声发射监测船用中速柴油机气阀漏气的应用研究
发布时间：2021-11-20 12:27
船用柴油机作为整个船舶动力系统最为重要的组成部分，其运行状态的好坏直接关系到船舶的安全和稳定。安全可靠的进排气系统是柴油机正常工作的重要保证，而气阀是进排气系统最为关键的部件之一。柴油机缸内高温高压气体的冲击、金属氧化物的腐蚀以及与阀座频繁的撞击，使柴油机气阀成为最容易发生故障的部件之一。如果气阀有漏气故障，则会造成柴油机气缸压力降低，输出功率下降，燃油消耗率增加，甚至会发生气阀吹穿致使增压器叶片破损的事故，严重影响柴油机安全运行。本文对声发射监测技术在船用中速柴油机气阀漏气监测中的应用进行了研究，采用理论分析与实验分析相结合研究手段，通过分析气阀漏气声发射的产生机理和信号特征来监测柴油机气阀密封状态，及时发现气阀漏气故障，以避免柴油机恶性事故的发生，研究具有理论意义和工程应用价值，主要内容如下：（1）以船用中速柴油机6DK20为研究对象，利用FLUENT计算气阀密封正常及漏气状态下气体对缸盖的瞬态激励。利用ANSYS进行流固耦合计算，计算不同气阀密封状态下的缸盖表面声发射信号，结果表明气阀漏气会引起信号峰峰值和均方根值增加，且漏气越严重增加幅度越大。（2）在6DK20型柴油机上进行排...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 气阀漏气诊断技术研究现状
1.3 本文研究内容及技术路线
第2章 气阀漏气声发射信号数值计算
2.1 气阀漏气声发射产生机理
2.2 流体动力学基本理论
2.2.1 流体运动的基本概念及方程
2.2.2 湍流模型
2.3 FlUENT 计算软件
2.4 计算对象及计算流程
2.5 气缸及缸盖内部流动计算
2.5.1 流体模型建立及网格划分
2.5.2 流体仿真及分析
2.6 缸盖表面声发射信号计算
2.6.1 声发射波动方程及物理效应
2.6.2 ANSYS 软件及流固耦合理论
2.6.3 模型建立及网格划分
2.6.4 边界条件设定
2.6.5 计算结果
2.6.6 试验验证
2.7 本章小结
第3章 气阀漏气故障模拟试验
3.1 测试系统及故障模拟试验
3.1.1 试验对象
3.1.2 试验方案
3.1.3 测点布置及测试系统
3.2 试验数据分析
3.2.1 非燃烧状态数据分析
3.2.2 燃烧状态时域特征参数提取
3.2.3 燃烧状态频域特征参数提取
3.3 本章小结
第4章 声发射信号的 EMD 特征参数提取研究
4.1 本征模分量概念及其数学模型
4.1.1 本征模分量的概念
4.1.2 本征模分量的数学模型
4.2 EMD 分解实现方法
4.3 基于 EMD 分解的声发射信号特征识别
4.3.1 缸盖声发射信号的 EMD 分解
4.3.2 基于 EMD 分解的声发射信号特征参数提取
4.4 本章小结
第5章 气阀漏气监测系统样机开发与验证
5.1 气阀漏气监测系统框架设计与硬件选型
5.1.1 监测系统总体框架设计
5.1.2 监测系统硬件选型
5.2 手持式信号采集控制器开发
5.2.1 采集控制器功能需求及控制流程
5.2.2 采集控制器芯片和开发平台
5.2.3 单片机电源模块设计
5.2.4 单片机与显示模块设计
5.2.5 单片机与上位机通信设计
5.2.6 单片机键盘和 JTAG 调试电路
5.3 上位机软件开发与系统验证
5.3.1 Labview 软件开发平台
5.3.2 上位机软件主要模块
5.3.3 通讯模块
5.3.4 数据采集与自检
5.3.5 数据处理与故障诊断
5.3.6 数据查询与数据库
5.3.7 系统验证
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EMD的胶合板损伤声发射信号特征提取及神经网络模式识别[J]. 徐锋,刘云飞. 振动与冲击. 2012(15)
[2]径向基函数网络用于船用柴油机智能诊断的研究[J]. 陈丹,黄加亮,蔡振雄. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2004(04)
[3]流固耦合应用研究进展[J]. 郭术义,陈举华. 济南大学学报(自然科学版). 2004(02)
[4]汽车发动机各缸工作不均匀性的一种在线监测方法[J]. 刘世元,杜润生,史铁林,杨叔子. 中国机械工程. 2001(10)
[5]基于时序分析与神经网络的气阀机构故障诊断[J]. 夏勇,商斌梁,张振仁,薛模根,郭明芳. 机械设计与研究. 2001(01)
[6]小波包改进算法及其在柴油机振动诊断中的应用[J]. 刘世元,杜润生,杨叔子. 内燃机学报. 2000(01)
[7]船舶柴油机监测与故障诊断技术现状及发展趋势[J]. 杨建国,王晓武. 中国航海. 1999(02)
[8]发电用柴油机气门漏气故障的振动诊断研究[J]. 杨建国,冯春晃,周轶尘. 武汉交通科技大学学报. 1997(01)
硕士论文
[1]基于声发射检测的阀门泄漏可视化诊断技术研究[D]. 杨晶.长沙理工大学 2013
[2]斜拉桥关键构件腐蚀损伤声发射监测技术[D]. 丁穗坤.大连理工大学 2011
[3]离心水泵叶轮工作曲面有限元分析及优化设计[D]. 胡佳伟.西北农林科技大学 2011
[4]大流量离心压缩机首级叶轮流固耦合数值模拟[D]. 王毅.大连理工大学 2010
[5]船用智能化柴油机热力参数监测与诊断技术研究[D]. 王洪锋.武汉理工大学 2008
本文编号：3507323
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 气阀漏气诊断技术研究现状
1.3 本文研究内容及技术路线
第2章 气阀漏气声发射信号数值计算
2.1 气阀漏气声发射产生机理
2.2 流体动力学基本理论
2.2.1 流体运动的基本概念及方程
2.2.2 湍流模型
2.3 FlUENT 计算软件
2.4 计算对象及计算流程
2.5 气缸及缸盖内部流动计算
2.5.1 流体模型建立及网格划分
2.5.2 流体仿真及分析
2.6 缸盖表面声发射信号计算
2.6.1 声发射波动方程及物理效应
2.6.2 ANSYS 软件及流固耦合理论
2.6.3 模型建立及网格划分
2.6.4 边界条件设定
2.6.5 计算结果
2.6.6 试验验证
2.7 本章小结
第3章 气阀漏气故障模拟试验
3.1 测试系统及故障模拟试验
3.1.1 试验对象
3.1.2 试验方案
3.1.3 测点布置及测试系统
3.2 试验数据分析
3.2.1 非燃烧状态数据分析
3.2.2 燃烧状态时域特征参数提取
3.2.3 燃烧状态频域特征参数提取
3.3 本章小结
第4章 声发射信号的 EMD 特征参数提取研究
4.1 本征模分量概念及其数学模型
4.1.1 本征模分量的概念
4.1.2 本征模分量的数学模型
4.2 EMD 分解实现方法
4.3 基于 EMD 分解的声发射信号特征识别
4.3.1 缸盖声发射信号的 EMD 分解
4.3.2 基于 EMD 分解的声发射信号特征参数提取
4.4 本章小结
第5章 气阀漏气监测系统样机开发与验证
5.1 气阀漏气监测系统框架设计与硬件选型
5.1.1 监测系统总体框架设计
5.1.2 监测系统硬件选型
5.2 手持式信号采集控制器开发
5.2.1 采集控制器功能需求及控制流程
5.2.2 采集控制器芯片和开发平台
5.2.3 单片机电源模块设计
5.2.4 单片机与显示模块设计
5.2.5 单片机与上位机通信设计
5.2.6 单片机键盘和 JTAG 调试电路
5.3 上位机软件开发与系统验证
5.3.1 Labview 软件开发平台
5.3.2 上位机软件主要模块
5.3.3 通讯模块
5.3.4 数据采集与自检
5.3.5 数据处理与故障诊断
5.3.6 数据查询与数据库
5.3.7 系统验证
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EMD的胶合板损伤声发射信号特征提取及神经网络模式识别[J]. 徐锋,刘云飞. 振动与冲击. 2012(15)
[2]径向基函数网络用于船用柴油机智能诊断的研究[J]. 陈丹,黄加亮,蔡振雄. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2004(04)
[3]流固耦合应用研究进展[J]. 郭术义,陈举华. 济南大学学报(自然科学版). 2004(02)
[4]汽车发动机各缸工作不均匀性的一种在线监测方法[J]. 刘世元,杜润生,史铁林,杨叔子. 中国机械工程. 2001(10)
[5]基于时序分析与神经网络的气阀机构故障诊断[J]. 夏勇,商斌梁,张振仁,薛模根,郭明芳. 机械设计与研究. 2001(01)
[6]小波包改进算法及其在柴油机振动诊断中的应用[J]. 刘世元,杜润生,杨叔子. 内燃机学报. 2000(01)
[7]船舶柴油机监测与故障诊断技术现状及发展趋势[J]. 杨建国,王晓武. 中国航海. 1999(02)
[8]发电用柴油机气门漏气故障的振动诊断研究[J]. 杨建国,冯春晃,周轶尘. 武汉交通科技大学学报. 1997(01)
硕士论文
[1]基于声发射检测的阀门泄漏可视化诊断技术研究[D]. 杨晶.长沙理工大学 2013
[2]斜拉桥关键构件腐蚀损伤声发射监测技术[D]. 丁穗坤.大连理工大学 2011
[3]离心水泵叶轮工作曲面有限元分析及优化设计[D]. 胡佳伟.西北农林科技大学 2011
[4]大流量离心压缩机首级叶轮流固耦合数值模拟[D]. 王毅.大连理工大学 2010
[5]船用智能化柴油机热力参数监测与诊断技术研究[D]. 王洪锋.武汉理工大学 2008
本文编号：3507323
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