论文题目: 闭式循环柴油机水管理系统应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 轮机工程
作者: 张新玉
导师: 王芝秋
关键词: 闭式循环柴油机,水管理系统,原理样器,效率,流噪声控制
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 闭式循环柴油机是一种典型的AIP设计方案，作为其重要组成部分，水管理系统不仅提供了一套进行海水吸入和排出的设备，同时创造了一种以较低能耗，在高低压区域间进行流体转换的方法。由于深海开发的不断发展，闭式循环柴油机及水管理系统不仅对于军事潜艇，同时对于民用研究或工作潜艇同样具有广泛的应用前景。本文针对闭式循环柴油机及水管理系统的工作原理、系统构成和运行特点主要完成了以下工作：1．提出了切实可行的闭式循环柴油机研究方案，以标准4102BG型柴油机为研究对象，建立了包括二氧化碳吸收器和水管理系统的配置完整的闭式循环柴油机实验装置。针对柴油机闭式循环，完成了混合箱设计、供氧控制方案与算法的设计，进行了空载闭式循环试运行实验。2．在数学建模的基础上，构建了双转换器、三转换器和六转换器水管理系统仿真模块，通过仿真分析，明确了水管理系统的工作原理和工作过程。3．将液压缸缓冲结构的设计思想用于转换器结构设计，以气动球阀组为控制阀，建立了国内首个活塞式三转换器水管理系统原理样器。并将阀门关闭信号和活塞位置信号同时作为控制信号反馈给PLC系统，确定了合适的控制时序，结合延时自动调整功能，编制了延时反馈控制程序。4．在常压条件下，进行了原理样器特性匹配实验、动态响应实验及运行实验。实验结果表明，其运行特性符合水管理系统的工作原理，在国内率先得到了水管理系统的流量和压力脉动曲线，流量的稳定性达到了国外同等水平。结合系统保护、卸压、流噪声控制等研究内容，提出了潜深模拟高压实验方案。5．定量分析了水管理系统的能量消耗与工作效率，首次以实验分析验证了水管理系统能耗低的突出优点，并计算得出消耗于克服管道及阀门阻力的能耗，对于优化系统设计，提高水管理系统的效率具有实际意义。6．初步分析了水管理系统的主要噪声源以及噪声控制方法，探讨了流量脉动对系统声学性能的影响。根据实验测量的压力脉动曲线，考查了消除流量脉动降低流体噪声的效果。结果表明，相比于双转换器水管理系统，三转换器水管理系统在流量稳定时，其压力脉动幅值可减小4倍左右，降噪量近10dB。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 AIP(AIR INDEPENDENT PROPULSION)系统概述
1.1.1 闭式循环斯特林系统(SE)
1.1.2 燃料电池系统(FC)
1.1.3 闭式循环蒸汽轮机系统(MESMA)
1.1.4 小型核动力装置
1.1.5 闭式循环柴油机系统(CCD)
1.2 COD的发展历史及研究现状
1.3 WMS(WATER MANAGEMENT SYSTEM)研究背景
1.3.1 AIP系统排气中CO_2的处理方法
1.3.2 WMS的工作原理与研究意义
1.3.3 WMS设计准则及技术难点分析
1.4 本文的主要工作
第2章 闭式循环柴油机解决方案
2.1 闭式循环柴油机系统总体实施方案
2.2 闭式循环柴油机系统台架建设
2.2.1 柴油机及监测系统
2.2.2 混合箱设计
2.2.3 氧传感器
2.2.4 液氧罐与气化器
2.2.5 电控阀
2.3 供氧控制方案及算法
2.3.1 控制方案
2.3.2 控制算法
2.4 闭式循环试运行实验
2.5 本章小结
第3章 水管理系统初步设计与性能分析
3.1 水管理系统初步设计方案
3.1.1 转换器设计
3.1.1.1 海水吸收CO_2机理及溶解度
3.1.1.2 转换器工作容积的确定
3.1.1.3 转换器结构型式的确定
3.1.1.4 转换器结构尺寸确定及强度校核
3.1.2 控制阀设计
3.1.3 控制器与控制时序
3.1.4 泵、水箱及管路附件
3.2 水管理系统实验装置调试
3.2.1 装置运行特征
3.2.2 改进方案设计及装置改造
3.2.3 流量计精度调整
3.3 水管理系统实验装置的运行试验
3.3.1 运行实验
3.3.2 结果分析
3.3.3 验证实验
3.3.3.1 电磁阀响应速度实验
3.3.3.2 延时控制实验
3.3.4 控制阀性能分析
3.3.4.1 电磁阀性能分析
3.3.4.2 气动球阀性能分析
3.3.5 气动球阀控制水管理系统运行实验
3.4 本章小结
第4章 水管理系统仿真
4.1 水管理系统的数学模型
4.1.1 基本假设
4.1.2 基本控制方程
4.1.3 模型的数学描述
4.2 水管理系统仿真
4.2.1 仿真参数
4.2.2 双转换器水管理系统TW-WMS)仿真模块
4.2.3 双转换器水管理系统(TW-WMS)仿真结果
4.2.3.1 仿真结果
4.2.3.2 仿真结果分析
4.2.4 三转换器水管理系统(TR-WMS)仿真模块
4.2.5 三转换器水管理系统(TR-WMS)仿真结果
4.2.5.1 仿真结果
4.2.5.2 仿真结果分析
4.2.6 六转换器水管理系统(SI-WMS)仿真模块
4.2.7 六转换器水管理系统(SI-WMS)仿真结果
4.3 本章小结
第5章 三转换器原理样器设计与性能分析
5.1 系统构成
5.1.1 原理样器
5.1.1.1 新转换器结构设计
5.1.1.2 控制器及端口布置
5.1.2 泵、水箱及流量调节阀
5.1.3 测试系统
5.2 控制方法与控制逻辑
5.2.1 控制时序
5.2.2 三种控制方案的比较
5.2.2.1 延时控制
5.2.2.2 反馈控制
5.2.2.3 延时反馈控制
5.2.3 反馈控制的实现方法
5.2.4 延时反馈控制程序设计
5.2.4.1 程序中的延时反馈控制环节
5.2.4.2 延迟时间的确定方法
5.2.4.3 程序中的延时设计
5.3 实验项目及实验结果
5.3.1 流量匹配特性调整实验
5.3.2 单转换器与双转换器运行实验
5.3.3 三转换器反馈控制实验
5.3.4 三转换器延时反馈控制实验
5.4 能耗及效率分析
5.4.1 能耗分析
5.4.2 效率分析
5.4.3 验证实验
5.5 噪声特性分析
5.5.1 噪声源分析
5.5.2 噪声控制方法
5.6 潜深模拟高压实验方案设计
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
个人简历
发布时间: 2007-08-21
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