大型商船燃蒸柴联合循环动力系统设计与分析

以17万m^3液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)运输船为母型船,选取LM2500燃气轮机为主动力装置,联合蒸汽轮机和2台W?rtsil?12V34DF双燃料柴油机,设计出一套燃-蒸-柴联合循环动力系统。利用Aspen HYSYS软件模拟系统流程,经模拟与分析计算,该系统的设计方案合理可行,并得出燃气轮机负荷下的燃气轮机发电效率及其输出效率、燃蒸联合发电效率及其系统输出效率,各系统参数随燃气轮机负荷的增大呈现不同幅度的增大。将该系统的系统输出效率与柴油机的动力系统输出效率进行对比分析,结果表明:在理想工况下,两种系统的系统输出效率相当;在定速工况下,该系统的系统输出效率与柴油机的系统输出效率相比略低,而燃气轮机的NOx、SOx排放量较小,满足新公约要求。因此,该系统有很好的船舶实际应用价值。     

柴燃联合动力装置单机失效工况下的紧急倒车过程仿真

建立在Simulink平台下的某型柴燃联合动力装置仿真系统,提出该型推进系统单机失效工况下利用"柴油机+燃气轮机"联合推进.对该种应急推进方式的紧急倒车过程进行了设计和仿真计算,仿真结果表明,设计的紧急倒车控制方法可使舰船在单机失效工况下具有较好的倒车性能.     

采用基于物理本质的设计软件进行船型与机械优化设计

船舶设计软件适用于提高现有巡洋舰设计研究水平。研究主要包括能有效减少总燃耗量的机械配置方案，从而减少船舶总重量和使用费用。当今大多数军舰的原动机(多半是燃气轮机)通常是为了使舰艇获得最大航速而设计的，最大航速比巡航航速高得多。就CG47而言，巡航时需用的轴功率仅为最大航速的16％。因此，巡航时的燃耗率要高64％，因此时燃气轮机仅使用了一小部分额定功率。介绍并研究了辅机及其对船舶设计的总影响，分析了4种不同的机械配置方式，即柴油机或燃气轮机联合动力装置(CODOG)、柴油机和燃气轮机联合动力装置(CODAG)、燃气轮机或燃气轮机联合动力装置(COGOG)、燃气轮机与燃气轮机联合动力装置(GOGAG)，结果表明可以节省燃料多达34％，使整个船舶重量共减少9％。     

船用燃气轮机发电机组动态性能仿真

基于Matlab/Simulink平台,根据容积惯性法建立某三轴燃气轮机发电机组非线性动态模型,并定制燃气轮机转速调节及发电机励磁系统控制策略,对动态模型进行阶跃形突增突减负荷变工况仿真研究。结果表明动态模型能够有效地对负荷突变工况进行模拟,为船舶电网供电模块的控制系统设计与优化提供模型基础;在变工况过渡过程中,燃气轮机发电机组动态响应特性满足船舶电网供电品质要求。     

基于DSP的船用燃气轮机并车控制系统开发

燃气轮机被广泛应用于船舶的动力装置,其具有装置简单、成本低、污染少等优点。船舶运行在不同工况下会对船舶的动力系统提出不同要求,为了保证船舶运行的稳定性,实现负荷在不同燃气轮机之间的转移。本文使用DSP 28335芯片为核心控制元件,设计了一种船用燃气轮机并车控制系统,分析了燃气轮机的结构和工作原理,研究了2台燃气轮机的并车策略,最后设计了硬件电路。系统具有很高的可靠性和稳定性。     

船用燃气轮机发电机组动态性能仿真

基于Matlab/Simulink平台,根据容积惯性法建立某三轴燃气轮机发电机组非线性动态模型,并定制燃气轮机转速调节及发电机励磁系统控制策略,对动态模型进行阶跃形突增突减负荷变工况仿真研究。结果表明动态模型能够有效地对负荷突变工况进行模拟,为船舶电网供电模块的控制系统设计与优化提供模型基础;在变工况过渡过程中,燃气轮机发电机组动态响应特性满足船舶电网供电品质要求。     

柴-燃联合动力装置稳态工作特性仿真研究

以船舶柴-燃联合动力装置为研究对象,通过仿真手段研究其稳态下的工作特性,进行基于经济性的优化匹配分析。根据模块化的建模思想以及柴-燃联合动力装置各个部件之间的热力学方程和相对运动关系,对主机、齿轮箱、离合器、轴系、螺旋桨、船体等部分进行参数化建模。按船速进行车钟档位划分,针对单柴油机、双柴油机、燃气轮机、柴燃联合4种工作模式,对动力装置进行基于经济性的优化匹配分析,计算得出每个档位下最佳的轴转速和螺旋桨螺距比,从而得到稳态下的工作特性,制定了船舶最佳运行模式,为动力装置动态特性的研究提供了依据。     

CODAG动力装置控制系统研究

CODAG动力装置最适宜于工况变化范围大的大、中型水面舰艇,而CODAG推进装置可靠运行的关键在于双机并车运行时的负荷分配.文章以哈尔滨工程大学建立的柴燃联合动力装置物理模拟实验台为基础,对并车负荷分配进行了初步研究,设计并编制了并车控制软件和系统监控软件,经过多次调试,成功实现了柴燃并车运行.     

燃气轮机在商船上的应用及其技术发展趋势

燃气轮机作为一种符合绿色环保要求的动力装置在船舶上的应用已有数十年的历史.对比柴油机动力装置,在分析燃气轮机技术特点的基础上对目前燃气轮机在商船上的应用进行了综述,概述了船用燃气轮机的发展途径.并根据国内外现有的研究情况,分析和讨论了船用燃气轮机的发展趋势.     

中冷回热循环燃气轮机技术

中冷回热循环(ICR)燃气轮机是在简单循环的基础上,增加压缩空气中间冷却器和排气回热器组成的复杂循环燃气轮机,具有优良的油耗和变工况特性,是舰船的理想动力装置。本文讨论了ICR的发展过程和技术特点,对其关键部分中冷器、回热器和可变几何导叶做了具体分析。     

燃燃共同运行功率均衡控制策略研究

采用模块化,变比热的方法在labview平台上建立了燃气轮机动态模型,结合电机扭矩控制实现了燃气轮机特性的模拟。设计了燃燃联合运行负荷平均分配的控制策略,并进行了燃燃联合动力共同带负载的半物理仿真试验,试验结果证实采用本文设计的控制策略能实现负荷平均分配,动态过程比较稳定,设计的控制策略能基本满足要求。     

基于AMESim的燃燃联合动力装置并车仿真研究

针对燃燃联合动力装置(COGAG)建立仿真试验系统,以燃燃联合动力装置为研究对象,仿真平台采用仿真软件AMESim,对动力装置的各个部件进行建模采用的是模块化的建模方法,建立了燃燃联合动力装置系统的仿真模型,利用该模型对单台燃机的动态过程、两台燃机的并车过程进行了仿真和验证。此外,将AMESim中的仿真模型与MATLAB/SIMULINK中的仿真模型相对比,表明AMESim软件能够较好地完成物理模拟,并使研究者从繁杂的数学模型中解脱出来。     

改进的双工质平行复合循环燃气轮机循环分析

分析了改进的双工质平行复合循环燃气轮机装置性能特点，给出模型和一些计算结果。与改进前的装置效率、比功比较，该装置部套少，成本低，易于利用传统的燃气轮机改装，具有良好的发展前景。     

Analysis of Efficiency of the Ship Propulsion System with Thermochemical Recuperation of Waste Heat

One of the basic ways to reduce polluting emissions of ship power plants is application of innovative devices for on-board energy generation by means of secondary energy resources. The combined gas turbine and diesel engine plant with thermochemical recuperation of the heat of secondary energy resources has been considered. It is suggested to conduct the study with the help of mathematical modeling methods. The model takes into account basic physical correlations, material and thermal balances, phase equilibrium, and heat and mass transfer processes. The paper provides the results of mathematical modeling of the processes in a gas turbine and diesel engine power plant with thermochemical recuperation of the gas turbine exhaust gas heat by converting a hydrocarbon fuel. In such a plant, it is possible to reduce the specific fuel consumption of the diesel engine by 20%. The waste heat potential in a gas turbine can provide efficient hydrocarbon fuel conversion at the ratio of powers of the diesel and gas turbine engines being up to 6. When the diesel engine and gas turbine operate simultaneously with the use of the LNG vapor conversion products, the efficiency coefficient of the plant increases by 4%–5%.     

二次进气预膨胀涡轮增压系统

文中介绍了二次进气预膨胀涡轮增压系统，该系统能降低燃油消耗率、机械负荷和热负荷，曾在6PA6L280柴油机上进行了性能模拟及试验研究，试验结果与理论预测很一致。若涡轮增压器总效率大于65％时，该系统能回收剩余废气功而不用动力涡轮，在结构上也大大简化，可减少不用动力涡轮系统的附加投资。为了验证这一特性，对6MANL58／64柴油机进行了模拟计算，与一般增压系统比较，结果令人鼓舞。     

船用柴油机与燃气轮机动力装置的可靠性对比分析

从关键零部件数量、零部件制造材料、零部件工作条件和部件冗余数量角度,分别对船用柴油机和燃气轮机动力装置的不可靠度进行计算和对比分析。结果表明,柴油机动力装置包含的部件数量大,而燃气轮机动力装置结构相对简单,其结构可靠性高于柴油机动力装置。但对于多缸柴油机来说,由于冗余部件和冗余辅机系统的存在,柴油机动力装置的整体运行可靠性高于燃气轮机动力装置,说明柴油机动力装置的冗余部件对其运行可靠性非常重要。     

船用燃气轮机发电机组控制策略仿真研究

对船用燃气轮机转速控制及发电机电压控制进行研究,采用Matlab/Simulink仿真软件,建立燃气轮机发电机组控制系统仿真模型,对其进行突增及突卸负荷仿真实验,结合船舶电网供电指标,研究发电机组一系列参数响应曲线。结果表明在电网负荷大幅度变化情况下,所定制的控制策略能使燃气轮机发电机组具有较好的调速及调压性能,满足船舶电网对供电品质的要求。     

核动力破冰船混合储能电力推进系统应用研究

在核动力破冰船设计中,通常为了适应推进系统频繁大幅度负荷变化,核蒸汽发生装置必须工作在很宽的功率范围上,且具有灵活快速的负荷跟踪特性,导致核动力装置的低效率与核蒸汽发生装置的高功率密度。本文提出一种电力推进系统设计方案:利用储能单元具有的"削峰填谷"能力,承担电力推进负载的瞬时或短时功率变化,使系统负荷维持在一个平稳的波动范围内,以改善电力推进系统负荷扰动对汽轮发电机组的不良影响,使汽轮发电机组维持在一个较为恒定的功率输出水平,来降低核蒸汽发生装置阶跃功率调节的频率,使其能尽可能地进行线性功率调节。