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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

  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 B&W 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。……   
[关键词]:船舶柴油机;轮机模拟器;工作过程;动态过程;燃油系统;实时仿真;故障设置;虚拟现实
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连海事大学2000年
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