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.

横向贯通式中低速磁浮一体轨道梁钢-混结合部试验研究

为解决中低速磁浮分离式轨道梁存在的养护难、构件多,以及无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出一种横向贯通式梁轨一体轨道梁结构,针对其钢-混结合部的静力性能开展有限元分析和足尺模型试验研究,并对关键设计参数进行参数分析。结果表明,在5倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,承载力满足设计要求,且具备较高富裕量;竖向荷载主要通过钢板承压作用传递至混凝土梁体,焊钉对竖向荷载的传递作用较小;设计参数分析表明,适量提高钢连接件钢板厚度有利于竖向荷载的平顺传递。研究结果可以为梁轨一体轨道梁设计提供参考。

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。

基于MEEMD算法的二冲程柴油发动机机体振动分析

二冲程低速柴油机具有复杂的振动特性,传统的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法对其振动信号处理效果不理想。为此,采用修正多元集合经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition,MEEMD)算法对低速柴油机机体振动信号进行分解。首先,采用三轴加速度计测量发动机机体振动。然后利用均方根(Root Mean Square,RMS)对三轴振动强度进行分析。最后,对x轴上的信号进行MEEMD分析。结果表明:砌块在x轴方向的振动强度最大;与EMD算法相比,MEEMD算法可以抑制模态混合,有助于更好地识别块振动激励。

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。

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。

某船用柴油机机架缺陷原因分析及修复方案

柴油机是现阶段船舶领域重要的动力和电力来源,而机架又是柴油机的基础,其他零部件均安装在机架上而形成一台完整可靠的柴油机。通常由于机架的腔道和结构的复杂性,进行铸造时难免会出现一些缺陷,在考虑到机架的时间和价值成本,选择对铸造缺陷进行修复,不失为一种经济可行的方法。文章就铸铁的材料特性及浇铸工艺,分析了中速水冷四冲程柴油机机架铸造缺陷的原因,提出了几种日常工作中铸件缺陷修复常用方法,并具体针对本文中机架凸轮轴孔的铸造缺陷问题,综合考虑确定最终采用镶套的修复方案,同时制订了详细修复工艺,并完成了机架缺陷修复。

进气涡流对船用中速柴油机的性能影响

以某船用中速柴油机为研究对象,通过在气缸盖底面进气门座圈处增加不同的偏心倒角,获得不同进气涡流比和流量系数的组合。利用一维和三维仿真计算,研究不同组合对柴油机燃油消耗率、碳烟和NOx排放的影响,并通过试验对比验证。计算和试验结果均表明涡流比对该柴油机高、低工况性能的影响截然不同。最终选取不同的涡流比和流量系数组合方案,分别应用到不同的细分市场,以满足不同的性能需求。

船用中速柴油机曲轴磨损故障分析及预防

柴油机是船舶的动力系统,其质量关系到整个船舶的性能。曲轴作为重要的核心零部件,长期以来作为国内外柴油制造厂家将曲轴作为研究的重点。曲轴作为柴油机的组成部分,表面承受很大的压力,轴颈散热能力差导致材料磨损。因此,必须进行检查,进行预防,减少事故的发生。围绕中速柴油机曲轴的磨损故障展开讨论,常见损伤有磨损、裂纹等,分析故障的处理措施,提出曲轴磨损故障的预防技术。

车用重型柴油机排放测试循环设定与拓展研究

由于部分车辆如城市环卫车、自卸车和城市物流车等在低速低负荷下的运行工况占比较大。但国六重型柴油机在进行型式排放认证时的排放测试循环(WHTC)的较低负荷(20%以下)的占比仅为58.1%,缺乏高低负荷突变等典型特征的覆盖,这会导致该类认证无法有效评估发动机低负荷运行时的NO_(x)排放特性。因此,研究重型柴油机车辆在低速低负荷下的NO_(x)排放水平对未来的国家标准制定具有一定参考意义。本文对国六重型柴油机的台架非标准排放测试(WNTE)的循环控制区域进行了重新设定,重点研究柴油机低负荷下的NO_(x)排放。研究将WNTE循环控制区域的转速范围设定在发动机怠速到n30之间,负荷范围设定在0~20%范围内。并选用额定功率为130kW、280kW和413kW的三台柴油机,进行多组相应设定的WNTE试验。试验结果显示,三台发动机的NO_(x)排放均有超出GB 17691—2018要求限值的情况,超出的范围为17.3%~627%。

基于GT-POWER的船用中速柴油机NO_(x)排放

基于GT-POWER性能模型,以缸径为200mm、行程为300mm的某型船用中速柴油机为研究对象,开展NO_(x)减排研究。通过建立进气压力、气阀正时等与柴油机排放特性变化的联系,确定降低柴油机的NO_(x)比排放值的方案。结果表明,通过调整进气压力及进气正时等可以实现该型柴油机更佳的排放性能。经实机验证,通过更换中冷器及增压系统,可以降低15.8%的NO_(x)排放,可为工程应用提供参考。

低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机

基于奥托循环的燃烧特点与需求,从柴油机空燃比和增压器特性两方面对低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机进行分析。柴油机100%负荷处的压比流量应处于增压器的压力流量特性图的中心位置,在高负荷区域预估的增压器效率、扫气压力、扫气量尽可能稍大于设计要求,尽可能采用最小喷嘴环设计,增压器压气机工作线应处于高效区域。在此基础上对X92DF柴油机开展配机策划和试验验证。试验结果表明:该柴油机各项性能满足设计要求,增压器达到预期效果。

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。

可变喷嘴增压器与增压柴油机的匹配试验研究

在CA498Z柴油机上进行了可变喷嘴增压器(VNT)的匹配试验研究。试验结果表明,VNT可以在发 动机的整个转速范围内和CA498Z柴油机实现良好的匹配。VNT显著提高了发动机外特性的低速转矩,降低了外 特性的排气烟度。扩大了该柴油机低油耗区的转速范围,改善了整机的燃油经济性。

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。

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.

船用柴油机超低负荷运行分析及策略

针对柴油机超低负荷运行过程中存在的风险,提出技术改造和运行管理方案,针对电子控制技术的特点,对电控柴油机低负荷运行给出应对策略。实践证明,方案可操作性强,可明显提高船用柴油机在超低负荷运行时燃烧效率,节省成本。