舰用间冷循环燃气轮机间冷器失效性能分析

为研究某型舰用间冷循环燃气轮机间冷器失效时的性能,本文建立燃气轮机动态仿真模型,在保证压气机10%喘振裕度以及涡轮前温度不超温的情况下,计算间冷器失效时燃气轮机的各性能参数,得出间冷器失效后燃气轮机仍能继续使用的结论,最后根据计算结果给出该型燃气轮机的一些设计建议。     

大型船舶发电用三轴燃气轮机动态性能仿真

为了提升三轴燃气轮机动态性能仿真分析效果,提出大型船舶发电用三轴燃气轮机动态性能仿真方法。计算大型船舶发电用三轴燃气轮机涡轮动态特性,以Simulink为开发工具,获取能够在计算机内运行的三轴燃气轮机动态性能仿真模型,仿真分析其动态性能。经过稳态分析可知,该方法在不同工况下获取的数据误差较小,均控制在5%以内,说明该方法构建的三轴燃气轮机动态性能仿真模型准确性较高;在负载连续突卸状况下,三轴燃气轮机的高低压压气机流量与高低压转子转速均呈梯度下降趋势;负载突卸时,燃油流量也迅速下降,负载稳定时,经过燃油控制器处理后,燃油流量略有上升趋势。     

增压比5的离心压气机设计

采用叶轮+扩压器+排气蜗壳组合的数值摸拟(I+D+V)方式,针对一使用压比为5.0的离心压气机开展设计研究。研究表明,跨音速扩压器的设计研究与跨音速叶轮研究同样重要;跨音速扩压器进口喉道将经历2种不同的堵塞状态;低转速的堵塞状态决定低转速时压气机的流量范围,高转速的堵塞状态决定叶轮极限负荷,即压气机极限转速和压比。采用I+D+V方式获得的压气机特性图显示,设计点(压比5.0,流量2.0 m3/s)处于最高效区,级效率0.85,喘振裕度0.17以上。     

基于差异演化算法和残差修正的涡轮增压机组防喘振控制

某型船用涡轮增压机组在低负荷运行时压气机容易发生喘振的问题。在涡轮增压机组喘振机理分析的基础上,采用差异演化算法辨识机组的理论喘振边界线,并利用机组出厂试验数据和理论计算结果的残差进行修正,避免采用经验值或理想状态下的实验数据作为辨识依据所造成的误差。在辨识得到的喘振边界线和已有涡轮增压机组模型的基础上,研究某型船用增压锅炉涡轮增压机组在低负荷运行时的喘振特性,并通过仿真实验得到压气机转速、增压比、空气流量与防止喘振的旁通阀最小开度与空气旁通流量之间的关系。结果表明:当压气机转速低于额定转速的8.35%时,必须紧急停机后重新启动;当转速高于额定转速的20.37%时,正常情况下不会出现喘振现象;当转速介于额定转速的8.35%~20.37%时,应保持对应的旁通挡板安全开度。     

柴油机相继增压故障切换过程的瞬态仿真

建立了相继增压柴油机一维非定常流动的仿真程序,针对某船用相继增压柴油机空气阀和燃气阀异常开闭时的切换过程进行了多组模拟计算,并把计算与试验结果进行了对比,符合较好。结果表明:空气阀和燃气阀同时打开时将使受控涡轮增压器压气机进入喘振区;燃气阀打开而空气阀延迟6 s以上打开时容易使得基本涡轮增压器压气机进入喘振区;燃气阀打开而空气阀打不开时将导致停机,两阀之间的定时对切换过程有很大的影响。     

船用三轴燃气轮机气路故障建模与聚类诊断技术

船用燃气轮机运行在高速、高湿和高盐的工作环境中时,其气路部件在运行过程中发生故障的可能性增大,开展典型气路故障诊断技术研究有助于提升船用燃气轮机运行的可靠性和安全性。通过分析船用燃气轮机积垢、压气机叶顶间隙增大、叶片磨损、机械损伤、涡轮热腐蚀和燃烧室故障等典型气路故障的机理,给出9种典型气路故障时性能参数相对变化的经验判据。采用小偏差建模方法,建立船用三轴燃气轮机气路故障仿真模型,基于经验判据对0.8工况下船用三轴燃气轮机典型气路故障进行模拟,仿真得到9种典型故障下测量参数的相对变化。提出基于聚类分析的船用燃气轮机气路故障诊断方法,并以9种典型气路故障仿真结果为例,验证了该诊断方法的可行性。     

燃气轮机压气机特性曲线的拟合方法

在建立燃气轮机仿真模型时,对压气机特性曲线的处理非常关键,直接影响整机的计算精度。本文根据压气机特性曲线的形状相近性及其形状和位置渐进变化的规律,将特性曲线分成高转速段与低转速段,然后做分段二步一元拟合来构成压气机特性参数的函数关系式,并以实例详细说明。分析表明该拟合方法具有较高的精度,能满足燃气轮机特性计算的需要,且该方法原理简单,操作方便,具有一定的实用价值。     

两级双转子对置式离心压气机气动设计和强度校核

[目的]为完成某小型燃气轮机用两级双转子对置式离心压气机设计,[方法]将Concepts NREC和Numeca软件相结合,对两级双转子对置式离心压气机气动设计和三维流场进行校核;叶轮选取0Cr17Ni4Cu4Nb材料,采用ANSYS软件在线弹性范围内分析及校核离心叶轮强度和振动特性。[结果]气动设计结果表明,在设计流量点,两级离心压气机总压比为7.97,绝热效率为80.39%,稳定裕度为17.2%。强度和振动分析结果表明,叶轮静强度满足材料强度要求;根据"三重点"共振理论,两级离心叶轮均无共振危险。[结论]得到了同时满足气动、强度和振动要求的高压比、高效率和宽稳定裕度两级离心压气机设计方案,可为小型燃气轮机设计和技术集成、试验测试等提供基础支撑。     

半开式离心压气机通流部分优化设计

从流体力学的基本概念出发,提出了鉴别半开式离心压气机叶轮势流场品质的三条准则。根据这三条准则,可设计出叶轮较佳几何参数和型线。 借助给出的试验数据来设计无叶扩压器径向比和有叶扩压器进口几何喉面积,能可控地确定这种压气机的喘振线。使它既与给定的管纲特性线相近(整个运行区效率较高),但又不与它相交(否则引起喘振)。各元件的气动负荷均匀、合理,以利整机绝热效率提高。     

船舶柴油机注汽涡轮增压系统

为了改善涡轮增压柴油机在低工况运行时,会出现增压压力不足、燃烧过量空气系数小和废气排温较高等固有特性,提出了一种利用增压器废气余热产生水蒸汽,并注入涡轮来提高增压器的压比和空气量的新方法。这种新方法可以改善涡轮增压器与柴油机的匹配,从而可提高柴油机的性能。试验结果证实了该方法的有效性。     

基于改进型RBF神经网络的磁流变阻尼器动力学建模及仿真

为提高磁流变阻尼器(MRD)动力学精度,提出一种网络连接权值自适应调整的改进型RBF神经网络模型。利用与任一测试样本相邻的两个训练样本对应的实际连接权值,对测试样本连接权值进行线性插值,提出连接权值的自适应算法;搭建MRD动力试验平台,进行多频率、多振幅的动力性能试验,利用大量实测力学特性数据,建立RBF神经网络模型以及连接权值自适应调整的改进型RBF神经网络模型,分析比较RBF神经网络模型在改进前后的平均累计相对误差变化规律,并进行数值仿真计算和试验测试分析。研究表明,在正弦激励频率0.25 Hz～1.0 Hz、振幅5 mm～15 mm、电流0～1.25 A工况下,相比于传统RBF神经网络模型5%的最大误差均值,改进型RBF神经网络模型使建模误差均值多控制在0.45%～0.85%之间,有效改善MRD的动力学特性,建模精度较好满足工程实际需要。     

船舶烟气S-CO_2布雷顿循环稳态热力学优化

主机烟气余热进行循环再利用是船舶绿色化的重要技术实现途径,其核心环节在于采用适宜的热力学循环系统实现烟气输入热功到涡轮输出轴功之间的高效能量转换。在简述超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿热力学循环系统基本原理和技术特点的基础上,根据换热器、涡轮机和压缩机等系统核心组成设备的数学模型,在Fortran软件环境中建立以系统热效率为目标优化函数的再压缩式循环结构的稳态运行效率数值计算仿真模型,分别针对循环压比、回热器总换热系数、分流系数等参数对系统循环热效率的影响问题进行算例分析。结果表明:在2.10～2.45的压比范围内,不同工况条件下均存在全局最优分流系数使得热效率最大化。船舶热能动力循环发电系统最优运行工况分析中,在涡轮机入口温度500℃、压缩机入口温度35℃下,存在最优分流系数为0.39,对应的循环压比为2.37,循环热效率为32.15%。     

一种考虑传热现象的船用压气机等熵效率分区域建模方法

为提升全任务轮机模拟器中主柴油机的动态仿真精度,提出一种考虑传热现象的压气机等熵效率分区域建模方法。对压气机性能图谱中的等熵效率数据进行传热校正,对一种广泛应用的压气机等熵效率模型进行改进,利用性能图谱中已有的等转速线将"比焓变-质量流量"平面划分为若干个区域,采用各区域上下限等转速线对应的样本数据将模型参数化。仿真结果表明:相比原模型,分区域等熵效率模型的预测精度有所提升,校正之后的决定系数由0.967 5增大至0.985 8,最大绝对相对误差由6.796 7%下降至2.553 5%,平均绝对百分误差由0.903 8%下降至0.642 8%;分区域等熵效率模型能较为合理、稳健地外推至非设计工况区域,向高转速区域外推时的平均绝对百分误差仅为0.842 2%,向低转速区域外推时为2.031 8%。考虑到分区域等熵效率模型的结构紧凑、计算速度快,同时能给出令人满意的预测精度和外推能力,可将其应用于基于模型的控制和故障诊断等研究领域中。     

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。     

燃烧室对4190船用柴油机燃烧及排放性能的影响

结合4190ZLC-2型船用柴油机电控化改造项目,应用AVL_FIRE专业软件,建立柴油机缸内高压循环的仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线,验证模型的正确性。利用该模型研究燃烧室型式、结构参数对燃烧过程和排放浓度等的影响。结果表明:缩口燃烧室的排放性能最好;喉口直径较小时,NOx排放浓度低,但是碳烟排放浓度较高;凸台高度增大使得缸内高温区面积减小,缸内最高温度增大,凸台高度越小,NOx排放浓度越高,但碳烟排放浓度较低;随着凹坑半径增大,缸内最高温度和压力逐渐增大,排放浓度也会受到很大影响。     

基于调距桨推进系统的稳态特性仿真

为有力支撑船舶推进系统的优化改进,预测系统稳态特性,建立柴油机、齿轮箱、轴系、调距桨等子系统的数学模型,并在Simulink软件平台上搭建推进系统仿真模型。利用船模试验结果验证仿真模型的准确性,基于典型设计工况下的系统控制参数对稳态特性进行计算,分析了船、机、桨匹配参数对船舶动力性和经济性指标的影响。结果表明:当螺距比一定时,随着主机转速的增大,全船航速随之呈现增大趋势;当主机转速一定时,随着螺距比减小,全船航速变得越来越小;合理选取主机转速和螺旋桨螺距比时,可以实现船舶的最大航速。     

燃油喷射对柴油机燃烧及排放的影响

针对4190柴油机燃油系统电控化改造项目,应用AVL_FIRE三维CFD软件平台,建立该机缸内高压循环仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线验证仿真计算的正确性。借助模型研究燃油喷射系统参数对燃烧、NOX和碳烟颗粒生成等的影响。结果表明:随着喷孔锥角的增大,缸内最大温度与压力逐渐增大,采用小喷孔锥角时,NOx排放浓度低,但碳烟排放浓度较高;喷油器喷孔直径增大,缸内压力与温度逐渐增大,采用0.30 mm喷孔直径时,NOx和碳烟的排放浓度均较低;喷油提前角增加导致缸内温度增大,NOx排放浓度增加,碳烟排放浓度降低。     

循环荷载下滨海软粘土累积塑性应变试验研究

近海工程在波浪等循环荷载的作用下,地基中的软粘土会产生较大的沉降和变形,影响上部结构的稳定性。本文以烟台港的淤泥质粘土为研究对象,进行动三轴试验,以围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等为变量,探讨了不同工况下淤泥质粘土的累积塑性应变发展规律。试验结果表明,累积塑性应变随着荷载循环次数的增加,先迅速增大,而后增速减缓,最终应变值趋于稳定;累积塑性应变受不同围压值的影响不明显,但是静偏应力比、动应力比越大,其初始增速越快,最终达到的稳定值越大。通过试验结果分析,综合考虑围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等影响因素,提出能够合理描述累积塑性应变发展规律的双曲模型,并应用于烟台港实际工况,计算结果符合工程实际。     

船用镁基湿法脱硫中试试验研究

针对国际海事组织(IMO)日益严格的SO2排放限值,开展适用于船舶废气的镁基湿法脱硫试验研究.基于中试试验平台,以氢氧化镁浆液作为吸收剂,研究影响脱硫效率的关键工艺参数,包括液气比、浆液pH值、烟气流速、入口 SO2浓度、浆液温度等.结果表明,在所研究的工况范围内,加装传质构件的喷淋塔脱硫效率显著优于未加装前,可达98.24％,提高2个百分点;脱硫效率随液气比、浆液pH值和烟气流速的增大而升高,高至98.24％,随入口 SO2浓度和浆液温度的增大而降低,低至95.35％.研究结果可为镁基湿法脱硫技术在船舶上的应用提供支撑.     

基于正交设计的船用柴油机燃烧系统参数匹配及优化

为研究柴油机燃烧系统参数匹配对柴油机动力和排放性能的影响,首先分别利用AVL_BOOST和AVL_FIRE仿真软件建立4190ZLC-2型船用柴油机整机模型和缸内燃烧高压循环模型,然后基于已建模型应用正交试验设计方法安排柴油机进气系统、喷油系统和燃烧室结构尺寸参数匹配仿真计算。研究结果表明,通过极差分析可以得出燃烧系统参数对4190ZLC-2型柴油机性能的影响主次顺序。以柴油机指示功率为评价指标时,参数组合0.26 mm-28°CA-160°-0.9-145 mm-2.6 mm-22 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的指示功率为63.40 k W,比原机仿真值高15%;以NOX排放为评价指标时,参数组合0.30 mm-24°CA-140°-0.4-135 mm-6.6 mm-14 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的NOX排放质量分数为0.015 7%,比原机仿真值低30.2%。