新型船用中速柴油機性能優(yōu)化設計探討

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摘要：探討了新型船用中速柴油機工作過程數(shù)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(tǒng)的性能優(yōu)化設計。

關鍵詞：新型船用中速柴油機；優(yōu)化設計；數(shù)值計算

引言

隨著近幾十年來國際經(jīng)濟的發(fā)展與國際航運事業(yè)的進步，作為主推動力裝置的新型中速柴油機的性能與質量問題越來越受到人們的關注。因此，進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行仿真，應用網(wǎng)絡信息技術對其發(fā)生的故障進行科學模擬，對其成本進行虛擬化的測試，縮短了產(chǎn)品研發(fā)的周期，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的獲得，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程數(shù)值的計算、故障仿真分析、燃油噴射系統(tǒng)的性能優(yōu)化問題進行科學研究與分析。

1新型船用中速柴油機工作過程數(shù)值的計算

新型船用中速柴油機具有眾多的工作特點，因此需要對工作過程的數(shù)值進行科學計算，以便于在此基礎上進行柴油機數(shù)據(jù)信息的收集，對于設計模型的正確性進行科學驗證。具體來講，可以從以下方面進行工作，對新型船用中速柴油機的工作數(shù)值進行科學計算。1）對新型船用中速柴油機增壓壓力進行科學選取。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行科學計算，提高柴油機的經(jīng)濟性，延長其使用壽命。2）進行柴油機壓縮比的選取。比如：通過對于柴油機壓縮比的選取可以測試出柴油機的啟動性能與爆發(fā)壓力，以此進行柴油機性能指標的改進，完善柴油機的結構。3）進行柴油機配氣相位的科學選取，有利于優(yōu)化柴油機的指標性能。4）進行柴油機燃燒始點數(shù)值的科學選取。5）進行實驗數(shù)值與負荷特性曲線的仿真。比如：對柴油機的實驗結果進行仿真，對新型柴油機的負荷特性曲線進行充分了解。6）對于新型船用中速柴油機的試驗結果進行充分的驗證。比如：進行測試時間、地點、對象的選取，對于新型船用中速柴油機的性能參數(shù)與負荷特性曲線進行充分的對比，減少設計的誤差，使其達到工程設計的數(shù)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行故障問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題，提升在應用時的質量與水平，減少故障問題發(fā)生的概率，延長其使用壽命。具體來講，需要進行故障問題設定，可以從以下方面進行故障仿真分析。1）壓縮比變化。在一般情況下，出現(xiàn)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(xiàn)了錯位或者是磨損等問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度等問題都會導致曲軸箱竄氣問題的產(chǎn)生。3）柴油機供油量不均衡。此類問題的發(fā)生會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，需要有關的設計人員進行此類問題的科學研究，并且制定出具體的解決方案[2]。4）噴油正時故障。噴油正時故障的發(fā)生會導致這種新型船用柴油機的功率受到嚴重的影響。因此，有關的設計人員需要對噴油正時故障問題進行仿真化的模擬。5）渦輪增壓器效率故障。這種故障問題的發(fā)生會嚴重影響到柴油機的功率，長時間得不到有效的解決會使得柴油機的部件受到嚴重的磨損，最終出現(xiàn)停滯的問題。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氣側管道堵塞問題引起的。因此，進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氣側管道進行結構的優(yōu)化，防止此類問題在柴油機使用的過程中發(fā)生。8）排氣閥故障。排氣閥封閉的不緊密或者是發(fā)生了正時故障都會導致排氣閥故障問題的產(chǎn)生，最終會影響到新型船用柴油機的性能與質量。因此，需要對排氣閥故障進行仿真化的模擬分析，并且進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(tǒng)的性能優(yōu)化設計

進行這種新型船用柴油機原始參數(shù)的計算，主要的目的在于保障燃油噴射系統(tǒng)的性能達到設計的要求。具體來講，需要對噴油泵的供油量進行計算；對凸輪接觸應力進行計算；對出油閥流通截面進行科學計算；對噴油器進行科學計算。進行新型船用柴油機性能的優(yōu)化設計離不開應用現(xiàn)代的網(wǎng)絡信息技術進行網(wǎng)絡設計模型的構建。因此，需要建立起科學的新型船用柴油機性能模型，并且對燃油噴射系統(tǒng)的各個部件進行全面的模擬仿真測試。具體來講，需要將噴油泵、卸載出油閥、高壓油管、噴油器等各個方面的具體初始參數(shù)在這個燃油噴射系統(tǒng)網(wǎng)絡模型中全面輸入，并且進行科學運算，依據(jù)計算的結果，對新型船用柴油機設計的燃油噴射系統(tǒng)進行驗證，對于發(fā)現(xiàn)的不足之處全面改進，以達到優(yōu)化柴油機性能的目的[4]。進行新型船用柴油機燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)化設計，可以從以下幾方面來進行，從而全面提升柴油機燃油噴射系統(tǒng)的質量與水平，為柴油機整體性能的進步打好基礎。1）對于凸輪曲線進行優(yōu)化設計。比如：提高凸輪曲線的速度、進行線型的陡峭模式設計，使得柴油在柴油機燃油噴射系統(tǒng)中的噴射壓力達到最高值。2）進行新型船用柴油機燃油噴射系統(tǒng)中柱塞直徑的優(yōu)化設計。根據(jù)柴油機燃油噴射的規(guī)律可以了解到柱塞運動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(tǒng)的工作效率，提高整個柴油機的性能與水平[5]。3）需要對高壓油管進行優(yōu)化設計。原因在于，高壓油管的長度、管徑都對柴油機燃油噴射系統(tǒng)的性能產(chǎn)生直接的影響。因此，首先需要對高壓油管進行短小化的設計，提高其防振的性能。其次，要保持各缸高壓油管的長度一致，使得各缸噴油保持一致，保障燃油噴射系統(tǒng)具有很強的穩(wěn)定性。4）對于蓄壓腔進行科學的設計有利于提高柴油機燃油噴射系統(tǒng)的性能。進行此項工作有利于蓄壓腔容積的增大，使得燃油噴射系統(tǒng)的噴射壓力呈減少的趨勢，最終滿足柴油機對于燃油噴射系統(tǒng)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(tǒng)的針閥升程進行優(yōu)化設計，使得柴油機燃油噴射系統(tǒng)具有良好的節(jié)流作用，提高柴油機燃油噴射系統(tǒng)的噴射速率。6）需要對柴油機燃油噴射系統(tǒng)的噴孔進行科學設計，提升燃油的霧化質量，最終提升柴油機工作的性能。具體來講，首先對孔徑進行優(yōu)化設計，增強噴油的壓力。其次，進行孔數(shù)的優(yōu)化設計，使得孔數(shù)更好地滿足柴油機燃油噴射系統(tǒng)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。通過以上六種主要的方法，可以對柴油機燃油噴射系統(tǒng)的質量與性能進行全面提升，最終保障這種新型船用中速柴油機的質量與性能，使其在使用的過程中具有優(yōu)良的使用效果與良好的使用質量，在長時間的使用中發(fā)揮出應有的功能[6]。

4結語

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

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(tǒng)升級改造仿真分析[J].大連海事大學學報,2016(3):111-117.

[3]張慧,金玉山,張東明,等.船用中速柴油機SCR系統(tǒng)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)技術經(jīng)濟信息,1998(8):33-38.

[5]方峰.船用柴油機的生產(chǎn)現(xiàn)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,2011.

作者：錢超 朱文彬 范科健 單位：常柴股份有限公司