大功率柴油机试车台冷却循环水系统的设计及优化

发布时间：2017-07-28 09:21

  本文关键词：大功率柴油机试车台冷却循环水系统的设计及优化

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【摘要】：柴油机试车台冷却循环水系统是维持柴油机正常、稳定运行的重要辅机系统之一。若柴油机冷却不足,会造成空燃比失调、机油变质、活塞抱死等不良后果;若柴油机过冷,冷却器设备及主机零部件温度过低,则又会使柴油机热效率下降、发火的滞燃期过长,柴油机工作粗暴、CO及HC排放增加。如想充分改善柴油机试车台冷却水系统的运行状态、优化其工作性能,就需分析其工作时的水力、热力动态过程。同时为降低试车调试时的成本,提高试车台冷却水系统的经济性,还需对冷却水系统进行深入研究,优化设计,节省能源。本文以上海沪东重机有限公司柴油机试车台冷却循环水系统为研究对象,详细的介绍了柴油机试车台冷却水系统的组成特点以及运行方式,对系统进行了优化设计,并对其能量利用及温控原理进行深入研究。具体内容包括:依据流体力学的相关理论对管网系统进行分析,通过系统阻力系数及离心泵组特性的深入研究,建立试车台冷却水系统的水力数学模型。同时结合试车台操作控制系统及实际水力学数据,提出一种新的节能优化方案,据此在AFT Fathom8.0软件中搭建管网系统的仿真模型,对不同管路特性下低温冷却水系统的运行工况进行仿真分析,验证离心泵组的并联特性及系统节能优化方案的适用性与合理性。此外,为了使试车台冷却水系统的温度控制能够达到理想效果,依据热力学的相关理论,对缸套冷却水系统进行热力分析,得到其动态热力模型。据此利用MATLAB中Simulink仿真工具建立缸套水系统的仿真模型,对仿真得到的曲线及数据进行详细分析,验证模型的正确性,并在此基础上增加PID控制器仿真,通过临界比例度法整定模型中控制器各参数,实现主机温度的快速、无偏差调节,同时也验证了PID控制器的温控调节作用。最后,以缸套水温控原理为基础,为沪东重机核电项目开发设计一套 内部切换式‖低温水系统,设计采用GSCU(Gas Supply Control Unit)控制系统对低温水的冷却模式进行实时切换,使其满足现阶段台位 一台多机‖的试车要求。同时新增低温水PID温控调节及自动加药技术,精确控制低温水水温及阻垢缓蚀剂的用量,优化水质、节省水量,满足各型柴油机空冷器进水的不同要求。此外,在新系统切换为内部冷却水系统试车时,提出新的外水运行方式,并基于AFT Fathom8.0软件的应用基础进行验证。
【关键词】：冷却水系统 数学建模 软件仿真 优化设计
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK427
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 选题的背景及意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-17
• 1.2.1 柴油机试车台冷却水系统的研究现状16-17
• 1.2.2 柴油机缸套冷却水温度控制的研究现状17
• 1.2.3 PID控制技术研究新进展17
• 1.3 本论文主要工作17-20
• 第2章 柴油机试车台冷却水系统概述20-28
• 2.1 船舶冷却水系统的发展20-21
• 2.2 中央冷却水的基本形式21-22
• 2.3 柴油机试车台冷却水系统的冷却形式22-23
• 2.4 柴油机试车台冷却水系统的组成23-26
• 2.4.1 闭式高温水循环回路23-24
• 2.4.2 开式低温水循环回路24-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 试车台冷却水系统的水力数学模型28-40
• 3.1 建模的基本方法28
• 3.2 管路阻力损失计算28-33
• 3.2.1 沿程阻力损失计算28-29
• 3.2.2 局部阻力损失计算29-30
• 3.2.3 串联管路等效阻力系数30-31
• 3.2.4 并联管路等效阻力系数31
• 3.2.5 混连管路等效阻力系数31-32
• 3.2.6 复杂管路等效阻力系数32-33
• 3.3 管路特性曲线33-34
• 3.4 泵的流量特性34-38
• 3.4.1 单泵的特性曲线34-35
• 3.4.2 泵的工况点的确定35-36
• 3.4.3 串、并联泵组的特性曲线36-37
• 3.4.4 离心泵的数学模型37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 柴油机试车台低温冷却水系统的优化及仿真40-68
• 4.1 系统操作控制系统40-44
• 4.2 系统工况点的确定44-47
• 4.2.1 理论工作点的调节44-46
• 4.2.2 实际工作点的调节46-47
• 4.3 系统电力分析及计算47-49
• 4.4 节能设计49-50
• 4.5 实际管网数据50-52
• 4.6 基于Fathom8的不可压缩流体的设计及建模52-67
• 4.6.1 AFT Fathom8.0 软件介绍52-53
• 4.6.2 AFT Fathom8.0 建模的方法53-56
• 4.6.3 系统仿真实现56
• 4.6.4 仿真对象参数说明56-57
• 4.6.5 离心泵工作特性的仿真分析57-59
• 4.6.6 空冷器冷却界面的仿真分析59-62
• 4.6.7 并联泵特性的仿真分析62-64
• 4.6.8 低温冷却水系统模型的建立64-65
• 4.6.9 低温冷却水系统的仿真分析65-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第5章 试车台缸套冷却水系统的建模及仿真68-80
• 5.1 高温淡水回路热力数学模型68-73
• 5.1.1 主机缸套的热力数学模型69-70
• 5.1.2 缸套水冷却器设备的热力数学模型70-73
• 5.2 高温水温度的PID控制73-74
• 5.2.1 PID控制原理73
• 5.2.2 缸套水温度PID控制的数学模型73-74
• 5.3 基于Simulink的缸套水系统仿真74-79
• 5.3.1 系统换热部件仿真模型的建立74-76
• 5.3.2 主机缸套冷却水系统的仿真及分析76-77
• 5.3.3 出主机淡水温度的PID控制仿真模型77-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 基于热力分析的中央切换式冷却水系统设计80-98
• 6.1 冷却水系统设计要求80-81
• 6.1.1 主设备要求80
• 6.1.2 管系及附件要求80-81
• 6.2 低温冷却水系统分析81-84
• 6.2.1 水质分析82-83
• 6.2.2 水温分析83-84
• 6.3 系统的开发设计84-95
• 6.3.1 原理设计84-86
• 6.3.2 设备阀件选型86-88
• 6.3.3 膨胀水箱设计88-89
• 6.3.4 冷水泵设计89-91
• 6.3.5 系统的优化对比91-94
• 6.3.6 系统创新94-95
• 6.4 基于Fathom8仿真的新外水运行方式95-96
• 6.5 本章小结96-98
• 结论与展望98-100
• 结论98
• 展望98-100
• 参考文献100-104
• 攻读硕士学位期间发表论文情况104-106
• 致谢106

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