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船舶增压器建模与压气机喘振模拟研究
| 论文题名： | 船舶增压器建模与压气机喘振模拟研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;故障模拟;增压器;压气机喘振;瞬态模型 |
| 摘要： | 船用柴油机是船舶动力系统的“心脏”，其性能的好坏决定了整个船舶动力系统的性能。增压器的应用是提高柴油机性能最有效的方法，但增压器是船舶柴油机运行时最易发生故障的部件之一，在所有增压器故障中，喘振是增压器最常见也是最严重的故障之一。压气机喘振会导致柴油机整体性能的急剧下降，更严重的可能会导致增压器内部零部件损伤，发生机毁人亡的严重事故，故通过建立精确的增压器瞬态模型，模拟喘振故障并对喘振进行研究可有效地预防喘振的发生，进而提高发动机的性能，减少对发动机运行造成的损害，对压气机喘振故障的模拟研究具有重要的意义。 为了研究增压器工作过程与喘振故障，分析压气机喘振产生的原因，探究性能参数对喘振影响规律进而得到避免喘振的措施。本文利用Matlab/Simulink软件以瓦锡兰6L34DF双燃料发动机的增压器（NA297）为研究对象进行建模，并在其原模型的基础上对增压器的压气机部件进行机理分析并引入等效阀门与等效管路以及稳压室三个子模块建立压气机瞬态模型。通过发动机台架实验数据对增压器模型进行校准。之后，通过搭建的增压器模型对压气机喘振进行模拟，并对压气机喘振机理进行研究得出喘振的发生规律。为了分析不同因素对压气机喘振的影响规律，本文选取压气机的出口压力作为检测信号对喘振进行研究，对压气机压力波动信号检测采用了快速离散傅里叶变换的方法进行处理。通过调节等效阀门开度与稳压室容积两个方面对喘振进行模拟与研究，观察压气机出口压力振幅与压力波动频率，探究压气机的喘振的发生规律。之后本文对影响增压器喘振的物理故障进行研究，首先建立喘振故障树，选取压气机后气道脏堵与压气机内部脏堵两个物理故障，观察模拟不同喘振故障程度下的各增压器性能参数的偏离度，对喘振进行分析得到喘振发生规律。最后将物理故障与机理故障进行对比与总结，得到压气机喘振的发生条件与喘振发生规律，从而得到喘振的预防措施。 模拟结果表明，本文对增压器喘振故障的数学机理与物理故障方面的模拟仿真结果准确，该模型能够大致的预测压缩系统的行为，可以模拟增压器喘振的故障。压力最大波动频率能准确地判断压气机喘振的发生，稳压室容积和等效阀门开度会影响喘振的发生概率；通过对物理故障的模拟也可对喘振进行模拟，观察性能参数的偏离度得到喘振的发生规律，该模型也能为增压器的仿真模拟研究提供理论模型支持，为智能船舶的发展提供数据源，为故障预测提供理论与数据基础。 |
| 作者： | 侯景山 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 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： | 2022 |
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