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ME型船舶主机的建模与实时仿真

发布时间:2012-10-29 16:01 论文编辑:gufeng 所属栏目:研究生论文 关键词: ME主机建模实时仿真故障模拟

本文较为全面的介绍了 ME型柴油机的一些基本概念及发展状况并建立了其数学模型,开发了一套基于Visual C++的模拟仿真软件并对其常见的简单故障进行模拟仿真。

第2章ME型柴油机简介


2.1 ME型柴油机出现的原因及发展趋势
2.1.1传统柴油机燃油喷射系统
传统机械柴油机的喷油系统凭借其强大的可靠性、易于维护性一直在船舶中使用并且在不断地发展和完善。传统的机械式燃油喷射系统如下图2-1所示,主要由以下部件构成:油箱、低压输油泵、燃油滤清器、高压燃油泵、溢流阀、调速器、喷油器以及油管等。它的工作过程是:发动机曲轴通过齿轮带动喷油泵的凸轮轴转动,把燃油从油箱送到输油泵,形成低压燃油,再经过燃油滤清器的过滤,一部分供给高压的喷油泵,另一部分通过溢流阔和溢流管回到油箱进入下一个循环。进入喷油泵的燃油,通过高压油管输送到喷油器,随着燃油的不断进入,喷油管内的压力不断上升,当其压力超过喷油器的开启压力时,喷油器幵启喷油。
喷油泵的控制依赖于柴油机。主要体现在:喷油泵的动力主要是靠柴油机给提供,对于四冲程的柴油机来说,柴油机的曲轴每旋转两圈各缸做功一次,喷油泵旋转一圈,对各缸进行一次燃油喷射,而二冲程柴油机每旋转一圈就做功一次。这样来看,喷油泵喷油的时刻是由柴油机的凸轮来控制的,并且柴油'机的供油压力随柴油机转速的变化波动较大。喷油提前器是随柴油机转速的变化自动改变喷油提前角的装置,它的作用是当柴油机在高速运转的时候使喷油泵的凸轮轴相应地提前一个角度,从而满足柴油机的性能要求。调速器是一种自动调节装置,它根据柴油机负荷的变化,自动增减喷油泵的供油量,使柴油机能够以稳定的转速运行,它主要通过感应元件来监测柴油机负荷的变化,然后相应的调节供油量,从而实现对柴油机进行控制。这种传统的机械式喷油泵主要有两大类:直列式喷油泵和V式喷油泵。在传统的机械式燃油喷射系统中,燃油的高压是通过高压油泵来获得的,并通过喷油嘴喷入气缸的燃烧室中,在其中与空气混合形成混合燃气来着火燃烧。在该燃油喷射系统中,喷油压力是由柴油机的转速和喷油量的多少来决定的,供油量的多少是通过调节喷油泵中的调速器及齿条来实现的。但是由于技' 术条件的限制,传统的机械式燃油喷射系统无法达到更高的排放标准,同时传统的机械式燃油喷射柴油机也无法精确地控制喷油的具体时刻和喷油的过程。在此条件下,我们需要一种新的喷射系统,而这就是电控共轨喷射系统,它的出现使得柴油机的控制系统发生了翻天覆地的变化并且得到了飞速的发展。
2.1.2柴油机电子控制技术的出现原因及发展趋势
自从柴油机电子控制技术的出现以后,就取得了飞速的发展,这是一个必然的趋势,其主要有以下两个方面的原因["|]:第一个原因是由于像石油等这种传统能源的円益短缺及其燃烧过程中造成的严重环境污染,使得人们对于柴油机的要求越来越严格,尤其是在经济性和排放指标方面。随着对环境的要求越来越高以及能源的F1益紧张,船用柴油机工作过程的燃烧效率,燃油消耗以及废气排放污染,越来越引起人们的关注。国际海事组织(IMO)(MARPOL73/78公约)对关于防止船舶造成大气污染的附则VI及船舶主机排放(尤其以NOx为主)进行了严格的限制。因此控制NOx成为了最有效和最直接的手段,而这不仅要求我们要降低燃烧室的最高燃烧温度,同时还要控制燃气在高温下的停留时间。


第2章NIE型柴油机简介..................................7
2.1 ME型柴油机出现的原因及发展...............................7
2.2ME型柴油机的基本...............................12
2.3ME型柴油机电控系统...............................15
2.4两种主流智能柴油机的比较...............................21
第3章ME主机系统的数学模型...............................25
3.1仿真对象简介...............................25
3.2气缸内热力过程...............................26
3.3柴油机气缸内热力过程计算...............................33
3. 3. 1气缸瞬时工作容积的...............................34
3. 3.2燃烧过程放热规律的...............................34
3.4进排气系统热力过程...............................38
第4章软件的设计及...............................44
4.1软件幵发环境的...............................44
4.2仿真软件的总体设计...............................47
4.3仿真软件中的数据交互...............................50


第5章结论与展望


5.1结论
本文较为全面的介绍了 ME型柴油机的一些基本概念及发展状况并建立了其数学模型,开发了一套基于Visual C++的模拟仿真软件并对其常见的简单故障进行模拟仿真。论文完成的工作如下:
1、对ME型船用柴油机的基本概念、发展趋势、基本原理及与传统柴油机的区别进行了详细的介绍。
2、收集整理了仿真模型机MAN B&W 12K98ME-C的一些基本结构参数及其性能参数。
3、把仿真模型ME型主机系统划分为了缸内、进气管、排气管及共轨系统等子系统,并分别建立了其零维模型。
4、利用面向对象方法编制了船舶主机各子系统的仿真模型。并利用VisualC++ 6.0作为丌发工具搭建了船舶ME型主机系统的仿真软件。
5、利用主机仿真软件模拟了主机的示功图等参数曲线,同时对几个典型的故障进行模拟,并以示功图的形式显示各故障时柴油机工作参数的变化情况。