新型船用中速柴油機(jī)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

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摘要：探討了新型船用中速柴油機(jī)工作過(guò)程數(shù)值的計(jì)算，分析了新型船用中速柴油機(jī)故障仿真，研究了新型船用中速柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：新型船用中速柴油機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；數(shù)值計(jì)算

引言

隨著近幾十年來(lái)國(guó)際經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國(guó)際航運(yùn)事業(yè)的進(jìn)步，作為主推動(dòng)力裝置的新型中速柴油機(jī)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(jī)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有利于對(duì)中速柴油機(jī)的工作原理進(jìn)行仿真，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)對(duì)其發(fā)生的故障進(jìn)行科學(xué)模擬，對(duì)其成本進(jìn)行虛擬化的測(cè)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(xiàn)了生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的獲得，有利于我國(guó)柴油機(jī)制造水平的全面提高。因此，需要對(duì)于新型船用中速柴油機(jī)工作過(guò)程數(shù)值的計(jì)算、故障仿真分析、燃油噴射系統(tǒng)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(jī)工作過(guò)程數(shù)值的計(jì)算

新型船用中速柴油機(jī)具有眾多的工作特點(diǎn)，因此需要對(duì)工作過(guò)程的數(shù)值進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，以便于在此基礎(chǔ)上進(jìn)行柴油機(jī)數(shù)據(jù)信息的收集，對(duì)于設(shè)計(jì)模型的正確性進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。具體來(lái)講，可以從以下方面進(jìn)行工作，對(duì)新型船用中速柴油機(jī)的工作數(shù)值進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。1）對(duì)新型船用中速柴油機(jī)增壓壓力進(jìn)行科學(xué)選取。比如：對(duì)于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、廢氣排溫、氣缸的平均有效壓力等進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)其使用壽命。2）進(jìn)行柴油機(jī)壓縮比的選取。比如：通過(guò)對(duì)于柴油機(jī)壓縮比的選取可以測(cè)試出柴油機(jī)的啟動(dòng)性能與爆發(fā)壓力，以此進(jìn)行柴油機(jī)性能指標(biāo)的改進(jìn)，完善柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)。3）進(jìn)行柴油機(jī)配氣相位的科學(xué)選取，有利于優(yōu)化柴油機(jī)的指標(biāo)性能。4）進(jìn)行柴油機(jī)燃燒始點(diǎn)數(shù)值的科學(xué)選取。5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)值與負(fù)荷特性曲線的仿真。比如：對(duì)柴油機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真，對(duì)新型柴油機(jī)的負(fù)荷特性曲線進(jìn)行充分了解。6）對(duì)于新型船用中速柴油機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行充分的驗(yàn)證。比如：進(jìn)行測(cè)試時(shí)間、地點(diǎn)、對(duì)象的選取，對(duì)于新型船用中速柴油機(jī)的性能參數(shù)與負(fù)荷特性曲線進(jìn)行充分的對(duì)比，減少設(shè)計(jì)的誤差，使其達(dá)到工程設(shè)計(jì)的數(shù)值要求[1]。

2新型船用中速柴油機(jī)故障仿真分析

在柴油機(jī)的設(shè)計(jì)中一種重要的內(nèi)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(jī)的故障問(wèn)題，提升在應(yīng)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(zhǎng)其使用壽命。具體來(lái)講，需要進(jìn)行故障問(wèn)題設(shè)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(xiàn)壓縮比的變化主要是柴油機(jī)的氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊等出現(xiàn)了錯(cuò)位或者是磨損等問(wèn)題造成了一定的間歇而導(dǎo)致的。2）曲軸箱竄氣。潤(rùn)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(dǎo)致曲軸箱竄氣問(wèn)題的產(chǎn)生。3）柴油機(jī)供油量不均衡。此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響到這種新型船用柴油機(jī)的性能，不利于今后的使用。因此，需要有關(guān)的設(shè)計(jì)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(dǎo)致這種新型船用柴油機(jī)的功率受到嚴(yán)重的影響。因此，有關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要對(duì)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(yán)重影響到柴油機(jī)的功率，長(zhǎng)時(shí)間得不到有效的解決會(huì)使得柴油機(jī)的部件受到嚴(yán)重的磨損，最終出現(xiàn)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(cè)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(shè)計(jì)階段就對(duì)中冷器進(jìn)氣側(cè)管道進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，防止此類(lèi)問(wèn)題在柴油機(jī)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(dǎo)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(jī)的性能與質(zhì)量。因此，需要對(duì)排氣閥故障進(jìn)行仿真化的模擬分析，并且進(jìn)行設(shè)計(jì)方案上的重新優(yōu)化調(diào)整，提高柴油機(jī)的水平與工作效率[3]。

3新型船用中速柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

進(jìn)行這種新型船用柴油機(jī)原始參數(shù)的計(jì)算，主要的目的在于保障燃油噴射系統(tǒng)的性能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。具體來(lái)講，需要對(duì)噴油泵的供油量進(jìn)行計(jì)算；對(duì)凸輪接觸應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算；對(duì)出油閥流通截面進(jìn)行科學(xué)計(jì)算；對(duì)噴油器進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。進(jìn)行新型船用柴油機(jī)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)離不開(kāi)應(yīng)用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建。因此，需要建立起科學(xué)的新型船用柴油機(jī)性能模型，并且對(duì)燃油噴射系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行全面的模擬仿真測(cè)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(shù)在這個(gè)燃油噴射系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型中全面輸入，并且進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算，依據(jù)計(jì)算的結(jié)果，對(duì)新型船用柴油機(jī)設(shè)計(jì)的燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的不足之處全面改進(jìn)，以達(dá)到優(yōu)化柴油機(jī)性能的目的[4]。進(jìn)行新型船用柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以從以下幾方面來(lái)進(jìn)行，從而全面提升柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的質(zhì)量與水平，為柴油機(jī)整體性能的進(jìn)步打好基礎(chǔ)。1）對(duì)于凸輪曲線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如：提高凸輪曲線的速度、進(jìn)行線型的陡峭模式設(shè)計(jì)，使得柴油在柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)中的噴射壓力達(dá)到最高值。2）進(jìn)行新型船用柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)中柱塞直徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)柴油機(jī)燃油噴射的規(guī)律可以了解到柱塞運(yùn)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(shè)計(jì)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(jī)燃油噴射系統(tǒng)的工作效率，提高整個(gè)柴油機(jī)的性能與水平[5]。3）需要對(duì)高壓油管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。原因在于，高壓油管的長(zhǎng)度、管徑都對(duì)柴油機(jī)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(duì)高壓油管進(jìn)行短小化的設(shè)計(jì)，提高其防振的性能。其次，要保持各缸高壓油管的長(zhǎng)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(qiáng)的穩(wěn)定性。4）對(duì)于蓄壓腔進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)有利于提高柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的性能。進(jìn)行此項(xiàng)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(shì)，最終滿足柴油機(jī)對(duì)于燃油噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，有利于保障柴油機(jī)性能的提升。5）需要對(duì)于柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的針閥升程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)具有良好的節(jié)流作用，提高柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的噴射速率。6）需要對(duì)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的噴孔進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，提升燃油的霧化質(zhì)量，最終提升柴油機(jī)工作的性能。具體來(lái)講，首先對(duì)孔徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)噴油的壓力。其次，進(jìn)行孔數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得孔數(shù)更好地滿足柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的噴射要求，為提高柴油機(jī)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(duì)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)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(jī)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(zhǎng)時(shí)間的使用中發(fā)揮出應(yīng)有的功能[6]。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)于新型船用中速柴油機(jī)性能進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有利于全面提高這種柴油機(jī)的制造水平，使其在使用的過(guò)程中發(fā)揮出應(yīng)有的功能，為我國(guó)航運(yùn)事業(yè)的進(jìn)步作出新的貢獻(xiàn)。

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作者：錢(qián)超 朱文彬 范科健 單位：常柴股份有限公司