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大型豪华邮轮蒸汽系统建模及仿真分析
| 论文题名： | 大型豪华邮轮蒸汽系统建模及仿真分析 |
| 关键词： | 大型邮轮;蒸汽系统;管网结构;仿真分析 |
| 摘要： | 大型豪华邮轮的设计和建造是我国当前亟待发展的技术。蒸汽系统是大型豪华邮轮的重要系统之一，邮轮蒸汽系统具有布置复杂，设备众多等特点。蒸汽系统的管网结构为多热源多环网结构，管网涉及到的楼层比较多。由于蒸汽系统的复杂性等特点，通过仿真软件对蒸汽系统的管网结构进行仿真，可对系统的设计方案进行指导。 本文以大型豪华邮轮蒸汽系统为研究对象，论文的主要研究内容如下： （1）对大型豪华邮轮蒸汽系统进行设计，蒸汽系统的蒸汽规格为10bar，180℃并进行了系统管道及其附件的设计，选择蒸汽管道为Ⅱ级管。根据设计参数计算换热器和油舱等用汽设备参数的蒸汽用量。依据邮轮的ISO和tropical两种不同运行条件下柴油机的废气参数进行蒸汽量的计算和余热锅炉的选型，余热锅炉的型号为Aalborg XW。根据余热锅炉蒸汽产量和各设备的蒸汽耗量选择燃油锅炉的型号，燃油锅炉选择的型号为Aalborg OM-Tci20000。 （2）对Flowmaster软件中系统所涉及的主要元件进行了精确度验证。根据元件仿真结果与理论公式计算结果相比较，研究结果表明：软件中所涉及的相关元件计算结果的误差皆小于2%，Flowmaster仿真软件中相关元件的精确度较高符合仿真要求。 （3）根据邮轮蒸汽系统设计图纸和设备参数搭建了邮轮蒸汽系统仿真模型，对邮轮蒸汽系统进行了稳态和瞬态仿真模拟。针对邮轮在ISO和tropical两种不同运行条件下，柴油机在100%，85%，75%和50%四个不同的负荷时进行稳态仿真。不同负荷下各设备的仿真参数与设计参数误差在±5%以内，蒸汽系统设计方案能够满足系统设备的运行要求。在动态仿真过程中，在ISO和tropical两种情况下，主管网压力随着热水用水量和汽包蒸汽量变化发生波动在短时间内动态稳定在设定值附近，压力波动较小对设备的正常运行不会造成严重的影响。从稳压效果来看，改变燃油锅炉蒸汽量的稳压效果要优于控制汽轮机管路阀门开度。其次燃油锅炉距离稳压点越近，稳压效果越好。增加PID比例系数能够提高燃油锅炉的稳压效果。 （4）对燃油锅炉供水系统进行仿真模型的搭建，进行不同情况的停泵和关阀水锤仿真模拟。在快速关阀和停泵的情况下，能够在管道短时间内产生压力的激增对系统造成破坏。阀门离泵组越远，阀门直径越小，关阀造成的水锤压力越小。针对关阀水锤提出减缓水锤的措施：两阶段阀门关闭、空气阀、水箱和空气瓶。在两阶段阀门关闭，减少快关时间和增加关阀角度在一定程度上能减弱水锤。空气阀和空气瓶能在一定程度上减弱水锤，但是会使水锤振荡的时间时间增长。 |
| 作者： | 马艺洋 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 袁裕鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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