船用燃气轮机动力装置技术特点研究及发展趋势展望

文章介绍了燃气轮机应用于船舶动力装置的技术特点与应用情况,重点阐述了其主要面临的技术问题,并对其未来技术发展趋势进行了展望。就目前而言,尽管我国船用燃气轮机的技术水平相比世界先进水平仍有一定的技术差距,但随着相关技术及制度的不断优化及完善,终将得以迎头赶上。     

Static and dynamic loading behavior of a hybrid foundation for offshore wind turbines

Considering the deficiencies of the traditional monopile foundation for offshore wind turbines (OWTs) in severe marine environments, an innovative hybrid foundation is developed in the present study. The hybrid foundation consists of a traditional monopile and a wide–shallow bucket. A series of numerical analyses are conducted to investigate its behavior under the static and dynamic loading, considering various loading eccentricities. A traditional monopile with the same steel volume is used as a benchmark. Although the monopile outperforms the hybrid foundation in terms of the ultimate moment capacity under each loading eccentricity, the latter can achieve superior or the same performance with nearly half of the pile length in the design loading range. Moreover, the horizontal load and moment are mainly resisted by the bucket and the single pile in the hybrid foundation respectively. The failure mechanism of both the hybrid foundation and the monopile is excessive rotation. In the rotation angle of 0.05 rad, the rotation center is located at the depth of approximately 0.6–0.75 times and 0.65–0.75 times the pile length for the hybrid foundation and the monopile respectively. The increasing loading eccentricities can lead to increasing moment bearing capacity, increasing initial stiffness and upward movement of the rotation center of the two foundations, while decreasing load sharing ratio of the single pile in the hybrid foundation. Three scenarios are considered in investigating the dynamic loading behavior of the hybrid foundation. Dynamic response results reveal that addition of the bucket to the foundation can restrain the rotation and lateral displacement effectively. The superiority of the hybrid foundation is more obvious under the combined wave and current loading.     

液化天然气船汽轮机推进系统建模与仿真

建立合理准确的液化天然气(LNG)船汽轮机推进系统数学模型与实时仿真,是研制LNG特种船轮机仿真系统的核心和关键.采用模块化建模方法和集中参数处理技术,以上海沪东中华造船厂建造的LNG船汽轮机推进系统为仿真对象,建立了LNG船汽轮机推进系统的实时仿真模块化数学模型;并进行了实时仿真试验.仿真结果与设计数据和部分试航数据进行了比较,结果表明模型具有较好的稳态精度和动态响应特性与实时性,适合于LNG特种船推进系统的实时仿真要求.目前此模型已成功应用于LNG特种船轮机仿真系统.     

船舶汽轮机排汽缸改进优化

排汽缸作为船舶汽轮机的重要部件,其性能可以影响机组的有效焓降以及机组的作功能力;运用CFD软件对某型船舶汽轮机低压排汽缸进行了分析,并结合实际船上条件对其结构进行了改进优化;计算结果表明改进后的排汽缸出口速度分布更加均匀,排汽损失明显降低,可有效提高机组整体性能.     

基于PID的船用汽轮机功频控制系统

根据船用汽轮机的热力学原理与汽轮机功率模型,设计一种基于常规PID的船用汽轮机功频控制系统,并运用Matlab/Simulink仿真模块对其进行仿真计算。结果表明,当二回路负荷发生变化时,该控制系统可通过调节汽轮机的进汽量,使汽轮机的功率能够快速跟踪发电机功率的变化,并维持汽轮机的转速(频率)不变。     

船用主汽轮机汽缸刚度特性研究

鉴于船用动力设备刚度性能研究较少的现象,采用数值仿真与试验方法,对某型船用主汽轮机汽缸刚度特性开展研究。研究表明,在静力载荷作用下,汽缸的位移变化集中在上下缸体连接处及前后轴承箱连接处,并随着载荷增加呈线性变化规律,越靠近连接部位变化越剧烈;下缸体出口气上沿及前后轴承座垂向位移变化较大,是影响汽缸静刚度的重要位置;对试验数据进行相似变换,可获得实际汽缸的各项参数。     

间冷循环涡轮气动方案

以间冷循环燃气轮机总体对动力涡轮的设计要求为目标,进行了间冷循环动力涡轮气动方案改型设计研究。计算采用成熟的轴流涡轮一维气动设计软件Concept NREC Axial,在一维气动损失模型的选用方面,通过对某型机性能复算进行了验证。方案改型计算在满足间冷循环燃机总体对动力涡轮的参数进行大规模调整的前提下,以尽量保留原型机的高可靠性为目标,并综合考虑了性能与改型难度的平衡,完成了多个方案的计算。结果表明,经过改型设计的涡轮可以基本满足间冷循环的要求。     

船用汽轮机组超音速喷嘴设计研究

针对某船用汽轮机组调节级需承担较大的焓降,在理论计算的基础上对超音速喷嘴进行了三维实体建模,并运用金三维黏性数值模拟方法详细研究了超音速喷嘴内的流场特性,旨在揭示超音速喷嘴的设计在膨胀比和效率上是否满足调节级的设计需求.计算结果表明:理论计算与数值模拟结果吻合良好,超音速喷嘴内静压分布合理,型面损失较小,满足调节级的设计需求.     

船舶主汽轮机汽缸刚度分析

船舶设备的振动特性和破坏程度直接影响到船舶的安全,而主汽轮机汽缸的刚度和模态直接影响船舶的振动特性。文章利用相似理论对实际模型进行缩尺比,用AutoCAD软件去设计缩比模型的工装件样式,然后用Hypermesh软件建立缩比模型以及工装件的有限元模型,最后用Abaqus软件对汽缸模型和工装件两部分进行强度校核。将缩尺比模型转换到实际的模型中的模态和静刚度研究,进而确定动刚度,有助于更好地了解舰船主汽轮机的刚度和振动特性,并提高舰船的可靠性和安全性。