大型舰船环状冷媒水系统并网运行模拟分析

针对某大型舰船环状冷媒水系统形式及特点,利用Flow Master建立该环状冷媒水系统的模拟仿真平台。通过对环状冷媒水系统单泵、双泵、三泵以及四泵多种并网运行工况的模拟计算,分析不同运行工况下用户区内与区间的流量分配特性与水力失调情况。模拟结果表明,系统在并网运行时,各用户区内支路流量分配较均衡;单泵供全舰用户运行时,各区用户模拟流量为设计流量的26.7%~38.8%,区与区之间流量最大不平衡率为31.1%,出现明显水力失调现象;对于多泵联合供全船运行工况,各区用户模拟流量分别为设计流量的51.8%~58.4%、77.0%~76.2%、88.7%~90.8%,能适应舰船不同负荷需求,区与区之间流量最大不平衡率小于15%,流量分配较均匀,满足工程要求。     

船舶环状冷媒水系统冬季工况运行模拟分析

针对某船舶环状冷媒水系统冬季负荷特点,提出采用单泵及双泵供全船全年用户支路冬季运行2种模式。通过对该系统的仿真模拟,研究不同工况下,船舶在冬季运行模式下的全年用户支路的流量分配、水力平衡特性以及系统的水力稳定性。对单泵模式,任意1台水泵供水均能使全船各全年用户支路流量达到设计值的70%左右,支路最大不平衡率小于1%;在不同工况下,同一支路的流量最大偏差为7.27%～7.41%。对双泵模式,任意2台水泵联合供水均能使全船全年用户支路流量达到设计值的100%左右,且无水力失衡现象;在不同双泵联合运行工况下,同一支路的流量最大偏差小于5%。结果表明,对于船舶环状冷媒水系统单泵运行或者双泵运行可满足船舶部分负荷以及满负荷冬季工况需要,水力稳定性小于15%,满足工程需求。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究

[目的]为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,[方法]针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。[结果]试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。[结论]试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。     

大型舰船集成式冷媒水系统优化设计及试验

针对某大型舰船空调装置集成式冷媒水系统普通空调用户与特殊空调用户并联运行时存在流量分配困难的问题,提出支路双流量并联运行的优化设计方案,采用Flow Master软件计算系统的沿程阻力和流量,构建集成式冷媒水系统模拟试验平台,进行特殊空调用户低负荷运行与高负荷运行时管网的水力特性试验研究,比较采用支路双流量并联运行方案前后普通空调用户和特殊空调用户的流量分配情况。试验结果表明:采用优化方案后,特殊空调用户在高负荷和低负荷工况下运行时管网各用户可基本保持水力平衡,艏艉流量比较合理,满足用户需求;而在低负荷工况不采用双流量并联运行限流方案时,特殊空调用户支路流量远大于所需流量,艏部的普通空调用户支路流量均低于设计流量的50%。理论和试验研究结果说明,在特殊空调用户支路上采取双流量并联运行方案可有效解决大型舰船集成式冷媒水系统不同运行工况下的流量平衡问题,并且具有高效节能的特点。     

舰船岸接供水运行模式的水力平衡试验

针对岸接泵直接供水运行时,舰船各区用户流量分配不均,存在明显的水力失调问题。提出在冷媒水管网系统中增设动态流量平衡阀、增压泵及分流跨接管3种水力平衡措施以改善系统水力失调。试验结果表明,采用增压泵和分流跨接管2种措施的效果更好,能使各区用户的流量分配更均匀。     

舰船集成冷媒水系统损害检测

舰船集中冷媒水系统配置方式可以集中为舰船电子设备冷却提供保障,克服电子设备因自带冷却系统产生的寿命周期费用高、可靠性水平低等问题,能减少资源消耗,简化设备配置,优化系统设计,实现冷却资源的综合利用。集中冷媒水系统的损害检测及管理是舰船损害管制的一项重要内容。在分析舰船冷媒水系统集成及舰船损害管制的基础上,进一步探讨采用主元分析法(PCA)对冷媒水系统测量传感器的损害进行检测与诊断,并在水系统的模拟平台上对传感器的损害检测与诊断进行验证。根据水系统在正常运行条件下的系统压力传感器的测量数据建立的主元模型可解释系统方差95%以上,置信限为1.639 4。在某压力传感器损害(即故障)条件下的运行数据的Q-统计超出这一置信限,说明有压力传感器发生故障,且从Q-分布图可以看出,故障压力传感器的测量贡献率最高,占45%~75%,从而实现了故障传感器的诊断。提出一种平时与战时相结合的集中冷媒水管网的损害检测与诊断流程。     

海水冷却智能管网离心泵最优调速特性

变速泵能适应船舶海水冷却智能管网变工况运行时管网水力特性和流量需求变化。本文以各海水冷却用户供水冗余量最优及泵站能耗最低为目标,建立离心泵最优调速数学模型,并以最小二乘准则为参数判断依据,利用离心泵流量-扬程试验数据,提出离心泵多变量最优调速模型参数辨识方法。运用AMESim软件,分别以定转速模式、双转速模式和最优调速模式,对某船舶海水冷却管网变工况运行进行仿真研究。研究结果表明,相比定转速模式、双转速模式及最优调速模式不但可以使变工况运行条件下各用户供水冗余量大大减小,而且使得离心泵功耗大大降低。     

离心泵叶轮进口前非定常流动研究

以一离心泵为对象,进行模型泵叶轮进口前非定常流动的PIV试验及数值模拟。基于PIV试验结果可知,在不同流量工况下,吸入管内均存在着较为强烈的预旋流动,预旋流的方向与叶轮旋转方向一致。且泵偏离设计流量工况越大、与叶轮距离越近,预旋流的绝对速度越大。同时,应用数值模拟的方法,详细分析了吸入管内部流场中涡线、压力脉动等的非定常变化,得出在小流量工况下,吸入管内非定常预旋流动将会引起与叶轮转频较为接近的压力脉动,从而对整个泵系统造成严重危害。     

舰船典型舱室气流组织数值模拟

针对舰船舱室空调系统的末端形式不同于民用建筑空调系统末端形式的特点,提出对采用布风器方式的舰船舱室的气流组织形式进行研究。采用计算流体动力学(CFD)技术,建立实船典型两人舱室的数值试验模型,根据舰船的实际边界条件对该舱室夏季设计工况和冬季设计工况下的气流组织进行数值模拟计算,并对典型截面的速度场及温度场进行分析。模拟结果表明:在夏季设计工况下,虽然布风器周围风速较高、温度较低,但舱内人员活动区域速度场分布较均匀,舱内风速小于0.3 m/s,温度场分布也较为均匀,温度约为26~27℃;在冬季设计工况下,除布风器周围风速较高、温度较高外,舱室大部分区域风速较低,小于0.2 m/s,温度约为20℃。无论是夏季还是冬季设计工况,采用布风器末端形式的典型两人舱室人员活动区域内的气流速度及温度均满足舒适性标准要求,结果验证了该典型舱室空调系统布置的合理性。     

高速水面舰船多工况螺旋桨叶剖面优化设计

针对水面舰船的高、低航速多工况服役需求,通过增强桨叶剖面在低空泡数条件下的负荷和控制桨叶剖面在高空泡数条件下的流动分离,提出了一种螺旋桨叶剖面参数化构型。在此基础上建立了多工况叶剖面优化设计方法,使舰船螺旋桨在高、低航速下均能有效、经济航行。以DTMB 5415舰船螺旋桨为例,优化设计了一个叶剖面,并应用到桨叶设计。通过与常规NACA剖面桨在多工况下的对比模型试验获得验证,试验结果表明:对应20 kn航速时,两种剖面螺旋桨的水动力效率相差1.5%;在对应40 kn航速工况下优化剖面桨水动力效率比NACA剖面桨高6.4%,并避免了推力突降风险。     

离心泵实用技术基础（二）

4.离心泵主要参数的确定4.1离心泵流量和泵台数的确定 对离心泵流量的需求可以分为恒流量和变流量两种。所谓恒流量需求,就是泵的流量不随时间的延续而变化。在这种情况下,最好的方法是使泵的流量与需求流量相吻合或者相接近,而泵的运行工况应是最佳工况或接近最佳工况。当无法获得与需求流量相吻合的泵或者因某种原因不能或不宜采用与需求流量相吻合的泵时,可以采用流量为需求流量一半的两台泵或流量为需求流量三分之一的三台泵并联运行来实现输液。无论采用何种形式,都必须使泵的实际运行工况处在其特性曲线上的高效率区或允许工作范围内。所谓变流量需求,就是流量的需求量会随时间的延续而变化,比如高楼供水等。在离心泵的使用场合中,有相当一部分的使用场合对输液量的要求都是随时间而变化的。     

喷水推进泵驼峰区波峰与波谷内流作用机制

喷水推进泵一般选用轴流泵或导叶式混流泵。高比转速的混流泵和轴流泵在流量-扬程曲线上容易出现驼峰甚至双驼峰,当运行在驼峰区域时,泵和整个系统都可能会出现流动紊乱和振动噪声加剧等问题。在舰船变速航行时,喷水推进泵需要相应地改变转速;在变速过程中,喷水推进泵可能会进入驼峰区域,不利于舰船高效且低噪声地航行,进而影响乘员的舒适度与舰船的隐蔽性,甚至会对推进系统造成破坏。该文研究对象为带导叶的混流式喷水推进泵,基于标准轴（混）流泵试验台和高精度试验测试方法,获得了试验泵的水力性能曲线,试验发现其存在明显的能量特性曲线驼峰现象且伴随振动加剧;根据喷水推进泵试验泵几何模型建立了流体域三维模型,并采用精细化结构化网格划分。研究发现：在波谷工况时,叶轮流域内在展向高度较高位存在明显的低速涡团,不同流道间的低速涡团存在结构和尺度差异;A区域中的流速虽然较低但仍然呈螺旋前进,B区域中流速更低且旋转程度更大,C区域中的流速比A和B区域中稍高。而在波峰工况时,叶轮流域中的流动更均匀且更平顺,在流道中的稳定流动结构明显减少。     

船舶主滑油系统流量特性研究

船舶主滑油系统用于向高速运转的汽轮机、减速器、增压机组等主、辅设备提供润滑和冷却介质,主滑油系统在不同运行工况下,其流动参数会发生显著变化。本文通过搭建与实船一致的主滑油系统试验平台,运用流量计及流量传感器并辅以压力传感器对各工况条件下各用油设备滑油流量和设备进口处滑油压力进行在线监测统计分析,最终得到船用主滑油系统在不同工况下,流动参数显著变化时的流量分配特性。试验结果表明,在不同工况下,尽管滑油压力参数发生了较大变化,但总滑油流量分配情况未出现明显变化,各设备滑油分配比例变化小于1%。该结论对同类型号主滑油系统的调试提供了试验依据及数据支撑,具有一定的指导意义。     

船用汽轮机滑油系统双注油器设计与试验研究

针对某船用汽轮发电机组在实际运行过程中对润滑油的使用需求,设计了汽轮机供油系统及双注油器,其中注油器Ⅰ供给主油泵,注油器Ⅱ供给润滑总管润滑各轴承。针对设计的双注油器进行了三维黏性数值计算,数值计算结果显示双注油器在给定的进口边界条件下,出口压力和流量与理论设计参数基本一致。设计了供油系统注油器专用试验平台,针对机组正常运行及启停工况对供油系统进行试验,试验结果显示:机组正常运行及启停工况时,各注油器流量及压力均能较好满足机组的使用要求,为后续汽轮发电机组的性能试验提供了试验依据及数据支撑。     

变工况运行中舰船汽轮机不平衡负荷协调控制系统

传统的协调控制系统在变工况运行条件下,很难控制舰船汽轮机内部不平衡负荷,每个阶段使用的控制方式相同,控制范围小,具有很大的局限性。为了解决上述问题,设计一种新的舰船汽轮机不平衡负荷协调控制系统,硬件结构包括负荷控制系统和子控制系统两部分,使用PID调节器和运算器构建汽轮机协调主控器,通过反馈控制和能量平衡两个思路设计子控制系统。利用比例调节、积分调节、微分调节实现软件工作。为验证系统效果,与传统协调控制系统进行了实验对比。结果表明,设计的协调控制系统能够控制汽轮机内部绝大多数不平衡负荷,为船舶稳定运行提供有力的技术支持。     

横摇下弹性安装动力装置联轴器补偿特性

为达到噪声指标，舰船动力装置普遍采用弹性安装，该种方式对横摇工况下动力装置与轴系连接的联轴器补偿量提出了更高的要求。通过建立舰船动力装置-推进轴系全系统有限元模型，提出横摇工况下弹性安装动力装置的联轴器补偿量分析方法，获取不同横摇工况下联轴器补偿量需求，并利用试验台架试验验证了模型的准确性。研究结果表明，联轴器刚度的增大有利于降低摇摆工况下的补偿量要求，但会给邻近的支承轴承增加负荷；在设计弹性安装动力装置-推进系统的联轴器时，应对刚度、补偿量与支承轴承载荷进行协同考虑。研究结果可为低噪声舰船动力装置联轴器设计提供技术支撑。     

大型绞吸挖泥船泥泵封水系统配置分析

为适应大型绞吸挖泥船泥泵系统长排距、高扬程的需求,多泥泵串联运行的应用使泥泵封水系统的压力越来越高,泥泵运行在不同工况时对封水系统的要求也不尽相同。文章以7800kW绞刀功率自航绞吸挖泥船为研究对象,分析其泥泵封水系统的配置及设计方案,以保障泥泵的安全有效运行。     

蒸汽动力系统在不同工况下的凝水分配协调性分析

[目的]为满足蒸汽动力系统在不同工况下的使用要求,需开展凝水分配协调性分析和管路优化设计。[方法]基于Flowmaster仿真计算软件,建立凝水系统的管网仿真模型,分析低工况和高工况下的凝水系统压力和流量分配情况,并相应提出降低水柜安装高度和调整系统管路连接方式这2种优化设计方案。[结果]计算结果表明:在低工况下,当凝水系统中节流阀开度30%、循环阀开度45%时,储水量最大为0.128(归一化处理结果),当节流阀开度小于13%时,凝水系统将无法实现储水功能;在高工况下,当凝水系统中节流阀开度90%、循环阀开度18%时,储水量最大为0.404,且凝水系统的分配协调性更好;2种优化设计方案均可有效改善低工况下凝水系统的分配协调性。[结论]研究成果可为实船凝水系统的管路优化设计提供参考。     

离心泵参数调节时的节能方法

在离心泵的运行实践中,不改变工况参数(流量和扬程)的情况是很少见的。通常、总是要求泵能够在一定的流量范围内运行,因而需要对其参数进行调节。如众所知,离心泵的工况点就是泵的扬程特性曲线和泵所在系统的外部管网的阻力曲线的交点(图1,曲线3和2)。理想情况下,离心泵的工况点应该是与该泵效率曲线上最高值相对应的B点(图1,曲线5)。但是,由于一系列的原因,在泵和管网组成的系统中经常需要改变泵的运行参数,比如要降低泵的流量,即要求从流量Q_B降到Q_C(图1)。要想实现泵的运行参数的调节,可以采     

水力式升船机平衡重波动机理

水力式升船机是一种新型的通航建筑物,它完全利用水的浮力来驱动承船厢运行,与传统形式升船机相比具有十分明显的优越性。设计并建立了水力式升船机单竖井概化物理模型,初步探讨影响水力式升船机运行稳定性的主要因素,对比不同试验工况下竖井水力学特性及平衡重波动等特性。结果显示:竖井与平衡重间隙比为0.061时,在一定范围内增大流量对平衡重上升过程波动几乎没有影响,且平衡重上升过程相对稳定。