大型油船燃油锅炉系统建模与仿真研究

摘要

目前，船用仿真系统的研制工作主要集中在轮机模拟器、驾驶模拟器和液货船操纵模拟器上。其中轮机模拟器主要模拟主推进装置、集控室、船舶电站等设备的性能，即便其中附带一部分锅炉仿真的内容，而其仿真模型简单，操作功能不完善，针对性不强，尤其是对大型油船燃油锅炉系统建模与仿真仍然处于摸索阶段。同时，大型油船燃油锅炉系统是一个复杂的、设备众多的能量转换系统，具有惯性小、动态过程变化大、各个系统的关联和制约因素多的特点。因此，对大型油船燃油锅炉系统进行模块化建模与仿真研究是必要的。 本文首先介绍了大型油船燃油锅炉系统的组成及其特点，根据其工作过程特点和操作要求，分析了水位控制和蒸汽压力控制等典型控制系统的动态特性，在此基础上，采用模块化和集中参数建模方法，应用质量、能量、动量守恒定律和热力学、传热学、流体力学等基本理论，通过机理分析，在一定简化条件下，全面建立了大型油船燃油锅炉系统的动态数学模型。 在已建立的动态数学模型基础上，作者使用Matlab/Simulink(实时仿真工具，建立了相应的仿真模型，详细地介绍了搭建各个子模块的实时仿真模型的方法和过程；将各个子模块连接起来构成整个锅炉仿真模型，通过设置合理的仿真参数和合适的算法，进行了实时计算机仿真试验，试验结果表明各个动态过程符合实船锅炉动态响应过程，为船舶锅炉的设计、管理、故障诊断和设计性能良好的控制器等提供翔实的数据依据，同时为设计和开发高精度和逼真度的实时仿真系统提供了试验数据。 根据仿真实验结果，进一步设计了一套基于“实物+硬件模拟系统+软件模拟系统”混合仿真方式的大型油船燃油锅炉实时仿真系统，提出了整个仿真系统的设计思想和方法，叙述了其结构组成和功能，完成了PLC控制程序和仿真软件的设计。

目录

文摘

英文文摘

大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明

第1章绪论

1.1选题背景及意义

1.2相关领域的研究动态

1.3研究工作的目的与任务

第2章大型油船燃油锅炉系统概述

2.1大型油船燃油锅炉的组成

2.1.1锅炉本体组成

2.1.2锅炉辅助系统及其设备

2.2自动控制与安全保护系统

2.2.1水位自动控制

2.2.2燃烧自动控制

2.2.3燃烧时序控制

2.2.4安全保护系统

第3章燃油锅炉系统数学模型的建立

3.1锅炉系统建模概述

3.1.1仿真建模方法

3.1.2锅炉模型的特点

3.1.3分解系统和建立物理模型

3.1.4分布参数系统的集中参数建模方法

3.1.5集中参数的确定

3.2锅炉本体模型

3.2.1炉膛燃烧模型

3.2.2汽包模型

3.2.3水冷壁模型

3.2.4下降管模型

3.2.5过热器模型

3.2.6经济器模型

3.2.7空气预热器模型

3.3燃油系统模型

3.4给水系统模型

第4章基于Matlab/Simulink燃油锅炉系统计算机仿真

4.1 Matlab仿真工具Simulink

4.2大型油船燃油锅炉Simulink仿真的实现

4.2.1炉膛燃烧仿真模型

4.2.2汽包仿真模型

4.2.3水冷壁仿真模型

4.2.4下降管仿真模型

4.2.5过热器仿真模型

4.2.6经济器仿真模型

4.2.7空气预热器仿真模型

4.2.8燃油锅炉整体仿真模型

4.3仿真结果分析

第5章燃油锅炉仿真系统的设计与实现

5.1仿真系统总体组成及功能

5.2 PLC控制仿真设计与实现

5.2.1开发环境与系统程序结构

5.2.2点火时序控制

5.2.3水位控制

5.2.4蒸汽压力控制

5.3仿真软件设计

5.3.1开发环境与系统结构

5.3.2仿真模型程序设计与实现

5.3.3仿真软件界面设计与实现

5.4锅炉仿真系统MIMIC模拟屏设计

第6章结论与展望

6.1研究结论

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表论文、获奖及参加科研项目情况

致谢

研究生履历