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四冲程船用柴油机进排气系统故障模拟
| 论文题名： | 四冲程船用柴油机进排气系统故障模拟 |
| 关键词： | 船用柴油机;故障模拟;排气系统;进气系统;实时仿真技术 |
| 摘要： | 随着船舶设计朝着自动化与智能化方向的发展，建立实时高效的故障状态下发动机样本数据库在业内存在广泛需求，区别于传统的数据采集和专家经验判断，采用故障仿真方法可为故障诊断技术等基于数据科学的研究提供可靠研究基础。同时，发动机进排气系统作为发动机五大系统之一，是保障发动机正常运转的重要组成部分。由于进排气系统复杂和恶劣的工作环境，其故障频率较高，能较大程度影响发动机运行状态，因此对进排气系统的典型故障进行分析和模拟的研究具有重要意义。 本文以瓦锡兰6L34DF的进排气系统为研究对象，对配气机构、空气滤器、空冷器、涡轮增压器等部件进行机理分析和建模，并分析了进排气系统中的部分易发故障的模拟方法，在发动机整机容积法模型中采用预设的故障参数研究了多个故障对发动机工作过程的影响，具体工作如下： （1）从配气机构动力学、凸轮型线和凸轮磨损三个角度建立了配气机构的故障机理模型。分析了进排气阀动力学性能，采用等加速-等减速缓冲段和高次方基本段对凸轮型线进行拟合；进一步的，采用单质量模型和双质量模型完成气门升程的推算，以及气门间隙对气阀升程、速度、气门流通面积和充气系数的影响；其次采用Archard磨损模型对凸轮磨损进行研究，得到了不同的磨损时间下凸轮磨损量的变化。 （2）建立了空气滤器、涡轮增压器和空冷器的故障机理模型。分析了空气滤器建模方法和空冷器的传热过程与压力损失过程，采用沉淀与再扩散模型对空冷器污垢热阻的生成过程进行模拟，并分析污垢热阻对空冷器传热效果的影响；采用多项式法对压气机特性图谱进行补全，并采用压缩机、稳压室和等效阀对压气机进行描述与模拟。 （3）完成6L34DF整机模型的搭建，对进排气系统中的易发故障的模拟方法进行分析和仿真试验。建立并验证了6L34DF容积法仿真模型，并将前文所建立的各部件的热力学模型对整机仿真模型进行拓展；研究了进排气系统的易发故障的模拟方法，并根据故障仿真结果观察各故障对整机性能的作用规律，对各个故障的模拟结果进行总结与特异性分析。 结果表明，本文对进排气系统典型故障采用的模拟仿真结果与故障实际表现一致，能较准确的描述多种故障发生时发动机的运行状态，可对发动机实时仿真技术等提供理论支持；对故障模拟结果的分析可知，不同故障作用下对发动机的影响规律有较明显差异，可为后续的故障诊断和船舶健康管理等工作提供切实数据支持。 |
| 作者： | 张晋豪 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 曾鸿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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