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原文传递船舶辅锅炉系统建模与仿真研究

论文题名：	船舶辅锅炉系统建模与仿真研究
关键词：	船舶辅锅炉系统;数学模型;故障排查;可视化仿真;评估算法
摘要：	船舶辅锅炉作为一种重要的船舶动力辅助装备之一，它是利用燃油燃烧将化学能变成热能。随着船舶自动化和智能化的快速发展，航运对船舶工作人员提出了更高的要求。为了提高船舶管理人员的操作能力，国际海事组织强调了轮机模拟器在培训和评估方面的重要性。目前的轮机模拟器中，辅锅炉仿真系统存在着模型和界面上的简化，仅能完成部分简单的开关操作。实船上发生的故障是复杂的，系统中一个细小的故障都会导致辅锅炉不正常运行，而船员也需要具有深层次的辅锅炉故障排查能力，以及排查完之后解决问题的能力，因此开发一套更实际更全面的辅锅炉系统刻不容缓。　　本文以某万箱集装箱船为仿真对象，对其辅锅炉系统进行建模和可视化仿真研究。首先分析万箱船舶辅锅炉的结构图、管路图和其他各种设备的原理，采用模块化建模的方法，分别建立了辅锅炉本体、燃油系统、给水系统、蒸汽系统的数学模型，系统中包含油泵、换热器、燃油温度控制器、风机和系统所需的一些阀件。利用VC++软件编写模型和计算，通过模型计算数据与实际船舶中的辅锅炉数据相比较，仿真误差小于5％，验证了模型的正确性。将水位和蒸汽压力作为被控变量，采用PID闭环控制，控制结果表明各个阶段均能满足被控变量处于合适数值，进一步验证了系统的动态稳定性。根据实船电路分析锅炉启动逻辑，编写各继电器线圈及辅助触头的类，分析继电器使能端带电的条件；锅炉手动控制模式下严格依据电路中的逻辑控制执行，自动模式根据编写的时序马达运行；通过选取点火、正常燃烧、停炉混油的锅炉状态和船舶锅炉实际的状态相比较，结果表明所建立电控模型的准确性和合理性。　　参照辅锅炉实船说明书，利用CAD绘图软件绘制燃油系统，给水系统，蒸汽系统和电路系统的底图，导出.emf为后缀的矢量图使鼠标操作能调整界面的放大缩小，在VC++的基础类库上开发设计可视化界面，完成可视化界面和仿真模型、电控模型的数据关联和调试，将界面代码和模型代码生成的动态链接库放入到SUPERSIMS过程仿真平台中。界面操作测试结果表明，界面可流畅运行，实现局部缩放功能，为进一步开发辅锅炉仿真训练系统提供了可靠支持。　　根据《中国海船船员考试大纲》的要求，参照实船中辅锅炉典型故障和锅炉管理人员的描述的其他故障，编写了辅锅炉的部分操作和故障再现排查的试题。在编写的自动评估算法中根据辅锅炉实时状态和结束状态设置判分点，通过试题得分情况，进一步验证了评估算法的正确性。目前，本文所研究的船舶辅锅炉仿真系统已融入DMS-2020轮机模拟器中，并在本科教学和船员培训中推广使用，经反馈效果理想。
作者：	张文涛
专业：	船舶与海洋工程
导师：	孙才勤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022