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《大连海事大学》 2000年
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轮机模拟器6S60MC柴油主机仿真系统与故障模拟

彭水生  
【摘要】: 由于模拟器的母型船是六万吨油轮,选用了当代先进的、最典型的船舶柴油机MAN BW 6S60MC机型,根据此机型建立了物理模型和数学模型,进行了柴油机工作过程(进气、压缩、燃烧、膨胀、排气等)和涡轮增压器、中冷器的机理仿真。由此得出柴油机稳态工作过程的工作特性参数,如压缩压力、爆发压力、排烟温度、燃油耗油率及涡轮转速等参数。同时可以显示柴油机工作参数的各种曲线,如P-V图、P-Φ)图、T-Φ)图、燃烧放热规律图等。这些功能除了满足实际船舶柴油主机现有的工作参数外,还能显示比实际船舶柴油主机现有的工作参数更多的特性参数,以便进一步掌握柴油机的工作状态及其特性。 在柴油主机系统仿真时,由于柴油机工作过程的仿真最复杂,如果按常规的算法进行叠代收敛计算,则计算量非常大,耗机时多,不能达到进行实时仿真机时的要求。为此提出了一种改进的计算方法,使柴油机仿真的机时达到实时仿真的要求和满足轮机模拟器仿真精度的要求,解决了实时仿真耗机时与仿真精度的矛盾。而且,可实现柴油机工作过程随负荷或油门位置无级变化的实时仿真,这些功能的实现是本文的创新之处。 考虑到实际船舶除了正常定速航行外,还经常变速,如进出港口、机动航行等,为此,本文对船舶变工况进行了仿真,实现了船舶柴油机动态过程的实时仿真。通过对柴油机动态过程实时仿真,可以进一步了解柴油机动态过程柴油机的转速、油门位置、涡轮转速、排气压力、排烟温度、扫气压力、扫气温度、船速等重要工作参数整个动态的变化过程,同时以曲线形象地显示这些参数变化趋势。 柴油主机系统的故障设置是轮机模拟器必不可少的内容。通过对柴油主机系统的故障设置,对柴油机系统200多个故障进行仿真,并以生动的图形显示各故障时柴油机工作参数的变化情况,并可以与正常工作参数进行比较,这样可以很直观地了解、判断、分析各种故障的现象、原因和特征等等。其主要内容有:柴油机本身的故障设置,如单缸停油、扫气箱着火、气缸漏气、扫气口脏污、活塞环断裂、缸套过度磨损、缸套冷却不良、活塞冷却不良、燃油雾化不良、燃烧不良、燃烧太早、燃烧太晚、爆发压力过高,爆发压力过低、排气阀漏气、排气阀定时过早、排气阀定时过晚、扫气温度过高、扫气温度过低等288个故障。上述各种故障的设置在柴油机各个缸都能实现,而且,以适当的图形显示柴油机工作过程参数变化情况。 本文还对主机与发电机燃油供油系统进行了物理和数学建模,主要包括油柜、燃油滤器、管路、阀、油泵、粘度计、加热器、蒸汽阀PID调节和换油过程等。在Visual Basic 6.0环境下编程、调试和生成可执行文件,做成“柴油机燃油系统仿真”软件。它实现功能如下:可以实现船舶主机燃油系统各种工况下实时仿真;用二维图象展示了燃油系统的布置图;用二维图象展示了船舶主机运转过程、各油柜的液位动态显示及管路流体流动的运动过程;实现了燃油系统正常工况下的实时与超亚实时的仿真;可以实现燃油系统各油泵起停、阀的开关、转换等实时操作过程;实时显示燃油系统正常工况下的特性参数并绘出有关的特性曲线; 摘 要 实现了重油与柴油的换油过程仿真;设有巡检参数界面,实时显示其数值,并给 出了参数的正常值范围;设有报警系统,可以灯光显示和声音报警,并可消音和 确认,同时可以实时显示报警的参数及其数值的上下限;设有故障设置的界面, 可以随意选择所需要设置的故障,各故障可以任意组合;同时可以记录故障设置 的时间:此外,可以清除设置的故障;燃油加热器的蒸汽控制阀可以实现自动和 手动的调节功能;各安全阀和溢流阀的压力可以实时设定调节操作; 本文对柴油机燃油供油系统57个故障进行了模拟,这些故障主要包括:油泵 的“磨损”和其“电机的损坏”:滤器的“脏堵”,包括“轻微”、“中等” 和“严重”等情况;粘度计的“脏污”;加热器的“肌污”:流量计的“摩擦” 和“粘着”:各种油柜的“泄漏”、“蒸汽不加热”及其“放残阀没关闭” 燃油温度控制器的故障,包括“低增益”、“高增益”、“漂移输出”、“常输 出”、“电流/压力转换过小”、“控制阀位错误”、“控制阀座磨损”、“控制 阀粘着”;循环阀“损坏”等故障。 虚拟现实技术是当今的一项先进的技术,首次在轮机模拟器中得到应用。它 也可以与柴油机系统仿真结合应用,如在虚拟机舱控制台上用鼠标或数据手套操 纵各种操纵手柄等,可以进行柴油机启动、正车调速、倒车调速、停车等操作, 若柴油机运转,则可通过柴油机三维立体图象显示其运动效果,而且,通过柴油 机仿真系统计算,可以在虚拟机舱控制台上的仪表实时显示柴油机转速、功率\ 涡轮转速。扫气压力及航速等参数,使得这种操作就象在“真实”的机舱操作一 样,身临其境。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:U664.121

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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【同被引文献】
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5 彭水生;吴恒;孙建波;张惠泽;;船舶柴油机动态建模与仿真[A];大连海事大学校庆暨中国高等航海教育90周年论文集(机电分册)[C];1999年
6 曾青山;黄加亮;李忠辉;;轮机模拟器在航海教育中的实践与发展前景[A];中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会2002年学术年会论文集(船舶机电分册)[C];2002年
7 葛卫兴;;轮机模拟器的研制与应用[A];船舶航行与安全管理论文集——中国航海学会内河船舶驾驶专业委员会学术研讨会文选[C];2002年
8 李晖;郭晨;史成军;;基于分布式结构的轮机模拟器控制系统的开发与研制[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
9 初忠;郭晨;周明顺;高玉德;;第五代集装箱船全功能轮机模拟器[A];中国航海学会2007年度学术交流会优秀论文集[C];2007年
10 虞金霞;胡以怀;胡先富;;大型船舶主柴油机仿真系统的动态实现[A];2000年上海市系统仿真学会学术年会论文专辑[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 胡晓峰;大连海大采用康士伯船舶模拟器[N];中国船舶报;2007年
2 中福;我国低速机燃油系统研制获突破[N];中国船舶报;2011年
3 本报通讯员 李爱英;以自主创新走向世界[N];中国远洋报;2007年
4 王杨;中国南车联手美国通用建立柴油机中外合资公司[N];证券日报;2008年
5 刘国山;船舶柴油机掺烧重油教科书将问世[N];中国水运报;2007年
6 本报记者 林楚;海外首个燃油系统生产基地落户武汉[N];机电商报;2007年
7 雨来;汽车燃油系统积炭形成及危害[N];中国石油报;2000年
8 杨培举;船舶柴油机行业仍有远虑近忧[N];中国水运报;2008年
9 宗何;青岛海西湾低速机基地全面运营[N];中国船舶报;2009年
10 通讯员 姜丽丽;激情 执着 坚毅[N];中国航空报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭水生;轮机模拟器6S60MC柴油主机仿真系统与故障模拟[D];大连海事大学;2000年
2 武起立;基于多体动力学船舶柴油机推进轴系轴承润滑研究[D];大连海事大学;2012年
3 白广来;船舶柴油机智能监测与智能诊断的研究[D];大连海事大学;2003年
4 柴艳有;基于核学习理论的船舶柴油机故障诊断研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 许乐平;喷水雾加湿进气减少船用柴油机氮氧化物排放的研究[D];大连海事大学;2003年
6 余永华;船舶柴油机瞬时转速和热力参数监测诊断技术研究[D];武汉理工大学;2007年
7 孙建波;船舶柴油主推进装置及其控制系统的建模与仿真研究[D];大连海事大学;2007年
8 曾鸿;视景仿真技术在轮机模拟器中的应用研究[D];大连海事大学;2012年
9 张旭;人工免疫算法及其在船舶柴油机智能故障诊断中的应用研究[D];大连海事大学;2007年
10 魏立队;船用二冲程柴油机及推进轴系的振动建模与仿真研究[D];大连海事大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 潘瑞;船舶柴油机燃油系统的建模与仿真研究[D];大连海事大学;2008年
2 孔会敏;轮机模拟器中的综合仿真平台技术研究[D];上海海运学院;2001年
3 赵志斌;轮机模拟器中蒸汽系统的仿真研究[D];大连海事大学;2001年
4 王熙沅;基于单PC机的轮机仿真系统的研究和实现[D];大连海事大学;2008年
5 胡琦;WEB3D虚拟现实技术在轮机模拟器中的应用研究[D];华东师范大学;2011年
6 臧军;船舶柴油机故障诊断系统的研制[D];中国舰船研究院;2011年
7 梅磊;船舶柴油机新型余热回收利用系统研究[D];武汉理工大学;2011年
8 朱庆智;船舶柴油机建模分析和虚拟漫游系统的实现[D];大连海事大学;2007年
9 王晓妹;船舶柴油机运行状态监测和诊断系统的开发[D];上海交通大学;2011年
10 王国强;船舶柴油机活塞组和缸套温度场有限元分析[D];大连海事大学;2012年
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