度预测的适用性和准确性。研究结果表明:预燃室燃油喷射量直接影响射流火焰的最大贯穿距离和火焰强度;主燃烧室内的混合气需要达到一定浓度才能被引燃。对燃烧过程的模拟,第一阶段燃烧采用均质搅拌反应器(well-stirred reactor,WSR)模型可以较为准确地模拟不同燃油喷射量下的射流发展速度和火焰射流的最大贯穿距离;第二阶段燃烧采用G方程可以较为准确地模拟火焰在各方向上的扩展速度。采用Mapping方法连接的两个模型对燃烧两个阶段的火焰扩展的整体速度具有较高的预测精度。

苏尔寿RTA船用低速柴油机减磨技术特点

瓦锡兰公司自1990年代后期通过在苏尔寿RTA船用低速柴油机上采用TriboPack(减磨技术)以来,取得了良好的活塞运转性能。本文对该减磨技术的主要方法和特点作了较为详细的介绍。

首台7RTA52U低速船用柴油机制造

ＲＴＡ５２Ｕ船用低速柴油机是在母型机基础上应用最新技术，通过改进、提高和强化手段而发展成的新系列产品，为目前世界上最先进的船用低速柴油机之一。本文通过技术性能指标、主要结构改进设计、柴油机试验过程等方面的论述、介绍了首台７ＲＴＡ５２Ｕ的特点及研制情况。

低硫燃油对低速船机燃烧过程的影响

收集和整理实际加注的多种低硫燃油样品,研究不同黏度低硫燃油对低速船机燃烧过程的影响,详细分析和对比燃烧过程中气缸套壁面附近高温区域的变化。结果表明:低硫燃油黏度分布跨度较大,且整体低于高硫燃油;不同黏度低硫燃油对低速船机缸内燃烧压力的影响不明显,但对放热率曲线及缸内平均温度存在一定影响;低速船机气缸套壁面在约11.5~60°CA之间都会持续受到高温影响,且壁面附近高温区域体积呈现先快速增加后逐渐减小趋势;低硫燃油的黏度越低,其燃烧过程中壁面附近高温区域占比越大,且持续时间越长,低黏度低硫燃油引发气缸套异常磨损的趋势更明显。

首台船用低速柴油机6S46ME-C HPSCR投油分析

为了保证柴油机正常起动,检验各管路系统安装的可靠性,在柴油机首次启动前对柴油机管路系统进行仔细投油冲洗是非常重要的。本文了分析了首台低速船用柴油机6S46ME-C HPSCR的投油,目的是为了避免投油冲洗过程的混乱以及投油过程中需注意事项,且为投油节省了时间,提高了效率。其中包括对主滑油系统、HPS系统、HCU系统、燃油系统和气缸油系统的投油,保证了柴油机在首次动车试验前的清洁度要求。本文也同样适合船舶在试航前对各管路系统清洁度的要求。

船用低速柴油机控制空气管系的系列化设计

在船用低速柴油机的管系设计中引入系列化理念,探索船用低速柴油机控制空气管系的设计方法,并对其进行创新改进。基于船用低速柴油机的控制空气系统,结合其管系及关键部件的基本设计要求,提出控制空气进气管系的布置方案,有效减少了管系规格数量,提高了控制空气进气管系在各系列船用低速柴油机之间的方案适用性,提出适用于各种船用低速柴油机的系列化控制空气进气管系设计方案。

柴油机气缸压力监测系统标定故障分析

为满足船用柴油机的自动化控制需求,提升其安全性能和经济性能,目前大多数船用低速柴油机都会配置气缸压力监测系统,而该系统的标定和应用常出现问题。由此,对MAN ME-C型柴油机在台架试验过程中出现的标定故障进行分析,结合气缸压力监测系统的结构和工作特性,采用曲线分析工具对系统标定过程中的缸压曲线进行分解,提取关键数据并对便携式压力传感器与在线压力传感器的测量结果进行对比分析,从而判断标定故障发生原因。该研究可供气缸压力监测系统在柴油机上的应用及其标定故障排查参考。

低压喷射天然气双燃料船机清洁燃烧策略的数值模拟

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,研究了排气阀关闭时刻(EVC)、废气再循环(EGR)、引燃油喷射时刻(PFIT)对船用低速二冲程双燃料发动机有害污染物氮氧化物(NOx)生成的影响,并分析了多种技术路线耦合对NOx排放和燃油经济性的综合作用.结果表明:排气阀推迟关闭降低NOx排放效果显著;废气再循环是降低NOx排放最有效的措施;推迟引燃油喷射时刻可以使主燃烧过程滞后,实现NOx排放的降低.推迟PFIT耦合EGR可以在较明显降低NOx的同时保持比较好的燃油经济性,推迟EVC耦合EGR可以实现超低NOx排放.

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。

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。

喷油器参数对船用低速机燃烧特性影响的仿真研究

对某船用低速二冲程柴油机在不同喷油器参数下的喷油及燃烧过程进行了三维CFD性能仿真分析。结果表明,随着喷油器喷孔个数增多,燃油蒸发雾化质量更好,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;同样,随着喷油器喷孔夹角减小,燃油蒸汽分布的区域更靠近缸盖,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响。研究能够为喷油器参数优化,燃油喷射系统改进提供参考。

船用低速电控柴油机实时仿真模型开发研究

在分析低速机控制系统功能的基础上,确定了船用低速电控柴油机实时仿真模型功能,利用模块化建模方法开发了低速机缸内工作过程、进排气过程、涡轮增压器、中冷器等各个子模型,并针对电控系统的控制需求,建立了燃油喷射、排气门、辅助风机等独立的仿真子模型作为电控系统的受控对象,可使仿真得到的性能参数随控制参数的改变而实时变化,最后将实时仿真模型与硬件在环硬件进行了集成,对开发的低速机实时仿真模型进行了精度及实时性的验证。通过仿真数据与试车报告中的试验数据进行对比,实时仿真模型模拟的稳态工况下数据与试验数据最大误差在5%以内,运行在实时仿真机中的实时因子小于1。开发的低速机实时仿真模型精度和实时性满足硬件在环仿真测试要求,可将其用在低速机硬件在环仿真系统,开展低速机电控系统的功能测试。

低速船用柴油机整机吊具可靠性的有限元分析

船用低速柴油机的吊具受力复杂且不规则,传统设计通过简化模型计算其理论强度,与实际工况误差较大.文中利用有限元软件ANSYS分析,以6S42MC整机吊具为研究对象,采用三维软件PROE建立该吊具模型并对其进行有限元分析,根据分析所得的应力分布和形变情况,判断吊具的可靠性;通过改变吊具的结构尺寸,对减少吊具应力的方法进行探究;对吊具进行拓扑优化.分析结果表明,文中方法可以检验吊具的安全性,提高经济效益,同时为吊具的理论设计提供了依据.

米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究

针对节能减排对船舶行业所具有的重要意义,对应用米勒循环技术的某型船用低速柴油机进行了模型验证与仿真计算,分析了米勒循环强弱对柴油机性能的影响,给出了米勒循环强弱对柴油机缸内压力、温度、放热率及NOX排放的影响规律,并对船用低速柴油机的综合性能进行了评估。研究结果表明：米勒循环强弱对柴油机缸内温度及放热率具有较大影响,控制米勒循环强弱能够显著降低NOX的排放,排气阀每晚关10oCA,NOX生成量降低6%~7%,当米勒循环增加到一定程度时,继续加强米勒循环将在降低NOX排放的同时,导致燃油经济性降低且需高压比的增压器匹配,使得配机成本增加,这些结论将为船用低速柴油机的进一步开发提供参考。

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。

大型低速二冲程船舶柴油机气缸油台架试验评定

为降低大型船用低速二冲程柴油机气缸油实船试验的风险,基于6S35ME-9型船用柴油机试验台架,把气缸油系统分为三组：1^#与2^#气缸使用试验油A、3^#与4^#气缸使用参比油、5^#与6^#气缸使用试验油B,在标定工况下运行,通过试验过程评价、气缸油清净分散性评价、气缸套与活塞环组件磨损量和油品光谱检测为指标的抗磨性评价、柴油机关键参数评价、与参比油对比等综合评定,确定试验油的优劣。结果表明：对于三种油品,气缸套、活塞环和活塞环槽的磨损量与通过气缸油残油检测的金属元素含量判断的磨损状况相比二者具有一致性,结合气缸油的清净分散性评定结果,可有效判断油品是否可以进行实船试验。同时,在试验过程中油品中Fe、Cr元素含量60 h后趋于平衡,因此设定台架试验时间为100 h。经以上方法评定的气缸油,经实船试验符合要求。因此,基于该台架试验对气缸油的评定方法是可行的、经济的。