新型船用中速柴油機性能優(yōu)化設計探討論文

　　摘要：探討了新型船用中速柴油機工作過(guò)程數值的計算，分析了新型船用中速柴油機故障仿真，研究了新型船用中速柴油機燃油噴射系統的性能優(yōu)化設計。

　　關(guān)鍵詞：新型船用中速柴油機；優(yōu)化設計；數值計算

　　引言

　　隨著(zhù)近幾十年來(lái)國際經(jīng)濟的發(fā)展與國際航運事業(yè)的進(jìn)步，作為主推動(dòng)力裝置的新型中速柴油機的性能與質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。因此，進(jìn)行新型船用中速柴油機性能的優(yōu)化設計，有利于對中速柴油機的工作原理進(jìn)行仿真，應用網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)對其發(fā)生的故障進(jìn)行科學(xué)模擬，對其成本進(jìn)行虛擬化的測試，縮短了產(chǎn)品研發(fā)的周期，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，實(shí)現了生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的獲得，有利于我國柴油機制造水平的全面提高。因此，需要對于新型船用中速柴油機工作過(guò)程數值的計算、故障仿真分析、燃油噴射系統的性能優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)研究與分析。

　　1新型船用中速柴油機工作過(guò)程數值的計算

　　新型船用中速柴油機具有眾多的工作特點(diǎn)，因此需要對工作過(guò)程的數值進(jìn)行科學(xué)計算，以便于在此基礎上進(jìn)行柴油機數據信息的收集，對于設計模型的正確性進(jìn)行科學(xué)驗證。具體來(lái)講，可以從以下方面進(jìn)行工作，對新型船用中速柴油機的工作數值進(jìn)行科學(xué)計算。

　　1）對新型船用中速柴油機增壓壓力進(jìn)行科學(xué)選取。比如：對于柴油機的轉速、廢氣排溫、氣缸的平均有效壓力等進(jìn)行科學(xué)計算，提高柴油機的經(jīng)濟性，延長(cháng)其使用壽命。

　　2）進(jìn)行柴油機壓縮比的選取。比如：通過(guò)對于柴油機壓縮比的選取可以測試出柴油機的啟動(dòng)性能與爆發(fā)壓力，以此進(jìn)行柴油機性能指標的改進(jìn)，完善柴油機的結構。

　　3）進(jìn)行柴油機配氣相位的科學(xué)選取，有利于優(yōu)化柴油機的指標性能。

　　4）進(jìn)行柴油機燃燒始點(diǎn)數值的科學(xué)選取。

　　5）進(jìn)行實(shí)驗數值與負荷特性曲線(xiàn)的仿真。比如：對柴油機的實(shí)驗結果進(jìn)行仿真，對新型柴油機的負荷特性曲線(xiàn)進(jìn)行充分了解。

　　6）對于新型船用中速柴油機的試驗結果進(jìn)行充分的驗證。比如：進(jìn)行測試時(shí)間、地點(diǎn)、對象的選取，對于新型船用中速柴油機的性能參數與負荷特性曲線(xiàn)進(jìn)行充分的對比，減少設計的誤差，使其達到工程設計的數值要求[1]。

　　2新型船用中速柴油機故障仿真分析

　　在柴油機的設計中一種重要的內容是進(jìn)行故障問(wèn)題的仿真分析與診斷，以便于解決新型船用中速柴油機的故障問(wèn)題，提升在應用時(shí)的質(zhì)量與水平，減少故障問(wèn)題發(fā)生的概率，延長(cháng)其使用壽命。具體來(lái)講，需要進(jìn)行故障問(wèn)題設定，可以從以下方面進(jìn)行故障仿真分析。

　　1）壓縮比變化。在一般情況下，出現壓縮比的變化主要是柴油機的氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊等出現了錯位或者是磨損等問(wèn)題造成了一定的間歇而導致的。

　　2）曲軸箱竄氣。潤滑油供給不足或者是效果不佳、活塞環(huán)超出使用的壽命或者是磨損過(guò)度等問(wèn)題都會(huì )導致曲軸箱竄氣問(wèn)題的產(chǎn)生。

　　3）柴油機供油量不均衡。此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生會(huì )嚴重影響到這種新型船用柴油機的性能，不利于今后的使用。因此，需要有關(guān)的設計人員進(jìn)行此類(lèi)問(wèn)題的科學(xué)研究，并且制定出具體的解決方案[2]。

　　4）噴油正時(shí)故障。噴油正時(shí)故障的發(fā)生會(huì )導致這種新型船用柴油機的功率受到嚴重的影響。因此，有關(guān)的設計人員需要對噴油正時(shí)故障問(wèn)題進(jìn)行仿真化的模擬。

　　5）渦輪增壓器效率故障。這種故障問(wèn)題的發(fā)生會(huì )嚴重影響到柴油機的功率，長(cháng)時(shí)間得不到有效的解決會(huì )使得柴油機的部件受到嚴重的磨損，最終出現停滯的問(wèn)題。

　　6）中冷器換熱故障。

　　7）中冷器壓力損失故障。中冷器壓力損失故障的發(fā)生主要是由于中冷器進(jìn)氣側管道堵塞問(wèn)題引起的。因此，進(jìn)行中冷器壓力損失故障的仿真模擬，有利于從設計階段就對中冷器進(jìn)氣側管道進(jìn)行結構的優(yōu)化，防止此類(lèi)問(wèn)題在柴油機使用的過(guò)程中發(fā)生。

　　8）排氣閥故障。排氣閥封閉的不緊密或者是發(fā)生了正時(shí)故障都會(huì )導致排氣閥故障問(wèn)題的產(chǎn)生，最終會(huì )影響到新型船用柴油機的性能與質(zhì)量。因此，需要對排氣閥故障進(jìn)行仿真化的模擬分析，并且進(jìn)行設計方案上的重新優(yōu)化調整，提高柴油機的水平與工作效率[3]。

　　3新型船用中速柴油機燃油噴射系統的性能優(yōu)化設計

　　進(jìn)行這種新型船用柴油機原始參數的計算，主要的.目的在于保障燃油噴射系統的性能達到設計的要求。具體來(lái)講，需要對噴油泵的供油量進(jìn)行計算；對凸輪接觸應力進(jìn)行計算；對出油閥流通截面進(jìn)行科學(xué)計算；對噴油器進(jìn)行科學(xué)計算。進(jìn)行新型船用柴油機性能的優(yōu)化設計離不開(kāi)應用現代的網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )設計模型的構建。因此，需要建立起科學(xué)的新型船用柴油機性能模型，并且對燃油噴射系統的各個(gè)部件進(jìn)行全面的模擬仿真測試。具體來(lái)講，需要將噴油泵、卸載出油閥、高壓油管、噴油器等各個(gè)方面的具體初始參數在這個(gè)燃油噴射系統網(wǎng)絡(luò )模型中全面輸入，并且進(jìn)行科學(xué)運算，依據計算的結果，對新型船用柴油機設計的燃油噴射系統進(jìn)行驗證，對于發(fā)現的不足之處全面改進(jìn)，以達到優(yōu)化柴油機性能的目的[4]。進(jìn)行新型船用柴油機燃油噴射系統的優(yōu)化設計，可以從以下幾方面來(lái)進(jìn)行，從而全面提升柴油機燃油噴射系統的質(zhì)量與水平，為柴油機整體性能的進(jìn)步打好基礎。

　　1）對于凸輪曲線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設計。比如：提高凸輪曲線(xiàn)的速度、進(jìn)行線(xiàn)型的陡峭模式設計，使得柴油在柴油機燃油噴射系統中的噴射壓力達到最高值。

　　2）進(jìn)行新型船用柴油機燃油噴射系統中柱塞直徑的優(yōu)化設計。根據柴油機燃油噴射的規律可以了解到柱塞運動(dòng)的速度和橫截面的乘積與燃油噴射的壓力成正比。因此，具體的優(yōu)化設計方式為增大柱塞直徑，使得燃油噴射量增加，最終提高柴油機燃油噴射系統的工作效率，提高整個(gè)柴油機的性能與水平[5]。

　　3）需要對高壓油管進(jìn)行優(yōu)化設計。原因在于，高壓油管的長(cháng)度、管徑都對柴油機燃油噴射系統的性能產(chǎn)生直接的影響。因此，首先需要對高壓油管進(jìn)行短小化的設計，提高其防振的性能。其次，要保持各缸高壓油管的長(cháng)度一致，使得各缸噴油保持一致，保障燃油噴射系統具有很強的穩定性。

　　4）對于蓄壓腔進(jìn)行科學(xué)的設計有利于提高柴油機燃油噴射系統的性能。進(jìn)行此項工作有利于蓄壓腔容積的增大，使得燃油噴射系統的噴射壓力呈減少的趨勢，最終滿(mǎn)足柴油機對于燃油噴射系統的設計要求，有利于保障柴油機性能的提升。

　　5）需要對于柴油機燃油噴射系統的針閥升程進(jìn)行優(yōu)化設計，使得柴油機燃油噴射系統具有良好的節流作用，提高柴油機燃油噴射系統的噴射速率。

　　6）需要對柴油機燃油噴射系統的噴孔進(jìn)行科學(xué)設計，提升燃油的霧化質(zhì)量，最終提升柴油機工作的性能。具體來(lái)講，首先對孔徑進(jìn)行優(yōu)化設計，增強噴油的壓力。其次，進(jìn)行孔數的優(yōu)化設計，使得孔數更好地滿(mǎn)足柴油機燃油噴射系統的噴射要求，為提高柴油機的整體性能發(fā)揮出重要的作用。通過(guò)以上六種主要的方法，可以對柴油機燃油噴射系統的質(zhì)量與性能進(jìn)行全面提升，最終保障這種新型船用中速柴油機的質(zhì)量與性能，使其在使用的過(guò)程中具有優(yōu)良的使用效果與良好的使用質(zhì)量，在長(cháng)時(shí)間的使用中發(fā)揮出應有的功能[6]。

　　4結語(yǔ)

　　對于新型船用中速柴油機性能進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化設計，有利于全面提高這種柴油機的制造水平，使其在使用的過(guò)程中發(fā)揮出應有的功能，為我國航運事業(yè)的進(jìn)步作出新的貢獻。

　　參考文獻

　　[1]張東明,平濤,陳志忠.基于DoE的船用中速柴油機性能優(yōu)化仿真[J].內燃機工程,2016(1):93-97.

　　[2]余永華,唐俊,韓冬,等.船用中速柴油機燃油系統升級改造仿真分析[J].大連海事大學(xué)學(xué)報,2016(3):111-117.

　　[3]張慧,金玉山,張東明,等.船用中速柴油機SCR系統匹配與試驗研究[J].柴油機,2016(4):15-19.

　　[4]范保慶.中速船用柴油機主要部件的有限元最優(yōu)化結構設計[J].船舶工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟信息,1998(8):33-38.

　　[5]方峰.船用柴油機的生產(chǎn)現狀與發(fā)展[J].江蘇船舶,2008(5):17-20.

　　[6]孫洪杰.新型船用中速柴油機性能優(yōu)化設計[D].武漢:武漢理工大學(xué),2011.

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