相继增压系统对改善船用直列八缸发动机性能的试验研究

随着大型柴油发动机经济性和排放要求的不断提升,以及对发动机稳态、瞬态特性要求的不断提高,传统的涡轮增压系统已无法满足船用发动机全工况性能的要求。为了提高产品竞争力和适配性,针对某8缸直列船用柴油发动机开发了带有定压排气管的相继增压系统,并进行了发动机台架试验研究。结果表明：发动机中、低转速时,相继增压系统使发动机比油耗可以下降5%-10%,排气温度降低30%-45%,烟度下降55%-60%；最大扭矩可以提升15.1%-36.4%；发动机最大扭矩转速工况突加突卸响应性提升约28%-29%；相继增压系统中定压排气管的设计使得发动机高工况性能也有所提升,从而实现发动机全工况性能的提升。     

船用柴油机双燃料系统设计及其特性

介绍一种新的船用柴油天然气双燃料系统,并为系统设计性能可靠、控气精准的组合喷射阀。为提高系统适应性,设计一型控制系统,通过T-S模糊控制算法处理油耗和转速信息得到系统的天然气喷入量。该系统不安装限油装置,最大限度地利用原柴油机的控制系统,通过发动机自身调节机构对引燃柴油量进行调节,且其安装简单方便。在台架试验中,双燃料发动机的替代率随着转速的升高逐渐增大,在额定转速(负荷)点工作时,替代率达到73%,费用节省率达到31%,运行可靠稳定。     

船用柴油机双燃料系统设计及其特性

随着排放法规的日趋严苛和运输市场竞争日益激烈，为降低航运业运营成本、保护环境，船舶发动机燃油系统不断被改进，双燃料发动机以其污染更少、燃料价格较低， 成为研究热点。本文介绍了一种新的船用柴油天然气双燃料系统，并为系统设计了性能可靠控气精准的组合喷射阀。为了提高系统适应性，设计了通过T-S模糊控制算法处理油耗和转速信息得出系统的天然气喷入量的控制系统，不安装限油装置，最大限度地利用了原柴油机的控制系统，通过发动机自身调节机构对引燃柴油量调节，安装简单方便。在台架实验中，双燃料发动机的替代率随着转速的升高逐渐增大，在额定转速（负荷）点工作时，替代率达到了73%，费用节省率达到了31%，运行可靠稳定。     

双燃料船用发动机

德国一家柴油机公司推出了一系列四冲程双燃料船用发动机。这种发动机缸径510毫米,冲程600毫米,有直列6缸、7缸、8缸、9缸和V型12缸、14缸、16缸、18缸等系列,单缸功率为1000千瓦,额定转速为514转／分。该发动机既可燃烧天然气,又可燃烧液态船用柴油或重燃油。在燃烧汽化燃料时,该机采用共轨喷油方式。     

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。     

船舶柴油机燃油共轨系统轨压控制研究

为满足船用柴油机燃油共轨动态轨压控制的要求,以瓦锡兰RT-flex60C为研究对象,建立船用共轨燃油系统数学模型,经分析得出影响燃油共轨轨压的主要因素是柴油机转速和喷油量。在MATLAB/Simulink仿真过程中,以这两个要素为输入量,通过查MAP图得到理论前馈油门齿条量;再以轨压为输入,通过模糊PID控制得到反馈油门齿条量,从而形成燃油系统轨压控制策略。仿真实验结果表明:改进的控制方法降低了轨压波动,动态轨压控制时超调量大为减少,响应速度加快。     

LNG/柴油双燃料柴油机控制软件模块化设计

针对船用LNG/柴油双燃料发动机,采用模块化设计理念,开发一套双燃料柴油机的控制软件。根据双燃料柴油机工作特性,在Matlab/Simulink环境下搭建控制算法,完成信号输入模块、转速计算模块和控制系统模块设计,其中控制系统模块核心包括发动机状态判断模块、自学习模块、稳态判断模块,通过软件滤波和自学习算法保证发动机控制的稳定性。台架试验结果表明:控制软件运行正常,发动机稳定运行,发动机经济性和排放性显著提高,在发动机转速为1 200 r/min时,NO_x排放最大降低63.5%,烟度降低70.0%,但CO和HC排放升高。此外,研究还表明,应用Matlab/Simulink模块化的电控软件开发方法具有开发周期缩短、开发成本降低及软件维护方便的优点。     

相继增压系统对船用8缸发动机性能改善的研究

为改善某8缸船用柴油机全工况性能,设计了带有定压排气管的3增压器相继增压系统,利用GTPOWER对相继增压发动机进行了控制策略分析。结果表明:设计的方案可以使发动机50%以下转速工况,比油耗降低8.1～13.4 g/kW·h,最大扭矩可以提升80.0%～113.4%。;在发动机60%～70%转速工况下,比油耗降低2.0～5.4g/kW·h,最大扭矩可以提升8.4%-30.0%;通过发动机定压排气管的设计代替脉冲排气管,可以使发动机高工况下性能也有所改善,为相继增压系统改善发动机全工况性能提供一种新的思路。     

船舶发动机瞬时转速预测方法研究

由于传统发动机瞬时转速预测方法存在预测误差大的缺点,提出船舶发动机瞬时转速预测方法研究。根据燃气的流量模型和预测流程,构建船舶发动机流体力学函数模型,在分析船用发动机结构示意图的基础上,建立发动机瞬时转速微分方程,并依托船舶发动机瞬时转速预测误差的分析,实现船舶发动机瞬时转速的预测。结果表明,与2种传统预测方法相比,提出的预测方法具有较高的预测能力,瞬时转速的预测误差值分别降低了86%和77%,提高了船舶发动机瞬时转速预测的准确性。     

船用LNG发动机废气重整再循环控制系统设计分析

为减少船用LNG发动机中的NO_x排放,基于CAN总线设计一种废气-燃料重整再循环(REGR)控制系统,根据REGR系统工作特性与控制功能需求,确定系统硬件选型与控制方案,选用瑞萨MCU设计REGR控制器并集成相应的软件策略,在玉柴YC6MK200NL-C20船用LNG发动机上进行了REGR控制系统与发动机性能测试试验,结果表明,该控制系统可以较好地满足功能需求,能根据发动机运行工况实时调节废气重整再循环率与重整燃料供给量,改善发动机燃烧过程与排放特性,使得LNG发动机排放达到IMO Tier III标准。     

节能减排环保背景下的船用双燃料柴油机发展研究

船用天然气/柴油双燃料柴油机是一种具有良好发展前景的节能减排环保船用动力设备。从船用双燃料柴油机发展的时代背景,发展趋势及天然气燃料的优势,包括国内外船用柴油机发展趋势、船用双燃料柴油机的发展前景、船用天然气燃料的优势;船用双燃料柴油机及其子系统研究;船用双燃料柴油机的国内发展现状等方面,对节能减排环保背景下的船用双燃料柴油机发展进行了研究。     

船舶并联式气电混合动力系统能量效率分析

为提高船舶系统能效,提出一种船舶并联式气电混合动力系统方案,在Simulink平台上建立系统的仿真模型。结合实例对蓄电池的储能效率进行分析,得到该系统在E3循环、不同功率比下天然气发动机的燃气消耗和电动机的效率,从部件效率、总能量效率和总能量效率提升率3个方面对系统能量效率进行研究。结果表明,该系统在转速100%、功率100%和转速91%、功率75%工况下机械推进模式能量效率高,在转速80%、功率50%工况下电力推进模式能量效率高,在转速63%、功率25%工况下大功率比并联推进模式和电力推进模式能量效率高。     

EGS2200电子调速系统建模与仿真研究

EGS2200电子调速系统是Lyngso Marine公司研制的电子调速系统，该系统具备了控制稳定、性能优越、安全可靠等特点，已经和DGS8800电子调速器系统一样被广泛地装配在大型商船的主机系统中。本文对EGS2200电子调速系统进行建模并分别对柴油机转速、扫气压力、柴油机的功率、柴油机的油门等参数利用VC++进行实时仿真和界面设计，利用仿真数据对模型进行修改和完善，最后开发出一套符合船员智能训练和考试的系统。     

舰用电站柴油机加载过渡工况的性能研究

采用自行设计的过渡工况控制及测量系统,对舰用电站柴油机进行了加载过渡工况下柴油机的空燃比、消光烟度及示功图参数的测试。试验结果表明,随负荷增加率的上升,空燃比减小,燃烧恶化;燃烧始点后移,预混燃烧比明显下降。上述原因导致了在加载过渡工况下,随负荷增加率的升高,柴油机的性能恶化,油耗增加,燃烧噪声变大,排气烟度上升。     

基于空燃比的船舶柴油机碳排放计算方法研究

根据船舶柴油机燃烧产物组分和C、H、O原子守恒规律,首次在空燃比计算模型中直接使用干气体浓度进行计算,并提供了湿气体浓度的修正公式,从而建立排气质量流量计算模型计算碳排放。通过计算与MARPOL公约附则VI修正案(2011)中的简单碳平衡法作了比较分析。最后通过实验验证该计算模型的正确性。因此该计算模型对法规的完善、船舶设计能效管理和船舶营运排放控制有较大的指导意义。     

船舶电力推进系统VC与DTC调速控制策略建模与仿真研究

为研究不同永磁同步电机调速控制策略对船舶大功率推进电机调速性能的影响和在电力推进系统中的适用性,在推进电机及其螺旋桨负载数学模型的基础上,建立永磁同步电机矢量控制(VC)系统和直接转矩控制(DTC)系统.根据实船系统建立船舶电力推进系统并进行仿真,分析在船舶加速工况下2种控制策略的调速性能以及船舶电站的稳定性.仿真结果表明;2种控制策略都有很好的控制效果,在保证良好的调速性能同时,保持整个系统的稳定性,二者在船舶电力推进系统中都具有一定的适用性.     

液化天然气动力船供气系统动态模拟

本文以液化天然气(LNG)动力船供气系统的工作流程为原型，讨论发动机在工况变化时如何设置控制方案，以达到更好的温度控制效果，满足双燃料发动机的工作需求。使用Aspen HYSYS流程模拟软件对该工作流程进行模拟，研究动态模拟时系统的运行情况。针对供气时的工况变化，改变液化天然气的流量，同时供气温度需要稳定在一定范围内，提出两种维持供气温度相对稳定的调节方案：改变热源的供热量或调节加热介质（水乙二醇）的流量，在HYSYS中分别进行动态模拟。改变热水流量时，输气温度可以控制在20℃-32℃；改变水乙二醇流量时，输气温度控制在22℃-28℃。两种调控方式结合的综合方案中，天然气温度也较好稳定在22℃-28℃之间，并且不需要引入其他外加冷源，响应较快，最适合应用于实际系统中。     

大功率天然气船用主机控制系统研究

从分析纯天然气船用主机启动、监测、调速、安全保护控制功能入手,并探讨了天然气燃料主机的系统配置框架结构和负载变化区域内的调速控制模式,设计出了一种符合船级社规范的新型大功率天然气主机控制系统,并突出了该控制系统的可靠性和负荷控制的稳定性、快速响应等特点。     

船舶柴油机转速的线性自抗扰控制

船舶柴油机推进系统包含非线性、时变参数以及柴油机-推进轴系-螺旋桨之间的强耦合作用,难以建立精确的数学模型,且易受到螺旋桨负载扰动的影响,不利于船舶柴油机转速的实时准确控制。针对此问题,将线性自抗扰控制（Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC）技术应用于船舶柴油机的转速控制系统。首先,基于平均值建模方法建立了某大型低速二冲程船舶柴油机的模型,并分析了转速控制中的不确定因素;然后,针对柴油机的转速控制问题设计了二阶LADRC控制器;最后,以船舶柴油机平均值模型为载体对LADRC的控制性能进行仿真测试,并与经过遗传算法优化的PI控制器进行对比。仿真结果表明,在负载扰动及模型参数改变的情况下LADRC表现出良好的控制性能,并且比PI控制具有更优的扰动抑制能力和鲁棒性。