汽车动力装置（共10篇）
汽车动力装置 篇1
0 引言
混合动力汽车 (HEV) 与传统汽车最大的区别在于它有多个动力转化装置, 能根据行驶工况的变化随时改变动力输出源, 以达到最佳的燃油经济性和排放性能。如何将多个动力源有效地耦合, 使HEV的各项功能得到充分发挥是一项关键技术[1,2]。目前国外HEV动力耦合装置的功能已经十分完备, 可以实现HEV所有的动力传递要求。相比之下, 国内关于动力耦合装置的研究较少, 当前HEV采用的动力耦合装置结构过于简单, 难以实现HEV的全部功能, 已经严重阻碍了我国HEV产业化的进程。
1 行星机构运动特性分析
本文研究的行星机构动力耦合装置由1组双行星齿轮机构、2组湿式多片离合器 (C1、C2) 和1组制动器 (B1) 构成, 如图1所示。行星机构有2个自由度, 通过离合器和制动器控制1个自由度, 最终实现整车动力的稳定传递。
1.1 动力耦合装置的机械连接
行星机构的太阳轮与发动机曲轴直接相连;行星架一端与电机转子相连, 另一端与离合器C1的主动部分相连;齿圈与制动器B1的可动部分相连, 制动器B1的固定部分与变速器壳体固连, 一旦制动器B1接合齿圈被制动, 转速即变为0;齿圈还与离合器C2的主动部分连接;变速器的输入轴与离合器C1、C2的从动部分相连, 只要离合器C1或C2接合, 动力耦合装置的动力就会传递到变速器输入轴上。行星机构动力耦合装置的机械连接情况如图1所示。
1.2 行星机构的动力特性
本文所研究的行星机构是双行星轮机构, 其转速特性和力矩传递特性如下。
1.2.1 转速特性
双行星轮行星机构各构件的转速满足下式:
ωR=ρ ωS+ (1-ρ) ωH (1)
ρ=zS/zR
式中, ωS为太阳轮的绝对转速;ωR为齿圈的绝对转速;ωH为行星架的绝对转速;ρ为行星机构的特征参数;zS为太阳轮齿数;zR为齿圈齿数。
为了更直观地表示行星机构3个构件的转速关系, 本文引入了虚拟杠杆作为分析工具, 如图1所示。行星机构的3个构件分别由3个纵轴表示, 纵轴上的坐标值表示3个构件的转速。无论行星机构的转速怎样变化, 代表3个构件转速的节点都在一条直线上, 这样, 已知行星机构任意2个构件的转速, 通过这两点作直线与第3坐标轴的交点即为第3构件的转速, 行星机构3个构件的转速点仿佛在一条“杠杆”上。
1.2.2 力矩传递特性
在忽略摩擦的情况下, 根据内力矩平衡和功率的平衡原理可知行星机构的3个构件的力矩满足下式:
式中, TS为太阳轮的内力矩;TR为齿圈的内力矩;TH为行星架的内力矩。
利用虚拟杠杆进行力矩分析时, 作用在行星机构各构件的内力矩相当于作用在虚拟杠杆上的“力”, “力臂”就是3个纵轴间的距离 (由行星机构的结构参数ρ决定) , 如图1所示。已知任意1个构件的内力矩, 就可以通过杠杆平衡原理求出其余2个构件的内力矩[3]。
1.3 行星机构动力耦合装置的运动方程
为了更方便地分析HEV的各种工作模式, 将行星机构动力耦合装置与相关部件的运动和力矩传递关系总结成如下方程:
太阳轮运动方程
行星架运动方程
齿圈运动方程
变速器运动方程
角加速度约束方程
式中, Te为发动机输出转矩;Tm为电机输出转矩;TV为变速器输入轴上的等效阻力矩;TC1为离合器C1传递的转矩;TC2为离合器C2传递的转矩;TB1为制动器B1的制动力矩;
上述方程与式 (2) 构成了行星机构动力耦合装置的运动方程。当HEV处于不同工作模式时, 方程将会蜕化成各种简洁形式。
2 HEV的各种工作模式
行星机构动力耦合装置能实现HEV的10种工作模式, 这里仅以最具代表性的电力变矩模式为例说明动力耦合装置的工作状态。
2.1 电力变矩模式分析
当车速较低且驱动力矩要求较高, 电机驱动力矩达不到要求 (如低速爬坡工况) 时, 或荷电状态SOC较低不能实现电机起步时, HEV进入电力变矩模式[4]。该模式是行星机构动力耦合装置最具特色的一种工作模式。
汽车处于起步阶段, 发动机转速一般在800r/min以上, 而此时车速为0, 变速器输入轴转速也要由0逐渐提升。传统汽车通过液力变矩器 (或其他形式的起步离合器) 来消除这一阶段的转速差, 但是液力变矩器在起步阶段要产生大量的热以耗散发动机的盈余功率, 这对于降低整车油耗和起步离合器的磨损很不利。电力变矩模式通过行星机构动力耦合装置使电机反转发电, 吸收发动机起步过程中的盈余功率, 这样既减少了整车能耗, 又有效地避免了产生热量带来的不利影响。
电力变矩模式要求动力耦合装置的离合器C2接合, 离合器C1和制动器B1分离, 如图2所示。动力耦合装置将发动机的动力分成两部分:一部分拖动电机反转发电, 另一部分驱动车辆行驶。发动机对太阳轮输出动力, 太阳轮带动行星架和齿圈转动。行星架带动电机转子反转发电, 并调节齿圈的转速, 齿圈以合适的转速和转矩通过离合器C2带动变速器输入轴驱动车辆以低转速、大扭矩行驶。
整个电力变矩过程中, 发动机的转速稳定在最低经济转速, 开始时齿圈与变速器输入轴的转速为0, 对应车辆静止状态;电力变矩模式结束时行星架转速变为0, 齿圈与变速器输入轴的转速得到提升, 这时汽车已达到一定的行驶速度, 如图2所示。
电力变矩模式的约束条件为
变速器输入轴的力矩来自离合器C2, 由上述方程得TC2=Te/ρ (ρ<1) , 即驱动力矩相当于把发动机转矩放大了1/ρ倍, 电力变矩的名称也由此而来[5]。
2.2 HEV的10种工作模式分析
用同样的方法可以得到另外9种工作模式各构件的运动状态。行星机构动力耦合装置通过离合器C1、C2和制动器B1的接合/分离控制实现动力传递的不同路径;动力源的各种工作状态实现了能量的不同流向, 两者配合共同实现了HEV的10种工作模式[6], 如表1所示。
注:○分离, ●接合。
3 动力耦合装置的模式切换控制
由表1可知, 当HEV处于某种驱动模式时, 行星机构动力耦合装置的离合器和制动器首先进入相应的接合状态, 以实现该模式动力传递路径的畅通, 动力源随即进入相应的工作状态, 最终整车实现了与行驶工况相适应的工作模式。对于行星机构动力耦合装置来说, 模式切换控制就是对离合器C1、C2和制动器B1进行控制。
3.1 动力耦合装置的控制要求
由表1可知:要求离合器C1接合的模式有7种, 当电力变矩模式向发动机驱动模式切换时需要控制C1的接合速度, 以满足整车舒适性的要求;要求离合器C2接合的模式有4种, 当电机驱动模式向发动机驱动模式切换时需要控制C2的接合速度;要求制动器B1接合的模式有2种, 当发动机倒车模式时需要控制B1的接合速度。
HEV工作模式切换时, 既要满足动力性要求又要满足舒适性要求, 行星机构动力耦合装置依靠离合器接合控制满足这两方面要求。
3.2 离合器的接合控制
湿式多片离合器采用液压远程控制, 接合过程中离合器传递的力矩与控制压力成正比, 文献[7]详细阐述了湿式多片离合器的控制压力与其传递力矩的关系。
离合器的接合过程如图3所示, 大致可以分为三个阶段[8]:第一阶段, 根据驾驶员加速踏板开度α和开度变化率
3.3 离合器的模糊控制策略
为了缩短离合器的接合时间, 同时兼顾驾驶员的操纵要求, 需要控制离合器接合第一、第二阶段的压力。本文采用模糊控制算法, 以驾驶员的加速踏板开度和离合器的主从动片转速等作为输入量, 计算这两个阶段的离合器控制压力。图4为离合器C1在第一阶段的初始压力模糊规则MAP图, 图5为离合器C1在第二阶段的压力变化率模糊规则MAP图。
当HEV模式切换时, 由加速踏板信号和主从片转速信号根据图4、图5得初始压力ps和压力变化率
式中, pcl为离合器的控制压力;T为离合器接合过程的时间历程。
离合器C2和制动器B1的控制压力的计算方法与离合器C1相似。
4 行星机构动力耦合装置的试验研究
在现有车型CFA6470E的基础上搭建了混合动力试验样车, 样车上搭载了行星机构动力耦合装置并将其模糊控制策略下载到整车控制器中, 完成了10种工作模式的测试, 图6所示为电力变矩模式向发动机驱动模式切换的试验结果。
试验中, 离合器的接合状态用电磁阀的占空比 (PWM) 表示, 对于离合器C1, 0表示完全分离, 60%表示完全接合;对于离合器C2, 0表示完全接合, 50%表示完全分离。HEV由电力变矩模式起步, 当车速上升至3m/s时, 切换至发动机驱动模式。
模式切换过程中, 离合器C1先根据加速踏板开度和踏板开度变化率查MAP图 (图4) 得到一个合适的初始压力ps (转化成占空比) , 然后根据加速踏板开度变化率和离合器的主从动片转速差查MAP图 (图5) 得到一个压力变化率
电力变矩模式完全符合前面的分析;模式切换过程离合器C1、C2的控制也按照预先制定的控制策略接合;由于发动机驱动模式下离合器C1、C2均接合, 动力耦合装置蜕化成一个刚体, 行星机构3个构件连同变速器输入轴以同样的转速转动。进入发动机驱动模式后车速随加速踏板开度的增大而迅速提升。
5 结语
动力耦合装置是混合动力汽车的关键部件之一, 关系到整车动力性和乘坐舒适性。行星机构动力耦合装置巧妙地利用了行星机构的两自由度结构, 并通过离合器和制动器限制了一个自由度, 实现了混合动力汽车10种工作模式的动力传递要求。试验测试表明, 行星机构动力耦合装置不但实现了混合动力汽车的所有功能, 在模式切换过程中, 在保证汽车动力性的前提下还有效地避免了冲击, 提高了混合动力汽车的舒适性。
参考文献
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[9]周云山, 钟勇.汽车电子控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.
汽车动力装置 篇2
教学改革方案
一、专业教学改革的社会背景和行业背景
改革开放以来，高职高专教育得到了很大的发展。特别是2000年教育部发出《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》，明确了高职高专教育事业的建设、改革与发展的方针和任务后，高职高专教育有了显著的提高和稳步的发展。目前，我国正处于经济快速发展时期，科学技术迅猛进步，社会各方面对各类专业人才的知识、能力和素质要求越来越高。但我国高等工程的传统专业教学模式是以学科体系为基础，理论偏深、偏多，专业训练和工程实际能力培养不足，不能适应我国改革开放和社会主义市场经济的要求。高职高专教育必须克服这些弊端。现代化建设需要培养各级各类人才，对于发展国民经济，提高生产科技水平，增强综合国力，培养大量高质量的工程技术应用性人才至关重要。关于高职高专的培养目标，《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》明确指出：以培养高等技术应用性专门人才为根本任务：以适应社会需要为目标、以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案，毕业生应具有基础理论知识适度、技术应用能力强、知识面较宽、素质高等特点；以“应用”为主旨和特征构建课程和教学内容体系：实践教学的主要目的是培养学生的技术应用能力，并在教学计划中占有较大比重；“双师型” 教师队伍建设是提高高职高专教育教学质量的关键：学校与社会用人部门结合、师生与实际劳动者结合、理论与实践结合是人才培养的基本途径。高职高专教育区别于本科教育及其它层次的工程教育，这是高职高专存在和发展的必要条件。只有实现高职高专的培养目标，办出高职高专的特色，才能使高职高专具有不可替代的作用。高职高专毕业生必须具备全面的素质和工程应用能力，这也是市场经济体制下人才市场对于工程技术应用人才的普遍要求。在市场经济条件下，独立的企业法人聘用工程技术人才，为追求效益，要求受聘人具备“上手快”、有“顶岗”工作能力，虽有专业知识基础但需要较多时日才能形成工作能力的人员渐受冷落。企业对人才的要求由过去的允许“储备培养”变为今天的“即时任用”，高职高
专的教学必须适应这个变化。电力行业是国民经济的基础性工业，具有资金密集和技术密集的特点，需要从业人员具备较高的理论水平和动手操作能力。当前电力紧缺给电力工业带来了快速发展的良好机遇，科学发展观的提出也要求发电企业要安全、高效、清洁生产。为适应这些要求，当前新建火力发电机组的参数和容量不断提高，机组的自动化水平也越来越高，对机组的运行、维护、安装、检修等水平提出了更高的要求。高职高专的热能动力装置专业是一个技术应用性很强的专业，主要服务企业是火力发电厂。随着电力体制改革，实行“厂网分开，竞价上网”，发电企业对机组运行的安全和经济性要求越来越高，要求受聘人具备基本功扎实、“上手快”。为了适应这种新形势和新要求，必须改变以往的培养模式，增强高职高专学生的职业能力，实行“双证书”制度。
二、专业的社会需求预测
教育为社会主义建设服务，是教育的根本宗旨。电力教育必需与电力工业的改革和发展相适应。2004年底，全国发电装机容量达到4．42亿千瓦，年发电量达到21870亿千瓦时，均处于世界第二位。全国各主要电网已形成500千伏或330千伏的骨干网架。我国电网已进入了远距离、超高压、跨大区输电的新阶段。随着电网规模的扩大，单机容量也相应提高，300MW、600MW 及以上机组已成为主力机组。
根据电力发展“十一五”规划：未来5年，中国电力工业预计新增装机容量约2．15亿至2．45亿千瓦。从优化能源结构来看，将有序开发水电，着重加快核电和天然气建设速度。根据规划，到“十一五”末，中国的火电装机将达4．773亿至5．033亿千瓦。在新增装机容量中，火电机组依然保持在80％以上，并且有大量供热机组的出现，这就为热能动力装置专业开创了广阔的前景。
随着电力工业迅猛发展的势头对电力高等技术人才需求就更加迫切，据初步预测，到2010年全国电力行业需求本科生3万人，高职高专毕业生4．35万人。该专业与火力发电厂有直接关系，专业特色突出，近几年就业形势良好。但因就业面窄，所以电源建设形势对学生就业影响很大。为防范就业风险，此次教学改革中要采取有效措施，提高毕业生职业技能，增强学生就业竞争力。根据专科学生的培养层次，提高动手操作能力是提高在校学生综合素质的最佳切入点，所以我们决定改变以前“重理论、轻实践”的教学模式，在毕业生中推行的“双证书”制度，改变毕业生“理论知识强、应用能力弱”的局面，全面提高毕业生综合素质。
三、专业改革的目标和指导思想
1．专业改革的目标。
专业教学改革的具体目标是：改革人才培养模式，突出技术应用能力，优化专业课程设置，争取在2-3年的时间内，逐步在毕业生中推行“双证书”制度，提高学生就业竞争力；完善实习实训基地建设，规划建设电厂热力设备模型室、电厂仿真实训室；课程建设取得长足进步，建设1 门院级精品课程，完成2门主干课程的建设；大幅提高教师队伍的“双师型”教师比例；提高教师业务素质，发表一批高水平论文；用5年左右的时间，把我校热能动力装置专业建设成为在西北地区同类高校中具有较强竞争力的品牌专业。
2．专业改革的指导思想。
专业改革的指导思想是：根据教育部(2000)2号文、(2004)1号文精神，结合我国国情，坚持“以学生就业为导向，以综合素质培养为主体，以技术应用能力为主线，以教育质量为保障”的培养模式，借鉴“以能力为基础的教育(CBE)” 教育理论的思路和DACUM 系统方法，结合我国国情，进行“热能动力装置”专业的教学改革。
四、专业教学改革的思路及方案
1．成立专业教学改革指导委员会，进行专业工作分析。
组成专业教学改革指导委员会成员的条件是，长期从事本专业技术或教学工作，具有丰富的实际工作经验，技术水平高，对岗位职责、任务能深入分析，能正确表述从事本专业工作所必需的专业应用能力，善于和同行合作。专业教学改革指导委员会首先分析确定本专业的工作范围，然后提出本专业生产一线高级技术应用性人才应具备的能力目标，即知识、能力及素质的要求。对于电厂热能动力装置专业，专业教学改革指导委员会认为主要培养以下能力：较全面的火力发电厂系统分析能力；较强机组的运行能力；具有一定的事故处理能力；具备热力设备及辅机的试验能力；较强的热力设备安装及检修能力；一定的现场组织管理及节能分析能力。由此可见，本专业为一岗位型专业，毕业生应能适应发电厂运行、安装、检修岗位的需求。根据以上内容，确定本专业培养的能力目标，这是考虑课程和教学安排的宏观依据。
2．进行教学分析，建立以专业技术应用能力和工程素质为主线的课程体系。
我系组织专门教师和教学管理人员进行教学分析，将能力目标转换为教学目标。课程的设置和开发是根据岗位职责进行任务分析。对每一任务分析结果，即要达到的水平和能实现的各项要求(步骤、技能和知识等)进行分析组合，形成教学单元或模块，这些单元一般相当于教材中的一章内容，要有明确的起点和终点，然后再将相近的教学单元或模块，根据教学规律，按顺序合并组成一门课程或一个教学环节。这样通过课程的开发即将能力目标转换成为教学目标。因此，每门课程都有明确的教学目的，每一节都有明确的教学目标，从而建立起以专业培养目标为基础的新的课程内容体系。在形成课程的过程中，还考虑了本专业生产一线高级技术应用性人才应具有能力的起点水平。考虑的原则和根据是本地区技术发展的要求；各项任务的实用程度；完成各项任务时要求达到的水平；各项任务使用频率和难度等。对属于起点水平的要求，必须纳入课程中。
我们认为，受教育者技术应用能力的形成是一种“知识”和“训练”的综合体。所以在课程和教学环节设置时，可以将理论和实践结合在一起构成一门课程或一个教学环节，也可以将理论教学和实践教学分别设置课程，这要根据具体情况而定。我校的教改方案中，有理论教学课程，也有实践教学课程，如热工基础和风机水泵的特性实验、电厂化学实验、电厂生产实习等。
制定教学计划时主要考虑如下一些原则：
(1)遵循教育规律和人的认识规律，根据能力目标要求突出以能力培养为主线，进行全面、合理的安排，力求教学计划整体优化。
(2)依据党的教育方针，处理好德、智、体之间的关系，保证学生在德、智、体诸方面都得到发展。
(3)采用学分制，课程设置分为必修和选修课。
(4)理论联系实际，加强实践训练的教学课程，保证学生按能力目标的要求形成技术应用能力。
(5)在制定教学计划时，遵循培养学生应用新技术、新设备的能力。例如地热利用技术等前沿课程。
(6)在制定教学计划时，还遵循培养学生提高计算机应用能力和外语能力等工具课
程的培养。
3．进行成绩考核方式的改革。
根据高职高专的培养目标，学生成绩考核也要做相应改革，体现以培养技术应用能力为主线的要求，成绩考核的要点是：
以教学目标为考核内容，力求按照工程环境和技术标准的条件考核学生。采用平时表现和期末考试相结合的方法确定成绩。期末考试采用多种形式如书面答卷、口试并结合实际操作等。
总之，本着建设好专业，谋求新的发展，适应新的形势要求的宗旨，我们将再接再厉，争取使热能与动力工程专业得到更好更大的发展。
发电热能动力装置维护探究 篇3
关键词：发电厂;热能动力装置;维护
一、发电热能动力装置概述
（一）工作原理
发电热能装置的主要工作原理是利用火力发电。火力发电主要是将煤炭、天然气以及石油等天然材料经过燃烧之后，促使锅炉中的水温升高到一定的温度之后，水经过蒸发变为水蒸气，高温高压的水蒸气会带动汽轮机的转子进行转动，进而促进发电机转子实现高速运转，从而释放出电能的一种发电方式。发电热能的生产过程是以火力发电系统以及燃料系统（锅炉）为核心，充分利用水的双重加热来提高热效率，进而提高发电的火力。发电厂一般由锅炉、发电机、汽轮机以及相应的辅助设备共同组合而成。并且利用管道以及线路等进行连接构成一个生产系统，主要包括燃烧系统、电气系统以及汽水系统。发电热能的生产过程是通过利用煤燃烧系统中的燃烧，形成一定的煤粉，然后加热锅炉中的水分使其产生高热高压的水蒸汽，并将蒸汽通过管道输送到汽轮机中，进而带动和汽轮机同轴的发电机的运转，从而实现发电的功能。发出的电经由主变压器升高成为电压之后，再通过变电站的高压电器设备以及输电线输送到电网中去，从而释放出电能。
（二）热能动力装置系统
热能动力装置是产生原动力的热力设备，主要分为两种类型的系统，即水汽系统和燃烧系统。热能动力装置的质量对于火力发电厂的正常运转起着十分重要的作用。由于热能动力的主要装置是锅炉，锅炉是工业化大生产中应用广泛的重要设备之一。所以对火力发电厂热能动力装置的日常维护和检查，也就是对锅炉的正确使用和定期检测。热能动力装置是将热能转化为机械能而产生原动力的成套热力设备。热能动力装置一般由热交换器、第一热电模块、第二热电模块、蒸发器、汽轮机、冷凝器、液体泵、充满循环介质的管道、保温材料组成。在日常的生产生活中，要严格地依照过滤的操作方法进行准确操作，对过滤要进行定期的检查与维护，发现问题及时解决，加以合理的维修和保养，才能使之安全的生产运作。
二、对发电热能动力装置的维护
（一）保证锅炉的安全运行
对于火力发电厂的热能动力装置锅炉进行维护的首要目标是要确保锅炉的安全运行。安全是发电厂开展各项工作的前提与基础。因此做好锅炉的安全维护尤为重要。在实际的维护过程中，应及时科学的检测锅炉实际运行状态中的各项指标，确保锅炉始终处于正常的状态下。一般情况下，锅炉各项指标主要有水位、水压以及温度等，这些数据是确保锅炉正常工作的最为基本的要素。
（二）对锅炉进行定期的检修
锅炉是火力发电厂最为核心的装置，也是火力发电厂生产过程之中最容易出现问题的环节。为了保证锅炉的正常工作。必须对锅炉进行定期的检修，只有这样才能保证锅炉的正常工作。对于锅炉的定期检修主要包括以下几个方法：其一，定期清扫锅炉，由于锅炉在运行过程之中会产生很多的水沟等杂物，这些杂物会给锅炉的正常工作带来威胁，因此必须适时清除这些杂质，保证锅炉的正常工作;其二，要对锅炉的裹乱进行定期的检修，观察其是否漏气，这是保证锅炉正常工作的细节保障。
（三）做好锅炉的维护和保养工作
为了确保锅炉日常运行的顺畅，每天都需要对阀门以及水位进行检查，并做好水位计的排污以及滑动部位的润滑工作。还应该定期对燃气管路系统进行定期的检漏试验，每星期都必须要停炉试验一次。当锅炉在运行一段时间之后，需要对锅炉进行彻底的清理工作，一般情况下，每半年对锅炉进行一次彻底性的清理。清理工作主要有检查锅炉中是否存在松动的部件，锅炉内部的构造系统是否能够确保锅炉的安全运行。此外应每年对锅炉进行一次停炉保养工作，以避免发生重大安全事故。在锅炉彻底清理的过程中，应采取湿法保养。若停炉的时间过长且天气相对较为炎热，则可以采取干法保养的措施。
（四）遵循科学的保养原则进行保养与维护
锅炉设备的检修不能自目的进行，要遵循相关规定的原则，使火力发电厂可以有条不紊的运行。第一，要保证设备的安全稳定运行。平时对设备的定期检查安排要合理，尽可能把影响控制在一定范围内，加强设备的监测工作，制定严格的规章制度，并将检修结果作好记录，为以后的检修提供数据支持。第二，在进行整体规划时，可以进行分步实施。对运行设备要及时维修，这需要从车间开始，逐步推展到整个工厂，从小到大，步步深入，保障正常生产运行。第三，充分利用科学技术手段。在使用火力发电厂现有资源的基础上，通过科学技术手段对设备运行状况进行检测，可以同时实施监测和检修，减少了对正常用电的影响。
三、给水泵设备的检测和维护
火力发电厂通常是由多个给水泵系统组合而成，但是在实际运作过程中，启动的给水泵一般为2-3台，而其他的给水泵则作为基本的备用设备。之所以这样设置，是为了确保主机系统在运行过程中发生故障时能够及时启动其他备用给水泵，从而确保给水泵系统的正常运行。但是这种给水泵配置方法也存在一定的问题，也就是在实际运行过程中，容易导致发电机过热，导致残留一定的安全隐患。为避免因发电机过热造成的安全事故，就需要对其运动方式进行改善，且应该在停机状态下对给水泵进行检查和维修。给水泵的电动机也可能是因其他因素导致的过热故障，例如电压和部件问题。若是由于电压的问题导致的，应首先缓解电压的波动，并全面检查供电系统的运行状况是否正常，进而维护系统的正常稳定运行;若是由于设备自身或者是部件的问题导致的给水泵过热，则需要对发生故障位置的设备进行维修。通常情况下，轴承部件发生了故障或者是转动轴承的润滑油不足都会导致故障的产生。所以在维修的时候不仅要更换出现故障的部件，还应该对故障位置添加一定的润滑油。若是通风系统出现了故障，有可能是杂物阻塞通风管道或者是风扇运行出现问题，维修时不仅要多风扇进行修补，还应该及时清理通风管道内的杂物。
四、提高热能动力装置操作人员的技术水平以及责任意识
要确保发电厂热能动力装置持续高效的运作，除了需要做好热能动力装置日常检测维护工作之外。还必须不断提高热能装置操作人员的专业技术水平以及责任意识。其一，应不断提高热能动力装置操作人员的专业技术知识水平，作为热能动力装置操作人员，不仅要熟练掌握热力设备的工作原理，还应该具备判定设备故障以及及时处理设备运行故障的能力;此外操作人员应熟练掌握锅炉的运行规则，尤其是对于锅炉辅机的启动以及停止操作等都要熟悉;同时对于从事锅炉检修的工作人员也应该具备设备缺陷的判断以及维修能力;其二，应不断提高热能动力操作人员的责任意识。热能动力装置操作人员在日常工作中，不能麻痹大意，不能抱有侥幸心理，应定期对热能动力装置进行检测和维护，并且详细记录检修结果，便于给下次检修提供依据。高度的责任心和认真负责的工作态度是确保热能动力装置正常运行的重要因素之一。
总之，随着经济的快速发展，各行各业对于电能的需求日益增加。为了确保火力发电厂高效安全的实现发电功能，就必须重视对热能动力装置的日常检测和维护工作。并严格依照热能动力装置的操作流程进行操作，确保操作人员具备扎实的专业知识和高度负责的工作态度，实现火力发电厂的正常运转，满足用户的用电需求。
参考文献：
[1]郭晓栋.火力发电厂热能动力装置的检测与维护[J].科技博览，2012
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汽车动力装置的智能化研究 篇4
关键词：汽车,动力装置,智能化
在美国拉斯韦加斯举行的2015国际消费类电子产品展览会 (CES) 上, 智能汽车毫无争议地成为今年展会的“绝对主角”, 包括奥迪、奔驰、宝马在内的10个主流汽车厂商竞相推出了新研发的智能汽车、无人驾驶技术、车载系统以及车联网形式的新尝试。同时, 各大IT厂商也纷纷加入到智能汽车硬件与软件系统开发中, 丰富着人们对于智能交通的憧憬。而本文将简单介绍汽车的动力装置的智能化。
1 汽车动力装置智能化的简单介绍
1.1 国外汽车动力装置的现状。
汽车的动力装置顾名思义就是为汽车提供动力的装置。动力装置对于实现车辆的“节能、环保、安全”等要求起到关键的作用。因此, 如果将动力装置进行改革的话, 一定会大大降低成本并且大大节约了能源。例如现在的美国的汽车动力装置的发明。近年来, 美国的波士顿的阿瑟·D·利特尔公司发明了一项新型的汽车的动力装置。该动力装置大大节省了能源并且减少了环境的污染。该种类型发动机的主要原理是把原来的单一的燃料进行氧化之后并且与空气进行混合, 最后反应生成的氢气以及一氧化碳, 一氧化碳再和水生成二氧化碳, 而得到的氢气则是经过纯化之后再送入到燃料电池中。这样的动力装置, 既降低了能源的消耗, 又大大增强了氢气的循环利用。
1.2 汽车动力装置的意义。
汽车的动力装置可以说是一辆汽车的心脏, 其动力装置会直接影响汽车的性能。与此同时, 汽车的动力装置决定了汽车的燃油经济性、动力性和排放性。燃油经济性主要指的是汽车以最小的燃油量来完成单位运输工作量的能力。因此, 燃油经济性可以通过单位行驶里程的燃油消耗量, 燃油经济性—加速时间曲线等方法来作为判断燃油经济性的参数。而汽车的动力性主要是由汽车的最高车速以及加速时间同时还有汽车最大爬坡度等几个参数来进行评价的, 它是汽车最基本的性能之一。因此, 要想研发出性能更好的汽车的话, 就需要对汽车的动力装置进行改进与发展, 最终实现动力装置的智能化, 使得整个汽车的产业与市场改革, 从而能够进一步发展。
1.3 汽车动力装置存在的问题。
随着科学技术的发展和时代的要求, 汽车越来越趋向智能化, 因此, 汽车上的一些装置就需要发展智能化。在未来汽车的发动装置的燃料更加多样化, 尾气的排放更加洁净化, 环保化。这些都属于智能化的方面。但是目前来讲, 汽车的动力装置方面还存在着许多的问题。首先就是燃料的问题。这里主要是针对燃料的汽车。汽车的运输成本中, 燃油就消耗了20%-30%, 现在大部分的汽车主要还是以石油为主。但是自从七十年代的能源危机以来, 石油就开始处于短缺状态, 因此石油的价格开始上升, 许多的车主都开始担心, 现在的状态就是买得起车, 加不起油。因此, 燃油的汽车的动力装置就需要根据其实际情况来进行改善。接着就是汽车尾气的排放问题。汽车尾气中有许多的有害气体, 比如碳氧化物, 氮氧化物等, 因此, 会污染环境, 雾霾的现象的出现与汽车尾气的排放有一定的关系。在以前, 美国的洛杉矶因为汽车的大量的尾气排放, 导致其城市的上空蒙上了一层薄雾, 引起了人们的极大关注。除此之外, 有害尾气的排放对人的健康有一定的消极影响, 据研究调查, 人们的肺癌的发病率逐年上升, 雾霾天气还大大加重了哮喘、支气管炎等疾病。因此, 为了改善我国的环境, 使得居民们在一个良好的环境中生活着, 就需要对汽车的动力等装置进行改进。除此之外, 在汽车的动力装置的智能化发展方面要注意创新。而现在的我国国内的汽车方面的工作人员在这一方面缺少, 因此, 也会导致汽车的动力装置智能化的发展受到阻碍。
2 关于汽车动力装置自动化的探讨
2.1 汽车动力装置的设计分析。
汽车的动力装置在进行智能化设计之前, 相关的研究者需要对其进行仔细的分析。首先, 发动机是汽车的动力装置的主要零件, 因此, 在进行优化之前要注意发动机的类型的选择。在进行选型的时候, 首先要考虑到发动机的经济性、可靠性、动力性。选择的原则就是要在具有较高的性能的同时还要求价格合理, 除此之外, 发动机进行工作的时候, 要考虑到发动机的频率, 减少发动机的噪声;并且在选择的时候要考虑到汽车的型号, 根据汽车的型号来选择发动机。之后, 根据选好的发动机所测出的一系列的参数来选择其他的零件。接着就是传动系的设计。根据传动类型和最大、最小的传动比来选择组成传动系的各个部件。与此同时, 还可以根据传动系的一系列参数来对发动机的适合度进行检验。最后的最后要进行的就是整车的评价。要在达到机车的性能要求的同时选择发动机, 在原车的基础上进行改造的时候, 要评价能否装配到整车上, 如果不可以的话, 就必须重新选择动力装置的部件, 并且进行重新的设计和计算。
2.2 加强相关研究人员的综合素质。
要想实现汽车的动力装置的智能化, 相关的工作人员就需要提高自身的专业素质。汽车企业应该注重人才的培养和引进。根据我国国情, 汽车智能化方面的工程的发扎年前景非常之大, 人才更是供不应求。汽车企业应该多培养一些这方面的技术人员。还有就是现在的汽车方面研制也会涉及到计算机技术和一些网络技术等高级的技术, 使它更向信息化发展, 所以在培养一些汽车动力装置自动化技术人员之外, 还应该在计算机方面更加努力, 熟悉掌握计算机技术, 具有很强的计算机运用能力。相关企业还应该培养一些专门型人才, 使人才利用率更高, 建立高素质、高专业的人才团队来使汽车研制更加完善, 培养汽车智能化及其自动化人才。汽车企业还应该多引进一些技术型人才, 可以邀请一些专家或者指导老师到厂间做技术交流和培训工作。同时, 相关的汽车企业还应该多多发展工作人员, 派遣工作人员到先进的汽车智能化的地区或者国家进行学习, 学习该地区的先进技术, 同时加强自身的创新, 不要照抄照搬其他企业的智能化技术。要开拓思维, 把握创新知识, 将汽车企业自身的汽车的动力装置发展起来。企业还可以做一些策划, 建立一些制度, 来激发技术人员的工作的积极性和工作热情, 开拓工作人员的创新能力, 将创新理念引入到汽车的各个装置的开发中去。
2.3 加强先关设计软件的开发与研制。
要想加强汽车的动力装置的智能化, 就需要大量的试验与计算。限制汽车的动力装置的智能化的发展因素除了工作人员的专业素质之外还有技术是分不开的。随着我国高科技的发展, 几乎所有的技术都运用到了计算机。就像汽车要实现其智能化需要计算机的计算一样, 汽车的动力装置的智能化的设计需要计算机的模拟与计算。但是, 相关软件的设计与开发往往跟不上实际需要, 往往软件的发明更新相比较会缓慢一点。有些软件的信息储存的内存不够强大, 维修还有升级等都相对很困难, 因此, 对于汽车的动力装置的智能化的设计与计算反应慢。因此, 对于软件的开发也需要给予一定的关注, 努力发明一些先进的软件相对于汽车计算模拟方面有所帮助。
结束语
汽车成为人们的主要交通工具, 因此, 对于汽车的各个装置的智能化就需要相关人员的努力。虽然现在该技术还不太成熟, 但是相信, 在不久之后, 我国的相关设计人员可以设计出更好的汽车的动力装置的智能化的技术。
参考文献
[1]曹远洪, 谢勇辉, 梅刚华.Keil c下基于AT89C51单片机双极性PWM的软件实现[J].工矿自动化, 2013 (3) :59-61.
汽车动力装置 篇5
化学品船动力装置与系统
化学品船发展历史
1949年，美国把T-2型油船“MarineChemiCalTransport”改装成化学品船，投入运营。自那时起，世界液态化学品船得到飞速发展，到今天已经经历了四代，其基本特点分别如下: 第一代:将原来的单底油船改装成双层底，并增设纵横舱壁和开始使用深井泵(50年代)。
作者：朱佳林
IMO-Ⅱ型化学品船约占62.5%；IMO-Ⅲ型化学品船约占25.0%。
据112家船东计17301465载重吨化学品船的舱型统计；不锈钢舱，锌硅涂层和环氧涂层所占比重分别为25.5%、30.3%、和44.2%。
主尺度
主尺度和船形系数直接影响船舶的造价、总体性能及其使用要求。为赢得国际市场，根据船东对本船舶使用航线、码头、航道、燃油价格、运费、载重量、航速等各种不同要求，经研究、论证，以取得竞争力强、经济合理的主尺度。以下给出几条化学品船的主尺度数据：
37300t化学品船 13600DWT成品油／化学品船 总长约 184.9m 总长约 120．O0m 垂线间长 176.0m 垂线间长 114．2Om 型宽 31.0m 型宽 21．O0m 型深 16.4m 型深 12．30m 吃水 9.5m 吃水 9．00／9．5m 设计吃水载重量 32000t 载重量 l3500／14600t 结构吃水载重量 37300 t 总吨位 8400GT
19000t化学品船 29000t化学品船
总长 162.00m 总长 175.5m 垂线间长 154.37m 垂线间长 167.0m 夏季水线长 156.19m 型宽 29.20m 结构船长 151.50m 型深 13.85m 型宽 26.00m 设计吃水 9.50m 型深 13.09m 结构吃水 9.50m 结构吃水 9.50m 最大载重量 abt.23890t 设计吃水 8.20m 设计载重量 19000t 1，按运货方式分类
作者：朱佳林
专用化学品船(SpeeialisedChemiealTanker):常用在专门航线上，运输特定的化学品，如磷酸船、棕搁油船。根据所经营的航线的化学品液货种类、货运量、专用泊位的水深和用户分布等情况，确定和选择船型。
多功能化学品船(PareelChemiealTanker):通常设有几十个隔离液货舱，各隔离液货舱设有完全独立的液货装卸系统和液货保护系统，能够同时运输多种化学品。兼用化学品船(Chemieal/ProduetTanker):特定的一些化学品与成品油、动植物油或糖浆等兼运的化学品船。
2，按货舱结构型式分分类
整体式:即货舱为船体结构一部分，货舱受力方式及所承受的载荷与相邻船体结构相同。
独立式:即货舱不与船体结构相连接或不构成船体结构一部分，设置时应按船体变形、应力对货舱影响最小为准则。
3，按IM0要求分分类
IMOⅠ:该种船型装载的货品对环境或安全有非常严重的危险。该种船在海损时，即一旦碰撞或搁浅仍能保持浮性，而且不允许流出化学品。公约要求液货舱和污液舱的双层底高不得小于B/15或6m(取小值)，最小值为0.76m;舷侧双壳宽度不得小于B/5或11.5m(取小值)，最小值为0.76m。
IMOⅡ:该种船型装载的货品对环境或安全有相当严重的危险。该种船对货品的漏逸程度要求要比I型船低。公约要求液货舱和污液舱的双层底高不得小于B/巧或6m(取小值)，且最小值为0.76m;舷侧双壳宽度不得小于0.76m。
IMOⅢ:该种船型装载的货品对环境或安全有足够严重的危险性。该种船要求最低，可用中等程度围护来增加破舱条件下的残存能力，液货舱在船内布置距船体外板的距离则无要求。此种分类方式也是国际上最常用的分类方式。
4，按货物危险性质分分类
可分为装载可燃/易燃性货物、毒性货物、污染性货物或相溶性货物的化学品船。
船舶动力装置与柴油机的关系。
以柴油机优化控制为目标，通过简化柴油机平均值模型，得到以柴油机转速、扫气箱压力、排气管压力和压气机功率为状态变量的四阶线性变参数状态空间模
作者：朱佳林
型.以6S60MC 型船用柴油主机为例，进行了仿真计算，并与平均值模型进行了对比分析.结果表明: 1)同平均值模型相比，尽管在简化时忽略了很多非线性因素，LPV 模型在动态和稳态过程中仍具有较好的准确性。
2)LPV 模型可直接用于基于模型的现代控制算法，如鲁棒控制的设计分析和系统仿真.采用LPV 模型，可以设计既控制柴油机转速也调节空气流量的控制算法，从而可在满足转速要求的情况下，将过量空气系数维持在最佳范围。
概述。
化学品船系指能载运IMOII类化学品，也可载运成品油和动植物油的船舶。这些船舶符合国际散装危险化学品运输船舶的建造和设备规则IBC规则。
近年来由于国际市场需求旺盛，我国一些中、小船厂开始承接化学品船。这些船舶技术含量较高、施工难度较大设备配套复杂需要满足船级社和国际海事组织的相关要求国外船东往往要求达到国际造船良好质量。这些要求使得一些中小型船厂在建造和交船中遭遇到很多困难。
本文针对化学品船的建造特点，重点阐述了货油舱区的施工要领，包括槽形舱壁的装焊要点、不锈钢管焊接规程和特涂工艺等建造成化学品船的关键技术。
船型和舱型。
船型。化学品船的典型船型是：双底、双舷、有一个连续的主甲板、有首楼和尾楼、球首、球尾、带首侧推。
舱型。II型化学品船装载的货品对环境或安全有相当严重的危险。需要有效的防护措施来消除破损漏泄，其液货舱必须是双壳双底结构，并有整体液货围护系统。
多舱制。货品的多样性。
化学品船为参与海运市场竞争，必须适应货品的多样性，且单品种的运货量不大的特点。在IBC规则中，列举了近500种允许装载的化学品族。
不均匀装载。
不同化学性质、不同比重的货品又形成了各舱的不均匀装载。因此化学品船对总纵强度、局部强度和破舱稳性的要求比一般货船更高
作者：朱佳林
货物的分隔。
IBC规则对相互影响的货物分隔有明确要求。并认为，对分隔来说，无论是垂向还是横向，十字接头被认为是双重障碍：
在相互反应的货物之间 在水反应的货物之间
根据上述要求，9000DWT化学品船的货油舱设计成左右舷各5个，污油舱1个。全船共12个舱均可装货。
货油舱的结构特点和工艺要求。
结构特点。
如上所述，货油舱为双底、双舷，而且甲板骨架设置在上甲板上，纵横舱壁均采用槽形舱壁，使舱内形成无骨架结构，以满足特涂的要求。
槽形舱壁施工要点。
1，拼板为了满足不均匀装载的要求，槽形横舱壁板的厚度，上厚下薄，因此，需要拼板。一般宜采用双面焊双面成型的自动焊工艺。
2，油压机成型后，槽形舱壁的拼装仍宜采用双面焊双面成型的自动焊工艺。成型质量好，可避免对焊缝打磨。采用CO2单面焊双面成型，可减少一次翻身，但如果焊工技术不过硬，在X射线探伤中，曾发现根部未熔化现象，可能会埋下严重的质量隐患。
3,槽形横舱壁的吊装与余量修割。槽形横舱壁在船台吊装时，需与内舷板、内舷底部斜板、内底板相吻合。装配关系比较复杂。但在吊装时，只要在垂直方向一个自由度上划线和切除余量即可。
4，焊接及检验。II型化学品船货舱舱壁的焊接，按IBC规则和船级社的要求:货舱壁下部与内底板及斜板下部的连接均为全熔透，采用100%UT探伤。其余部分为深熔焊，采用20%UT探伤。焊接的方法，宜采用药芯CO2气体保护焊。
强度试验。
对货油舱进行结构强度试验，主要是灌水试验，通常是灌入干净的海水，试验后，再洗舱清除残余海水。
不锈钢管的焊接。
化学品船上，货油管、加热盘管、蒸发气收集装置等均为不锈钢材质，如
作者：朱佳林
316L奥氏体不锈钢。不锈钢管的焊接是建造化学品船的关键技术之一。在施工之前，船厂需编制工艺规程，并通过船级社的焊接程序认可试验。
焊接方法。宜选用能量集中的焊接方法，常用熔化极氩弧焊（MIG）。焊接材料。对焊接材料的选择，通常采用其熔敷金属的化学成分与母材基本相当的原则。对于316L奥氏体不锈钢的焊接采用316L不锈钢焊丝。
质量控制要点。
1，焊接电流的选择。宜采用小电流，通常不超过100A。
2，层间温度的控制。为了防止焊接热裂纹的发生和热影响区的晶粒长大以及碳化物的析出，保证焊接接头的塑韧性与耐蚀性，应控制较低的层间温度，通常为60℃。
3，运条方法的要求。通常以低热输入、短电弧的方法进行焊接。焊接时，应使电弧稳定而快速地直线运动，避免两边摆动。
检验。对于不锈钢管接头，采用X光无损探伤。通常对D>，89，采用单片单影。对于D>，89采用逐段拍片。
在内场制作时，不锈钢管的焊接质量，容易得到保证。而在舱内现场焊接，仰焊部位易出现未焊透等缺陷，对焊工技术水平要求较高。
特涂。化学品船货油舱的涂装，称为特涂。特涂与普通涂装的区别在于其对涂层的质量要求特别高。需要由有资质的特涂施工队，用专用的涂料和设备进行涂装。
特涂成功与否，取决于涂料的正确选择、表面处理的质量和涂装施工程序的正确选用。
1，涂料。
对涂层的要求：化学结构致密，能抵御各种货品的溶解、渗透和腐蚀，并不会污染装载的货品。有优良的耐海水性和耐海水—货品交替装载的性能。有耐热水清洗和耐货品加热的特性。
涂料类型：目前常用的有纯环氧涂料、酚醛环氧涂料、无机锌涂料和聚氨酯涂料。商品名如Interline994货油舱涂料。
2，特涂设备。
除一般涂装所需的设备外，还要配备，去湿机、真空吸砂机、后冷却器及特
作者：朱佳林
涂检测仪器等。
3，主要艺流程。
预冲砂—冲水—主冲砂—预涂—主涂—后固化—海水检验。4，施工要点。
对货油舱进行整舱喷砂处理，要求达到ISO8501-1（1988）-Sa2.5除锈标准，表面粗糙度为40-75um。
对整个喷砂处理过的区域进行真空清洁，以去除灰尘和污染物。
对全舱进行“露点”管理，涂装施工必须在钢板的表面温度多于露点温度3℃以上。
主涂之后，为达到所要求的耐化学品程度，需一周左右时间的“后固化” 处理，与此同时进行封舱处理。
海水测试，完工后的货油舱必须经过 “海水测试” 以找出油舱涂层的针孔/不均匀。进行必要的修补。
3500t化学品船动力装置设计
船舶动力装置设计包括船舶主推进系统、船舶电站、热源系统、动力系统、船舶系统、自动控制、监测、报警系统、防污染系统和机舱通风系统等内容的设计。以载重量3500t化学品船为例对船舶动力装置设计进行阐述和探讨。
3500t化学品船舶。
该船载重量3500t，主船体结构均为普通低碳钢建造，货舱内表面涂敷Marinelane特涂，双底、双壳，设有球鼻首、方尾、单机、单桨。它具有一连续的干舷甲板，首楼和尾楼以及甲板室，三层甲板室布置于尾楼上，包括驾驶室。驾驶室内设有先进的通导航行和控制没备。本船主船体分隔布置为首尖舱及首楼，隔离舱，四对液货舱，一个污液舱。四对由双底和边舱组成的“L”形压载水舱，货泵舱，机舱和燃油舱，尾尖舱及舵机舱等。航行于中国沿海海域以及南韩。日本，东南亚等远海航区。
本船每航次最多承运两种不必用隔离舱隔离的化学品液货。主要载运货品包括丙烯晴、苯酚、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲醇、乙二醇等及适合本船载运的其他化学品液货。船舶总长96.60m，两柱间长90.00m，型宽15.00m，型深7.40m，设计吃水5.20ｍ，结构吃水5.40ｍ，主机功率2426kW，油耗率为205g/(kM・h)，作者：朱佳林
航速13.28kn。
设计要点。1，机舱及泵舱布。
本船机舱位于肋号9～32之间，总长14.95ｍ。机舱布置在上甲板以下，分两层：分别为底层和平台甲板。主机曲轴与齿轮箱输出轴同心，轴中心线距基线为2000ｍｍ。机舱花钢板高度距基线为1900ｍｍ，机舱双层底高度为1100ｍｍ。机舱底层前端布置了舱底总用泵1台、舱底驳运泵1台、消防总用泵1台、主机淡水备用泵1台、主海水泵2台及主发电柴油机组1台。在机舱左舷布置有1台主发电柴油机组、水基灭火装置、舱底水油水分离器、油渣泵1台等，机舱前端还布置有液货泵、污液泵、专用压载泵、洗舱泵组等的电动机。在机舱右舷布置有滑油冷却器淡水冷却器各1只、1台主发电柴油机组、燃油输送泵1台、轻柴油输送泵1台、主机滑油备用泵1台、滑油分离机1台等。机舱中间布置主机。机舱底层至平台甲板布置扶梯2部。机舱平台前端为监视室，在监视室布置有监视台、配电板、立柜式空调及应急通道。机舱左舷自前向尾部分别布置有燃油分油机2台、燃料油澄清舱、燃料油日用舱、轻柴油澄清舱、轻柴油日用舱。机舱右舷前端向尾部分别布置有空压机、主空气瓶、汽笛空气瓶、控制空气瓶、杂用空气瓶、空气干燥装置、卫生水压力柜、淡水压力柜、热水柜、供油单元ｌ套、生活污水处理装置、热井、热水循环泵、滑油舱等。在机舱平台后端中部布置有燃油锅炉1台。在机舱平台前端左侧布置有机修间，有车床1台，钻床1台、砂轮机1台，电焊机1台等。
2，主要机械设备。
主机组。船舶由单机单桨推进，主机组分别由柴油机、高弹性联轴器、减速齿轮箱等组成。柴油机型号为Ｇ8300ZC22BH，立式四冲程单作用、筒形活塞、不可逆转、废气蜗轮增压船用中速柴油机，最大持续功率为2426kW，标定转速为630r/min，最高爆发压力14.72MPa，燃油耗率205//(kW)，滑油耗率2.18g/(kW・h)，启动方式为3.0MPa压缩空气启动，旋转方向为顺时针。齿轮箱采用我国引进德国罗曼一斯托尔德福公司许可证生产的产品，型号为GWC5259，输入功率2426kW，输入转速630r/min，输出转速210r/min，主机曲轴与齿轮箱输出轴同心、可逆转船用齿轮箱。高弹性联轴器型式为盖斯林格或橡胶型弹性联轴器，最
作者：朱佳林
大有效转矩2.75kN・m、扭转刚度630kN・m/rad。
发电装置。机舱设有3台柴油机驱动的发电机组，可并车运行，供全船电力拖动及生活之用。尾楼甲板底部右舷应急发电机室内设应急柴油发电机组1台，向需要应急供电的设备如舵机等供电。主柴油机发电机组中，柴油机为四冲程、单作用、筒形活塞、废气涡轮增压，带中冷器、闭式冷却、电启动的高速柴油机。柴油机与发电机采用弹性联接，发电机是船用防滴式三相无刷同步发电机。带自启动装置。应急柴油发电机组中，柴油机为四冲程增压船用柴油机，功率73.5kW，转速1500r/min，启动方式为气、电两种启动；发电机型式为防滴式，无刷同步发电机，功率50kW，转速1500r/min，电压AC400V，频率50Hz。
3，轴系及布置。
轴系按CCS规范要求设计。轴系由1根中间轴和1根螺旋桨轴及密封装置等组成，中间轴轴径220m，螺旋桨轴轴径272m。中间轴两端为整体连接法兰，螺旋桨轴前端通过有键的可拆联轴节与中间轴相连，后端与有键的螺旋桨连接。尾管采用A级船用钢板和铸钢件焊接的结构形式，其首端焊接在尾尖舱舱壁上，尾端焊接在尾柱壳部。尾轴轴承为油润滑青铜浇铅基白合金轴承2个，尾管轴承采用重力式油润滑系统进行润滑，尾管前后端装设辛泼莱克斯型密封装置。
4，船舶动力管路
燃油系统。本系统由燃油贮藏舱、轻柴油日用舱、轻柴油日用柜、燃料油输送泵、柴油离心分离机、燃料油离心分油机及附件和管系组成。燃料油深舱及双层底燃料油舱中的燃油由燃料油输送泵或燃油离心分油机净化后泵至轻柴油日用柜。燃料油输送泵还可以对舱柜之间的燃油进行调拨。由燃油低压供给泵从燃料油日用舱或轻柴油日用舱经过燃油双联粗滤器，流量计后将燃油吸入。然后，将吸入的燃油泵出使之流至燃油加热器中进行加热。在加热器中由粘度自动调节装置控制并加热到设定的粘度值的燃油，流经燃油自清滤器后进入主机。发电柴油机机带燃油泵从轻柴油日用舱经过燃油双联粗滤器将燃油吸人后通过燃油双联精器至高压油泵。发电柴油机回油通过溢油阀流至轻柴油日用舱。来自油舱柜、油泵、滤器等油盘中的残油，可先泄放至燃油污油舱再经过分离后重新使用。
滑油系统。主机、辅机及空压机所使用的滑油按各说明书的要求尽量统一选用同一规格。主机、辅机均自带滑油泵、滑油冷却器等设备及附件。此外，系统
作者：朱佳林
中设滑油输送泵1台、主机滑油备用泵1台，滑油预供泵1台和滑油离心分离机1台。主机起动前由主机配套的电动或手动预供泵进行预润滑。滑油输送泵将主、辅机滑油循环舱中待置换的滑油泵至相应的污油舱内。此外，又可供滑油舱柜调驳滑油。亦可将滑油经排岸接头排至岸上处理。机舱中各种滑油设备，包括双层底以上的各滑油舱柜、油泵及滤器等设置油盘，并用管子将油盘中的残油引至污油舱。
冷却水系统。本系统主机、发电柴油机各自独立，自成闭式系统，主、辅机均带淡水泵、淡水冷却器、淡水温度调节阀。主、辅机自带海水泵。系统设主海水泵2台。主海水泵的容量包括主机、齿轮箱、大气冷凝器。此外系统还各设1台主机淡水备用泵，空调冷却水泵1台供中央空调和监视室立柜式空调冷却水。主机、发电柴油机均设有膨胀水箱，用以透气和补充淡水。
压缩空气系统。本系统包括主机启动压缩空气系统和杂用压缩空气系统。主机压缩空气系统中包括2台自动起停、风冷主空压机，工作压力为3MPa。主空压机通过气水分离器和相应的管路、附件后向主空气瓶充气。2只主空气瓶除供主机起动外，经过相应的减压阀，提供不同压力的减压空气供各种用途使用。杂用压缩空气系统包括ｉ种减压空气，由3MPa减压到1MPa，作汽笛雾笛气源及应急电站气源；由3MPa减压到0.8MPa，其中一路通过制冷式气源净化装置后，供主机控制系统及安全系统用；另一路不经净化处理，用于机舱油舱柜速闭阀控制系统气源及全船杂用。由3MPa减压到0.4MPa，供各种压力柜充气，海水阀箱吹洗及机舱杂用。
排气系统。主机的排气出增压气后通过排气管引入气锅炉、排气焖箱，然后再通过炯囱排入大气，废气锅炉设废气旁通。3台主发电柴油机的排气管使各柴油机的排气经增压器tP，口至消音器后再排至大气。应急发电柴油机的排气管经消音器后排至大气。在整个排气管的适当管段处设置膨胀接头和刚性支架或弹性支架。在排气管弯头的最低处设有雨水泄放管，使雨水可直接泄放至舱底。
生活水系统。船首部设有饮用水舱（左、右2个）。船尾设有2个淡水舱。共5根支水管全部引往机舱并和总水管相连接。淡水管（含热水管）由机舱引出至居住舱室洗脸盆，淋浴器，洗衣机。洗池等用。由机舱淡水柜供炉灶、茶桶和厨房川水。系统设1个淡水压力柜，2台淡水泵。2台泵互为备用泵。淡水根据
作者：朱佳林
淡水压力柜内的压力自动起、停。淡水泵停止压力为0.35MPa，起动压力为0.15MPa，由压力继电器控制。系统还设有1个气电加热热水柜和1台热水循环泵。另外，本船还设有卫生水管路，供厕所、浴室、盥洗室、大小便器冲洗用。冲洗水来自J2牛水压力柜。
通风系统。机舱采，Hj机械式通风系统。在驾驶窜甲板层的两侧设有2台通风机。新鲜空气通过2台通风机及风管送至机舱各设备处。为了便于施丁，风量的分配原则是左舷通风机负责机舱左舷，右舷通风机负责机舱右舷，做到分区送风，2台风机其中1台可以正反转，加强机舱空气的对流。应急发电机室内亦设有单独的离心抽风机和管路，以便将起动电瓶内释放出来的有害气体从应急发电机室排出。
特殊设计。
1舱底水及压载水系统
舱底水管系根据CCS规范和主管机关的要求布置。引自机舱舱底水污水井、计程仪与测深仪舱的舱底水吸入管通过泥箱和止回阀连接至舱底消防总用泵。泵舱与首部隔离舱舱底水由1台手携式气动隔膜泵排至污液舱。应急消防泵舱舱底水由1台排量15m3/h的舱底水喷射器抽吸排舷外。驱动水由甲板消防管供给。
压载水系统由1台专用压载水泵、1台压载水喷射器、阀件和管路组成。首尖舱和各压载水舱由设于泵舱的专用压载水泵注排。尾尖舱压载水注排由机舱舱底消防总用泵进行。专用压载水泵从泵舱的海水阀箱吸入海水，并输送至设在双层底2根压载水注排水管，并由支管引至每一压载水双层底和边舱。
2消防系统本船设有为全船灭火用的水灭火系统及泡沫灭火系统和为机舱泵舱消防用CO2灭火系统，为机舱消防用的细水雾灭火系统。
水灭火系统。由机舱消防总用泵供给的消防水至上甲板经总隔断阀后分二路，一路引往首部各层甲板及锚链冲洗喷嘴，锚链舱污水井冲洗及舱底水喷射器工作水用。另一路引往上甲板尾部消火栓用。各消火栓还可供甲板冲洗用，并配有2只国际通岸接头。机舱内设1台消防总用泵和1台舱底总用泵，排量和台数均满足要求，首部设1台应急消防泵。
C02灭火系统。C02灭火系统用于机舱和液货泵舱的保护。该系统由设置在尾楼（肋号6～10）甲板中部的CO2站室的钢瓶及施放阀；驾驶室和CO2站室的遥控
作者：朱佳林
施放箱；机舱内和泵舱内CO2。施放管及施放报警等组成。
甲板泡沫灭火系统。液货舱甲板设1套固定的甲板泡沫灭火系统，该系统由6门人工操作泡沫炮组成。
细水雾灭火系统。机舱设细水雾灭火系统，用以对主机、发电机组、分油机、燃油锅炉等处消防灭火，该系统满足SOLAS要求。
7500DWT化学品船
主推进动力系统方案论证。
在船舶主推进系统的设计中,发动机、螺旋桨与船舶水动力性能之间的相互作用有特殊重要意义,只有考虑了船、机、桨的配合,并且使之达到最佳配置时,船舶主推进系统才具有最好的经济性。根据设计任务书的要求,该船的主推进系统要保证该船在85%MCR时,航速不小于14kn,经船模试验。
目前该类船型的船舶主推进动力系统形式主要有三种:单机单桨、双机单桨和双机双桨。根据船模试验结果和航速要求,对三个方案进行分析比较。单机单桨方案。要使单机单桨方案能既满足限制的尺度,又满足大于14kn航速,则满足功率需要的主机尺度已无法在既定尺度的船体内布置,且很难选到合适的国产机型,而且本船属远洋运输船舶,需考虑到一定的功率冗余,单机远洋运行时万一主机发生故障,该船将寸步难行,容易造成事故,所以综合考虑下,单机单桨方案是不合适的。
双机并车单桨和双机双桨主推进方案比较。采用美国Hydrocomp公司推出的计算机辅助船舶推进系统设计软件HydrocompPropExpert进行方案设计比较。该软件系用于解决船舶推进系统设计、选择和分析的专业软件,也是目前世界上该领域最先进和完善的软件之一,提供了多种用于选择合适的推进系统单元(主机、齿轮箱和推进器)的工具,只需输入少量数据,系统就能精确地描述出船体特征,分析出螺旋桨的最佳直径、螺距、盘面面积及转速。
由于本船设计吃水6有4m,螺旋桨直径相应受到一定的限制,单桨方式螺旋桨负荷较大,计算得出在相同主机功率情况下,单桨采用可调桨时螺旋桨本身效率较双桨时低大约8%(已根据经验资料考虑双桨船附体阻力及船身效率的影响),而且双机单桨方式下桨径约为3.95m,比双机双桨时大19%左右,根据计算这将导致空泡效应明显,影响螺旋桨的寿命,而且在与双桨相同功率情况下,单桨航速低
作者：朱佳林
约0.5kn,难以达到规定航速的要求。同时还需要考虑到该船带有艏侧推,双机双桨所配置的双齿轮箱所带的两个轴带发电机,每台在稳定运行时能够发出500kW的功率,任一台均可满足艏侧推的功率需求,另一台发电时还可给其他辅助设备供电,满足船舶更好的经济性要求。
综合上述分析,最终选用了双机双桨双齿轮箱带双轴带发电机的推进方案。主推进动力系统设计。
主推进动力系统设置中速、四冲程、直列、直接喷射、废气涡轮增压、中冷、不可逆转船用柴油机两台,每台柴油机分别通过高弹性联轴节,输入一台多功能齿轮箱(离合器在内),再经螺旋桨轴、尾管及轴承与可调距桨连接。每台齿轮箱还分别通过高弹性联轴节与一台轴带发电机联接,轴带发电机联接位于齿轮箱正上方。
推进主机为两台MANB&W8L21/31中速柴油机,功率1720kW,转速1000r/min,可航行于无限航区,每台主机自带燃油系统、滑油系统、空气起动系统、海水泵、淡水泵、带故障报警的电子调速器、安全控制监测系统等;配套提供有空气瓶、柴油机缸套水预热装置、机旁控制箱、滑油自清式滤器等辅助设备。该型主机具有尺寸小、重量轻,模块化结构,流线型无管道,零部件数量较少,维护要求低,功率大,噪声低,运行经济和低废气排放等特点。
主推进传动系统为两套高弹性联轴器(每套各两台)和两台齿轮箱组成,高弹性联轴器为伏尔康公司产品,一套连接主机和齿轮箱,额定转矩25kNm,最大转矩37.5kNm;另一套联轴器由齿轮箱输出端连接轴带发电机,额定转矩5kNm,最大转矩7.5kNm,该型联轴器除传递功率和转速外,具有减振降噪,补偿轴向、径向和角向位移的功能,同时具有更换扇形弹性块方便、使用维护简单等特点。
齿轮箱为国际知名公司ZF海事集团产品,减速比5.917,输入方向与主机相同,输出与主机转向相反,为两轴,单级减速,内置带液压驱动多片式离合器。该离合器由一个位于齿轮箱顶部的控制单元内的电力驱动的电磁阀控制接排和脱排,紧急情况下离合器保持原位并可手动与主机脱开,离合器内置减压阀,可以控制离合器内的压力升高,以使各种情况下都能够平稳动作。同时齿轮箱内置式的推力轴承可以满足承受螺旋桨在前进和倒车时的最大推力,轴向自对中滚动轴承能够将螺旋桨推力经由壳体传递到船的基座上。
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可调桨及推进轴系也是由ZF海事集团供货,可调桨为4叶桨,螺旋桨直径3300mm,桨毂直径850mm,桨毂单壳体设计,在齿轮箱前端装有配油器,配油器上配有机械式螺距指针,可显示调距桨叶的实际位置,桨毂内置的伺服装置可使液压油能通过轴系中的油管往返至桨毂内置活塞的空腔。对螺距的控制由电子调节电磁控制阀完成,可保证从全螺距正车到全螺距倒车只需30s。
本船选用的ZFECS-4000遥控系统为以PLC控制为基础的船舶推进机械闭环控制系统,主要用于对螺旋桨螺距和主机转速的遥控,该遥控系统可使主推进系统在以下工况下运行:主机转速恒定以满足拖带轴带发电机的要求,按负荷调节可调桨的螺距运行;还可以操作综合控制手柄,对主机和螺距进行综合跟踪控制,使主机按照预订的最佳运行特性曲线运行,主机始终保持最佳工作状态,当遥控装置发生故障或需要时,可转换至机舱集控室和机旁实现对主机和调距螺旋桨进行遥控或手动操作,其转换联锁满足BV规范相应要求。
结论。
该主推进动力系统,很好地解决了主机、齿轮箱、调距桨、高弹、轴带发电机、遥控系统等各设备间的接口协调,为船东和船厂提供了该船主推进动力系统最优化的整体解决方案,有效地保证了该船动力系统运行的稳定性和经济性。
化学品船洗舱系统
原则。洗舱水量一般按洗舱系统中拟定的同时清洗的工况（同时清洗液货舱的个数）的总水量来选取。洗舱泵、洗舱水加热器的容量必需同时满足投入洗舱作业的洗舱机总台数的总排量。洗舱管系的管径通常可根据洗舱泵的排量和管内清洗介质的流速来确定。洗舱泵吸入、排出管段流速分别取1.5m/s和2.5m/s左右。洗舱过程中液货舱底部洗舱水的排除应保持畅通，以减少洗舱静电积累。洗舱管系设计必须进行详细的管系阻力计算，选用合适的洗舱机排出压力，以保证喷嘴的工作压力。由机舱引至液货区域的洗舱水供给管必须沿上甲板敷设，不得直接贯通机舱或液货泵舱的分隔舱壁，并且该管路上必须装有止回阀和盲板法兰或可拆短接管。与固定式洗舱机相连接的洗舱水支管必须装有截止阀和盲板法兰。截止阀一般采用带齿轮传动的型式，以保证阀件因洗舱机工作时产生的振动也不会自动旋转。由于顶部洗舱机从主甲板伸入舱内，所以喷嘴工作时会产生推动，因此必须设有良好的支撑。洗舱机支撑后的振幅必须避开船体振幅的固有频
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率，以避免在工作时因产生共振而使洗舱机损坏。由洗舱水加热器至洗舱泵和洗舱管的材料通常采用内表面特涂处理的无缝钢管。一般不采用不锈钢，因为不锈钢管耐 海水腐蚀性能也不是很好。但对于工艺上不能特涂的钢管（通径在100以下），可用不锈钢管316L代替。洗舱管系的纵向管应设有一定数量的伸缩接头。
分类和特点。洗舱系统按其清洗程序可分为开式和闭式洗舱管路两大类。现代化学品船的洗舱管系必须具备闭式洗舱的功能，这也是化学品船洗舱的一大特点。
开式洗舱管系仅与海水、淡水管路相联系，它与液货系统无任何形式的连接。洗舱后的洗舱水由液货泵或扫舱泵抽吸并输送至污液水舱或岸上接收装置，或按排放标准从水下排放。开式洗舱管系又可按洗舱泵设置位置的不同分成洗舱泵设置在机舱内和泵舱内的两种不同形式。前者的洗舱泵由机舱海底门吸人海水，或从设置在安全区域的尾淡水舱或尾尖舱吸入淡水，而不应与液货舱相邻的淡水舱吸入淡水，并且机舱的消防（总用）泵通常作为该洗舱泵的备用泵。后者的洗舱泵从泵舱的海底门吸人海水。
闭式洗舱管系与液货系统有一定的联系，往往利用部分的液货管系实现清洗溶液的再循环，并且可以达二至三次。闭式洗舱管系也可根据液货泵设置的位置不同分成集中泵式和潜液泵式两种不同的形式。
集中泵式闭式洗舱管系是利用泵舱内的液货扫舱泵吸入污液水舱内（或指定的某一液货舱）的清水，并经洗舱水加热器（清洗水也可在污液水舱内预加热），清洗水至洗舱总管对液货舱进行洗舱，清洗后的洗舱水由泵舱内的液货泵吸入并通过液货管排至污液水舱，可重复进行上述的闭式洗舱过程，直到达到所要求的清洁程度为止。这种闭式清洗管系多为早年建造的化学品船所采用。
潜液泵式闭式洗舱管系当今已被广泛采用于化学品船，清洗水先由开式管系注入污液水舱（或指定的某一液货舱），并按所需的比例投入一定量的清洗剂。利用污液水舱内的潜液泵，将清洗或清洗介质输送至洗舱水加热器（清洗水也可在污液水舱内预加热），加热后的清洗水由洗舱总管至洗舱机对液货舱进行洗舱。清洗后的洗舱水由该液货舱内的潜液泵通过液货管排至某一液货横跨管，再由专设的污液水舱的连接管注入污液水舱。可按上述流程重复进行闭式洗舱，直到达到所要求的清洗程序为止。另一种布置是由潜液泵排出管通过洗舱总管向洗舱机
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直接提供闭式洗舱介质，实施某一液货舱自身闭式洗舱。闭式洗舱介质仅用于已容纳相同或类似物质进行洗舱的液货舱中。所有液货舱表面应借助于旋转喷嘴在足够高的操作压力下进行洗舱。洗舱介质的再循环可在一个液货舱内，也可通过另一液货舱（如污液水舱）。
汽车动力装置 篇6
随着大吨位矿用汽车的快速发展, 对小PTO的需求也随之增长。公司为了适应市场发展的需要, 在充分消化吸收进口小PTO的基础上, 结合国情和厂情, 成功开发生产了小PTO, 先后从设计、制造、安装到使用维修的全过程, 进行了深入系统的研究和分析, 为生产出高质量的小PTO奠定了坚实的基础。
1 小PTO的构成和工作原理
1.1 构成
小PTO的构成如图1。
1.2 工作原理
图2为小PTO装配图, 其零件明细如表1。变扭器结构如图3。
从图3中的油泵驱动齿轮 (主动轮) 算起, 到图2中的从动齿轮为止, 齿轮的传动为增速传动, 其传动比等于1.2。当发动机的转速在2 100 r/min时, 油泵的转速为2 520 r/min。
由图2、图3可知:变扭器中的泵轮是输入元件, 为发动机所驱动。油泵驱动齿轮 (DP6α=25°z=59) 通过螺钉紧固在泵轮上, 随泵轮的转动而转动。油泵驱动齿轮和过桥齿轮 (DP6α=25°z=56) 相啮合。过桥齿轮和小PTO双联齿轮上的大齿轮 (DP6α=25°z=36) 相啮合;双联齿轮上的小齿轮 (DP6α=20°z=22) 和小PTO的从动齿轮 (DP6α=20°z=30) 相啮合。由于从动齿轮的转动, 通过内花键带动输出轴转动, 转向油泵的外花键和输出轴的内花键相连接, 于是通过齿轮传动, 最终带动油泵工作。
2 壳体的加工和注意事项
2.1 技术要求
(1) 壳体上两个轴承位孔的同轴度不大于Φ0.025 mm, 并且与壳体基面K (图2) 平行度不大于0.04 mm。
(2) 壳体上两个中间轴孔的同轴度不大于Φ0.015mm, 并且与壳体基面K平行度不大于0.04 mm。
(3) 壳体上轴承孔口端面与两轴承孔轴线的垂直度不大于0.012 7 mm;
(4) 加工中应确保啮合齿轮的中心距正确无误。
2.2 加工工艺
铸造毛坯→抛丸清砂→去应力→刷漆→钳工划线→粗、精铣壳体的下基准面K面, 保相关高度尺寸→按标准图以壳体下面K面为基准, 钳工划线→在数控立式铣床上按要求找正并紧固工件、镗孔及铣相关端面→钳工划线→钻孔、攻丝→钳、修锉毛刺飞边, 刷漆→综合检验→入库。
2.3 注意事项
(1) 在划线和加工中从始至终抓住设计基准、工艺基准、安装基准重合的原则。对基面K面的认定就符合这一原则。
(2) 两个轴承内孔和中间轴两个轴孔的加工, 上、下的两个孔应在一次装夹中加工完毕, 以保证同轴度的要求。
3 双联齿轮的加工和注意事项
3.1 技术要求
(1) 以两轴承内孔为基准, 双联齿轮对两轴承位的同轴度不得大于Φ0.02 mm。
(2) 两轴承的安装定位端面对两轴承位轴线的垂直度不得大于0.012 7 mm。
(3) 双联齿轮齿面硬度要求在640~680 HV。
3.2 加工工艺
锻打毛坯→等温正火→粗车→调质→半精车→滚齿+插齿→去毛刺、倒角→辉光离子氮化→磨内孔→人工打磨→综合检验→入库。
3.3 工艺分析
(1) 采用低碳合金钢渗碳淬火的工艺
渗碳淬火引起的热处理变形通过磨齿予以消除。但齿轮结构上只能磨双联齿轮中的大齿轮, 对小齿轮无法进行磨削。
(2) 采用热前剃齿的工艺
热前剃齿虽可提高齿轮的制造精度, 但对于齿轮热处理后的质量还无法全面控制, 因为渗碳淬火会造成齿轮变形, 对没有匀称结构的齿轮会有重大的影响, 质量得不到应有的保证。
公司这种齿轮的生产批量小, 同时受到热处理工艺手段的限制, 对热后齿面硬度高达58~62 HRC的齿轮, 已无法通过剃齿消除热处理的变形。
(3) 采用辉光离子氮化的工艺
a.辉光离子氮化的表面具有高硬度和高耐磨性。
b.辉光离子氮化与渗碳相比, 渗氮层能获得更大残余压应力。
c.经过辉光离子氮化, 齿轮的齿部和内、外花键仅需人工打磨就可直接使用, 工艺简单、易行。
d.辉光离子氮化工艺在低温下进行, 而且不发生相变, 所以工序少, 特别是热处理变形很小。
通过以上3种工艺的对比分析, 辉光离子氮化的工艺是最佳选择。
4 输出轴的加工和注意事项
4.1 技术要求
(1) 以两轴承位为基准, 内、外花键对轴承位的同轴度不得大于Φ0.015 mm。
(2) 轴承位的安装定位端面对两轴承位轴线的垂直度不得大于0.02 mm。
(3) 内、外花键表面硬度要求在540~600 HV。
4.2 加工工艺
锻打毛坯→等温正火→粗车→调质280~320HBS→半精车内孔及端面→拉花键→双顶专用花键心轴, 精车各部尺寸至图纸要求→滚外花键→钳工修锉毛刺及飞边→辉光离子氮化→人工打磨→磨轴承位外圆→检验入库。
5 辉光离子氮化的注意事项
5.1 齿轮调质工艺对离子氮化质量的影响
5.1.1 齿轮离子氮化前对调质工艺的要求 (表2)
渗氮前调质是为了获得均匀而致密的回火索氏体组织, 保证心部的力学性能, 并利于获得均匀一致的渗氮层。心部硬度对渗氮表面硬度有很大影响, 提高心部硬度可以弥补渗氮层偏浅而带来的过渡区强度不足。根据美国AGMA在渗氮工艺规范中的规定, SAE4340 (相当国产钢号40Cr Ni Mo A) 、SAE4140 (相当国产钢号42Cr Mo A) 系钢材心部调质的硬度不能低于300 HBS。
5.1.2 调质时淬火温度和保温时间的影响
调质温度太低或保温时间不够, 调质后有游离铁素体存在, 由于氮在铁素体中的扩散速度较大, 该处在渗氮后就会有较高的氮浓度, 而形成针状氮化物, 使渗氮层脆性增大, 容易剥落。因此, 调质后表层不允许出现游离铁素体。相反, 若淬火温度过高, 淬火后晶粒粗大, 氮化物优先沿晶界伸展, 渗氮层出现波纹状或网状组织, 也使渗氮层脆性增大。
5.1.3 回火温度的影响
回火温度的高低决定了基体中碳化物的弥散度。回火温度太高, 基体中碳化物弥散度减小, 渗碳件心部强度和硬度不足, 不能起支撑硬而脆的渗氮层作用;回火温度太低, 心部强度和硬度过高, 零件调质处理后切削加工困难, 还会直接降低渗氮速度。
5.2 粗滚齿或粗插齿后的稳定化处理是减小离子氮化畸变的质量保证
为了减小大模数齿轮离子氮化时的畸变, 离子氮化之前务必去除机械加工时的加工应力, 在齿轮粗滚齿或粗插齿后必须进行1~2次稳定化处理, 以释放和消除加工应力。稳定化处理的温度应比调质时的高温回火温度低20~30℃, 保温时间3~10 h (具体保温时间根据工件的形状和尺寸来确定) , 然后再进行精加工和精滚齿或精插齿。
稳定化处理的温度千万不要超过调质时的高温回火温度, 以免调质硬度下降, 影响氮化后的质量, 必须引起足够的重视。
5.3 矿用汽车重载齿轮离子氮化应用的模数范围
国际上公认的模数在10 mm以下。德国齿轮权威机构推荐的模数为8 mm以下。美国和英国推荐的工业渗氮齿轮模数为7 mm左右。公司的应用范围如表3。
对于模数大于8 mm的齿圈, 当载荷系数较大或存在较大的冲击载荷时, 选用离子氮化工艺时, 必须经过仔细的强度校核, 考虑足够的安全系数, 最好经过台架试验的验证。
5.4 离子氮化氮化层深度的确定
增加氮化硬化层深度, 可克服过渡区的强度薄弱问题。齿轮渗氮层深度可以根据模数的大小, 按表4推荐值选用。
一些工业发达的国家, 对于某些重载齿轮, 其渗氮层深度要求0.8~1.2 mm。如美国费城齿轮公司生产的高参数齿轮中有43%采用渗氮工艺。m=2~6mm时, 层深为0.64~0.76 mm;m>6~9 mm时, 层深为0.89~1.02 mm。
工业齿轮的渗氮层深度, 除参考表4进行选择外, 根据国内外相关资料, 建议采用>0.6 mm的渗氮层深度, 这时齿轮的承载能力、抗磨损、抗疲劳性及抗胶合等综合性能处于最好的组合状态, 具有较宽的工况适用性。
5.5 离子氮化之后, 对齿轮齿部表面的人工打磨。
离子氮化之后, 齿轮的齿部表面粗糙度有所上升, 用手触摸有较明显的粗糙感, 因此可人工用0~1号的金刚砂纸沿整个齿面打磨, 打磨时间以每个齿1~2 min即可。经过打磨后的齿部表面, 粗糙度得到显著的降低。这一人工打磨工艺不可省略。
6 小PTO安装中的技术要求及注意事项
6.1 技术要求
(1) 小PTO各齿轮应转动灵活、运转平稳, 不得有窜动、冲击、异常噪声和阻滞现象。
(2) 小PTO满载时的噪声不得大于85 d B (A) 。
(3) 小PTO润滑油不得有渗漏现象。
(4) 小PTO与发动机连接螺栓的强度等级不得低于8.8级。
(5) 小PTO在正常装配、使用和保养的条件下, 首次大修期的寿命应不低于5 000 h。
6.2 注意事项
(1) 滚动轴承的安装
a.确保作业场地以及所用的设备工具、擦拭和润滑材料、轴承本身及相配零件的清洁。
b.SKF轴承出厂前涂有防护油脂, 安装前不要清洗轴承。轴承在投入运行后, 防护油脂能充分和润滑油融为一体, 并参与正常的润滑, 没有任何负面的影响。同时在没有投入运行前, 在库房存放期间, 由于防护油脂的作用, 仍有可靠的防护作用。因此, 用户使用非常方便。
c.轴承安装前, 应对轴承及相配件进行仔细检查, 发现问题及时排除, 否则不能安装。
d.轴承安装时, 应根据轴承的配合性质, 合理选择装配方式:冷装或热装。
e.轴承安装时, 应尽量使用压力机和各种拉器等专用拆装工具, 尽量避免用铜棒或手锤直接敲击。加力时, 压力必须均匀分布在套圈四周, 方向与套圈端面垂直。
f.轴承安装时, 应加力于紧配合的套圈上。如果加力于非紧配合的套圈上, 压力就要通过滚动体传到紧配合的套圈上, 必然在轴承工作表面产生凹痕, 引起轴承的早期损坏。
g.轴承安装时必须仔细进行, 避免轴承损伤。保持架最容易变形, 注意安装中尽量不让保持架受力。
h.确保轴承的安装精度。要严格按照技术条件的要求, 保证轴承与相配件的配合精度和相互位置精度及轴承游隙, 安装后应进行检查和调整。
(2) O形密封圈的安装
a.安装前应检查O形密封圈规格、型号、配合尺寸, 并检查O形密封圈有无碰坏损伤、变形、裂纹等现象, 合格后方可使用。
b.检查中间轴上安装O形密封圈的表面和轴端导入角表面, 以及小PTO壳体上安装O形密封圈的内孔表面和导入倒角表面是否有毛刺、沟痕。如发现毛刺、飞边、沟痕等应彻底修复去除, 然后用汽油清洗, 不允许有灰尘、杂质附在零件表面。
c.安装与装配的过程中应保持清洁, 保证O形密封圈表面不被划伤碰坏或局部切边缺肉。
d.手动安装时不可使用尖锐工具, 但要尽量有效借助工具, 以保证O形密封圈不扭曲。
e.禁止过分拉伸O形密封圈。
f.安装与装配中, 可在O形密封圈上滴几滴10号机械油或透平油, 以便于装配。
7 小PTO常见故障及产生原因和防治措施
小PTO常见故障及产生原因和防治措施如表5。
摘要：通过对国内外矿用汽车变速器动力输出装置 (简称小PTO) 的研究与制造, 介绍了小PTO的构成和工作原理。结合国内外的制造技术并根据公司的生产实践, 论述了小PTO在加工制造和安装中的注意事项, 以及小PTO常见故障、故障原因和防治措施。
关键词：矿用汽车,变速器动力输出装置,制造,安装
参考文献
[1]杨钟胜.矿用自卸车驱动桥轮边减速器的研究与制造[J].汽车工艺与材料, 2011, (10) .
[2]杨钟胜.矿用汽车发动机动力输出 (PTO) 装置的研究与制造[J].汽车工艺与材料, 2012, (5) .
汽车动力装置 篇7
燃气驱动型干粉灭火装置可自成系统, 不需充装带压驱动气体, 无需管网, 便于安装。采用固化物燃烧或化学反应产生气体驱动灭火装置内干粉灭火剂喷射, 达到灭火目的。该装置的干粉喷放速度是一项重要参数, 制约着灭火装置的灭火性能, 速度过小, 则干粉的输送距离较短, 且干粉输送力度不足以切入火场, 无法达到灭火要求;速度过快, 喷放冲击力太大, 单位体积干粉灭火剂喷放时间短, 不易扑灭火灾, 且扑灭易燃液体火灾时, 易造成液体溅射, 形成难以扑灭的流淌火。而决定干粉喷放速度的主要因素是动力装置产生气体的速度和灭火装置喷口直径。动力装置主要由燃气室、固体产气剂、冷却过滤层、产气喷口几部分组成, 其中, 影响动力装置气体产生速度的主要因素有产气喷口尺寸和固体产气剂燃速。
笔者主要研究动力装置产气喷口直径和固体产气剂燃速对动力装置产气速度的影响, 通过调节产气喷口尺寸及产气剂配方配比, 并结合灭火装置实际灭火效果, 找出最佳的产气喷口直径和固体产气剂配方组合, 使干粉灭火装置拥有良好的灭火性能。
1 试验及结果
1.1 固体产气剂组分对燃速的影响
1.1.1 固体产气剂配方
为提高产气剂的气体利用率, 保证单位质量产气剂生成的气体较大, 试验所用固体产气剂是一种红褐色粉末颗粒, 由氧化剂、可燃剂、粘结剂和敏化剂按照-10%氧平衡配制, 并添加催化剂, 其具体成分 (质量分数) 如表1所示。
1.1.2 试验方法
试验装置:产气剂药柱 (自制) 、计时器、启动电源、电点火头。
取70g产气剂压制成圆柱形药柱, 侧面包覆阻燃橡胶, 将电点火头固定在药柱某一端面, 用启动电源启动电点火头, 点燃药剂, 用计时器记录药剂开始燃烧到燃烧结束的时间, 从而计算产气剂质量燃速, 如图1所示。
1.1.3 结果及分析
每组数据测量3次, 取平均值, 结果如图2所示。
由图2可知, 催化剂的添加大大促进了产气剂的燃速, 随着催化剂质量分数增加, 固体产气剂的燃速增大, 催化剂质量分数在1.87%以内时, 燃速随其增加迅速增大, 当质量分数大于2.78%后, 燃速增加速率减缓。这主要是因为催化剂可以降低氧化剂的分解温度并促进氧化剂的分解, 从而提高药剂燃速。
虽然催化剂质量分数的增加可以大大提高产气剂燃速, 但由于产气剂组分中气体的生成组分主要是氧化剂和可燃剂, 同等质量的产气剂中催化剂含量的增加将使其产气量减少。因此, 在不添加太多催化剂含量的情况下, 只能通过调整产气喷口直径达到增加燃速的目的。
1.2 动力装置产气速度试验
1.2.1 动力装置结构
动力装置如图3所示, 主要包括装置外壳、产气喷口、冷却过滤层、产气剂药柱、电点火头。
试验选用不同配方的固体产气剂为试验对象, 通过改变动力装置产气喷口尺寸, 测试产气喷口直径对动力装置产气速率的影响, 喷口直径为12、14、16、18、20mm。
1.2.2 试验方法
实验器材:动力装置、计时器、启动电源。
取70g产气剂药柱, 装入壳体中, 将电点火头固定药柱端面, 用启动电源启动电点火头, 点燃药剂, 用计时器记录药剂开始燃烧到燃烧结束的时间, 从而计算产气剂质量燃速。
1.2.3 结果及分析
试验结果如图4所示。
由图可知, 动力装置的产气速率随产气喷口直径的增大而降低, 当产气喷口直径小于14mm时, 动力装置产气速率非常迅速;而高燃速的产气剂, 产气喷口直径对产气速率的影响更大, 当产气喷口直径减小到14mm以下时, 燃速高的产气剂发生爆燃现象。由于喷口直径制约着装置内气体的释放速率, 当喷口较小时, 气体来不及释放, 在装置内形成压力。为了更好地理解燃速变化原因, 由于该装置结构跟固体火箭推进器类似, 笔者引用了燃速定律半经验公式, 如式 (1) 、式 (2) 所示。
式中:m为药柱的质量燃速, g/s;ρ为药柱的密度, g/mm3;d为药柱直径, mm/s;r为药柱的线性燃速, mm/s;P为燃烧室压力, kPa;a1为燃速系数, mm/s;b1为燃速系数, mm/ (kPa·s) 。a1、b1均为常数, 取决于药剂性质、装药初温和燃烧室的压力范围。
根据式 (1) 、式 (2) 可知, 在其他条件一定的情况下, 燃速m和压力P成正比。喷口直径的减小使燃气的释放变慢, 导致燃烧室压力增大, 加快了药剂的燃烧速度;燃速的增大又进一步提高了燃烧室的压力, 当喷口减小到一定范围时, 燃烧速度及燃烧室压力在相互影响下急剧增大, 当压力超过药柱的承受压力时, 药柱破碎, 将导致爆燃。
因此, 为保证灭火装置的安全稳定性, 产气喷口不宜太小。
2 实际灭火性能试验
通过对试验结果的分析对比, 加大催化剂质量分数和减小动力装置产气喷口都能增加动力装置的产气速率。但是, 一方面从产气剂产气利用率方面考虑, 催化剂的含量不能太高;另一方面, 从安全角度考虑, 动力装置的产气喷口不宜太小。
为了找出较优组合, 试验将动力装置和干粉灭火装置结合起来, 进行实际的灭火试验。选定配方3、4、5、6, 结合不同直径喷口进行试验, 该灭火装置内装8kg ABC超细干粉灭火剂, 悬挂在9m高度进行灭火试验。所做灭火试验均按照GA 602-2006规定进行, 每项试验进行3次, 结果如表2所示。
由表2可知, 灭火装置的灭火能力不与动力装置的产气速度成正比, 根据试验现象分析, 因为产气速度过快时, 干粉的喷放强度过大, 容易造将B类油盘火中的汽油溅出油盘, 造成复燃, 如第10组试验;当产气速度较小时, 干粉的喷放力度较小, 由于油盘火的火焰区域内部压力很大, 干粉无法切入火场达到灭火效果, 其灭火能力就差;第4、8组的灭火能力最强, 其动力装置产气速度约为18g/s, 但第8组试验后装置内残留粉比第4组多。
通过调节产气剂燃速和产气喷口直径, 可改变燃气驱动型干粉灭火装置的灭火能力, 考虑经济性、固体产气剂及干粉灭火剂利用率, 动力装置采用16 mm产气喷口, 使用配方3产气剂时, 灭火装置的各方面性能最优。
3 结论
(1) 产气剂的燃速随组分中燃速催化剂含量的增加而增大。
(2) 动力装置的产气速度与产气剂燃速成正比, 与产气喷口直径成反比。
(3) 动力装置的产气量与产气速度影响着灭火装置的灭火性能。
参考文献
[1]王玉晓, 蔡芸.超细干粉自动灭火装置在民用建筑中的应用前景分析[J].武警学院学报, 2005, 21 (6) :22-24.
无动力氨回收装置运行总结 篇8
1 无动力氨回收工艺流程
弛放气进入系统, 经过第一换热器, 被初步冷却, 温度下降, 进第一气液分离器, 分离出一部分氨, 分离出来的氨节流后返流经过第一换热器, 与原料气换热, 从第一分离器出来的气体经过高效除油装置后进入第二换热器, 进一步冷却, 然后到第二分离器, 进行深度冷却, 分离出绝大部分氨, 液态氨节流后返流至第二换热器交换冷量。气态混合物分别进入第三换热器、第三分离器, 温度进一步降低, 分离出残留的少量氨。从第三分离器出来的液体混合后节流并返流通过第三换热器交换冷量, 再与第二分离器分离出来并节流后的氨混合, 进入第二换热器。最后一级分离器分出的气相经过第三换热器复热后进入膨胀机组膨胀降温, 膨胀后的混合气体进入第三、二、一换热器, 回收冷量后排出系统。无动力氨回收装置回收的产品气氨进入气氨总管, 然后入冰机进口, 经冷凝器冷凝形成液氨, 到液氨储槽, 尾气进三废炉燃烧。
2 设备配置 (表1)
无动力氨回收装置投资金额为80万元。
3 技术指标
(1) 尾气氨含量≤2%
(2) 氨纯度≥99.5%
(3) 尾气压力0.05MPa
(4) 产品气出回收装置压力0.15MPa
(5) 装置操作弹性35%~120%
生产过程中温度、压力、液位等工艺参数为自动检测, 自动调节, 自动报警。
4 运行参数
5 装置特点及效益
(1) 可从含氨带压混合气体中分离出气氨, 去冰机, 而不再产生氨水或碳铵。
(2) 利用气体的静压能推动膨胀机对外做功, 混合气体温度降低, 沸点最高的氨气首先液化, 实现氨与其他气体的分离。运行过程无外供动力、无水耗、无三废排放。节省了尿素深度水解或蒸氨岗位的大量蒸汽。
(3) 关键设备膨胀机转子在气体轴承悬浮下高速旋转, 不需润滑油及常规保养。
(4) 氨回收率98%以上, 电耗约11kW·h/h, 年费用8 000×11×0.45=3.96万元;日回收氨3t, 年回收效益252.45万元;投资回收期为4个月。
6 结语
整套装置结构紧凑, 占地面积约20m2, 设计合理, 投资少, 经济效益高, 消耗低, 运行稳定安全, 操作简单、弹性大, 装置建在合成附近, 无需增加操作人员, 无污染环保, 具有节能环保高效低耗的功能。
摘要：介绍新建合成氨采用无动力回收装置回收氨罐弛放气的工艺流程、设备配置, 还介绍了无动力回收装置的特点。
混合动力汽车动力总成设计构想 篇9
1 高压共轨柴油机电控技术简介
高压共轨柴油发动机采用电子控制单元 (Electronic Control Unit简称ECU) 从传感器 (油门位置、转速、大气状态、水温、共轨压力) 获取信息, 结合约束条件, 查找预先设定好的MAP, 调整喷油器的主喷, 预喷和后喷 (可选) 时长, 达到控制喷入气缸油量目的。博世高压共轨柴油机电控系统以转速为输入, 结合转速、油门来控制油量和喷油时间, 高压共轨柴油系统以扭矩为输入, 控制最后的油量和喷油时间。
2 电机驱动系统控制简述
电机驱动系统作为类似发动机功能单元的动力单元通常由电机和电机控制器组成。而电机控制器由电机控制器核心板, IGBT驱动电路, 控制电源, 结构和散热系统, 高压开关控制电路组成。控制器核心板负责接收整车控制器的指令并反馈信息, 检测电机系统内传感器信息, 根据指令和传感器信息产生逆变器开关信号;IGBT驱动电路接收CPU板开关信号并反馈信息 (如各相电流) , 放大开关信号并驱动IGBT, 提供电压隔离和保护功能;控制电源为CPU板和驱动电路提供多路相互隔离的电源;结构和散热系统则为电力电子模块散热, 支撑组件安装并提供环境保护;高压开关控制电路负责接受信号将直流电源能量传递给逆变器, 减少突然接通电路的大电流冲击。
各种电机转矩-转速特性在加减速或速度调节情况下都服从运动学方程Te-TL=J*dn/dt (Te为电磁转矩, TL为负载转矩, J为转动惯量, n为电机转速) , 对于恒定负载或者突加减负载, 只需要控制电机电磁转矩即可。
以某型号永磁同步电机 (额定75kw, 输出扭矩540N.m) 控制为例, 接收扭矩请求后将扭矩控制转化为定子q轴电流PI调节;励磁或弱磁控制部分转换为定子d轴电流PI调节[2]。空载情况下在线修改整车控制器RAM指令, 经过CAN总线发送给电机控制器, 0-1.48秒间发命令扭矩20N.m, 转速上升斜率较小, 1.48秒时刻更改为40N.m命令扭矩, 转速上升斜率变大, 在低速空载情况下电机经过报文发出的扭矩和命令扭矩有差异, 真实值需在测功机上测量。电控发动机和电机控制可实现CAN总线模式下转速和扭矩控制, 发动机ECU其通讯协议遵循SAE J1939, 电机控制通讯协议需要自行设定。
3 整车电控技术原理和设计
基于以上对发动机和电机控制的认识, 在并联式混合动力客车中可类比传统柴油车的控制方式, 由司机加速踏板开度 (即传统车油门) 和制动踏板开度, 发动机及电机转速, 并结合发动机水温等约束条件分配二者扭矩。对于串联或者增程式混合动力客车, 尽可能使得发动机转速位于经济区域, 即主要是发动机转速控制和发电机的扭矩控制。除了发动机和电机自带的ECU, 需要另外设计整车控制器 (Vehicle Control Unit简称VCU) 。
3.1 整车控制原理
串混或增程式系统主要驱动力来自驱动电机, 根据电机转速和加速踏板及制动踏板查询扭矩需求得到驱动电机的需求扭矩, 再结合A-PU (即发动机-发电机系统所能提供的电流限制) 得到电机的目标扭矩, 该目标扭矩由整车控制器经过CAN报文发送给电机控制器, 而电机需求扭矩转化为能量需求并结合电池 (或者超级电容) 电压以及剩余电量SOC转化为APU电流需求, 再经CAN总线实现对发动机转速和发电机扭矩 (或者励磁PWM) 需求。
对于并联混合动力, 由于发动机的转矩响应受瞬态空燃比控制燃油补偿等因素较目标扭矩迟滞, 而电机的扭矩响应在毫秒级, 可认为是瞬变量。若某一时刻目标扭矩是600N.m, 分配给电机和发动机扭矩分别是200 N.m和400 N.m, 必然导致瞬间合成扭矩和目标扭矩差异较大影响舒适性, 以并联式混合动力客车从纯电动切换到发动机单独驱动为例, 电机目标扭矩瞬间变为0, 此时发动机输出扭矩尚未输出到位将导致动力中断, 需要电机转矩补偿或者延缓电机响应。
3.2 VCU硬件结构
设计一款采用freescale S12X系列处理器的VCU, 负责采集挡位, 加速踏板和制动踏板信息, 并根据转速或者车速信息, 发送扭矩命令给电机控制器和发动机ECU (也可用总线油门或者硬件油门信号) ;对于带有自动变速箱的车辆, 需要根据挡位和位置传感器由H桥电路控制离合器或者选档换挡执行器;对于串联式混合动力汽车, 通常需要控制发电机励磁或发电机扭矩需求。
发动机ECU的RAM设计为1-2MB, 单片机自身RAM通常难以达到, 需要另外用地址数据总线扩展, 可标定数万个浮点型变量和若干一维和二维MAP。S12X处理器RAM为64KB, 在标定变量不是特别大的情况设定某个RAM地址区域用于MAP和可调整参数标定, 通常使用CAN Calibration Protocol (CCP) 协议。
3.3 VCU软件结构
在codewarrior下新建工程文件project后, 手工代码完成硬件层驱动程序, 如CAN, AD, PWM等功能。控制策略部分通常采用Matlab Simulink中进行上层算法建模仿真调试, 其软件结构通常分为初始化和步进执行两部分。初始化不进入无限循环只需要执行一次, 而步进执行部分分不同的周期需要在无限循环中执行, 该周期需要在simulinkconfigue中设置且须和project中执行周期一致。然后利用Real-Time Workshop工具箱对上层算法进行自动代码生成。最后需要在Codewarrior集成开发环境中将生成的C代码形式的上层算法与手写代码进行拼接, 整合与调试, 编译连接之后生成在单片机环境下运行的可执行文件, 可通过串口或者CAN下载已经编写bootloader的VCU中。
4 结束语
以扭矩为切入点分析发动机和电机控制的共性从而扩展应用到混合动力汽车研发是本文的主要脉络。建立在Freescale S12X处理器平台的整车控制器可实现simulink算法生成代码, 并通过扭矩命令 (或者转化为发动机油门) 实现对电控发动机和电机的控制可以应用于混合动力汽车开发。
参考文献
[1]黄海燕.汽车发动机试验学教程[M].北京:清华大学出版社, 2009.
汽车动力装置 篇10
伴随经济全球化进程的加快推进, 2000年以来的全球航运业出现了空前的繁荣, 而船舶作为载运工具, 其节能效果的好坏对经济、社会、环境均具有很大影响。因此, 加强对船舶节能技术研究, 实现节能技术转化具有重大意义。
关系船舶节能的因素很多, 但大体上可以分为三个方面, 即技术因素、管理因素、经济因素。技术因素包括船体线形、机桨选配、燃油使用、柴油机喷射效果等;管理因素主要包括船舶、船队的规划和航线的选择及船舶的管理维护等;经济因素主要包括市场竞争、各项基于市场机制的调控手段、税收、物质价格等。三因素相互影响相互渗透, 其中技术改进是船舶节能的基础因素, 而船舶动力装置作为能源消耗的直接对象, 其节能的好坏既关系到整艘船舶的节能效果, 也关系到其运营的经济性, 因此, 对船舶动力装置节能因素的控制就成为整个船舶节能控制的一关键环节。
2 影响因素分析
下面从主机选型、螺旋桨设计、机桨匹配、船机保养等方面对船舶动力装置节能效果的影响做一简要分析。
2.1 主机选型
主机是船舶推进的动力源, 因此, 在进行动力装置设计时, 首先必须确定船舶主机。由于主机的能耗在整个动力装置中所占的比例最大, 因而主机的优选对控制动力装置能耗, 提高动力装置效率影响最大。随着柴油机技术的发展, 无论是低速、中速或高速柴油机其能耗均有较大幅度的降低, 但各种机型间的差别也是明显存在的。因此, 在设计船舶时应根据船舶具体情况, 选择性能稳定, 经济性好的主机。
在选配柴油机时, 首先应根据船舶类型、尺度 (吨位) 、航速、航线等, 加上必要的储备功率, 确定船舶要求的最大连续输出功率及其相应的转速, 根据船用柴油机的负荷特性可知, 最低燃油消耗率往往位于标定功率的85%左右的位置上。因此, 从船舶长期使用的经济性角度考虑, 在选择主机时都尽量采用“减额输出”匹配方法, 即标定功率的85%左右, 并以此作为向主机生产厂订货的依据。主机减额输出使用的实质是配置较大功率的柴油机而仅产生较小的输出功率, 这样尽管主机造价和船舶机舱容积有所增加, 但是从节省燃油消耗、降低船舶运营成本的角度出发, 其优越性是可观的。目前柴油机主机趋向低转速、长冲程, 其目的主要是降低耗油率, 同时该类主机与低速大直径螺旋桨匹配效果较好。节能型大功率主机主要是降低耗油率, 烧重质燃油或代用燃料, 提高船舶营运经济性。
2.2 螺旋桨设计
整个推进系统的有效能可用推进系数来描述, 它不仅与推进装置的传动效率、船身效率有关, 更与螺旋桨的敞水效率及装船后的相对旋转效率有关。一般来说, 当传动设备及轴系确定后, 传动效率随不同的船型变化不大, 但船身效率、螺旋桨敞水效率与船型密切相关。因此, 为使船舶具有较大的推力、较高的船速, 改善螺旋桨设计、提高推进系统效率十分重要。
根据螺旋桨理论, 螺旋桨效率可用下式表示:
在螺旋桨设计时, 为提高螺旋桨效率, 首先可以考虑采用低速大直径螺旋桨, 螺旋桨推力T与进速Va取决于船体尺寸和航速的初始设计。在船舶营运要求下, T和Va已定, 要提高螺旋桨效率, 唯一途径就是加大桨盘面积AO, 即增大螺旋桨直径。而在这种情况下, 如果转速保持不变, 则桨叶梢线速度的增加会引起摩擦损耗的增加, 从而导致推进效率下降。因此, 在功率一定的情况下, 若采用大直径桨, 必须同时降低桨的速度, 所以, 在设计螺旋桨时, 为使桨效达到最高, 桨速与桨径应处于最佳对应关系。
目前, 远洋船舶绝大部分均采用大直径低速螺旋桨, 据统计, 在全负荷吃水时, 若将转速降低一半, 由于桨效率的提高, 可使主机功率减少约10%-16%。一般来说, 在常用航速范围内, 桨转速降低1%, 可节约燃油约0.2%-0.3%。
2.3 机桨匹配
在设计选配螺旋桨时, 选择不同的工况点直接影响船舶的经济性及可靠性。从节能的角度出发, 选主机额定 (标定) 转速下, 负荷特性曲线上油耗最低区所对应的某功率作为实际设计功率可取得较好的经济效益。这个功率暂称它为最经济使用功率, 对于高速机此经济功率约为12h额定功率的90%, 与我国高速柴油机的持续功率相同。这样设计既可获得较大经济效益, 同时, 由于采用了90%额定功率作使用功率, 对主机本身来讲, 其寿命及可靠性均会提高, 每年的维修费用亦将减少;对于中速机, 一般的做法是只要主机能胜任则直接取其额定功率作为设计功率, 如不能胜任则取低些。
在螺旋桨设计中选择工况点时, 还应考虑有一定的功率储备, 在一般情况下建议取5%-10%, 以便船舶产生污底或进入浅水航道阻力增加时, 以及进入过浅航道发生拖底及急速回转阻力大大增加时, 主机不致超负荷而发生问题, 这与用最经济使用功率作为螺旋桨设计工况点是一致的。另外, 由于柴油机在部分负荷下运行时经济性变差, 为充分利用船舶主机在低速运转时的储备功率, 还可以通过改进螺旋桨设计来实现功率最大化, 如采用调距桨或多速比齿轮箱等措施以适应工况变化。
2.4 船机维护
船舶动力装置在满足可靠性的前提下, 要尽量提高其经济性, 以降低能耗及营运成本。柴油机经济性的提高, 除采用先进的结构, 与螺旋桨或发电机等工作机械匹配外, 加强维护保养、合理使用, 使其处于良好的工作状态, 也是不可忽视的重要因素。众所周知, 衡量柴油机经济性与节能效果的主要指标是燃油消耗率, 下面从柴油机的维护管理层面, 讨论降低其燃油消耗率的节能途径。
⑴调整最佳的供油提前角, 柴油机的燃烧过程是其工作的核心。燃油燃烧的好坏直接影响柴油机的动力性、经济性与可靠性。一个完善的燃烧过程要求燃烧完全及时、平稳、空气利用率高, 准确的喷油定时则是达到上述要求的前提。
⑵改善进气条件, 柴油机进气温度过高, 会使空气密度降低, 充气量减少, 从而造成输出功率下降, 燃烧不完全, 耗油量增加。所以应加强柴油机进气区的通风, 以降低进气温度, 增加空气量。
⑶定期进行检修和调整, 检修和调整, 是保持柴油机各缸完全燃烧, 负荷均衡的必要条件, 也是降低油耗的有效措施。
⑷控制发动机在适宜温度下工作。试验证明, 柴油机冷却水温度在85℃左右工作, 能提高柴油机的热效率, 降低功率损失, 从而提高柴油机的有效功率。
⑸定期清除排气系统的积炭, 减小进排气阻力, 提高换气质量, 改善燃烧条件, 降低油耗。
⑹定期检查和更换润滑油, 有效地提高柴油机工作质量, 减少故障的发生, 降低油耗。
2.5 船机热效率
提高船舶装置的热效率可从两方面考虑:一是选用低油耗高热效率的主机以降低它的燃油消耗量。动力装置耗油率决定于主机、副机及辅助锅炉的燃油消耗量, 特别是主机的耗油率, 因为主机消耗的能量约占整个动力装置总能量的90%以上;其次是充分利用装置废热, 产生热水和蒸汽以供船上加热、生活用以及废热发电, 尽可能做到航行中不使用燃油锅炉和少用柴油发电机组, 或者直接减少全船蒸汽耗量和电量的消耗以降低副机和锅炉的燃油消耗量, 提高装置热效率。
废热利用的方法是按废热特点进行的。对主机废气可把废气引入专门构造的锅炉产生蒸汽, 用它驱动蒸汽副机, 或用它带动汽轮发电机组发电, 并入船舶电站, 也可利用排气废热产生的蒸汽作为各种舱、柜、加热器的加热源 (如燃油、滑油和货油系统的加热) 和取暖、蒸饭、茶水等生活热源;对冷却水直接或间接为冷却热, 作燃油加热、制冷、制淡和生活杂用等的热源。利用废热产生蒸汽和热水, 可以减少副机和锅炉的耗油, 节省能源, 提高动力装置经济性。
2.6 其他措施
船舶动力装置包括主机、电站、传动设备、轴系、推进器、管路设备等, 要提高整个动力装置的效率, 降低能耗除从上述各方面采取措施以外, 还可从以下方面考虑:
⑴提高传动效率。从主机到螺旋桨的传动效率取决于传动方式和传动轴及设备的效率, 因此, 应采取下列措施降低能耗: (1) 尽可能采用直接传动; (2) 如采用间接传动, 应提高传动设备 (如减速装置、联轴节等) 的效率; (3) 保证传动轴系的对中良好; (4) 采用高效的轴封装置, 减少轴封对漏油及传动效率的影响。
⑵采用主机轴带发电机。由于柴油机在部分负荷工作时, 其经济性较差, 耗油率增加。当某些船舶较长时间处于部分负荷工作时, 可采用主机轴带发电机, 这样, 不仅可使主机工作在效率高的运行区域, 提高效率, 而且有可能减少柴油发电机组的数目。
⑶提高船舶电站的效率。船舶电站的能耗在整个船舶动力装置中占有一定的份额。提高船舶电站的效率不应忽视。为此, 应合理地使用发电机, 尽量避免柴油机在低负荷下运行, 以提高柴油机的运行经济性;正确选择各种电动机容量, 采取补偿装置提高功率因数, 采用控制机构提高电动机效率, 以提高船舶供电系统的功率因数。
3 结论
船舶动力装置的节能是一项综合工程, 其涉及因素多, 各因素间关系复杂, 在做选择时应考虑各方面的具体情况加以综合平衡。应当指出, 船舶动力装置的节能好坏, 也直接关系到船舶运营的经济性, 所以, 建议船东也应在船舶设计时注意各因素的设计选型及船舶运营时的管理维护。
摘要：本文在简述船舶节能意义的基础上, 对影响船舶节能的各因素做了简要分析, 提出了船舶动力装置在船舶节能过程中的重要性和现实性, 对影响船舶动力装置节能效果的各因素做了总结性研究, 并针对每项影响因素提出了一些实施建议。
关键词：船舶动力装置,节能
参考文献
[1]陈爱玲.船舶节能减排动态研究[J].青岛远洋船员学院学报, 2008 (12) .
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[3]刘杨.船舶柴油机废气余热利用的研究[J].武汉船舶职业技术学院学报, 2011 (4) .
[4]吴光林.船用螺旋桨理论研究的发展与方向[J].中国舰船研究, 2009 (2) .
[5]徐筱欣, 船舶动力装置[M].上海:上海交通大学出版社, 2007.
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