大功率柴油机试车台冷却循环水系统的设计及优化

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。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文主要工作

第2章 柴油机试车台冷却水系统概述

2.1 船舶冷却水系统的发展

2.2 中央冷却水的基本形式

2.3 柴油机试车台冷却水系统的冷却形式

2.4 柴油机试车台冷却水系统的组成

2.5 本章小结

第3章 试车台冷却水系统的水力数学模型

3.1 建模的基本方法

3.2 管路阻力损失计算

3.3 管路特性曲线

3.4 泵的流量特性

3.5 本章小结

第4章 柴油机试车台低温冷却水系统的优化及仿真

4.1 系统操作控制系统

4.2 系统工况点的确定

4.3系统电力分析及计算

4.4 节能设计

4.5 实际管网数据

4.6 基于AFT Fathom8.0的不可压缩流体的设计及建模

4.7 本章小结

第5章 试车台缸套冷却水系统的建模及仿真

5.1 高温淡水回路热力数学模型

5.2 高温水温度的PID控制

5.3 基于Simulink的缸套水系统仿真

5.4 本章小结

第6章 基于热力分析的中央切换式冷却水系统设计

6.1 冷却水系统设计要求

6.2 低温冷却水系统分析

6.3 系统的开发设计

6.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢