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液压舵机故障与排除摘要：液压舵机是船舶重要设备之一,其质量、性能的好坏直接关系到船舶安全航行, 从目前发生的船舶海损事故中分析, 船舶发生海损有相当大的比例是与舵机故障有关的, 所以加强对舵机的检验,及时对舵机出现故障进行排除，保证舵机的正常工作是目前降低事故隐患, 减少海损事故发生的重要途径之一。关键词 液压舵机故障分析 故障排除目录1 液压舵机----------------------------------------------------------1 1．1液压舵机的基本组成及工作原理----------------------------------1 1．2 液压舵机的操纵系统--------------------------------------------12 舵机建造规范的基本要求--------------------------------------------13 液压舵机的常见故障------------------------------------------------1 3．1 无舵---------------------------------------------------------1 3．2 只能单方向操舵-----------------------------------------------1 3．3 舵速太慢-----------------------------------------------------1 3．4 空舵---------------------------------------------------------1 3．5 实际舵角与操舵舵角不符---------------------------------------1 3．6 跑舵---------------------------------------------------------1 3．7 系统超压-----------------------------------------------------14 对舵机的检验和故障排除--------------------------------------------2 4．1 检查应急舵的有效性-------------------------------------------2 4．2 检查舵的运转情况---------------------------------------------2 4．3 检查舵角指示的准确性-----------------------------------------2 4．4 检查舵角限位器的有效性---------------------------------------3 4．5 检查舵的液压系统的密封性能-----------------------------------3 4．6 同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质-------------------35 舵机故障实用诊断技术的基本步骤------------------------------------4 5．1熟悉性能------------------------------------------------------4 5．2调查情况------------------------------------------------------4 5．3现场勘察------------------------------------------------------46 液压舵机的日常维护和保养------------------------------------------57 结论--------------------------------------------------------------98 致谢语------------------------------------------------------------99 参考文献---------------------------------------------------------11 前言 液压舵机的作用是通过控制舵叶偏转来改变船舶的航向，它是船舶甲板机械中最重要的设备。液压舵机发生故障，将直接危及船舶航行安全。因此，如何准确、快速地查找出其故障发生的原因是轮机管理人员修复故障的首要任务。液压舵机因具有体积紧凑、惯性小、运转较平稳等优点，目前已广泛用于各种类型的船舶上。在日常运行中，液压舵机常会出现各种故障。有些故障产生的原因比较明显，易于查找和解决，但是有些则不易立即找出故障的部件和根源，必须根据液压系统的原理．对各个液压元件的结构和性能进行仔细地分析和研究，才能逐步找出发生故障的部位，进而迅速排除故障。 1 液压舵机1．1 液压舵机基本组成及工作原理液压舵机主要由液压油泵、推舵油缸、操纵台、蓄能器、油箱、三位四通电磁阀、二位三通电磁阀, 安全阀、溢流阀、舵角发讯器及有关管路、仪表等组成。液压舵机一般采用电动机带动油泵，因而又称电动液压舵机。液压舵机用油液作为传递能量的介质，利用油液的不可压缩性及流量、压力和流向的可控性来实现转舵。舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能，然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能，来实现舵的左、右转向。液压舵机由三大部分组成：推舵机构、液压系统与操舵控制系统。推舵机构的作用是将液压能转换成机械能，推动舵叶偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能．并设置所需的保护与控制装置。操舵控制系统的作用有二：一是传递舵令，二是控制操舵精度。[1]1．2 液压舵机的操纵系统 船舶舵机一般都同时装备有驾驶室遥控的随动操舵系统和自动操舵系统，舵机房还设有机旁操舵（非随动操舵）。随动操舵系统：当操舵者发出舵角指令后，不仅可使舵叶按指定方向转动，而且在舵叶转到指令舵角后还能自动停止操舵的系统。自动操舵系统：当船舶长时间沿指定航行时使用，它能在船因风，流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时，靠罗经测知并自动出信号，使操舵装置改变舵角，以使船舶能够自动地保持既定的航向。非随动操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方向，当舵转至所需的舵角时，操舵者必须再次发出停止转舵的信号，才能使舵停转。非随动操舵系统通常即可在驾驶台，也可在舵机房操纵，以备应急操舵或检修，调试舵机之用。舵机遥控系统根据远距离传递操舵信号的方式不同，主要有机械式，液压式和电气式。现代船舶大多采用电气遥控系统。泵控式舵机的电气遥控系统常以伺服液压缸或伺服电机等作为在舵机房的控制元件，去控制舵机主泵的变向变量机构。 2 舵机建造规范基本要求按照钢质海船入级与建造规范对舵机的基本要求，其中主要内容有：1．每艘船舶均应设置1个主操舵装置和1个辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置，应满足当它们中的1个失效时应不致使另1个也失灵。2．具有足够的强度并能在最大营运前进航速时进行操舵，使舵自任一舷的35°转至另一舷的35°，并且于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的30°所需时间不超过28s。3．能在最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进行操舵，使舵自一舷的15°转至另一舷的l 5°且需时间不超过60s。4．驾驶室与舵机室之间，应设有通信设施。5．操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备应该与转舵机构本身同步，而不应与舵机的控制相同步。6．舵装置应有保持舵位不动的制动装置。7．当主操舵装置要求动力操作时，应设有1个固定贮油箱，其容量至少足以使1个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。贮油箱应以管路固定连接，使液压系统能在舵机室内便于充液，并应设有液位计。8．应设置两个独立的控制系统，见每个系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时，除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外，不必设置第2个独立控制系统。9．驾驶室和舵机室应固定展示带有原理框图的适当操作说明。此说明应表明操舵装置控制系统和动力转舵系统的转换程序。10．由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设2路独立馈电线直接供电。但其中的1路可以由三、舵机容易出现的故障。 3 液压舵机的常见故障3．1 无舵该故障的根本原因是主泵没向转舵机构供油或转舵机构不能回油, 撞杆无往复运动。油泵未向转舵机构供油的因素有:(1) 油泵电动机电源断路, 油泵空转, 主油路换向阀未换向, 或转舵机构进回油路旁通。其中油泵空转和换向阀不换向, 主要与操纵系统有关。(2) 操纵油路的工作油压过低或建立不起油压, 远操纵机构传动件的卡死或紧固件的松动、折断或脱落, 追随机构的贮存弹簧张力太小, 或换向阀卡住等, 都会因变量机构仍在中位而导致变向变量泵空转, 因换向阀不能换向而导致定向定量泵的排油直接经换向阀旁通回油箱。(3) 影响操纵油压的主要因素是系统中的阀件, 如旁通阀和限位旁通阀的开启, 溢流阀的调整压力过低或阀芯被污物硌起或节流孔堵塞等。( 4) 造成转舵机构不能回油的原因, 主要是主油路上的液动单向阀不能开启, 或由于未引入控制油, 或是控制活塞卡死。3．2只能单方向转舵(1) 由操纵系统单边不正常引起。例如发送器的交通阀一个处于常开, 操纵油压单边不能建立, 变向变量泵的变量机构仍居中, 泵空转。( 2) 某个限位旁通阀被外物压下, 该侧操纵油路失压, 或换向阀卡死于某一端, 控制主油路的换向阀不能换向, 定向定量泵的排油就无法供入相应的转舵油缸。(3) 主油路中某一安全阀泄漏或某回油侧的液动单向阀不能开启。3．3舵速太慢( 1) 转舵速度的快慢取决于撞杆移动的速度, 即供入转舵机构油缸的油量。供油流量大, 舵速快; 反之, 舵速慢。所以该故障多由主泵的排量不足引起。若不是泵的选配不当, 则可能是因电压过低, 泵的转速下降; 或者补给油箱油位过低、吸入滤器阻塞、吸入截止阀未开足或泵的吸入管路不严密, 破坏了泵的吸入条件; 或泵的有关零件磨损过甚, 内漏严重; 或变量泵的最大排量限制调节不当。( 2) 主油管路或液压件的外漏, 旁通阀和安全阀关闭不严, 也会使转舵速度降低。操纵油路积存空气, 交通阀关闭不及时, 或换向阀的换向速度调得过慢, 必然会延迟主泵开始向转舵机构供油的时间, 使舵来得慢。3．4空舵( 1) 由于液压系统中积存空气、泄漏或发送器的交通阀开度过大所致。若操纵系统积存有空气, 开始转动舵轮时必须先压缩空气, 待系统的压力上升到一定值时, 受动器才动作, 即受动器的动作滞后发送器一定时间, 因而造成舵轮空转一定角度后才来舵。可见, 压缩空气的过程就是舵轮空转的过程, 积存的空气越多, 空舵现象就越严重。( 2) 因操纵系统和动力系统均采用闭式回路, 当存在泄漏时, 油泵(发送器也是手动泵) 从执行机构(受动器或转舵机构) 的一侧吸油, 若有一部分油在泵排出的高压管路上泄漏, 则进入执行机构另一侧的油液推动油缸或撞杆移动所扫过的容积, 就不足以填补被泵吸出的油液的容积, 因而在执行机构的回油侧产生“空穴”。如果补给油箱的油位过低, 系统的补油压力过低或补给阀不能开启, 以致补充油液不及时, 则反向转动舵轮回舵时, 油泵输送的油首先得填充“空穴”, 执行机构的油缸或撞杆才能被推动, 于是产生了空舵现象。( 3) 若发送器交通阀的开度过大, 其关闭势必延后, 开始转动舵轮时, 压力油或经另一交通阀旁通, 或经交通阀和安全阀泄回油箱, 直至交通阀关闭, 受动器才动作, 于是产生了空舵现象。( 4) 主油路中旁通阀或安全阀关闭不严, 也会产生空舵, 管理中不可忽视。( 5) 系统中的空气可能因未完全驱除而积聚, 也可能因发送器、受动器和转舵机构的填料泄漏而渗入。油缸填料的密封性主要靠液压的大小,若发生泄漏, 旋紧压盖往往无济于事, 条件许可最好取出换新, 或修整切平, 使装复后能平服贴紧。3．5实际舵角与操舵角不符( 1) 追随机构调节不当, 以致舵转至操舵要求的舵角时, 油泵的变量机构还未回中, 舵就会因油泵未停止供油而继续偏转, 造成冲舵; 或舵还未转至要求的舵角, 追随机构已把油泵的变量机构拉回中位, 舵因油泵停止供油而停转, 结果造成舵不足。发生这种现象, 追随机构应重新定位。定位时注意两点: ① 舵在正中时, 油泵排量的调零; ②舵在正中时, 保证追随杆与连接杠杆的垂直度。( 2) 对于定向定量泵电液舵机, 若驾驶人员操作不熟练, 易出现冲舵现象。这是由于舵转至要求的舵角时, 主油路的换向阀未及时回中, 舵会因油泵供油未停而继续转动, 从而造成冲舵。这种情况要靠操作的熟练程度才能解决。3．6 跑舵发生跑舵现象可能的原因有三位四通阀、手动换向阀内泄严重油缸或油缸接头外泄严重。3．7 系统超压其可能原因有( 1)卸荷阀或安全阀调定压力过高( 2)卸荷阀或安全阀内先导阀阀座上小孔堵死, 滑阀卡死( 3)单向阀阀芯卡死。 4 对舵机的检验和故障排除 针对舵机容易出现的故障点，船舶安检人员就可以有针对性地开展检查工作。4。1检查应急舵的有效性。按照现代船舶建造规范的要求，船舶应当具有两套以上操舵装置。一套主推舵装置，一套为辅助(应急)推舵装置。这是为了保证在主推舵装置出现故障时，应急舵仍然可以继续保持舵的有效性，保证船舶的正常航行和安全。对应急舵的检查一般要求船方进行应急舵的实操，观察应急舵是否能够使用，运转是否正常。4。2检查舵的运转情况。在检查舵的运转情况时，一般应有两名船舶安检员相互配合进行。一名安检员在驾驶台发出舵令，另一名安检员在舵机间观察舵机对于舵令的反映。舵机在转舵运行过程中应运转平稳，无杂音无间歇性现象。从一侧满舵运行到另一侧满舵时，应反映灵敏，能够达到28S的时间要求。4。3检查舵角指示的准确性。在舵机上都安装有舵角指示器，舵角指示器是为了正确显示舵叶转动的准确位置，其所显示的角度指数应与驾驶台操舵转向的角度度数相吻合。当舵角指示器显示不准时，就会影响到驾驶员的对船舶的操纵，使驾驶员的判断产生误差，有可能使船舶发生触碰事故。在检查舵角指示的准确性时，是由两名船舶安检员相互配合进行的。一名安检员在驾驶台观察驾驶台上的检查舵角指示器显示的读数，另一名安检员在舵机间观察舵机上舵角指示器显示的读数。二者应读数相同。4。4检查舵角限位器的有效性。舵角限位器是起到了对液压油缸的保护作用。当舵角转动到最大角度时，油缸的活塞继续压缩液油，而舵叶已不再继续偏转，致使油缸内的压力不断增加，容易导致油缸破裂。而舵角限位器的存在就使得当舵角转动到最大角度时触动限位开关，限位开关断开电动机的动力起到了保护油缸的作用。所以安检员在检查检查舵角限位器时，应让船舶驾驶员分别打满左、右舵，观察当舵角转动到最大角度时舵角限位器是否发生作用。否则应当要求船方进行修复。4．5检查舵的液压系统的密封性能。舵叶的转动是依靠油缸内液体传递的电动机动力来实现的。所以舵机的液压系统要保证不漏油，不漏气和不积气，才能达到传递液压力的目的。液压系统的密封性能对舵机的正常工作有着非常重要的作用。安检员在检查舵机时，应当注意观察舵机表面和舵机间的地面是否干净整洁、是否存在油污，还应当注意检查油缸表面是否存在修补过的痕迹。在检查液压系统的密封性时，应让船方开动舵机，注意观察舵机液压杆与液压油缸滑动处、液压油缸的其他接缝处是否有液压油渗出的现象。以便正确判断液压系统的密封性能。4．6同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质。液压油是液压舵机正常工作的媒质，是液压舵机保持良好性能的保证。国际海上人命安全公约（SOLAS）对此有规定：液压操纵的操舵设备应设有能针对该液压系统的形式和设计保持液体清洁的装置。国内的船检规范也有类似的条款规定。可见舵机液压油品质是否良好对于舵机的正常运行确实很重要。液压油的品质受到以下因素的影响，一是液压油在运转过程中，机器磨损下来的金属屑和水分混入到油中，对液压油造成了污染。二是液压油与空气接触会发生氧化反映，油品会渐渐下降，达不到机器性能的要求。这时应当更换液压油。但是由于液压油的价格比较昂贵，因此沿海船舶特别是个体船舶很少有更换液压油的。另外在舵机间的液压油补充油柜中液压油应保持一定的油量储备，这也是在检查过程中应当注意的。5 舵机故障实用诊断技术的基本步骤5．1熟悉性能在分析前应首先熟悉液压舵机的工作原理、运行工况、机械性能和主要技术参数，明确该舵机的结构与管理特点。5．2 调查情况要向现场管理人员仔细地询问平时实际工作情况，一般有六问：一问液压系统工作是否正常，液压泵有无异常现象。=问液压油何时更换过，滤网有吾清洗或更换。三问出事故前调压阀或调速阀是否调节过．有哪些不正常现象。四问出事故前对密封件或液压件是否更换过。五问故障前后液压机械工作出现过哪些不正常现象。六问过去出过哪类故障．是如何排除的。5．3现场勘察如舵机还能运转．应亲自启动，认真地把握好看、昕、摸、闻等环节，以便寻找突破口。1) 察看液压系统工作的真实现象。一般有五看：一一看速度，撞杆的移动速度有无变化(速度快慢取决于进出油缸的油流量)。二看压力，液压系统各测压点的压力值是否正常．有无波动现象(压力大小取决于负载)。三看油液，观察油液是否清洁，是杏变质，油位是否够高，油粘度是否符合要求，油的表面是否有泡沫等。四看泄漏，各管接头，阀板结合处，油缸端盖处，液压泵轴封处等是否有渗漏、滴漏和油垢。五看振动，撞杆有无振动与爬行现象。2) 用听觉来判别液压系统或泵的工作是否正常。一一般有三听：一听噪声，听听液压泵和系统噪音是否过大：溢流阀等有否尖叫声。二听冲击声，换向阎换向时有否冲击声：撞杆有否撞缸声；液压泵运转时是否有敲击声。三听泄漏声，听油路板内部是否有细微而连续的声音。3) 用手摸运动部件的温升及工作状况。一般有四摸：一摸温升，用手摸泵体外壳、油箱外壁和阀体外壳的温度，若接触1～2秒钟感到烫手，就应检查原因。二摸振动，用手摸运动部件和油管，可感觉到有无振动。三摸爬行，用手摸撞杆有无爬行现象与抖动。四摸松紧度及阀门开关情况，用手检查一下限位开关、紧固螺钉、插销的松紧程度。检查相关阀门如旁通阀等工作状态是否对。4)用感觉器官闻一下油箱中的油液是否有异味。6 液压舵机的日常维护和保养由以上排除故障的过程可以看出，对于高龄船舶由于机器部件的老化失灵随时都有可能导致舵机出现故障。为了尽可能的防止舵机发生故障，从而影响船舶的航行，就要加强对舵机进行日常维护保养。在航行过程中为确保舵机正常运行，值班人员应注意检查以下几点：（1）油位：值班时工作油箱中的油位保持在油位计显示范围约2/3。如果油位降低或油位增高,应该仔细检查是否有漏油处或进入过多的水,然后处理。（2）油温：工作最适合的温度为30－50度，高于50度应使用冷却器。油当油温超过70度时，油液的氧化变质速度就将显著加快，应停止工作，查找原因，加以解决。（3）油压：在主油路中，主泵排出侧油压不高于说明书指定的最大工作油压，主泵吸入侧的油压，不低于由补油条件或吸油条件所确定的正常数值。辅油路中油压应符合设计要求。油压表阀平时应保持关闭，只在检查时打开。（4）滤器：值班时要经常注意滤器前后压差，及时清洗或更换滤芯。若发现滤器里有金属屑，应做出相应的措施，以便处理内部磨损。（5）润滑：油缸柱塞等表面要保持清洁，涂适量的工作油，舵机长时间停用要涂润滑脂。需加油的摩擦部位，工作中应适时适量加油。（6）漏泄：要在值班时检查油缸，油箱，阀件，油管等处是否漏油；舵杆的舵承填料是否渗水，柱塞和柱塞杆表面是否有一层薄油，是否滴油；若滴油，要挑紧压盖或换新V型密封圈。（7）噪音：如有异常声音，应立即查明原因并处理。（8）机械过热：泵和电动机等不应有过热现象。轴承部件的温度，一般比油温高10－20度为正常。（9）阀和固定螺帽：使用中检查各放气阀，旁通阀和截止阀以及固定、连接螺帽，防止因振动而离开正确的位置或松动。（10）必要时测量转舵机构各磨损部位的间隙，校准调试安全阀或其他液压控制阀。电气方面应定期测量绝缘，检查和清洁触头、换向器、检查防止各接头松动。7 结论液压舵机的故障与排除是一个复杂的过程, 不仅检验项目多, 而且试验过程繁杂, 同时试验内容往往缺一不可因此要求检验人员对液压舵机要进行认真、细致的检验实践证明, 液压舵机出现故障, 往往都是因为管理和检验不到位、试验过于粗糙以及遗留问题不解决留下的后遗症, 如果我们平时检验到位, 试验符合要求, 再加上注意对其保养, 那么液压舵机的扭矩大、可靠性高, 寿命长的特点就会显示出来从而减少船舶海损事故的发生。所以我们应加强对液压舵机的检验。8 致谢语
船舶电子电气工程培养目标：培养适应21世纪我国国民经济和社会发展需要，知识、能力、素质协调发展，符合国际和国家海船船员适任值班标准要求，具备船舶电子、电气与控制工程相关的基础理论知识、专业知识及技能，熟悉海船运输安全和海洋环保相关公约和法律法规，综合素质好，实践能力强，能在船舶运输及相关企事业单位从事船舶电子、电气与控制系统的运行维护、修造、管理和设计开发等工作，具有“诚毅”品格、创新精神和国际竞争力的航海类高级工程技术人才。培养要求：本专业毕业生应具有以下的知识、能力和素质。具有一定的体育和军事基本知识，养成良好的体育锻炼和卫生习惯，具备STCW公约马尼拉修正案规定的心理素质、健康标准和体能要求。掌握一门外语，具备英语听、说、读、写基本能力，能顺利地阅读本专业方向的外文书籍和资料，并能顺利地应用英语就国际航运事务和相关技术进行沟通交流。掌握本专业方向必需的基础理论知识，主要包括强电、弱电相关的基础理论(电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术、计算机网络)，控制基础理论(单片机原理及应用、自动控制原理、PLC原理及应用)、电机学、机械基础等。掌握STCW公约马尼拉修正案规定的船舶电子电气员职业能力标准所要求的专业知识与技能，了解本专业方向的学科前沿和发展趋势，熟悉国际和国家关于海船运输安全和海洋环保方面的公约和法律法规。参加国家海事局规定的有关合格证训练项目、理论考试科目和评估项目训练，通过国家海事局考试并具备规定的海上资历后，可取得无限航区船舶电子电气员适任证书。主干学科：船舶与海洋工程、电气工程、控制科学与工程。核心课程：高等数学、大学物理、线性代数、复变函数与积分变换、程序设计基础理论、大学英语、电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及应用、船舶电机与拖动、自动控制原理、电力电子技术、PLC原理及应用、船舶局域网技术及应用、主机遥控与机舱监测、船舶电站及其自动化装置、船舶通信系统、船舶导航设备、船舶辅助机械控制系统、船舶电子电气专业英语、船舶电子电气专业英语听力与会话等。主要实践性教学环节：课程实验、课程设计、海船船员专业合格证、船舶航行教学实习、工程训练、综合训练、毕业实习与论文等。修业年限：四年授予学位：工学学士电气工程及其自动化培养目标：培养适应21世纪我国国民经济和社会发展需要，知识、能力、素质协调发展，获工程师基本训练，具备电气工程基础理论与专业知识和技能，能在电气行业及相关工业领域从事电气设备及其控制的运行管理、产品研发、工程设计与施工、系统集成以及设备检修等工作，富有创新精神的高级工程技术人才。培养要求：本专业毕业生应具有以下的知识、能力和素质。系统地掌握本专业必需的技术基础理论，主要包括电学基础理论（电路原理、模拟电子技术、数字电子技术），信息处理与应用（传感器与检测技术、单片机原理及应用、计算机控制技术），电力电子技术、电机与拖动基础、自动控制原理、运动控制系统、电气控制与PLC应用等方面知识等。能将所学的知识融会贯通，灵活地综合应用于工程实践中，具有研究和解决电气设备及其控制工程实际问题的初步能力，具有创造性思维和初步科技研究与开发能力。主干学科：电气工程、控制科学与工程、船舶与海洋工程。核心课程：毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、马克思主义基本原理、思想道德修养与法律基础、中国近现代史纲要、陈嘉庚精神、大学信息技术基础、程序设计基础理论(C语言)、大学英语、高等数学、大学物理、线性代数、概率论与数理统计、电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及应用、传感器与检测技术、电机与拖动基础、自动控制原理、电力电子技术、电气控制与PLC应用、计算机控制技术、运动控制系统。主要实践性教学环节：课程实验、课程设计、工程训练、社会实践、毕业实习与论文等。修业年限：四年授予学位：工学学士轮机工程培养目标：培养适应21世纪我国国民经济和社会发展需要，知识、能力、素质协调发展，符合国际和国家海船船员适任值班标准要求，具备轮机工程相关的基础理论知识、专业知识及技能，熟悉海船运输安全和海洋环保相关公约和法律法规，综合素质好，实践能力强，能在船舶运输及相关企事业单位从事轮机工程相关设备和系统的运行维护、修造、管理和技术开发等工作，具有“诚毅”品格、创新精神和国际竞争力的航海类高级工程技术人才。培养要求：本专业毕业生应具有以下的知识、能力和素质。具有一定的体育和军事基本知识，养成良好的体育锻炼和卫生习惯，具备STCW公约马尼拉修正案规定的心理素质、健康标准和体能要求。掌握一门外语，具备英语听、说、读、写基本能力，能顺利地阅读本专业方向的外文书籍和资料，并能顺利地应用英语就国际航运事务和相关技术进行沟通交流。掌握本专业必需的基础理论知识，主要包括机电、液压设备和系统相关的基础理论（机械制图、工程力学、工程流体力学、轮机热工基础、轮机工程材料、电工学、单片机原理及应用等）以及自动控制的基础理论等。掌握STCW公约马尼拉修正案规定的船舶轮机员职业能力标准所要求的专业知识与技能，了解本专业方向的学科前沿和发展趋势，熟悉国际和国家关于海船运输安全和海洋环保方面的公约和法律法规。参加国家海事局规定的有关合格证训练项目、理论考试科目和评估项目训练，通过国家海事局考试并具备规定的海上资历后，可取得无限航区船舶轮机员适任证书。主干学科：船舶与海洋工程、电气工程、控制科学与工程。核心课程：机械制图、工程力学、工程流体力学、轮机热工基础、机械设计基础、轮机工程材料、电工学、船舶柴油机、船舶辅机、轮机维护与修理、轮机英语、船舶电气设备及系统、轮机自动化；船舶管理*、船舶动力装置技术管理*、轮机英语听力与会话*、船舶电站及其自动化装置*；船体结构与制图#、船舶动力系统设计与安装工艺#、计算机辅助船舶设计与制造# 等。(注：上标*的课程是专为轮机管理方向开设的主要课程，上标#的课程是专为船机修造方向开设的主要课程，未标注的课程为两个修读方向共有的主要课程。)船舶与海洋工程培养目标：培养适应21世纪我国国民经济和社会发展需要，知识、能力、素质协调发展，获工程师基本训练，具备船舶与海洋工程基础理论知识与专业基本技能，侧重为各地方船厂和海峡西岸经济区培养基础扎实、专业知识过硬、踏实肯干，能胜任船舶设计、制造、试验调试、检验、经营、管理等工作，具有“诚毅”品格、富有创新精神的高级工程技术人才。培养要求：本专业毕业生应具有如下知识、能力和素质。较系统地掌握本专业必需的技术基础理论，主要包括工程力学（理论力学、材料力学、船舶流体力学、船舶结构力学）、船体结构与制图、机械设计基础、电工学、船舶工程材料与焊接、船舶与海洋工程建造技术、船舶静力学、船舶阻力与推进、船舶设计原理、船体强度与结构设计等基本理论。熟悉本专业领域内1-2个专业方向或有关方面的专业知识，了解其学科前沿和发展趋势。具有本专业必需的制图、计算、测试、调研、查阅文献和基本工艺操作等基本实践技能，具有船舶设计、修造工艺以及船舶监修监造的初步能力。具有一定计算机基础知识和较强的计算机应用能力，能较熟练使用计算机工具解决工程中的有关问题。对于不同专业方向，培养规格又有所侧重“船舶制造”方向的学生要求了解现代造船模式基本理论，具有较强的结构设计、建造技术以及生产组织管理方面的知识和船体生产设计能力。“船舶舾装”方向的学生要求了解现代造船模式基本理论，具有较强的船舶外装、涂装和舱室内装方面的知识和舾装生产设计能力。主干学科：数学、力学、船舶与海洋工程。核心课程：高等数学、大学物理、线性代数、概率论与数理统计、大学信息技术基础、程序设计基础（C语言）、大学英语、机械制图、理论力学、材料力学、船舶流体力学、电工学、船舶结构力学、船舶静力学、船舶工程材料与焊接、船舶阻力与推进、船体结构与制图、船体强度与结构设计、船舶设计原理、船舶与海洋工程建造技术、计算机辅助船舶设计与建造等。主要实践性教学环节：课程实验、课程设计、船厂实习、工程训练、毕业实习与论文等。修业年限：四年授予学位：工学学士 专业设置集美大学“船舶与海洋工程”学科设有以下4个研究方向：现代轮机管理工程、船舶轮机自动化与仿真、船舶与海洋结构物制造及可靠性、船舶与海上装置能源工程。2009年集美大学“船舶与海洋工程”学科获批成为新增博士学位授权立项建设的一级学科点；现有1个“船舶与海洋工程”一级学科硕士点，2个“轮机工程”和“船舶与海洋结构物设计制造”二级学科硕士点，以及1个“船舶与海洋工程”专业学位硕士点。学科现有双聘院士2名，教授19人，副教授20人；其中22人获得博士学位，9人具有海外留学或研究经历。依托“轮机工程”、“船舶与海洋结构物设计制造”、“热能工程”3个福建省重点学科，以及“福建省船舶与海洋工程重点实验室”（闽科计[2009]51号）和“福建省清洁燃烧与能源高效利用工程技术研究中心”（闽科计[2009]37号）2个省部级研究平台，集美大学“船舶与海洋工程”学科不断在学术研究和服务地方经济建设方面取得显著的进步和可喜的成绩。2008年以来已主持/完成国家自然科学基金项目3项，主持开展科技部“科技人员服务企业项目”3项、“863计划项目”子课题1项，以及福建省自然科学基金项目在内的其它省部级科研项目近20项；近3年科研经费年均达到759万元/年。 现代轮机管理工程有教授4人，博士5人，3人具有海外留学/研究经历；已获得2项国家自然科学基金、13项省部级和市厅级科研项目的资助；获得厦门市科技进步奖1项；科研到账经费累计达400余万元，其中纵向科研经费100多万，取得较好的研究积累，已在国内外重要学术刊物和国际会议上发表30余篇较高水平的学术论文，其中近20篇论文被SCI/EI/ISTP收录；建有多个具有特色的学科研究平台和拥有多种先进的检测仪器设备，具备良好的实验研究条件。特色一：运用系统仿真和实验研究相结合的手段，研究船舶空调及冷藏设备的优化设计及控制，研究各类先进的节能技术在船舶空调及冷藏设备中的应用，对适用于船舶制冷设备的绿色环保制冷剂展开创新性的基础研究。建有较具特色的船用变风量空调系统实验台、绿色制冷剂及高温热泵实验台，在建船用冷藏集装箱性能及故障诊断实验台、船用转轮除湿空调实验台、船舶余热驱动的吸附制冷实验台等学科研究平台。特色二：以研发适配于典型船舶（港口作业船、渡轮、邮轮、勘探船）动力系统特性的燃料电池推进系统中燃料高效储运技术为目的，开展由碳/催化金属/镁系合金制备复合储氢材料的应用基础研究，探寻合成高效复合储氢材料的技术措施。拥有法国塞塔拉姆仪器公司的PCT ProE&E高压气体吸/脱附分析仪，建有性能先进的燃气（氢气、甲烷）高压吸附实验台。特色三：采用实验和仿真相结合的手段，开展船舶柴油机的性能测试及燃烧性能分析；运用油液检测、振动信号分析等手段，对船舶柴油机的典型故障进行诊断研究；着力研究先进检测技术以及新型传感器、磁记忆技术在船舶动力装置性能测试和故障诊断中的应用。建有船舶柴油机性能实验室，现有奥地利DEWETRON燃烧分析仪、AVL烟气分析仪等先进检测仪器设备。 船舶轮机自动化与仿真有教授5人，博士5人，拥有福建省重点学科“船舶与海洋结构物设计制造”，建有船舶数字化设计中心以及船舶液压系统及元件性能测试平台，现有TRIBON、CADDS5、SB3DS 、ADAMS、ANSYS等专业软件；已承担省部级科技项目11项，其它横向课题7项，科研到账经费累计近565万元;鉴定/验收成果6项，获软件著作权3个，发表学术论文41余篇，其中EI检索论文10篇。特色一：应用神经网络方法进行船舶分段测量数据与设计模型数据坐标变化的误差分析，解决船体三维分段最优配准的数字化测量的关键问题，建立非线性最优配算模型与特征值分析方法，进行分段测量信息对船舶建造过程的误差预测，提高造船精度。现拥有船体设计与工艺设计开发平台，长期与厦门船舶重工股份有限公司合作，开展船舶数字化造船与精益造船研究，解决船舶分段无余量制造关键技术问题。特色二：长期开展船舶系统可靠性安全性研究，重点开展散货船综合安全性评估新方法研究。将故障模式分析、独立系统的可靠性研究与检测技术相结合，进行系统加载试验与模拟加载方法的理论研究与应用。将仿真技术与半物理仿真技术运用于船舶制造与机电设备性能研究，重点对安全航运中船舶舵机机电系统进行可靠性研究，建立起具有研发、试验和测试为一体的国内唯一的综合性液压试验平台，以及先进的整机车载测试系统、港口设备分系统实验平台、船舶液压舵机模拟加载实验平台。特色三：以无损探伤、材料分析、油液监测等检测技术，开展船舶及海上装备运行状态监测和故障诊断研究。依托船舶检验检测技术平台，进行动力装置的磨损、腐蚀及疲劳的模拟实验和仿真计算，以及对损毁设备零部件的失效分析，对设备进行可靠性评估及残余寿命预测。利用等离子体辅助球磨制备纳米功能材料的技术、纳米电刷镀技术以及特种焊接技术，对关键海上装备及船舶零部件进行先进再制造工艺的研究。
轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. [2]马悦，纪锦锋.燃气-蒸汽联合循环电站机组配置及选型分析[J].能源工程，2011(6)：52-57. [3]蒋洪德.重型燃气轮机的现状和发展趋势[J].热力透平，2012，41(2)：83-88. [4]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，2007. [5]刘红，蔡宁生.重型燃气轮机技术进展分析[J].燃气轮机技术，2012，25(3)：1-5. [6]张荣刚，李文强.浅析燃气轮机在电力行业中的应用[J].企业技术开发，2011，30(10)：122-123. [7]徐迎超，阎波，樊泳，等.燃气-蒸汽联合循环(CCPP)发电在首钢迁钢公司中的应用[J].冶金动力，2012(1)：27-29. [8]刘祖仁，李达，张阳.海上燃气轮机余热资源计算[J].中外能源，2012，17(5)：99-103. [9]李达，张阳，孙毅.海上冷、热、电、惰气四联供护技术探讨[J].石油和化工节能，2012(5)：11-14. [10]黄勇.我国发展联合循环机组的背景和条件[J].中国科技博览，2011(29)：372. [11]刘华强，汪晨晖.燃气轮机在我国应用情况分析[J].中国新技术新产品，2012，(6)：149. [12]杨连海，沈邱农.大型燃气轮机的自主化制造[J].燃气轮机技术，2006，19(1)：11-14. [13]崔荣繁，陈克杰，郭宝亭.R0110重型燃气轮机的研制[J].航空发动机，2011，37(3)：8-11. [14]包大陆.R0110重型燃气轮机气缸结构研究[J].中国新技术新产品，2012(9)：109. 看了“轮机工程技术论文范文”的人还看： 1. 轮机工程技术个人简历免费模板 2. 船舶轮机管理论文 3. 船舶最新技术论文 4. 农业机械技术论文 5. 电厂工程技术管理论文
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轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. [2]马悦，纪锦锋.燃气-蒸汽联合循环电站机组配置及选型分析[J].能源工程，2011(6)：52-57. [3]蒋洪德.重型燃气轮机的现状和发展趋势[J].热力透平，2012，41(2)：83-88. [4]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，2007. [5]刘红，蔡宁生.重型燃气轮机技术进展分析[J].燃气轮机技术，2012，25(3)：1-5. [6]张荣刚，李文强.浅析燃气轮机在电力行业中的应用[J].企业技术开发，2011，30(10)：122-123. [7]徐迎超，阎波，樊泳，等.燃气-蒸汽联合循环(CCPP)发电在首钢迁钢公司中的应用[J].冶金动力，2012(1)：27-29. [8]刘祖仁，李达，张阳.海上燃气轮机余热资源计算[J].中外能源，2012，17(5)：99-103. [9]李达，张阳，孙毅.海上冷、热、电、惰气四联供护技术探讨[J].石油和化工节能，2012(5)：11-14. [10]黄勇.我国发展联合循环机组的背景和条件[J].中国科技博览，2011(29)：372. [11]刘华强，汪晨晖.燃气轮机在我国应用情况分析[J].中国新技术新产品，2012，(6)：149. [12]杨连海，沈邱农.大型燃气轮机的自主化制造[J].燃气轮机技术，2006，19(1)：11-14. [13]崔荣繁，陈克杰，郭宝亭.R0110重型燃气轮机的研制[J].航空发动机，2011，37(3)：8-11. [14]包大陆.R0110重型燃气轮机气缸结构研究[J].中国新技术新产品，2012(9)：109. 看了“轮机工程技术论文范文”的人还看： 1. 轮机工程技术个人简历免费模板 2. 船舶轮机管理论文 3. 船舶最新技术论文 4. 农业机械技术论文 5. 电厂工程技术管理论文
液压舵机故障与排除摘要：液压舵机是船舶重要设备之一,其质量、性能的好坏直接关系到船舶安全航行, 从目前发生的船舶海损事故中分析, 船舶发生海损有相当大的比例是与舵机故障有关的, 所以加强对舵机的检验,及时对舵机出现故障进行排除，保证舵机的正常工作是目前降低事故隐患, 减少海损事故发生的重要途径之一。关键词 液压舵机故障分析 故障排除目录1 液压舵机----------------------------------------------------------1 1．1液压舵机的基本组成及工作原理----------------------------------1 1．2 液压舵机的操纵系统--------------------------------------------12 舵机建造规范的基本要求--------------------------------------------13 液压舵机的常见故障------------------------------------------------1 3．1 无舵---------------------------------------------------------1 3．2 只能单方向操舵-----------------------------------------------1 3．3 舵速太慢-----------------------------------------------------1 3．4 空舵---------------------------------------------------------1 3．5 实际舵角与操舵舵角不符---------------------------------------1 3．6 跑舵---------------------------------------------------------1 3．7 系统超压-----------------------------------------------------14 对舵机的检验和故障排除--------------------------------------------2 4．1 检查应急舵的有效性-------------------------------------------2 4．2 检查舵的运转情况---------------------------------------------2 4．3 检查舵角指示的准确性-----------------------------------------2 4．4 检查舵角限位器的有效性---------------------------------------3 4．5 检查舵的液压系统的密封性能-----------------------------------3 4．6 同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质-------------------35 舵机故障实用诊断技术的基本步骤------------------------------------4 5．1熟悉性能------------------------------------------------------4 5．2调查情况------------------------------------------------------4 5．3现场勘察------------------------------------------------------46 液压舵机的日常维护和保养------------------------------------------57 结论--------------------------------------------------------------98 致谢语------------------------------------------------------------99 参考文献---------------------------------------------------------11 前言 液压舵机的作用是通过控制舵叶偏转来改变船舶的航向，它是船舶甲板机械中最重要的设备。液压舵机发生故障，将直接危及船舶航行安全。因此，如何准确、快速地查找出其故障发生的原因是轮机管理人员修复故障的首要任务。液压舵机因具有体积紧凑、惯性小、运转较平稳等优点，目前已广泛用于各种类型的船舶上。在日常运行中，液压舵机常会出现各种故障。有些故障产生的原因比较明显，易于查找和解决，但是有些则不易立即找出故障的部件和根源，必须根据液压系统的原理．对各个液压元件的结构和性能进行仔细地分析和研究，才能逐步找出发生故障的部位，进而迅速排除故障。 1 液压舵机1．1 液压舵机基本组成及工作原理液压舵机主要由液压油泵、推舵油缸、操纵台、蓄能器、油箱、三位四通电磁阀、二位三通电磁阀, 安全阀、溢流阀、舵角发讯器及有关管路、仪表等组成。液压舵机一般采用电动机带动油泵，因而又称电动液压舵机。液压舵机用油液作为传递能量的介质，利用油液的不可压缩性及流量、压力和流向的可控性来实现转舵。舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能，然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能，来实现舵的左、右转向。液压舵机由三大部分组成：推舵机构、液压系统与操舵控制系统。推舵机构的作用是将液压能转换成机械能，推动舵叶偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能．并设置所需的保护与控制装置。操舵控制系统的作用有二：一是传递舵令，二是控制操舵精度。[1]1．2 液压舵机的操纵系统 船舶舵机一般都同时装备有驾驶室遥控的随动操舵系统和自动操舵系统，舵机房还设有机旁操舵（非随动操舵）。随动操舵系统：当操舵者发出舵角指令后，不仅可使舵叶按指定方向转动，而且在舵叶转到指令舵角后还能自动停止操舵的系统。自动操舵系统：当船舶长时间沿指定航行时使用，它能在船因风，流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时，靠罗经测知并自动出信号，使操舵装置改变舵角，以使船舶能够自动地保持既定的航向。非随动操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方向，当舵转至所需的舵角时，操舵者必须再次发出停止转舵的信号，才能使舵停转。非随动操舵系统通常即可在驾驶台，也可在舵机房操纵，以备应急操舵或检修，调试舵机之用。舵机遥控系统根据远距离传递操舵信号的方式不同，主要有机械式，液压式和电气式。现代船舶大多采用电气遥控系统。泵控式舵机的电气遥控系统常以伺服液压缸或伺服电机等作为在舵机房的控制元件，去控制舵机主泵的变向变量机构。 2 舵机建造规范基本要求按照钢质海船入级与建造规范对舵机的基本要求，其中主要内容有：1．每艘船舶均应设置1个主操舵装置和1个辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置，应满足当它们中的1个失效时应不致使另1个也失灵。2．具有足够的强度并能在最大营运前进航速时进行操舵，使舵自任一舷的35°转至另一舷的35°，并且于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的30°所需时间不超过28s。3．能在最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进行操舵，使舵自一舷的15°转至另一舷的l 5°且需时间不超过60s。4．驾驶室与舵机室之间，应设有通信设施。5．操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备应该与转舵机构本身同步，而不应与舵机的控制相同步。6．舵装置应有保持舵位不动的制动装置。7．当主操舵装置要求动力操作时，应设有1个固定贮油箱，其容量至少足以使1个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。贮油箱应以管路固定连接，使液压系统能在舵机室内便于充液，并应设有液位计。8．应设置两个独立的控制系统，见每个系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时，除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外，不必设置第2个独立控制系统。9．驾驶室和舵机室应固定展示带有原理框图的适当操作说明。此说明应表明操舵装置控制系统和动力转舵系统的转换程序。10．由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设2路独立馈电线直接供电。但其中的1路可以由三、舵机容易出现的故障。 3 液压舵机的常见故障3．1 无舵该故障的根本原因是主泵没向转舵机构供油或转舵机构不能回油, 撞杆无往复运动。油泵未向转舵机构供油的因素有:(1) 油泵电动机电源断路, 油泵空转, 主油路换向阀未换向, 或转舵机构进回油路旁通。其中油泵空转和换向阀不换向, 主要与操纵系统有关。(2) 操纵油路的工作油压过低或建立不起油压, 远操纵机构传动件的卡死或紧固件的松动、折断或脱落, 追随机构的贮存弹簧张力太小, 或换向阀卡住等, 都会因变量机构仍在中位而导致变向变量泵空转, 因换向阀不能换向而导致定向定量泵的排油直接经换向阀旁通回油箱。(3) 影响操纵油压的主要因素是系统中的阀件, 如旁通阀和限位旁通阀的开启, 溢流阀的调整压力过低或阀芯被污物硌起或节流孔堵塞等。( 4) 造成转舵机构不能回油的原因, 主要是主油路上的液动单向阀不能开启, 或由于未引入控制油, 或是控制活塞卡死。3．2只能单方向转舵(1) 由操纵系统单边不正常引起。例如发送器的交通阀一个处于常开, 操纵油压单边不能建立, 变向变量泵的变量机构仍居中, 泵空转。( 2) 某个限位旁通阀被外物压下, 该侧操纵油路失压, 或换向阀卡死于某一端, 控制主油路的换向阀不能换向, 定向定量泵的排油就无法供入相应的转舵油缸。(3) 主油路中某一安全阀泄漏或某回油侧的液动单向阀不能开启。3．3舵速太慢( 1) 转舵速度的快慢取决于撞杆移动的速度, 即供入转舵机构油缸的油量。供油流量大, 舵速快; 反之, 舵速慢。所以该故障多由主泵的排量不足引起。若不是泵的选配不当, 则可能是因电压过低, 泵的转速下降; 或者补给油箱油位过低、吸入滤器阻塞、吸入截止阀未开足或泵的吸入管路不严密, 破坏了泵的吸入条件; 或泵的有关零件磨损过甚, 内漏严重; 或变量泵的最大排量限制调节不当。( 2) 主油管路或液压件的外漏, 旁通阀和安全阀关闭不严, 也会使转舵速度降低。操纵油路积存空气, 交通阀关闭不及时, 或换向阀的换向速度调得过慢, 必然会延迟主泵开始向转舵机构供油的时间, 使舵来得慢。3．4空舵( 1) 由于液压系统中积存空气、泄漏或发送器的交通阀开度过大所致。若操纵系统积存有空气, 开始转动舵轮时必须先压缩空气, 待系统的压力上升到一定值时, 受动器才动作, 即受动器的动作滞后发送器一定时间, 因而造成舵轮空转一定角度后才来舵。可见, 压缩空气的过程就是舵轮空转的过程, 积存的空气越多, 空舵现象就越严重。( 2) 因操纵系统和动力系统均采用闭式回路, 当存在泄漏时, 油泵(发送器也是手动泵) 从执行机构(受动器或转舵机构) 的一侧吸油, 若有一部分油在泵排出的高压管路上泄漏, 则进入执行机构另一侧的油液推动油缸或撞杆移动所扫过的容积, 就不足以填补被泵吸出的油液的容积, 因而在执行机构的回油侧产生“空穴”。如果补给油箱的油位过低, 系统的补油压力过低或补给阀不能开启, 以致补充油液不及时, 则反向转动舵轮回舵时, 油泵输送的油首先得填充“空穴”, 执行机构的油缸或撞杆才能被推动, 于是产生了空舵现象。( 3) 若发送器交通阀的开度过大, 其关闭势必延后, 开始转动舵轮时, 压力油或经另一交通阀旁通, 或经交通阀和安全阀泄回油箱, 直至交通阀关闭, 受动器才动作, 于是产生了空舵现象。( 4) 主油路中旁通阀或安全阀关闭不严, 也会产生空舵, 管理中不可忽视。( 5) 系统中的空气可能因未完全驱除而积聚, 也可能因发送器、受动器和转舵机构的填料泄漏而渗入。油缸填料的密封性主要靠液压的大小,若发生泄漏, 旋紧压盖往往无济于事, 条件许可最好取出换新, 或修整切平, 使装复后能平服贴紧。3．5实际舵角与操舵角不符( 1) 追随机构调节不当, 以致舵转至操舵要求的舵角时, 油泵的变量机构还未回中, 舵就会因油泵未停止供油而继续偏转, 造成冲舵; 或舵还未转至要求的舵角, 追随机构已把油泵的变量机构拉回中位, 舵因油泵停止供油而停转, 结果造成舵不足。发生这种现象, 追随机构应重新定位。定位时注意两点: ① 舵在正中时, 油泵排量的调零; ②舵在正中时, 保证追随杆与连接杠杆的垂直度。( 2) 对于定向定量泵电液舵机, 若驾驶人员操作不熟练, 易出现冲舵现象。这是由于舵转至要求的舵角时, 主油路的换向阀未及时回中, 舵会因油泵供油未停而继续转动, 从而造成冲舵。这种情况要靠操作的熟练程度才能解决。3．6 跑舵发生跑舵现象可能的原因有三位四通阀、手动换向阀内泄严重油缸或油缸接头外泄严重。3．7 系统超压其可能原因有( 1)卸荷阀或安全阀调定压力过高( 2)卸荷阀或安全阀内先导阀阀座上小孔堵死, 滑阀卡死( 3)单向阀阀芯卡死。 4 对舵机的检验和故障排除 针对舵机容易出现的故障点，船舶安检人员就可以有针对性地开展检查工作。4。1检查应急舵的有效性。按照现代船舶建造规范的要求，船舶应当具有两套以上操舵装置。一套主推舵装置，一套为辅助(应急)推舵装置。这是为了保证在主推舵装置出现故障时，应急舵仍然可以继续保持舵的有效性，保证船舶的正常航行和安全。对应急舵的检查一般要求船方进行应急舵的实操，观察应急舵是否能够使用，运转是否正常。4。2检查舵的运转情况。在检查舵的运转情况时，一般应有两名船舶安检员相互配合进行。一名安检员在驾驶台发出舵令，另一名安检员在舵机间观察舵机对于舵令的反映。舵机在转舵运行过程中应运转平稳，无杂音无间歇性现象。从一侧满舵运行到另一侧满舵时，应反映灵敏，能够达到28S的时间要求。4。3检查舵角指示的准确性。在舵机上都安装有舵角指示器，舵角指示器是为了正确显示舵叶转动的准确位置，其所显示的角度指数应与驾驶台操舵转向的角度度数相吻合。当舵角指示器显示不准时，就会影响到驾驶员的对船舶的操纵，使驾驶员的判断产生误差，有可能使船舶发生触碰事故。在检查舵角指示的准确性时，是由两名船舶安检员相互配合进行的。一名安检员在驾驶台观察驾驶台上的检查舵角指示器显示的读数，另一名安检员在舵机间观察舵机上舵角指示器显示的读数。二者应读数相同。4。4检查舵角限位器的有效性。舵角限位器是起到了对液压油缸的保护作用。当舵角转动到最大角度时，油缸的活塞继续压缩液油，而舵叶已不再继续偏转，致使油缸内的压力不断增加，容易导致油缸破裂。而舵角限位器的存在就使得当舵角转动到最大角度时触动限位开关，限位开关断开电动机的动力起到了保护油缸的作用。所以安检员在检查检查舵角限位器时，应让船舶驾驶员分别打满左、右舵，观察当舵角转动到最大角度时舵角限位器是否发生作用。否则应当要求船方进行修复。4．5检查舵的液压系统的密封性能。舵叶的转动是依靠油缸内液体传递的电动机动力来实现的。所以舵机的液压系统要保证不漏油，不漏气和不积气，才能达到传递液压力的目的。液压系统的密封性能对舵机的正常工作有着非常重要的作用。安检员在检查舵机时，应当注意观察舵机表面和舵机间的地面是否干净整洁、是否存在油污，还应当注意检查油缸表面是否存在修补过的痕迹。在检查液压系统的密封性时，应让船方开动舵机，注意观察舵机液压杆与液压油缸滑动处、液压油缸的其他接缝处是否有液压油渗出的现象。以便正确判断液压系统的密封性能。4．6同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质。液压油是液压舵机正常工作的媒质，是液压舵机保持良好性能的保证。国际海上人命安全公约（SOLAS）对此有规定：液压操纵的操舵设备应设有能针对该液压系统的形式和设计保持液体清洁的装置。国内的船检规范也有类似的条款规定。可见舵机液压油品质是否良好对于舵机的正常运行确实很重要。液压油的品质受到以下因素的影响，一是液压油在运转过程中，机器磨损下来的金属屑和水分混入到油中，对液压油造成了污染。二是液压油与空气接触会发生氧化反映，油品会渐渐下降，达不到机器性能的要求。这时应当更换液压油。但是由于液压油的价格比较昂贵，因此沿海船舶特别是个体船舶很少有更换液压油的。另外在舵机间的液压油补充油柜中液压油应保持一定的油量储备，这也是在检查过程中应当注意的。5 舵机故障实用诊断技术的基本步骤5．1熟悉性能在分析前应首先熟悉液压舵机的工作原理、运行工况、机械性能和主要技术参数，明确该舵机的结构与管理特点。5．2 调查情况要向现场管理人员仔细地询问平时实际工作情况，一般有六问：一问液压系统工作是否正常，液压泵有无异常现象。=问液压油何时更换过，滤网有吾清洗或更换。三问出事故前调压阀或调速阀是否调节过．有哪些不正常现象。四问出事故前对密封件或液压件是否更换过。五问故障前后液压机械工作出现过哪些不正常现象。六问过去出过哪类故障．是如何排除的。5．3现场勘察如舵机还能运转．应亲自启动，认真地把握好看、昕、摸、闻等环节，以便寻找突破口。1) 察看液压系统工作的真实现象。一般有五看：一一看速度，撞杆的移动速度有无变化(速度快慢取决于进出油缸的油流量)。二看压力，液压系统各测压点的压力值是否正常．有无波动现象(压力大小取决于负载)。三看油液，观察油液是否清洁，是杏变质，油位是否够高，油粘度是否符合要求，油的表面是否有泡沫等。四看泄漏，各管接头，阀板结合处，油缸端盖处，液压泵轴封处等是否有渗漏、滴漏和油垢。五看振动，撞杆有无振动与爬行现象。2) 用听觉来判别液压系统或泵的工作是否正常。一一般有三听：一听噪声，听听液压泵和系统噪音是否过大：溢流阀等有否尖叫声。二听冲击声，换向阎换向时有否冲击声：撞杆有否撞缸声；液压泵运转时是否有敲击声。三听泄漏声，听油路板内部是否有细微而连续的声音。3) 用手摸运动部件的温升及工作状况。一般有四摸：一摸温升，用手摸泵体外壳、油箱外壁和阀体外壳的温度，若接触1～2秒钟感到烫手，就应检查原因。二摸振动，用手摸运动部件和油管，可感觉到有无振动。三摸爬行，用手摸撞杆有无爬行现象与抖动。四摸松紧度及阀门开关情况，用手检查一下限位开关、紧固螺钉、插销的松紧程度。检查相关阀门如旁通阀等工作状态是否对。4)用感觉器官闻一下油箱中的油液是否有异味。6 液压舵机的日常维护和保养由以上排除故障的过程可以看出，对于高龄船舶由于机器部件的老化失灵随时都有可能导致舵机出现故障。为了尽可能的防止舵机发生故障，从而影响船舶的航行，就要加强对舵机进行日常维护保养。在航行过程中为确保舵机正常运行，值班人员应注意检查以下几点：（1）油位：值班时工作油箱中的油位保持在油位计显示范围约2/3。如果油位降低或油位增高,应该仔细检查是否有漏油处或进入过多的水,然后处理。（2）油温：工作最适合的温度为30－50度，高于50度应使用冷却器。油当油温超过70度时，油液的氧化变质速度就将显著加快，应停止工作，查找原因，加以解决。（3）油压：在主油路中，主泵排出侧油压不高于说明书指定的最大工作油压，主泵吸入侧的油压，不低于由补油条件或吸油条件所确定的正常数值。辅油路中油压应符合设计要求。油压表阀平时应保持关闭，只在检查时打开。（4）滤器：值班时要经常注意滤器前后压差，及时清洗或更换滤芯。若发现滤器里有金属屑，应做出相应的措施，以便处理内部磨损。（5）润滑：油缸柱塞等表面要保持清洁，涂适量的工作油，舵机长时间停用要涂润滑脂。需加油的摩擦部位，工作中应适时适量加油。（6）漏泄：要在值班时检查油缸，油箱，阀件，油管等处是否漏油；舵杆的舵承填料是否渗水，柱塞和柱塞杆表面是否有一层薄油，是否滴油；若滴油，要挑紧压盖或换新V型密封圈。（7）噪音：如有异常声音，应立即查明原因并处理。（8）机械过热：泵和电动机等不应有过热现象。轴承部件的温度，一般比油温高10－20度为正常。（9）阀和固定螺帽：使用中检查各放气阀，旁通阀和截止阀以及固定、连接螺帽，防止因振动而离开正确的位置或松动。（10）必要时测量转舵机构各磨损部位的间隙，校准调试安全阀或其他液压控制阀。电气方面应定期测量绝缘，检查和清洁触头、换向器、检查防止各接头松动。7 结论液压舵机的故障与排除是一个复杂的过程, 不仅检验项目多, 而且试验过程繁杂, 同时试验内容往往缺一不可因此要求检验人员对液压舵机要进行认真、细致的检验实践证明, 液压舵机出现故障, 往往都是因为管理和检验不到位、试验过于粗糙以及遗留问题不解决留下的后遗症, 如果我们平时检验到位, 试验符合要求, 再加上注意对其保养, 那么液压舵机的扭矩大、可靠性高, 寿命长的特点就会显示出来从而减少船舶海损事故的发生。所以我们应加强对液压舵机的检验。8 致谢语
摘要 3-4 Abstract 4 第1章 绪论 8-17 课题背景及研究的目的和意义 8 舵机及其电液伺服系统概况 8-10 自动舵的发展历史 8-10 电液伺服系统在舵机上的应用 10 控制理论的发展概述 10-16 控制理论的发展 10-11 控制理论在电液伺服控制的应用概况 11-13 神经网络研究概述 13-16 论文的主要工作 16-17 第2章 电液伺服单元工作原理及数学模型 17-28 舵机电液伺服控制单元结构与工作原理 17-19 数学模型的建立 19-26 力矩马达环节建模 19-20 伺服阀环节建模 20-22 液压动力机构建模 22-24 电液伺服控制单元系统模型 24-26 系统模型参数的选取 26 系统模型的稳定性分析 26-27 本章小结 27-28 第3章 电液伺服单元仿真及测试实验 28-44 系统的仿真分析 28-31 电液控制单元实验台构成及其原理 31-34 实验结果及分析 34-41 稳态实验 34-37 动态实验 37-41 实验分析 41 系统的稳态误差分析 41-43 本章小结 43-44 第4章 电液伺服控制单元控制策略的研究 44-61 PID控制器 44-47 标准PID控制原理 44-46 数字PID的增量型算式 46 PID控制器的参数整定 46-47 神经元理论 47-50 神经元模型 48-49 神经元学习规则 49-50 单神经元自适应PID控制器的设计 50-54 单神经元自适应PID控制原理 50-51 采用有监督Hebb学习规则的神经元PID控制器 51-53 改进的神经元自适应PID控制器 53 单神经元自适应PID控制的学习过程 53-54 单神经元自适应PID控制仿真 54-60 本章小结 60-61 结论 61-62 参考文献 62-66 攻读学位期间发表的学术论文 66-68 致谢
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没有哦轮机工程学科：工学 门类：交通运输类 专业名称：轮机工程 业务培养目标：本专业培养具备机械原理和轮机系统等方面知识，能在海洋运输各企事业单位从事轮机操纵、维修和船舶监造工作，并基本具备同类船舶工管轮任职资格的高级技术人才。主干学科：船舶与海洋工程、电气工程、控制科学与工程 主要课程：主推进装置、船舶辅机、轮机自动化、船舶管理、轮机维护与修理、船舶污染及油处理、轮机英语阅读与会话、电力推进系统、工程热力学及传热学、电子电工技术等主要实践性教学环节：包括金工实习(一般本科为六周，其中车、钳、焊需获得海事局考试，通过后会有相应证书)、四小证训练实习、电器工艺实习、船舶认识实习、毕业航行实习等。主要专业实验：电工电子实验、辅机认知实验、船舶柴油机拆装实验、轮机模拟系统实验等 修业年限：四年授予学位：工学学士相近专业：船舶与海洋工程开设院校 :大连海事大学（主机辅机较强），武汉理工大学（电气自动化较强），上海海事大学，集美大学，江苏科技大学，天津理工大学，河北工业大学，湛江海洋大学，宁波大学，哈尔滨工程大学，山东交通学院，烟台大学（面向山东省），华中科技大学，上海交通大学,学科研究方向：为现代轮机管理工程、轮机自动化与智能化、轮机仿真技术、船舶安全与污染控制、轮机故障诊断与预测技术、机电一体化和动力机械气动热力学。现代轮机管理工程以现代船舶动力装置及设备的优化使用、综合管理、合理维修为研究对象，重点研究现代船舶动力装置的系统设计、综合节能、排放控制、技术管理以及船舶设备与系统的合理维修与故障诊断等技术；轮机自动化与智能化研究方向重点研究船用网络通信的实时性、可靠性、网络拓扑结构等理论问题及各种实时网络在船舶上应用课题；轮机仿真技术研究方向在研制大型轮机模拟器方面有很大进展，在国内外率先应用虚拟现实技术进行轮机模拟获得成功。机舱虚拟现实仿真系统可实现虚拟机舱集控室仿真，机舱漫游和虚拟驾驶台遥控仿真等功能。成功研制的轮机模拟器应用于青岛远洋船员学院的轮机教学、培训和科研工作中，明显提高了轮机模拟器的仿真度；船舶安全与污染控制研究方向紧跟国际海洋环境保护及船舶防污染技术新动向、新发展，在海上溢油污染的防治与应急处理、海上溢油应急反应的计算机模拟培训、油船货油装卸操纵模拟器、船舶污水的处理、船舶对海洋造成污染的治理、船舶压载水处理技术、非热微放电处理船舶轮机空气污染等方面，积极开展研究工作，取得了较大进展；轮机故障诊断与预测技术研究方向主要开展轮机新材料新工艺的研究与应用、摩擦磨损机理及其控制技术研究和轮机可靠性维修性，拓展海洋结构物腐蚀损伤与控制和船舶新能源技术两个研究内容
智能船舶发展趋势分析 —以海海事巡逻艇为例 目录 摘要 3 一、智能船舶发展趋势概况 4 1.发展智能船舶的原因 4 2.智能船舶是什么 4 3.智能船舶功能模块 4 4.智能船舶关键技术 4 5.目前的技术和难点 6 6.国际上的先进成果 6 7.总论 7 二、海事巡逻船介绍 7 三、海事巡逻船的智能化 9 1.通讯与识别 1 0 2.安全与自动航行 1 1 3.船舶动力 1 3摘要船舶作为海上重要交通工具，其智能化成为世界各国关注的重点。本文概括了智能船舶的特点，总结已有成就并指出问题和和可能的改进措施和思路。就我国广阔的海域和现有的技术基础，探索海事巡逻艇在通讯与识别、安全与自动航行和动力方面可能解决的措施和方法。 关键词：智能船舶海事巡逻艇船舶智能化e航海一．智能船舶概况 1.发展智能船舶的原因 近年来由于智能船舶概念的兴起以及智能船舶技术的日益发展，船舶智能化已经成为全球航运的大势所趋。出于通过船舶智能化降低船舶控制和管理难度，减少人为误操作，提高设备及船舶营运的安全，优化船舶航行，控制燃油消耗、降低成本，提高收益等目的，目前智能船舶的研究已在全球范围内开展。[] 2.智能船舶是什么 2015年12月1日，由中国船级社（CCS）编制的《智能船舶规范》正式对外发布，其中定义：“智能船舶指利用传感器、通信、互联网等技术手段，自动感知信息和数据，并通过自动控制技术和大数据处理分析技术来实现智能化运行。”智能船舶以“大数据”为基础，运用实时数据传输和汇集、大容量计算、数字建模、远程控制等先进的信息化技术，实现船舶智能化的感知、判断分析以及决策和控制，从而更好地保证船舶的航行安全及运营效率智能船舶也是《中国制造2025》中明确重点发展的领域，代表了船舶未来的发展方向，关乎航运业的转型升级。[] 3.智能船舶功能模块 中国船级社发布的《智能船舶规范》将智能船舶分为六大功能模块：智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台。 4.智能船舶中的关键技术 （1）信息感知技术 船舶信息感知是指船舶能够基于各种传感设备、传感网络和信息处理设备，获取船舶自身和周围环境的各种信息，使船舶能够更安全、可靠航行的一种技术手段。 （2）通信导航技术 通信技术是用于实现船舶上各系统和设备之间，以及船舶与岸站、船舶与航标之间的信息交互。常用的通信方式主要包括：VHF（甚高频）、海事专网、海事卫星、移动通信网络（手机网络）等。导航技术是用于指导船舶从指定航线的一点运动到另一点，通常包括定位、目的地选择、路径计算和路径指导等过程。船舶常用的导航技术包括早期的无线电导航和现在广泛使用的卫星导航。北斗卫星导航系统为我国船舶导航领域提供了新的发展契机。 （3）能效控制技术 2007年，世界海运船舶排放CO2达亿吨，其中国际海运排放CO2约亿吨，分别占当年全球CO2排放总量的和。为提高船舶能效、减少船舶温室气体排放（节能减排），国际海事组织（IMO）提出EEDI（新造船设计能效指数）、EEOI（船舶营运能效指数）等评价标。智能船舶的发展应顺应“绿色船舶”的发展潮流，分析通航环境、装载量、吃水、主机功率（转速）等因素与船舶营运能效指数EEOI之间的内在关系，在保证船舶安全和营运效率的前提下，通过优化控制船舶航速、装载量、吃水、航线等，以最大限度降低EEOI指数。 （4）航线规划技术 航线规划是指船舶根据航行水域交通流控制信息、前方航道船舶密度情况、公司船期信息、航道水流分布信息、航道航行难易信息，智能实时选择船舶在航道内的位置和航道，以优化航线，达到安全高效、绿色环保的目的。目前常用的航线规划方法包括：线性规划方法、混合整数规划模型、遗传算法、模拟退火、粒子群优化算法等智能算法 （5）状态监测与故障诊断技术 状态监测技术是以监测设备振动发展趋势为手段的设备运行状态预报技术，通过了解设备的健康状况，判断设备是处于稳定状态或正在恶化。未来船舶故障诊断可考虑以大数据为基础，运用多尺度分析方法来构建设备状态监测系统。故障诊断技术就是在船舶机械设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，根据对被诊断对象测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，判断劣化状态发生的部位或零部件，并判定产生故障的原因，以及预测状态劣化的发展趋势等。 （6）遇险预警救助技术 水上交通事故时有发生，尤其是碰撞和搁浅事故，往往造成严重的经济损失和人员伤亡。无论是在海上还是内河水域，船舶碰撞是最为常见的水上交通事故类型，在所有的水上交通事故中占很大的比例。船舶遇险预警与搜救技术能够有效的降低事故的发生率以及降低事故的损失。 （7）自主航行技术 《智能船舶规范》中定义，智能航行系指利用计算机技术、控制技术等对感知和获得的信息进行分析和处理，对船舶航路和航速进行设计和优化；可行时，借助岸基支持中心，船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境条件下自动避碰，实现自主航行。[] 5.目前技术发展的成果和难点 虽然GPS、AIS、电子海图、VHF 等无线电设备和导航设备等都广泛应用在现代船舶上，同时，基于各种自动化设备的综合桥楼系统、集成控制系统和机舱监测报警系统等自动化系统都已普遍应用，且技术成熟，但是，距离上述智能船舶对智能化的要求还有不少差距。无论是尚有技术难度的船-岸大容量通信技术、大数据分析技术、智能决策技术，还是现有数据的融合及转化，还是为了长远考虑必须规划和整理的相关标准，都是摆在造船人面前的艰巨任务。 建议结合E-航海、E-内河的规划，基于已有的技术和基础设施，加快关键技术的研究，扩展现有设备的智能化功能。 6.当前国际上取得的先进成果 2012 年，由德国 Fraunhofer CML、挪威 MARINTEK、瑞典查尔姆斯理工大学等 8 家研究机构共同合作的“MUNIN” 项目（基于智能化网络的海洋无人航行）[28]，首次以无人散货轮为对象开展大型无人船的研究。 挪威船级社（DNV）在船体结构监测，舰船性能管理、船体集成管理等方面都持续进行研究，建立数字化船体模型，开发了相应的工具，可为世界各国航运公司提供系统监控及报告、高质量和综合性的视觉信息、全生命周期信息、通过3D 结构模型实现清晰通信等技术服务。 作为全球最大的船舶设备供应商之一，英国的罗尔斯·罗伊斯公司最近几年提出了自动船舶（Autonomous Ship），机器人船舶（Robotic Ship），无人船舶（Unmanned Ship），船舶智能化（ShipIntelligence）等概念。2013 年，罗尔斯·罗伊斯公司开展无人驾驶货船（ robotic cargo ship）项目的研究，这种无人驾驶货船可以从全息控制室实现全部操作，并可以航行到世界各地。罗罗公司认为，智能船舶的下一步发展应该着眼于远程遥控和无人驾驶。该公司在2014年就开始开发名为“未来操作体验概念”(Future Operator Experience Concept)的岸基遥控系统。2016年3月，该公司又与芬兰国家技术研究中心(VTT)、阿尔托大学和坦佩雷大学人机互动研究中心结成合作伙伴，拟于2020年前推出成型产品。通过与VTT进行技术合作，罗罗公司够有效评估远程遥控自动化船舶的设计方案。[] 7.总论 总体来说，部分智能船舶相关技术理论较为成熟（环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术等），已经得到实际应用，但有些技术理论缺少在真实环境下的验证（能效控制技术、航线规划技术、安全预警技术、自主航行技术等），因此，智能船舶总体仍处于快速发展阶段，还未完全成熟。随着船舶技术、信息技术的发展，以及“大数据”的智能应用，正推动着智能船舶的加速出现。船舶智能化的发展将是决定未来船舶行业发展方向的重要因素；除了信息感知、通信导航、能效管理等关键技术，自动停泊、离岸，自动维修，自动清洗，自动更换设备部件，自我防护等同样将会趋于智能化发展；随着船舶智能化相关技术的不断发展，最终可实现由智能系统设备逐步转变为会思考的智能船舶，促进船舶安全、高效航行。并为我国航运带来新的发展机遇。 二、海事巡逻船的介绍 我国是海洋和航运大国，是国际海事组织A类理事国，在和平开发和利用海洋资源、履行国际公约中发挥着重要作用。但是由于历史原因，，我国水上交通安全监督管理能力还不适应经济发展需要，与我国海洋大国和航运大国的地位极不相符。20001年，《中国海事发展纲要》提出，到2005年，中国海事将要把1000海里内的国际航线和海上设施等纳入监管范围，50海里内重要干线航道和重要港口附近的应急到达时间不大于3小时。实现这一目标的要求存在于多方面，其中一个重要原因即为具有远航能力的现代化的海事巡逻船。 海事巡逻船在海事巡航执法等诸多方面中发挥着关键作用，其任务主要包括：1、执行海上巡逻、监管、警戒、护航、交通疏导2、执法取证：处理和调查一切海上事故的必须交通工具，维护水上秩序 3、应急搜救：承担水上搜寻救助组织和海上应急值班工作，协调和指导的有关工作。 海事巡逻船上应配备的光电跟踪取证系统能够良好实现海上取证，有效地进行海上内交通事故调查和处理、搜寻和水域污染检测等活动。海上取证不似陆地证据那般固化，会随时间和海流、风向的变化而变化甚至消灭。及时准确的海上取证极为重要。因此，该系统在海事巡逻船得以应用。 海事巡逻船还有一个特殊舱室——多功能厅。此厅类似于会议室，不同的是该亭内具备巨屏显示器以及安装电脑和各种电子设备的操作台。此厅不仅用于召集紧急会议，更可以通过以太网络系统，实现现场指挥部用特殊频点甚至高频无线通话与渔政、海关船舶通信联络；也可以通过船上海事卫星系统接入全国海事网，甚至接入国际海事组织。 海事巡逻船能保证我国领海的安全，帮助我国实现海上透明化的宏伟目标。而其更智能化是海事巡逻船的发展趋势，也是我们应努力的方向。三、 海事巡逻船的智能化 基于海事巡逻船的特点及现有技术基础，实现有限度的海事巡逻船的的智能化是必要且可行的。海事巡逻船的任务及功能有其特殊性，不同于其他船种。其主要任务类型包括巡逻护航、监管执法、搜救指挥、污染防治业务和维护国家安全和利益。[5]根据《国家水上交通安全和救助系统布局规》制定的监管目标，巡逻船要能在12h之内到达离岸200 n mile内的任何水域，在90min之内到达离岸50nmile内的重点水域。该任务需求对船舶航速提出明显需求，但考虑到节省燃油，船舶日常巡航是低速航行的，仅在需要时才迅速提高航速，因而要求船舶在中低速和高速的状态下都能有较低的耗油率。同时，考虑到重大海难大多发生在恶劣海况下，要求船舶有优良的操纵性和适航性、较大的续航力和结构强度及先进的通信指挥和救援设备。表一归纳了海事履职的主要任务与船舶主要性能的相关性其中船舶生存能力主要指船舶稳性和抗沉性[6]。针对以上对海事巡逻船的规范和要求，本文将讨论海事巡逻船在解决通讯与识别、安全和自动航行及动力方面可能的措施及思路。 1.通讯与识别 船舶间通讯主要通过卫星通讯和地面通信，关于海事巡逻船队间的通信，可以考虑移动自组网技术。自组网是指一组带有无线接收装置的移动节点组成的一个多跳临时性的自治系统。主要应用在没有网络基础设施支持的环境中或现有网络不能满足移动性机动性等要求的情况下。自组网一般采用按需路由策略，按需路由认为在动态变化的自组网环境中，没有必要维护去往其他节点的路由，仅在没有去往的节点陆游的时候才“按需”进行路由发现，拓扑结构和路由表内容是按需建立。通过上述部署可以实现编队间的实时数据交流。 关于船舶的识别，上世纪年代后期，美国、日本及西欧国家开发了基智能交通系统（ITS）现在己经趋于成熟，为该领域的发展指明了方向。船舶交通服务系统(VTS）最早在欧洲建立，起初应用于内陆水域，目前已经被沿海各国普遍应用。 对于海事巡逻船来说，它的主要执法对象既包括强制安装AIS系统的大型船舶，也包括相关水域的小型船只。基于相关情况，本文主要提出基于VTS+AIS模式（船舶交通管理系统船舶自动识别系统）和基于GPS+GIS+GPRS/CDMA系统的两种识别方式。 VTS是通过前端的雷达和后端的综合信息处理系统，将船舶的位置、速度、方向等信息显示在显示器上，并以此来实现交通流的组织、助航等服务的电子系统。这对组合的优势 在于，能够最大程度地发挥雷达和的互补作用，对于大型（等强制要求安装终端设备的船舶而言，基本上能够实现全覆盖。但船载设备设备的费用相对来说较高，因此安装的成本太大，而砂石运输船等小型船舶又属于非船舶，没有强制安装终端的要求，因此，这套方案对于小型船舶而言，不易于推广实施。 GPS+GIS+GPRS/CDMA系统定位精度比较高，分辨率可以达到15米，速度测量精度可以达到米秒；能够更准确地把握周边信息，通过地图将船位置信息标注到海图上，实现对船舶的监控和管理，对沿海、内河这些移动、联通网络覆盖率高的区域，更有利于实现对船舶安全航行提供助航服务；更有利于实时通信，在移动、联通网络覆盖范围内，网络传输的速度较快，传输的准确率较高，也实现了网络化通信的目标；经济实用，性价比高，这也是与其他种船舶监控方式相比的最大优势。一些小型施工船，强制其安装价格昂贵的设备，将会给这些船舶带来巨大的经济压力。而基于的方案能够充分利用公共通信服务网络，网络通信费用较低，船载终端的成本更加低廉，不会像设备那样增加船方更多的经济负担，比较有利于推广。 由于可以通过技术的手段来转换GPS信息与AIS信息的数据格式，因此，小船的数据信息在系统可以实现集成显示。2.安全和自动航行 智能船舶的航行对通讯的安全性和设备的可靠性提出了很高的要求。对于通讯，一般来说，一个完整的安全模型应由以下五部分组成：安全管理、入侵检测、安全保护、安全恢复、安全响应。评价一个网络安全的程度应当遵循“木桶原则”，即以最低网络安全程度作为判断的依据。因此，一个安全无漏洞的系统，应当从各个方面来加强网络安全，应当构建一个多层的安全保护网。在实现定位功能和数据传输方面，选取了信号稳定、成本较低的GPS定位系统，以及GPRS网络系统，突出了节约经费的思路；在小船监控系统应用于管理方面，通过对新系统的研究，找到了将小船AIS目标融合到目标中的途径，迎合了系统集成化的趋势；在网络架构方面，对VTS安全网络进行了较为认真的分析研究，提出了一个四层安全架 构，体现了网络安全的理念。 智能船舶的自动航行需要一系列软硬件支持，现有的一人桥楼和无人机舱的技术并不稳定，通常在实践过程中并不能发挥应有的作用。智能船舶在算法设计上系统应采用变论域模糊控制通过实时控制舵角输出实现船舶航向的精确控制。目前以专家系统、模糊控制、神经网络等控制算法为核心的第四代自动舵系统。目前比较常见的船舶航向控制系统主要由上位机、航向控制器、舵伺服系统等部分组成其中上位机作为数据参数的发送端,主要实现航向控制值的设定及当前船舶所受扰动量的输入;航向控制器则在结合相关数据的基础上经过智能算法运算实现控制舵角值的输出;最后由舵伺服系统实现舵机控制及当前舵角反馈,以此实现船舶航向智能控制。智能船舶的避碰功能也是船舶航行过程中需要考虑的重要问题。不同船型有不同的回转半径，不同速度下有不同的转弯角速度。要想真正实现船舶避碰ARPA功能，每种船型的数学模型是不一样的。如果是运输船舶，不同（装载量），其特性也不一样的。换言之，船舶避碰 ARPA 软件还要具有“不断学习”的能力，以适应海事巡逻船巡逻执法的需要。与传统的“ARPA 功能”相比，新型导航雷达要与“船舶能效管理系统”有接口关系，实现自身船型特性数据的输入和实时修正。 与传统的“观察”相比，新型导航雷达要与“船舶气象仪”及其他气象设备有接口关系，获得实现天气、海浪等气象特性数据的自动输入和实时修正。根据目标的大小需要变换量程，或者需要调节增益，新型导航雷达本身能够实现自动调节。另外，借助岸基支持中心，也能遥控实现自动调节。 现代导航雷达显示器能够与“电子海图显示与信息系统（ECDIS）”和 “船舶自动识别系统（AIS）进行融合。这样的雷达画面，就是智能船舶的实时场景。与传统的“融合观察”相比，新型导航雷达能够与对外通信系统或情报系统有接口关系，能够将“实时场景”传输到岸基支持中心，以便实现岸基互动，更好的维护我国利益，实现海事巡逻船的预定功能。 [if !supportLists]3. [endif] 船舶动力 海事巡逻艇对速度有着明确的要求，要求其在指定时间内到达出事海域，同时要求起能实现长时间巡航。这就对海事巡逻艇的动力装置的性能，尤其是速度和可靠性提出了要求。当前船舶动力系统种类可分为：柴油机动力系统和燃气轮动力系统，前者优点是：安全可靠，经济实惠启动迅速功率范围大部分负载运转性能好效率可观技术比较成熟，而目前市场上半数以上船舶使用的就是这一系统；而后者具有质量轻功率大、尺寸小、环保等优良特性，但同时也有油耗高、对燃料要求高的缺点。目前国内船舶动力系统的发展趋势：双燃料单缸输出功率大的常规智能型柴油机动力系统、电力动力系统（采用交流变频技术，易于布置，节能，噪声小，易实现自动化控制）、和混合动力系统（可靠性高，常用于军船和大型远洋商船）。 在船舶汽轮机调速过程中经常采用PID控制器，这主要是由于PID算法具有结构简单、容易实现的特点，利于实现对动力系统的智能控制。但在常规PID算法需要人工试凑，不利于实现船舶的智能化。要对其进行智能化改造，采用基于模糊神经网络的模糊型PID控制器。参考文献： [1].国内外智能船舶发展概述【OL】.江苏省机械工业网.2017-07-11/2017-12-06 [2].《智能船舶规范简介》【J】.船舶工程,2016-09-15:01-02 [3].李雨.智能船舶现状与发展趋势【OL】.互联网.2016-12-14/2017-12-06 [4].梁云芳，谢俊元，陈虎，季寒，吴鸿程《智能船舶的发展研究》【J】.中国会议论文.2017-07-01/2017-12-06 [5].杨立波，王旺，邓爱民.《海事巡逻船型船及性能指标研究》【J】.《船海工程》 2013(2) [6].赵福波，谢新连，李猛.《海事巡逻船优化选型数学建模》【J】.中国航海20 16（1）
摘要 3-4 Abstract 4 第1章 绪论 8-17 课题背景及研究的目的和意义 8 舵机及其电液伺服系统概况 8-10 自动舵的发展历史 8-10 电液伺服系统在舵机上的应用 10 控制理论的发展概述 10-16 控制理论的发展 10-11 控制理论在电液伺服控制的应用概况 11-13 神经网络研究概述 13-16 论文的主要工作 16-17 第2章 电液伺服单元工作原理及数学模型 17-28 舵机电液伺服控制单元结构与工作原理 17-19 数学模型的建立 19-26 力矩马达环节建模 19-20 伺服阀环节建模 20-22 液压动力机构建模 22-24 电液伺服控制单元系统模型 24-26 系统模型参数的选取 26 系统模型的稳定性分析 26-27 本章小结 27-28 第3章 电液伺服单元仿真及测试实验 28-44 系统的仿真分析 28-31 电液控制单元实验台构成及其原理 31-34 实验结果及分析 34-41 稳态实验 34-37 动态实验 37-41 实验分析 41 系统的稳态误差分析 41-43 本章小结 43-44 第4章 电液伺服控制单元控制策略的研究 44-61 PID控制器 44-47 标准PID控制原理 44-46 数字PID的增量型算式 46 PID控制器的参数整定 46-47 神经元理论 47-50 神经元模型 48-49 神经元学习规则 49-50 单神经元自适应PID控制器的设计 50-54 单神经元自适应PID控制原理 50-51 采用有监督Hebb学习规则的神经元PID控制器 51-53 改进的神经元自适应PID控制器 53 单神经元自适应PID控制的学习过程 53-54 单神经元自适应PID控制仿真 54-60 本章小结 60-61 结论 61-62 参考文献 62-66 攻读学位期间发表的学术论文 66-68 致谢
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轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. 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