闭式循环柴油机控制与实验研究

论文摘要

AIP系统的出现为提高常规潜艇的隐蔽性和续航力提供了有效的解决方案。在众多AIP方案中,闭式循环柴油机系统由于具有开发周期短、可靠性强、柴油机技术成熟、易于实现等优点,因此对柴油机控制方法及对系统性能的影响因素的研究有着十分重要的意义。本文研究了4102BG型非增压柴油机为主机的闭式循环柴油机动力装置系统,以可编程逻辑控制器为主体,设计了闭式循环柴油机系统的控制系统。并改建实验台架,完善了实验台测试系统,通过仿真及实验分析了各个因素对闭式循环柴油机性能的影响规律,论文的主要研究内容如下：1、根据柴油机参数,应用GT-Power软件建立了4102BG柴油机工作过程仿真模型,通过仿真结果与实验数据的比较,验证了仿真模型的正确性。2、基于所建立的仿真模型,分析了闭式循环柴油机进气中各气体组分浓度、进气比热及系统压力对闭式循环柴油机系统性能的影响,以此弥补实验设备上的不完善以及预测实验结果。3、为实现本文的研究目的,对闭式循环柴油机实验台架进行了改建,重新布置了系统的水路、气路,使系统布置具有更好的封闭性,更合理。添加了烟气分析仪等设备,完善了气体组分测试系统。并根据实验需要设计完成了实验台控制监控系统。4、进行了闭式循环柴油机性能实验研究。通过实验对比了开闭式负荷特性的差异,分析产生的原因。定量的分析了氩气流量,二氧化碳浓度对闭式循环柴油机性能的影响,通过实验讨论分析了某工况下进气组分及浓度,分析讨论气体来源。5、提出了一套完整的闭式循环柴油机系统的进气比热及进气压力的控制方案,并编写了控制程序。本文搭建了功能完善的闭式循环柴油机系统,在全闭式状态下,可实现满负荷长时间连续稳定的运行,通过实验取得第一手数据,这对闭式循环柴油机的进一步研究具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 AIP系统概述
• 1.2 AIP系统的种类介绍及性能比较
• 1.2.1 闭式循环柴油机系统
• 1.2.2 斯特林发动机系统
• 1.2.3 闭式循环汽轮机系统
• 1.2.4 燃料电池系统
• 1.2.5 小型核动力装置系统
• 1.2.6 几种AIP的性能参数比较
• 1.3 闭式循环柴油机的发展历史及研究现状
• 1.4 本文的主要内容和工作
• 第2章 仿真模型的建立及仿真计算
• 2.1 仿真模型及模型的验证
• 2.1.1 模型的建立
• 2.1.2 模型的验证
• 2.2 系统运行状态的影响因素
• 2.2.1 氩气含量的影响
• 2.2.2 氮气含量的影响
• 2.2.3 氧气含量的影响
• 2.2.4 进气比热的影响
• 2.2.5 系统压力的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 CCD系统的控制程序及监控界面
• 3.1 编辑软件及组态软件简介
• 3.1.1 GE PLC编程软件——Proficy Machine Edition 5.9简介
• 3.1.2 监控界面编辑软件——组态王6.53简介
• 3.2 闭式循环柴油机控制程序实现方案
• 3.2.1 GE 90-30系列PLC语法简介
• 3.2.2 控制方案的主体思想
• 3.2.3 CCD实验台控制系统PLC通道安排
• 3.3 闭式循环柴油机监控界面方案
• 3.3.1 系统启动界面
• 3.3.2 主显示界面
• 3.3.3 历史趋势界面
• 3.3.4 系统状态切换界面
• 3.3.5 报表界面
• 3.3.6 报警界面
• 3.4 本章小结
• 第4章 CCD实验台架的搭建
• 4.1 闭式循环柴油机实验台总体方案
• 4.1.1 实验台管路布置方案
• 4.1.2 PLC布置方案
• 4.1.3 实验台总体方案
• 4.2 实验系统组成部件及其安装调试
• 4.2.1 testo 350XL烟气分析仪
• 4.2.2 GE-9030型PLC
• 4.2.3 燃烧分析仪及相关仪器
• 4.2.4 上止点的确定
• 4.2.5 水浴式冷却器
• 4.3 本章小结
• 第5章 闭式循环柴油机实验研究
• 5.1 全闭式状态下负荷特性试验
• 5.2 氩气流量对闭式循环柴油机性能的影响
• 5.3 二氧化碳浓度对闭式循环柴油机性能的影响
• 5.4 关于柴油机系统进气组分的实验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A