应急动力装置

应急动力装置（精选九篇）

应急动力装置 篇1

关键词：动力应急电源,超越离合器,直流母线,浅放电,自抗扰,自适应

1 工艺概况

循环气压缩机是100万吨/年乙烯线性低密度装置聚合反应的核心设备,一旦停车,将造成整个低密度聚乙烯装置停车,损失难以估量。循环气体压缩机系统由循环气体压缩机、主电机MM、应急电机EM、联锁控制与保护系统组成。主电机MM功率为4 900kW,电压为10kV,同轴挂接710kW小功率应急电机EM。主电机MM与应急电机EM中间有超越离合器联结。

正常情况下由主电机MM驱动循环气体压缩机运转,离合器处于分离状态,循环气压缩机以主机为动力在近3 000r/min转速下满载运转。当市网无电或市电超低(晃电)引起联锁保护时,主机高压断路器跳闸,主电机MM由于惯性缓慢减低转速。动力应急电源系统(MEPS)的PLC收到主机高压断路器低电压跳闸信号后,立即启动应急电机EM的变频器,变频器根据预先设置好的控制模式输出频率,使应急电机在3.5s内上升到1 500r/min,主电机和应急电机在此转速下使超越离合器耦合,系统稳定在1 500r/min运行。此时应急电机的电源来自后备电池的直流电源,保证应急电机运行15min。当市电恢复时,主电机得电升速,主电机与应急电机的超越离合器分离,最后分别在3 000、1 500r/min上运行,再经程序延时后,应急电机降速、停机。另外,如果工艺需要压缩机低负荷运行,那么直接采用应急电机变频启动,由市电提供电源,在变频器的控制下,应急电机连续变频运行。工艺与动力应急电源(MEPS)系统连接示意图如图1所示。

2 MEPS系统功能

根据工艺要求,压缩机系统分为Ⅰ、Ⅱ两种工况。在不同工况下,MEPS系统均能采取及时、有效、安全的应急措施。针对工艺工况及操作要求,MEPS系统具有以下功能。

(1)工况Ⅰ:正常情况下,主电机MM驱动压缩机运转,在主电机失电时(同时应急电机失电),压缩机转速开始下降,要求快速启动应急电机(恒转矩变频启动),在3.5s内达到额定转速,并确保在压缩机传动轴转速下降至应急电机额定转速时能通过超越离合器与应急电机转矩可靠软对接。此时压缩机系统由蓄电池供电,应急电机EM实现停电保护运行15min。

(2)工况Ⅱ:主电机MM不工作,应急电机EM启动。若工艺要求低负荷运行,则MEPS系统变频启动应急电机并连续变频运行。

3 MEPS系统组成

MEPS系统由整流逆变单元、主控系统、蓄电池单元、辅助放电单元、辅助电源系统组成。MEPS系统图如图2所示。

(1)整流逆变单元。

整流逆变单元包括整流变压器和以ABB工业传动模块为主体的ACS800系列变频器。变压器采用油浸式全密闭三圈变压器,容量为1 000kVA。变频器整流部分采用12脉冲整流,容量为900kW,输出电压为AC 660V。

(2)主控系统。

主控系统采用工控机、数据采集、PLC为核心的中央控制系统。工控机是整个MEPS系统的主计算机,综合监视全系统的各模块工作状态,管理全系统的所有信息。数据采集模块使用霍尔传感器采集基本电量(直流母线电压P+、浮充电源电压BV+、蓄电池总电压、三相交流电压、充放电电流),蓄电池环境温度、功率器件工作温度等模拟量,应急启动、主电机、应急电机等运行状态信号,其数据全部送工控机。PLC主要完成继电器控制,应急启动信号、充放电启动信号、显示与报警信号、联锁保护信号、保护性放电信号发布等。主控系统的人机界面采用液晶显示整个MEPS系统的动态系统图、运行状态、各种开关量状态、测量值、报警信息、事件信息。MEPS装置主机与微机监控系统、DCS系统的连接均为无源干接点,并通过RS-485通信口将MEPS系统的各种信息上传微机监控系统。

(3)蓄电池单元。

该单元包括电池组、蓄电池充放电控制模块、电池管理/监控模块。电池采用德国松树牌12V全密闭免维护铅酸蓄电池,单节电池容量为93A·h。电池分为4组,每组76节。蓄电池充放电模块由电源优化组合子模块、恒流充电子模块、恒压充电子模块、放电控制子模块组成。电源优化组合模块可在线调整直流母线电压、浮充电源电压,在恒流充电子模块、恒压充电子模块的协调配合下,以小波纹恒压、恒流和浮充模式对蓄电池进行合理有效的充电控制,并能进行温度补偿。放电控制子模块完成应急放电功能。内嵌的单片机系统是蓄电池充放电控制模块的中枢部件,起着实时控制的作用,有欠压、过压、过流、输出短路、电池反接等自保护功能。电池管理/监控模块采用内嵌单片机系统的无触点在线巡检仪对蓄电池组及单节电池进行实时监测、报警。

(4)辅助放电单元。

辅助放电单元也称保护性智能型放电单元,在智能监控系统的控制下,根据实际情况以空调、风机、取暖设备为载体提供放电回路。一方面实现对电池浅放电的自动维护,延长电池寿命;另一方面监督系统的备用状态,定期检查系统功能是否正常。

(5)辅助电源系统。

MEPS配套1个UPS电源装置,MEPS系统内部的DC 24V电源均为UPS电源经过DC24V电源模块转换而来,保证系统控制电源不间断。

4 MEPS系统输入/输出控制原理

MEPS系统在压缩机主电机运行正常时一直处于热备用状态。配套MEPS系统的专用三圈变压器提供660V,12脉冲交流电源给ABB变频器整流单元,经整流模块整流滤波后的中间直流母线电压为DC 900V;而变频器逆变单元处于热备用状态,没有频率输出。

充电回路AC 380V电源引自低压开关柜,经过升压变压器变成AC 710V给充电电源模块CPS。充电回路开关KMD1～KMD4处于合闸状态,4个充电器分别给各组电池充电。4组电池在电池充放电管理主机CCCV及MEPS系统主控单元PLC的调控下处于自动浮充状态。电池放电回路开关QFD1～QFD4处于合闸状态时,可控硅没有收到触发信号,处于截止状态。

当市网失电或市电超低(晃电),同时应急电机失电时,DCS发送应急电机启动命令,MEPS的主控系统立即响应,断开电池充电回路接触器KMD1～KMD4,并且触发可控硅导通,由电池组向系统供电。启动信号同时传递给ABB变频器,ABB变频器逆变单元将DC 900V电压逆变成AC 660V,并按照预先设定好的控制模式恒转矩变频启动应急电机,在3.5s内逆变器输出到达变频器程序设定的转速1 500r/min。

工况I/II的选择是通过微断QF控制继电器KMABB实现的,其1,5触点断开时即变频器选择工况I的输出模式,1,5闭合时即为工况Ⅱ模式,对应ABB ACS800变频器即是手动/自动模式选择。根据工艺要求MEPS系统在备用状态下将微断QF置于工况I位置。

来自DCS的应急电机启动信号是脉冲信号,不能自保持,需经过中间继电器KM1转换,变成保持的高电平信号。KM1的辅助常开触点11、14接通时,逆变器启动,应急电机运转,运行信号通过变频器I/O继电器输出点送给DCS及MEPS系统本体。KMl的11、14断开时,逆变器停止输出。事故电机启动/停止原理图如图3所示。

5 系统关键点

5.1 整流与逆变环节

为了提高MEPS系统运行的可靠性,系统选用ABB ACS800工业传动变频器。该变频器专为工业应用设计,特别适用于工业过程控制领域,具备结构紧凑、内置谐波抑制、宽电压频率等特点。MEPS系统的核心问题为直流母线接触系统、直流母线电压等级、应急电机控制方式。考虑大容量蓄电池与直流母线接通、分断特性,采用2 500A大功率可控硅作为接触元件。直流母线电压等级对输出电源电压稳定性影响极为重要,在蓄电池单体开路电压为12.5～12.8V时,为输出交流660V变频电源,选用76只蓄电池构成的串联电池组为直流母线供电,即电池组开路电压为973V,保证应急运行时输出电压正常。在主控板的智能控制下,整流模块和逆变模块可保持安全、高效、环保的工作状态。

5.2 蓄电池管理技术

MEPS系统中间直流电压比较高,充电功率较大(主功率的10%),充放电间隙无规律可循。该系统采用初充(电池馈电严重时)、恒流、间充(电量至60%～90%时)、恒压、浮充高压(高于电池串联额定电压)间歇的分阶段自动选择的充电方式;采用自抗扰和自适应技术,自动跟踪电源、蓄电池和环境状况,优化充电曲线;采用脉冲充电方式实时在线调整充电曲线,从而对蓄电池进行有效而安全的充电。维护性定期浅放电技术能够对蓄电池进行防极化和防板结处理,这一功能对延长电池寿命,减少重复投资至关重要。

6 结束语

目前,UPS、EPS都只发挥了电源不间断的作用,对外不参与监控、联动、连锁、管理及配电等,不提供动力电源、变频电源,带载率和抗冲击能力较差。而MEPS作为变频器加蓄电池型的在线式应急电源系统,应用电力电子技术、智能控制技术、脉冲充电技术、单片机控制技术、精密霍尔传感器件对蓄电池电压、直流母线电压、充电电流进行采集,实现蓄电池充电管理与控制;同时应用功率电子技术实现充电、应急、变频运行等状态的无触点切换,保证了负载设备长期、连续、全自动运行。

参考文献

[1]黄俊.电力电子变流技术[M].第3版.北京:机械工业出版社,2003

[2]肖朋生,张文,王建辉.变频器及其控制技术[M].北京:机械工业出版社,2008

[3]李方园.变频器自动化工程实践[M].北京:电子工业出版社,2007

[4]贺益康,潘再平.电力电子技术[M].北京:科学出版社,2004

[5]吴忠智,吴加林.变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社,2004

[6]韩安荣.通用变频器及其应用[M].第2版.北京:机械工业出版社,2000

应急动力装置 篇2

纯电动轿车动力传动装置参数匹配与动力性仿真

开发纯电动轿车的关键技术之一是动力传动装置参数的优化匹配.根据确定的`纯电动轿车基本性能参数,从理论分析和工程设计的角度出发,利用Matlab对纯电动轿车电机、变速器、主减速器进行了设计计算与匹配.ADVISOR仿真结果证明,所选电机与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性的要求.

作 者：钟磊 高松 张令勇  作者单位：山东理工大学,交通与车辆工程学院,山东,淄博,255049 刊 名：山东理工大学学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF SHANDONG UNIRERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 24(1) 分类号：U264.1 关键词：纯电动轿车   传动装置参数   匹配   动力性仿真  

杠杆支点式动力输出装置 篇3

【关键词】杠杆；折叠式杠杆；能量外延；支点；变轨；复合式运动。

能量守恒定律是不可破的，但严峻的能源形势召唤着人类开发节能产品。杠杆支点式动力装置的研究是机械设计领域对采用能量外延做功的一种探索，欲寻求能在能量外延上做功的设计方式。经过长期观察，发现一个做封闭曲线运动的杠杆物体，只要给它一个条件，就会做变轨（改变轨迹）运动。因此，杠杆的运动就由单一的相互作用特性，增加了一种新特性排斥。本装置就是依据相互作用、相互排斥两种特性设计的。设计依据杠杆的特殊功能以及良好的可塑性本质，针对性地探索其潜在的机械特性与能量外延的关系，采用了杠杆折叠和能量转换的设计方法，把人给予杠杆物体的条件（连接轴）设计在装置上，以获取排斥特性，利用它与相互作用特性引发的机械性反应过程，在装置上成功的设计了支点。支点是一个多功能的工具，它为旋转杠杆通过自身功能，接受外来动力做功搭建了一个平台，使折叠式杠杆具备了既是一根杠杆又是一台机器的功能，当装置需要变轨时，它使杠杆成为装置上的一个独立的运动机体，用作变轨运动；当其需要做功和消功时，它又使杠杆成为一根可伸展、可折叠的杠杆，用作做功和消功；当需要节能时，它又是一个支点。这种多种工具间的相互配合，使运动中的装置具备了一个完整的曲柄连杆复合式机构，可做机械重复式往返运动，并以伸、压、缩、消的方式做功，具备了动力输出设备诸要素和基本特征，开发出了一个既遵守能量守恒做功，又可利用其产生的机械能、在外延上再做功的复合式做功新模式。本文提出了为装置设计支点和探索能量外延做功的研究和设计。

1 设计原理

本装置依据相互作用、相互排斥两种特性设计而成。为了把人给予杠杆的条件设计在装置上，在装置的设计中，采取了杠杆折叠和能量转换两种方法。把杠杆设计成折叠式，即把四根杠杆从中间截成长度相等的两段，一段杠杆固定在设备轴体上，称固定杠杆；另一段称旋动杠杆，如图-3所示。两段杠杆之间，用一个连接轴再把它们连接成一根杠杆。这样做是为了获取折叠式杠杆连接轴（条件）的功能，引导旋转杠杆在两种特性发生极端机械性反应时实施变轨。同时，通过自身的功能接受外来动力，驱动旋转杠杆围绕连接轴做独立旋转运动；若这种动力连续给力驱动旋转杠杆及加重块向上方逆时针位移，旋转轮就会自动向下方顺时针位移；当逆时针位移的旋转杠杆与顺时针位移的固定杠杆在装置上呈水平线时，两者则又共同压迫、并围绕装置轴心位移，装置上的运动成为了复合式运动，即两种特性引起变轨后，固定杠杆与旋转杠杆各行其道。又在相互作用、相互排斥的运动中，实现异途同归。

能量转换是为了上述的需要，把电动机的额定转速由1400转/min减速为47转/min，采用47转/min转速的齿轮作为主动轮， 驱动折叠式杠杆连接轴上的减速齿轮，使速度由47转/min减速成10转/min， 驱动安装在减速齿轮上的旋转杠杆和加重块位移。在它带动旋转杠杆位移时，又把10转/min转速，在杠杆上转换成m/s的速度。这个过程中，在复合式运动的条件下，减速齿轮既作为折叠式杠杆连接轴使用，也可作为支点使用，可以把装置上的电动机在能量守恒条件下做功时所产生的机械能在力臂上扩大数倍后在杠杆上做功。

装置的构造设计是一种复合式设计，实施了3项关键技术，完成了杠杆支点式动力装置的设计，实现了使用支点做功，下面详细介绍设计过程和设计方法：

1.1 杠杆折叠与变轨

杠杆折叠的折叠轴，是人提供给装置的条件。装置以此条件引导两个运动物体，产生相

互作用、相互排斥的特性时，对杠杆的位移轨道做了变轨，如图3-2、图3-4、图3-7、图3-8，改变了加重块的位移轨迹。图3-1、图3-3则是变轨位移中的途径位置。其过程是：从右区过来的杠杆采取相互排斥方式位移（這里指的相互排斥是指旋转杠杆与设备做逆方向位移）。右区与样机轴心呈水平线的位置是杠杆伸展的位置如图3-2，杠杆伸展后，在压力的作用下，加重块向下方位移。固定杠杆位移90°到了样机轴心的垂直下方如图3-3。

图1介绍：1制动轴、2旋转轮固定镙栓、3机体、4固定杠杆支架、5旋转杠杆、6加重块、7盆型齿轮（支点）、8驱动齿轮、9传动轴、12电动机。图3介绍：1、2、3、5、6均为做功状态，4、7、8为消功状态。

因旋转杠杆做逆方向位移，拐臂轴图1-7，驱动它逆方向位移了90°图3-3。此时旋转杠杆及加重块与固定杠杆、样机轴心三者呈图3-3状。此状是杠杆的相互排斥与相互作用特性的交汇处，也就是变轨的界点，只要给它一个条件，它就会变轨，这个条件就是杠杆折叠处的连接点，变轨的节点就在这个连接轴上，在相互作用、相互排斥交换的瞬间就变轨了。变轨后加重块已不再向左区方向位移，而是向装置的轴心位置位移（此时加重块尚在右区做位移），即向杠杆功能消失的方向位移，如图3-7。当它刚进入变轨区（左区）时，已经到了设备轴心的位置，杠杆功能随即消失，对右区不再产生任何阻力。这种杠杆功能的消失，为右区杠杆到伸展位置伸展做功和下一根需要消失功能的杠杆到消功位置消功提供了空间，一根杠杆伸展的同时又将另一根杠杆压上折叠位置消失功能。变轨实现了杠杆连续不断的伸展和折叠，样机的位移也就连续不断地进行着。固定杠杆与旋转杠杆在折叠位置折叠后，继续同方向位移，这个相互作用同方向位移既是一个消功过程，也是为下一次变轨做准备。固定杠杆牵着旋转杠杆位移90°到了样机轴心的垂直上方，拐臂轴又驱动旋转杠杆同方向向右区位移了90°。此时轴心，固定杠杆，旋转杠杆三者呈图3-1状，此状是第二个变轨界点，即由相互作用变轨成相互排斥，杠杆又回到起点。

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1.2 杠杆特性向机械特性的转换

如何把杠杆特性转变成机械特性，使之成为一台机器，设计工作经历了这样的一个过程：依据杠杆良好的可塑性本质为载体，把相互排斥特性移植到样机的构造设计上。为实现这个目标，首先是以新特性为基点，寻求到一种能与此相互接纳的机械构造模式：即采取把一根杠杆一分为二的方法，一段安装在旋转轮轴上，称之固定杠杆，一段安装在固定杠杆末端的连接轴上，如图1-7，称之为旋转杠杆。两者之间用一个连接轴连接。二者在运动中既各代表一种（杠杆）特性，同时又代表着同一种（连杆）特性。其间的折叠轴，作为两种特性交汇转换的衔接点，引导杠杆通过自身的功能接受外来动力，驱动旋转杠杆做独立旋转运动，引导两种特性的转换，组成一个可与原机体互动的动力机体（称连杆机构），使之保持二者原特性的存在与新特性的产生；然后，再把两个运动机体及其功能、特性嫁接整合，形成装置上的一个机体，并组成了一个完整的曲轴连杆机构，实现了杠杆特性向机械特性的转变。

现依据装置复合式运动的实例，说明杠杆特性向机械特性的转变。图3是显示复合式运动位移一周的图示，支点被设计在旋转杠杆与固定杠杆的连接轴上，图3-2是旋转杠杆与固定杠杆做复合式运动一周的开始，电动机按自已被额定的转速，驱动旋转杠杆向上方逆时针位移，固定杠杆及旋转轮受电动机额定转速的制约，以电动机的转速向下方顺时针位移。因此，它们经图3-3、图3-4、图3-1回到原点图3-2，旋转杠杆围绕折叠轴位移了一周，同时，也围绕动力输出轴位移了一周。在它围绕旋转轮位移了一周的时间内，它和固定杠杆共同压迫旋转轮，并围绕装置的动力轴也位移了一周。这种运动在本装置上被称为复合式运动，即旋转杠杆围绕折叠式杠杆的折叠轴做的封闭式曲线运动和旋转杠杆与固定杠杆围绕装置动力轴做的封闭式曲线运动。这是一个由杠杆特性向机械特性转变的过程。

1.3 支点与做功

装置由四根折叠式杠杆组成了一个旋转轮，采用固定杠杆与旋转杠杆之间的连接轴即减速齿轴的半径作为支点和力臂使用，如图1-7所示，从齿轮轴到齿轮边沿之间的长度，就是本装置杠杆的力臂，长度半径是7.5cm。当电动机（图1-10）的动力经传动轴（图1-10）传动到主动齿轮（图1-9）驱动支点上的被动齿轮（图1-7）时，即可带动旋转杠杆（图1-5）和加重块（图1-6）围绕力臂轴做旋转位移。这一过程中，在主动齿轮驱动被齿轮时，被动齿轮上的力臂发挥功能，能把加重块的重量减轻数倍。当旋转杠杆和加重块位移呈图3-1、图3-2、图3-3、图3-5、图3-6时，是杠杆的做功状态；当旋转杠杆和加重块呈图3-4、图3-7、图3-8时，是杠杆的消功状态。

图3所示的是加重块的位移路线。图3-7和图3-8显示的是模拟样机动态下的两个瞬间图像，从图中可以看到这两个加重块的位置，处于加重块的消功区，此时的加重块已完全消失功能。这里讲的消功，是指加重块处于机体周边上时消除了对做功区做功杠杆和加重做功的阻力。它消功得越彻底，做功区加重块做功就越大。样机模拟实验还显示，在相互排斥和相互作用的共同作同下，引起旋转轮上四根杠杆中的三根杠杆同时来到同一个区域伸展，图3-2所示；而使另一根杠杆处于折叠状态，如图3-4所示。在这两种状态下，旋转轮上形成了一种动势，打破了旋转轮上的平衡，加重块以重力速度朝着下方位移，压迫旋转轮位移，实施做功。

通过上述3项技术的实施，装置能采用做功机械做功时产生的机械能，再在支点上把机械效率放大，进行再做功，以达到节能的目的。

为了检验装置的设计效果，做了两次样机实验。第一次实验做了装置的旋转功能实验和驱动功能实验，以下是第二次实验过程和实验结果：

2 实验

实验从2013年3月1日开始，2013年6月28日结束。

实验目的：检验支点功能；检验驱动发电的效果。

样机机座长2.8m，宽2.5m，高1.68m；

样机旋转轮：3.9m，其中固定杠杆：1.0m，旋转杠杆：0.95m；

样机力臂：4个，力臂半径：7.5cm，（主动齿轮力臂半径为2厘米）链轮传动；

样机增速器：1个，增速齿轮力臂半径6cm，3级齿轮传动，增速比为1：150倍；

驱动电动机：4个，0.5W/个，电压：380V，转速：1400转/s；

减速器：4个，涡轮杆式减速器，速比为1：30倍

发电机：1个，2KW，电压为220V；

力臂设计增大倍数：电动机原动力的3.7倍

2.1 发电实验

选用2KW发电机作为实验对象，做了3组实验：

第一组实验：在四根旋转杠杆上均安装了24kg加重块，力臂工作正常，发电机能空负荷旋转，带负荷就停车。

第二组实验：在四根杠杆上增加了10.6kg加重块，加重块总重34.6kg，力臂工作正常，发电机发了800W电（4个200W灯泡） 。

第三组实验：四根杠杆上又增加了10.6kg加重块，加重块总重45.2kg，力臂工作正常，發电机发了1800W的电（9个200W灯泡）。

3 实验分析

3.1 做功力臂的做功量

做功力臂的做功量由力臂长度所决定，其力臂半径为7.5cm。对装置力臂功能的测试结果是：力臂2cm长度，可增加电动机一倍的驱动动力。装置的做功力臂为7.5cm，能增大电动机3.7倍动力；增速器力臂长6cm，将消耗3倍力臂系数。现依据附图3，介绍第三组实验的结果：

对图3-1的分析：在图3-1上的加重块是45.2kg，加重块在杠杆上的作用长度是0.95m，约179m/s，约1.79KW，其中原动力0.5KW，实际工作效率为0.38KW，合计：1.79—0.38=1.41KW。1.41KW等于做功力臂把原动力增大了3.7倍。

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对图3-2的分析：在图3-2上的加重块是45.2kg，加重块在杠杆上的作用长度是1.95m，约357m/s，3.57KW，其中原动力0.76KW，合计：3.57—0.76=2.82KW。

对图3-3的分析：在图3-3上的加重块是45.2kg，加重块在杠杆上的作用长度是0.95m，约179m/s，1.79KW，其中原动力0为0.38KWKW，合计：1.79—0.38=1.41KW。

上述3个图示显示原动力功率合计为：1.5KW，3项力臂增大功率合计为5.55KW，1.5+5.55=7.05 KW，减去增速器力臂消耗了3倍，1.5KW×3倍=4.5KW，7.05—4.5=2.55KW，减去5个传动系数所耗能量0.2KW×5=1KW，转轮上仅剩2.45KW动力。

因版面所限，其他实验与分析暂且不谈。

4 稳定的做功特性

实验显示，装置具有了杠杆的特殊性能和普通性能，做功特性稳定。

4.1 特殊特性与做功耗能

样机具备了杠杆的特殊性能。实验中，0.5KW电机的实用效率是0.38 KW，即0.38m/s，加重块的匹配应为9.2kg， 实验结果是它驱动的加重块是45.2kg，1.79m/s：1.79—0.38=1.41，扩大了3.7倍，

（假设）。若把力臂半径设计成50cm，就可把原动力增大25倍，它要消耗多少能量呢？25—3.7=21.3。这组数据是以本实验主动齿轮（电动机）以47转/分驱动力臂将做功效率增大3.7倍为基数，再把它增速到280转/min作为计算依据。电动机以280转/min驱动力臂。 若力臂转速要保持在10转/min的话，得把原56个齿增加为336个齿。280转/min是电动机1400转/min的20%，即0.072KW，这使电动机的驱动力减少了20%，1400—280=1120。动力由原来的0.38m/s减去0.308m/s：0.38—0.072=0.308m/s。也就是说， 支点只要多使用0.072m/s的动力，可使本实验增大的动力由3.7倍扩大到25倍，减去20%，还剩20倍。

4.2 普通特性與应用的关系

样机具备了杠杆的普通性能。实验显示，它会按照设计要求，按伸、压、缩、消的秩序做功、消能。与人们平时使用它一样简单、方便。例如：当加重块过重，输出轴上的扭矩大于受力机械受力轴上的扭矩，使旋转轮旋转过速时，因受机械性能的制约，旋转轮只能被加重块擦底减速通过，从未出现过超越为其设计的行程而造成失速；当旋转杠杆上的加重块是24kg时，发电机只能空转，一增加载荷，空转就停住了；当给它再加10.6kg时，就能发出800W的电，效果很明显。这些实验结果， 证明了支点被设计在机器上，其杠杆特性没有发生改变，完全转变成为了装置上的组成部分并具备良好的机械特性，实现了支点特性向机械特性的转变，达到了在机器上做功的设计目标。

本次实验显示了杠杆特殊性能被完整地设计到装置上，能用较小的动力，产生很大的作用力，具有稳定的机械特性；这验证了杠杆在装置上应用的普遍性能：只要有条件存在，无论把它放在哪里使用，它都会无条件的工作，产生一样的效果，并且具有稳定的机械特性。

5 结论

本文主要是对利用支点做功进行的研究，采用做功机械做功时所产生的机械能，在支点上再做功的设计方法，经过了实验， 达到了设计目标，一旦投入使用，杠杆支点式动力装置将充分发挥其杠杆功能，以数10倍的节能效果成为一个名符其实的造电机器，开辟出一条能源新来源地，将用清洁无污染的电能造福于人类社会。

但是，实验样机的规格尚小，不便于实施大规模的发电作业，必须把规格的直径由现在的3.9m放大5.9m或7.9m为最好。因此，还有很多工作需要做。

参考文献

[1]方大千.电工[M].北京：机械工业出版社出版，2012.

[2]徐灏主编.新编机械设计师手册[M].北京：机械工业出版社，1995.

[3]孟宪源主编.现代机构手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[4]河北工学院主编.汽车拖拉机内燃机原理[M].北京：中国农业机械出版社，1981.

汽车空气动力装置研究 篇4

随着汽车技术的日益提高,关于汽车的速度和稳定性研究有了进一步的发展,汽车涉及到的空气动力学问题成为了左右汽车外观结构设计的主要指标之一。由于与驾驶者的生命休戚相关,汽车高速行驶时的操控稳定性显得非常重要。而这其中空气流动所产生的影响不容忽视。即便在无风的环境中,汽车以速度v高速行驶在路面上,也会产生一个与空气相对运动的速度。此时可将汽车视为静止,则空气以v与车身迎面流过,在车身周围形成一些复杂的流场。这些流场会造成车体在不同方向上的受力[1]。本文结合安装在不同位置的扰流装置或气动附件,对车身不同位置流场进行分析,从气体动力学原理上说明部件的具体作用。

1、汽车前端空气动力装置

1.1 空气桥

汽车在前端首先受到迎风力的作用,由于沿车体行驶方向的风阻占了总风阻的80%左右,而车头的横截面是沿纵向最大的迎风面,所以这其中位于车头的风阻的大小对汽车行驶的速度和油耗都有很大的影响[2]。

登载于名为“汽车之家”网站2012年4月23日的一则新闻报道了关于法拉利跑车最新设计的信息。2012年法拉利发布了它的12缸跑车,其油耗降低了30%。之所以在性能上能有如此巨大的变化,得益于它独特的外观设计,这其中空气桥的应用无疑是亮点之一,如图1所示画圈位置结构即为空气桥,白色线条为流线。暂时忽略湍流气体的影响,当来流气体沿水平方向接触到车体前端,其水平力可分解为沿车体表面流动的剪切力,和垂直于车体表面的压力,而压力进一步可分解为水平方向的阻力贡献,和竖直方向的压力。空气桥的设计,使得冲击到车体前端的空气流可经其“桥洞”分流至车体侧翼,从某种程度上减小了迎风面积,使得水平阻力分量减小。而当气流来到侧翼位置时,通过车体侧面的流线设计,形成沿斜向下方的流动,这一流动很显然补偿了前面由于空气桥孔洞失去的沿竖直方向的下压力。

1.2 导流罩

导流罩一般多应用在货车,大客车或半挂车上,其力学原理简单,即将迎风面设计成流线型,使空气能够沿其表面流动,而降低沿水平方向的力的分量,降低风阻。

2、汽车底部前扰流器

汽车底部的空气流动是造成汽车行驶过程中出现升力的主要原因。设置前扰流器的目的是使进入车底部的气流减少,同时使气体加速流动,压力降低,减小阻力系数和升力系数。

如图2所示,当不考虑车轮和底盘其它凹凸部位扰流产生的效果,仅针对前端扰流器进行研究,则前方来流空气受到扰流板的阻隔时,部分空气被分流至车体上方,而能够流经扰流板进入车体底部的气流,根据流体流动的连续性方程,有:A1v1=A2v2。其中A1、A2代表气体流经不同过流断面的面积,v1、v2代表空气流过这两个过流断面时相应的流速[3]。将汽车底盘与地面之间包含的流体流动近似认为管流,则前扰流板处的过流断面面积设为A1,扰流板后的过流断面面积设为A2,则可知,气体通过扰流板后,流速骤然下降,由于附面层空气的粘性,和来流空气源源不断地注入,在前扰流板后形成了类似车尾的“边界层分离现象”,在扰流板后与车底连接的位置区域产生涡流,形成负压区域[4]。

3、汽车侧面扰流装置

在车的侧翼设置空气动力装置的目的是为了提高车的稳定性。目前所知的侧翼空气动力装置主要有一下几种:车侧梭型扰流器,底盘扰流裙,扩散器等。

3.1 车侧梭型扰流器

安装在车侧的梭型扰流器,曾见于某国外轿车上,普通轿车并不常用,其利用的力学原理与前扰流板类似,其结构为如图3所示的中空部件。当空气来到车体侧翼,流经车体左右对称设置的小扰流器,使扰流器的锥形空腔内形成负压,从而加强车体的横向的稳定。

3.2 底盘扰流裙

底盘扰流裙的形状非常形象,像是少女穿着的裙装,它安装的目的根据具体设计的形状不同也不尽相同。但总体来说,它的目的是使车体侧翼的空气流能够按照设计的方向流动,不产生大的涡流、逆流影响车的稳定,并阻碍气体进入车底,减弱车体底部由气体产生的升力,增强汽车高速行驶时的稳定性。

除此之外,车体侧翼上安装的空气动力装置还有一些,但所基于的原理也基本与上述两者相同,只是在造型或者叫法上有所不同而已,在此不作详述了。

4、汽车后部空气动力部件

关于汽车尾部涉及到的力学问题是汽车空气动力学的又一重点。当气体流经车身到达车尾的时候,由于受到车体结构形状的影响,气体的流动状态势必会发生改变,这其中,边界层分离现象就是典型的尾部气流问题。这种现象使得气体在车尾部形成较大的涡流区域,使车的升力增加,影响车的稳定性,同时产生的负压,使车体水平方向压力差变大,在尾部形成沿车行速度方向相反的拉力,从而增加了油耗。通过缩短车尾长度可以大大减轻尾流对车体的影响,因为这部分的动力学原理不涉及空气动力附件的应用,所以本文不做研究。

4.1 尾翼

尾翼安装在车辆的尾部,表面狭窄、形状类似于倒置的机翼,水平面离开车身安装,有的与水平面呈一定角度。用来提供下压力,使车辆稳定性提升。

根据流体力学中伯努利方程的基本原理,压强与流速有关,当流速变大的时候,压强相应减小,流速减小的时候压强相应增大,这一原理在前述车头与车侧及车底的扰流装置中也多有应用。汽车尾翼的上表面较为平坦,而下表面则突出较大,当空气遇到尾翼时,会沿壁面绕流,其中下表面流线弯曲大,流管变细,根据不可压缩流体的连续性方程,流速加快,气压降低。此时尾翼上下表面出现压力差,上表面的压力大于下表面压力,机翼产生下压作用[5]。

4.2 其他尾部扰流器

除了尾翼以外,尾部还有其他类型的扰流装置。其他的车尾扰流装置有的也可以提供下压力,但常见的还是以减少升力和尾部气流拉力为主。有的尾部扰流器单纯用来分割尾流,有的可以令气流更顺畅,避免车尾空气边界分离面下产生涡流及空气聚集,减少空气拉力,降低浮升力[6]。

5、结论语

根据车辆运行中气流在车身绕流的动力学特性,分别对车身不同部位空气动力装置的作用原理进行了分析。通过分析可以看出,汽车空气动力部件虽然尺寸普遍不大,但其对汽车性能的提升,行驶的安全性和稳定性都起着举足轻重的作用。随着研究的深入,空气动力学的更多应用将会使汽车技术获得更大程度上的提升。

摘要：空气动力学部件是汽车车身外部安装的零部件之一,对改善整车的风阻和浮升力等起着至关重要的作用。本文通过对空气动力部件的介绍,从其在车体的安装位置,形状尺寸、类别等方面,逐一分析了它们的力学特性和作用原理。结合图例深入介绍了空气动力学部件,使读者对扰流器等概念有了更加全面的认识。

关键词：空气动力学,汽车,扰流器

参考文献

[1]叶南海,郭惠昕.汽车空气阻力分析[J].常德师范学院学报(自然科学版)2000(12).

[2]李永恒.具有吸引力的汽车尾翼[J].轿车情报.1997(1).

[3]陈文义,张伟.流体力学[M].天津大学出版社.2004.2.天津

[4]马晖扬,尹协远等.航天飞机高超音速旋涡分离流动现象分析[J]导弹与航天运载技术1989(05)

[5]陈永丽.机翼升力的物理原理分析[J].现代物理知识.2010(02).

工程机械混合动力储能装置分析 篇5

混合动力即2种动力源的混合,常见的混合动力技术为电动和液压混合动力,根据主动力和辅助动力的联接方式的不同,混合动力可以分为并联式混合动力、串联式混合动力和混联式混合动力,其结构如图1所示:

混合动力工程机械中的能量储存装置负责储存发动机和工作装置的可回收能量,能量转换装置在电动混合动力系统中是电机,在液压混合动力系统中为液压泵和马达。

目前开发的混合动力工程机械中,串联混合动力驱动方式主要以神钢和日立建机为代表,并联混合动力驱动方式主要以小松为代表,而结构设计更加复杂的混联式混合动力系统还没有成熟的应用实例。

储能装置对整个混合动力系统的效率有着至关重要的影响,它与储能装置的结构、形式等因素有关。目前世界各国正在研究、开发与应用的储能系统主要有液压蓄能器、超级电容、飞轮电池和各类电化学电池等。本文将对以上4种混合动力储能装置做简要分析。

1. 液压蓄能器

液压蓄能器是液压系统中常用的辅助元件之一,它可以存储能量,稳定压力,吸收冲击,消除脉动,还可作紧急动力源。液压蓄能器主要有弹簧式和充气式2种。弹簧式蓄能器结构简单,反应灵敏,但容量小,主要用于小容量、低压回路缓冲。

充气式蓄能器分为气瓶式、活塞式和皮囊式,均是利用气体的压缩和膨胀来储存、释放压力能。活塞式、皮囊式储能器实际应用较多,主要用来储能和吸收中、高压系统压力脉动。

蓄能器的能量存储能力取决于蓄能器的容积、储存压力和工作压力。作为辅助动力源,液压蓄能器一方面吸收或补充发动机的输出扭矩,使发动机始终在高效工况作业;另一方面,液压蓄能器回收与利用制动能量,大大降低了机器不必要的能量消耗。同时,在吸收系统的液压冲击、保持系统压力方面也起到了很大作用。

2. 超级电容

超级电容是一种介于电池和静电电容器之间的储能元件,也称为电化学电容器,可用来全部或部分取代电池。从储电原理上,可将超级电容器分为双电层电容和法拉弟准电容2类。

目前的混合动力工程机械大多采用超级电容作为储能装置。与电池相比,超级电容具有以下几个优点:一是具有非常高的功率密度,可为电池的10～100倍;二是充电速度快,能在几十秒到数分钟内完成充电过程;三是使用寿命长,充、放电过程中发生的电化学反应具有很好的可逆性,实际寿命可达10万次以上,比电池高10～100倍;四是工作电压范围大,在其额定电压范围内,可充电至任一电压值,可放出所储存的全部电量;五是低温性能优越,容量随温度的衰减非常小。

类似于蓄电池,超级电容器的单体电压较低,极少以自然形态直接使用,一般通过多个单体串联与并联构成超级电容器储能阵列。

3. 飞轮电池

飞轮电池一般由飞轮转子、电机、磁轴承系统、电力电子变换装置和真空容器等部分构成,其结构如图3所示。

当给飞轮电池充电时,电机以电动机的形式运行,电能通过电子电力变换装置从外部输入,驱动电动机带动飞轮加速旋转,从而完成电能到机械能的转换与存储;当外部负载需要能量时,飞轮电池放电,电机处于发电机运行状态,飞轮存储的动能转换成负载所需要的电能,完成机械能到电能的转换。

飞轮是整个电池装置的核心部件,直接决定了整个装置的储能量。为了减少充、放电过程中的能量损耗,电机和飞轮都采用磁悬浮轴承,以减少机械摩擦;同时将飞轮和电机放置在真空容器中,以减少空气摩擦。

飞轮电池有着诸多优点,主要表现在以下几个方面:一是储能密度高;二是无过充电、过放电问题,即使在深度放电时,其性能也完全不受影响,而且能够防止过充电;三是容易测量放电深度,充电时间较短;四是使用寿命长,预期寿命20年以上;五是损耗低,维护周期长,对温度不敏感,报废后对环境产生的影响小。

飞轮电池的缺点是不能长时间保存能量,仅适用于具有快速充、放电的特点外部系统。飞轮电池成本过高也是不能大力推广的重要原因,其单位功率成本为电化学电池的6～7倍。

4. 电化学电池

电化学电池主要是指蓄电池,其作用是存储电能,目前应用较广的主要有铅酸电池、锂电池和镍氢电池等。

(1)铅酸电池

现代车用蓄电池使用最广的是铅酸电池,其主要由极板、隔板、电解液和壳体构成。铅酸蓄电池优点是:性能可靠,生产工艺成熟,成本较低;单体电池电压高,能量效率高,具有良好的大电流输出性能和高、低温性能。铅酸电池的缺点是能量比和能量密度都比较低,自放电率较高,循环寿命相对较低,不便于长期储存。

(2)镍氢电池

镍氢电池以氢氧化镍为正极,以高能贮氢合金为负极。镍氢电池主要优点有:能量密度、功率密度高于铅酸电池,循环使用寿命高;快速充电和深度放电性能好,充电效率高;无重金属污染,且全密封免维护。缺点是成本高,有“记忆效应”,均匀性较差,自放电损耗大,对环境温度敏感,体积和质量较大,安装困难。

(3)锂电池

锂电池可分为锂离子电池和锂分子(高聚合物)电池2种。锂电池具有体积小、功率高、电压高、安全性高、自放电低、无记忆和无污染等优点。其主要缺点是一致性和安全性较差,成本高,高温性能差,低温时充、放电性能差。

船舶动力装置状态监测系统研究 篇6

船舶主机是获取机械能、电能和 热能的旋 转机械设 备 ,在机械的振动信号中包含有大部分故障的征兆。船舶动力装置状态监测系统能够对船舶主机的振动信号进行监测, 并对监测信号进行数据分析, 根据分析的结果判断船舶主机是否正常运行, 为及时掌握船舶动力装置的运行状态和故障征兆提供了有力手段, 对提高船舶的安全性和可靠性具有十分重要的意义。

1 硬件系统

船舶主机状态监测系统的硬件系统主要由数据采集传感器、输入信号调理箱、数据采集卡、计算机等组成, 图1为船舶主机状态监测系统硬件组成图。

船舶动力装置在工作状态时, 电涡轮传感器在主机相应的测试点上采集船舶动力装置的压力、温度、转速、位移开关等信号, 经过信号调理箱处理成适合的电信号, 再经数据采集卡输入到计算机中, 进行分析处理。该系统满足对船舶主机的振动信号的采集和分析, 具有如下特点:

(1) 系统具有 较高的模块 化程度 , 较强的通 用性强 , 而且稳定性好, 可靠性高。

(2) 系统硬件 具有很强 的适应性 , 其数据采 集精度满 足数据分析的需求。

(3) 系统的整 机运行功 耗小 , 具有较强 的抗震性能 , 能够在主机运行现场使用。

1.1 数据采集传感器

数据采集传感器采用的是电涡流传感器, 该传感器的作用是采集船舶动力装置的键相位信号和主机转轴振动 信号。数据采集传感器安装在船舶主机转轴上, 当转轴每转一圈就会产生一定的脉冲信号, 该信号可以作为标准参考信号来准确测量相角信号和振动信号。

1.2 输入信号调理箱

输入信号调理箱的功能是处理从电涡轮传感器测量来的船舶主机的振动信号。输入信号调理箱内包含两部 分电路 :(1) 键相位信 号调理电 路 , (2) 振动信号 调理电路 , 其结构如图2所示。

振动信号调理电路的作用是压缩振动信号中的直流分量,放大其有效的交流分量。船舶主机振动信号分为交流分量和直流分量: 交流分量一般约为几毫伏, 能够反映主机振动的幅值; 直流分量通常约为10V~20V, 反映了主机振动的间隙电压, 相对交流分量而言, 其幅值很大。由于数据采集卡的输入范围为±10V, 超出ADQ卡输入电压的范围, 因此需要压缩过大的直流分量; 同时为了保证检测精度, 需要放大其中微小的交流信号。同时, 鉴于振动信号的交流分量中包含有多种谐波信号, 因此必须首先进行滤波, 除去多余的谐波信号。通过上述处理, 可以有效提高被测试振动信号的分辨率和精度保障, 同时满足采用一定的位数的ADC要求。

键相位信号调理电路的作用是实现测量通道的同步采样,键相位信 号通过由 低通滤波 器构成的 滤波电路 , 剔除大于1KHz的高次谐波 , 最大限度地 减小高次 谐波对键相 位信号的影响, 再通过电平转换及电平比较电路, 将其转换为数据采集卡识别的标准信号。

1.3 数据采集卡

数据采集卡采用拓普公司的PCI-25016是8通道同步并行数据采集卡, 采用16Bit高精度A/D, 每通道最高采样率可同时达到250KSps, 高精度DDS数字频率合成, 可增加8通道ICP恒流源; 高精度16Bit A/D; 每通道独立4个可程控量程档; 配有最高128M字节的板载缓存及32K字节FIFO, 支持DMA实时数据传输。全兼容32位PCI Specification Version2.1总线接口 标准 , 输入通道 数量的高 集成度能 够使一台计算机机箱拥有更多数量的输入通道。

1.4 工控计算机

工控计算机采用华为IPD-632B加固型工控机, 其参数配置为CPU采用Intel P4 2.3G, 主板采用研祥VNA Inte1845芯片组的工业CPU卡, 集成显卡, 内存为DDR400 4G, 硬盘为500GB。机箱带有防止插卡振动 的防震压 条 , 很好地满足 了船舶主机震动测量作业的恶劣环境需求。

2 软件系统

为了保证系统的可维护性和扩展性, 软件在Lab VIEW平台上开发。Lab VIEW语言是一种图形化的编程语言, 由NI公司研发的针对虚拟仪器设计的开发语言, 适用于测量和控制仪器或系统的组建和控制。尤其是能够支持多家公司的数据采集卡, 利用快速数据采集子VI, 可方便地设置DAQ的采样参数, 利用Lab VIEW平台提供的现成数据采集VI, 可以快速地构建出需要的数据采集软件。

2.1 系统架构

为保证船舶主机状态监测系统的可维护性和扩展性, 系统采取模块化设计。整个软件系统分为主机运行监 测模块、系统启动监测模块、 测量数据分析模块和软件服务模块, 如图3所示。各个模块既可以独立运行, 完成某子系统的监测,同时又能够联合运行, 完成对船舶主机的综合监测。

2.2 系统模块

(1) 主机运行 监测

主机运行监测模块的作用是对船舶主机的运行工作状况进行监测的模块, 包含有时频分析、轴心轨迹分析、趋势变化分析、振动频谱图、 轴心极坐标图、振动时域波形、主机振动瀑布图和时域信号录波等子模块。每一个子模块均能够进行参数设置, 独立运行。

(2) 系统启动 监测

系统启动监测模块是船舶主机状态监测系统对主机启停机运行工作状况进行监测的模块, 同工作转速监测模块一样,包含有时频分析、轴心轨迹分析、趋势变化分析、振动频谱图、 轴心极坐标图、振动时域波形、主机振动瀑布图和时域信号录波等子模块。每一个子模块也能够进行参数设置, 独立运行。

(3) 测量数据 分析

测量数据分析模块是系统进行运行数据处理的核心模块,能够对综合数据库中存储的船舶主机系统工作的主机运行监测数据和系统启动监测数据进行按不同约束条件对数据进行分析处理的模块, 包括历史数据查询、主机振动分析、主轴静态位置、运行数据回放、 振动频率分析、主轴运动轨迹分析等子模块。

(4) 系统服务

系统服务模块是系统进行各种工作参数、系统操作信息、系统初始化设置, 以及进行系统自检和相关使用帮助的模块。该模块 (1) 能够设置主机运行监测模块、系统启动监测模块的运行参数, 包括采样转数、采样频率、采样点数、历史数据选择、 低通滤波器频率等参数;(2) 可以设置系统不同工作的环境条件, 包括系统自检、间隙电压测定等参数;(3)可以设置与操作有关的参数信息, 包括船舶名称、检查地点、主机编号、船舶型号、操作员姓名等信息;(4) 提供系统自检功能, 能够对系统硬件连接性进行自我测试, 并对数据采集传感器与主机转轴的间隙电压进行测定;(5) 提供该系统使用的帮助说明。

3 系统运行流程

船舶主机状态监测系统运行的第一步是先进行初始化设置, 依据服务模块中对各种工作参数、系统操作信息的设定情况, 结合选择按钮的状态, 信号调理箱根据预设的参数产生稳定的矩形波, 键相位信号调理电路的低通滤波子VI开始工作, 同时数据采集传感器按照设定的参数对船舶主机的振动信号和同步采样用的键相位信号进行采集, 并将采集的信号送至测 量数据分 析模块 , 并将主机 振动分析 、主轴静 态位置、运 行数据回 放、振动 频率分析 、主轴运 动轨迹分 析的结果保存到综合数据库中; 同时依据检差原则比对实测数据和存储数据, 进而根据检差结果判断部件是否存 在故障 ,并不断监 测其劣化 状态 , 判断故障 类型 , 并给出相 应的解决方案。

4 结语

汽车动力装置的智能化研究 篇7

1 汽车动力装置面临的挑战

1.1 汽车动力装置耗能高。

目前, 自从第二次工业革命以来, 全球大部分汽车动力装置使用的发动机都是内燃机, 显然是因为内燃机具有一定的使用优势, 内燃机的工作流程如下:内燃机通过燃料的燃烧, 把化学能转化为热能, 再将热能转化为机械能的热动力机械。虽然, 在学界普遍认为, 内燃机虽然是一种热效率最高, 产出效能最好的热力机械, 但在使用的过程中, 依然存在着耗能过大的问题。近几十年以来, 世界各国汽车工业都面临着能源危机与环境保护双重挑战, 由能源的利用不合理而引发了一系列的环境问题, 致使人类的生产生活环境受到了严重的挑战, 生活质量严重下降, 世界环境与发展大会以来, 各国都在积极的寻找降低能源消耗量的措施, 是环境问题能够得到一定的解决。对于汽车工艺来说, 要想得到一个可持续的发展, 就必须降低汽车动力装置的高能耗问题。为此, 汽车工业想要得到进一步的发展, 就必须得到革新, 而这个革新, 笔者认为, 应当首先从汽车的核心部位, 即汽车的动力装置着手。

1.2 汽油机的经济性受损。

对于量调节式的汽油机来说, 在汽油机部分负荷时, 会因为节气门开度小的原因, 造成发动机的泵气损失太大, 从而降低了机械的运行效率, 影响到整个汽车的经济性能, 影响到汽车的使用效果, 还有可能对环境造成一定的影响。与此同时, 由于目前的汽油机主要是通过用节气门来调节混合气量的, 如果取消节气门, 发动机的动力输出可能会出现无法控制的问题, 因此我们必须探索新的途径, 来有效的解决汽油机经济性能受损的问题, 提高机械的运行效率和使用效率, 使汽车工艺能够有一定的发展。

1.3 柴油机的废气排放量过大。

在整个汽车的装置中, 汽车的动力装置是具有举足轻重的地位的, 可以说, 汽车动力装置发展的好坏直接决定了整个汽车性能的高低, 也直接影响了汽车的使用成本和舒适度。然而, 在现实中, 我们可以看到柴油机在使用的过程中, 会出现边喷油、边着火的扩散燃烧模式, 这就使得柴油机的废气排放量过大, 在一定程度上超出了预期的效果, 影响动力装置整体性能的提升。因此, 在这一基础上, 我们需要对汽车动力装置中的柴油废气排放量过大的问题进行解决, 提高汽车的整体性能, 为汽车的使用者提供一个较好的动力装置。

2 汽车动力化装置的发展目标

2.1 实现能源的多样化。

在汽车使用的初期, 车用发动机的大部分都是利用煤气进行动力的提供的, 在石油工业开发伊始, 汽车发动机就一直在人类的汽车生活中扮演一个极其重要的角色, 为人们的生产生活提供便利。尽管石油产品有诸多的优势, 但是我们也应该清楚地看到, 对于大部分的矿产资源来说, 都是不可再生的资源, 石油也不例外, 总有一天, 以石油为燃料的工业产业会退出历史的舞台, 因此, 笔者认为, 作为生产者来说, 在思考问题时, 应该具有前瞻性, 不得不提前考虑到石油枯竭以后, 可以能够替代的资源。根据目前全球的勘察资料显示, 日前, 人类已经寻找到了石油的可替代资源, 同时, 我坚信, 随着勘察技术和勘察手段的进步, 人类对于新式能源的发现应该会有一个突出的发现。目前, 在全球的领域范围内, 目前已经寻找到了一些可以替代石油作为汽车动力装置的燃料, 比如乙醇, 乙醇是一个较为清洁的可持续利用的能源, 在巴西, 这种清洁能源得到了广泛的运用。在我国国内, 目前也有过使用乙醇作为燃料的先例, 这种清洁能源既有利于汽车行业的可持续发展, 也有利于环境的保护, 降低温室效应带来的危害, 营造一个绿色的汽车发展环境。

2.2 寻找催化剂对尾气进行净化。

从全球的范围内来看, 当前, 有一部分的欧洲国家, 已经在汽车的消声器中, 装有含有铂原料制成的催化剂, 这种催化剂原料能够有效地, 把汽车尾气中有害的碳氧化物、氮氧化物分别转化成无害的碳酸气和氮气。虽然这种催化剂元素具有一定的优点, 但是, 也存在着一些限制性的问题, 近年来, 科学家们经过大量的科学研究发现, 如何确定这些金属离子的排放量, 以及分化后的物质对于整个自然环境的影响界定问题, 还是一个尚未得到解决的问题, 仍需要得到科学家们的进一步证实。除此之外, 含这种金属元素的催化剂, 存在着制作成本较高的一个缺点, 在实际的汽车操作运用中, 我们很难确定汽车的使用者是否愿意付出如此高昂的催化剂费用。这的确也是一个我们不得不考虑的因素。为了使以上的问题得到解决, 欧洲的一些有关汽车动力装置研究所的专家, 采取一种将氧化铝与钻、铜、锰、镁、锌等金属的硝酸盐相混合的方法, 并在处理时, 采用特殊的工艺, 对混合物进行热处理, 是它的内部结构具有一定的排列顺序, 从而降低催化剂的制作成本。很显然, 通过上述改进和发展内燃机、使燃料面向多样化、采用新型催化剂净化尾气等项核心技术和关键技术, 将使未来汽车动力装置, 朝高效率、低能耗、高可靠、绿色环保方向发展, 并可能会取得更大硕果。

2.3 实现柴油废气排放的智能化管理。

在当前的汽车工业发展过程中, 或多或少都会出现废气排放量过大且不可控的问题, 这对汽车本身和生态环境都造成了不良的影响, 也由此引发了一系列的环境问题, 比如温室效应造成的全球气候变暖问题, 大气污染问题, 对汽车柴油排放的有效管理途径, 就是实现废气排放的智能化管理。在柴油机在使用的过程中, 避免出现边喷油、边着火的扩散燃烧模式, 使得柴油机的废气排放量过大的问题, 在一定的范围内得到解决, 能够实现柴油的智能化管理, 达到预期的理想的一个效果和模式, 具体的实施步骤是, 对废气的排放量进行阶段性的记录, 建立一个智能化的废气排放量数学模型, 使得汽车动力装置的排放量控制在一个合理的范围内, 达到预期的排放效果。同时, 也使得环境的负荷量在一定程度上减轻, 提升动力装置整体性能。

结束语

本文通过对汽车动力装置的智能化研究, 从现实的角度出发, 发现了一些在汽车发展过程中出现的一些问题, 提出了采用智能化管理, 使用清洁能源, 实现能源多样化等一系列的可行的措施, 显然, 一些国家通过改进和发展汽车动力装置, 使其燃料面向多样化, 采用新型催化剂净化尾气等核心技术和关键技术, 已成为未来汽车动力装置改进和发展的趋向。希望这些措施能够给目前的汽车行业发展提供一些借鉴性的措施, 推动整个行业的发展, 为人民的生活创造一定的便利。

摘要：在整个汽车的装置中, 汽车动力装置大体上由汽车发动机和传动系两部分组成, 它们分别担当着汽车动力的产生者和传递者, 由此可见, 汽车动力装置对整个汽车性能的重要作用, 其性能的高低直接决定了整车的动力性和燃油经济性。所以, 实现汽车动力装置的智能化设计, 对汽车的整车性能的提高, 是具有不可替代的意义的。本文将从现实存在的问题出发, 发现汽车动力装置在智能化过程中出现的问题, 并提出可行的发展方向及解决措施。

关键词：汽车动力装置,优化匹配,智能化

参考文献

[1]金涛, 童水光.逆向工程技术[M].北京:机械工业出版社, 2013.

某集装箱船动力装置布置设计 篇8

某集装箱船为钢质集装箱运输船, 适航于国际航行无限航区, 用于装载和运输集装箱。该船满足《钢质海船入级及建造规范》有关要求。主要技术参数:垂线间长94.8 m;型宽15.2 m;型深7.8m;吃水6.00 m;航速12.5 kn;续航力3000 nmile;载重量2978 t。机舱、起居室及驾驶室均设于船尾, 总设计装运250TEU。

本船为尾机型船舶, 主推进装置分别由柴油机、高弹性联轴器、减速齿轮箱等组成, 有利于装货量增加并提高船舶操纵的机动性与安全性。机舱位于#9~33肋骨, 全长14.4米。主机8320ZCd-6型为船用中速柴油机一台, 面向飞轮端视, 转向为顺时针。主机持续转速为525rpm时, 主机标定持续功率为2060k W。主机在航行时使用20号重柴油, 在启动及停机前至少半小时使用轻柴油, 付机组使用轻柴油。

船舶电站由三台柴油发电机组组成, 可适应不同工况下的供电需求, 并配备有一组专用连续可充电的蓄电池, 作为发电机组的“瘫船”情况下的启动。

本船采用单机、单桨、减速齿轮箱传动定距桨, 轴系中心线与基线平行, 距基线高度为2.200m。螺旋桨轴基本轴径为φ270mm, 螺旋桨轴尾管装置采用油润滑轴承, 前后配有前后密封装置。

2 船舶机舱主要设备

2.1 船舶主机

主机选用1台广州柴油机厂生产的8300ZCd-6柴油机, 为四冲程、直立、闭式冷却、直接喷射、废气涡轮增压、进气中冷船用中速柴油机, 最大持续功率2060 k W, 标定转速为525 r/min, 燃油耗率205 g/ (k W·h) , 滑油耗率1.7 g/ (k W·h) , 启动方式为3.0 MPa压缩空气启动。船用中速柴油机具有体积小、重量轻、维护简单等优点。主机可在集控室和机旁起动, 在集控室、驾驶室和机旁可对主机进行调速及齿轮箱倒顺离合的遥控操作。配套的齿轮箱型号为GWC49.54, 输入功率1544 k W, 输入转速525r/min, 输出转速210r/min, 主机曲轴与齿轮箱输出轴同心、带推力轴承及倒顺离合器船用齿轮箱。高弹性联轴器型式为盖斯林格弹性联轴器。

2.2 柴油发电机组

主电站由3台柴油发电机组组成, 任意两台发电机组可实现并车运行, 另一台作为备用, 适应不同工况下的供电需求, 满足全船电力设备及生活之用。主柴油机发电机组采用潍柴动力股份有限公司生产的WD615.68CD四冲程、增压、中冷柴油机 (型号:CCFJ240CST, 功率205 k W, 转速1500 r/min, 交流400 V、50 Hz) , 另设有一组专用连续可充电的蓄电池, 向需要应急供电的设备供电。

2.3 锅炉

为了满足主机燃用重柴油和生活所需, 在主机排气管上配置燃油、废气组合锅炉1台 (型号:LYF0.5/70-0.7, 蒸发量500 kg/h, 工作压力0.7 MPa) , 供全船油舱加热、生活空调及杂用等。此外, 本船还对主机废热加以充分利用, 航行时启用废气锅炉, 停泊时启用燃油锅炉, 控制系统中设置了流量控制及高、低水位报警, 切断燃烧功能等, 达到有效地降低费用, 提高经济性。

2.4 防污染设备

本船设有舱底水油水分离装置 (型号:CYF-2B) 1台, 用于对机舱、舵机舱内的油污水进行处理。该装置处理能力为2m3/h, 排放标准含油量小于15 mg/L, 配有油份浓度计, 当排放水含油量超过排放标准时, 则自动关闭排出电磁阀并进行报警, 使排放口回至舱底水舱再次分离, 直至达到排放标准排至舷外。分离器处理后收集的污油存入污油舱, 并由污油泵通过标准排放接头排至岸上收集。

为了提高船员生活水平, 本船设有生活处理装置 (型号:WCX-24) 1台, 可供24人之用, 用于处理全船生活粪便污水。当液位达到高位时, 自动启动排放泵, 将处理水排至舷外;当低位时排放泵自动停止。

3 机舱布置设计及特点

机舱布置设计是船舶动力装置设计中的重要组成部分, 机舱布置是否合理, 与船舶性能、轮机管理等有着密切关系。因此, 在设计布置时要做到统筹安排、合理布局、优化设计, 充分利用好有限的空间, 既要满足基本规范要求, 还要具有一定的实用性和经济性。

3.1 合理布置机舱底层空间

本船为尾机型机舱, 挖掘机舱布置应考虑有足够的空间。机舱位于#9~33肋骨, 全长14.4米。根据尾部线型图分析, 可将机舱分为2层, 即机舱底层和一个平台甲板, 增大了布置设备的空间。机舱内花钢板距基线高度为2.000m。主通道上甲板左右舷均有门及扶梯可进入机舱平台甲板, 在平台甲板的左右舷也有扶梯可以到达机舱的底层。在机舱底层的右舷设有机舱应急逃生口可直通尾楼甲板的外通道。

本船将燃油、废气组合锅炉布置在机舱棚内, 并将其它排气管路合理的布置在剩余的空间内, 可以使机舱棚和烟囱能被有效的利用而不必放大机舱棚和烟囱, 避免不必要的浪费。

在机舱棚内还布置有主、副机排烟管及机舱通风系统 (转下页) 的结构风管等。为了船员能方便到达烟囱内的每一设备位置, 以进行维修, 将烟囱内沿垂直方向分隔成几层平台, 平台可用钢板网制成, 层与层之间设有梯子。

由于机舱底层设备较多、管路布置集中, 且线型瘦小, 可利用空间有限, 因此在设备布置时, 将相互关联、互为备用的设备就近布置, 以便管理;设备沿着机舱的四周布置, 在辅助设备与主机之间留有主通道, 保证有设备的维修空间, 优化的设备布置能使机舱的管子和电缆有更合理的走向, 也便于维修与管理。

主机组位于#11~#24肋骨之间布置, 距基线2200 mm, 齿轮箱输出法兰端面距#9舱壁1200 mm。机舱花钢板距基线2000 mm。机舱底层左舷分别布置有齿轮箱滑油备用泵、付机海水冷却泵、付机备用海水冷却泵、喷油器冷却装置、舱底泵、污油泵、油水分离器等。机舱底层右舷分别布置有主机淡水冷却器、冷凝水泵、主机滑油冷却器、主机淡水备用泵、海水压力柜海水泵、锅炉给水泵、热水井、滑油滤器、低压空气瓶结合组等。另外机舱底层前部还设有滑油加热器、滑油分油机、主机滑油备用泵、压载泵、舱底总用泵、消防总用泵、锅炉轻油驳运泵、重油输送泵、轻油输送泵、阀组、可携式泡沫灭火装置、二氧化碳灭火器、泡沫灭火器等。机舱底层的详细布置见图1所示。

3.2 二甲板平台的设备布置

二甲板平台距基线5000 mm, 具有较大设备布置空间。前端左舷为净油机室 (内有燃油净油机加热器、燃油净油机、喷油器实验台等) , 前端右舷为备品间, 3台柴油机发电机组布置在平台前端中间, 充分考虑了吊缸高度和排气管布置, 且不影响发电机的管路联接和维修等。平台甲板前端右舷为主空压机、遥控空气瓶、主空气瓶、喷淋装置、膨胀水箱、粪便柜、粉碎泵、冷凝器等。后部为海水压力柜、海水压力柜、淡水压力柜、热水柜、艉轴滑油手摇泵、台钻、台虎钳、钳工台、砂轮机、电焊机、二氧化碳灭火器、泡沫灭火器、主机供油单元等。平台甲板左舷设机舱集控室, 在室内设有配电板、组合启动屏及集控台和船用立柜式空调机等。采用机舱集中控制室, 扩展机舱设备监测点的数量, 实现主机在驾驶室遥控, 可减轻轮机人员的劳动强度, 从而提高船舶自动化程度和技术性能。

结束语

本船于2013年顺利试航并投入营运。通过本船的设计与建造实践认识到动力装置布置的好坏对船舶性能有决定性的影响。因此机舱布置应根据实际生产设计不断进行优化, 既满足相关规范、公约、规则的特定要求, 又使机舱布置更加合理、实用、美观、维修方便, 从而能够有效地提高其实用性和经济性。

摘要：船舶动力装置的配置与机舱布置设计是否合理对船舶性能有决定性的影响。结合某集装箱船机舱布置设计, 阐述机舱布置设计中机舱主要设备选型, 机舱布置设计特点。

关键词：集装箱船,动力装置,机舱布置特点

参考文献

[1]中国船级社.钢质海船入级与建造规范[S].北京:国防工业出版社, 2012.

[2]刘善平.船舶动力装置设计[M].北京:人民交通出版社, 2012.

[3]杨建华.850 TEU集装箱船机舱布置简介[J].船舶设计通讯, 2003 (6) .

飞机动力装置课程体系的教学改革 篇9

飞机动力装置作为飞机机电维修专业的专业基础课程, 是根据高等职业教育的特点, 对原有的飞机动力装置的有关课程:热工气动、航空发动机原理、航空发动机构造和航空发动机控制系统进行了改革, 以满足维护飞机发动机的理论需要为前提, 加强维护飞机发动机的实践能力为目的, 构建了新的飞机动力装置的课程体系。

一、当前飞机动力装置教学存在的问题

我国现代大型民用飞机基本从国外引进, 新技术的应用发展变化较快, 要求飞机机电设备维修人员知识面广、动手能力强。

1.中国民航总局根据我国民航的现状并参考国际飞机维修标准, 对飞机维修人员的知识提出了符合生产实际的要求, 但目前飞机机电设备维修教学内容与培养目标还不能完全适应民航发展的要求。

2. 目前我们采用的飞机动力装置教材内容相对陈旧, 内容编排上也不够系统化。

3.实训项目与民航生产单位的项目也有一定的差异, 教学中理论与实践的结合还不够紧密, 融“教、学、做”为一体的教学方法和教学手段有待进一步加强和提高。

二、行业标准的教学改革研究

根据教育部高等职业教育要“服务区域经济和社会发展, 以就业为导向, 加快专业建设与改革”的要求, 本着注重内涵建设, 突出职业能力培养, 推行工学结合, 努力提高教育质量的指导思想, 飞机机电维修专业把工学结合作为改革人才培养模式的主要切入点, 基于行业标准开发课程体系, 注重教学过程的实践性、开放性和职业性, 重构了课程内涵。

1. 构建特色鲜明的课程体系与课程标准

根据民航业自身的特点, 机务维修人员在获得维修执照以后, 方可具有飞机维护后的签字放行权, 这是比上岗证更高一级的证书考核。笔者认为, 应该以中国民航法规《中国民用航空器维修人员执照管理规则》 (CCAR66部) 、《中国民用航空器维修基础培训机构合格审定规定》 (CCAR147部) 的要求作为课程建设的依据, 借鉴美国FAR和欧洲JAR的民航国际行业标准, 以民航飞机维修岗位能力培养和课程模块建设为重点, 开展飞机机电设备维修专业的课程建设与教学改革, 对专业人才综合能力进行分析与分解, 与民航企业密切合作, 构建特色鲜明的课程体系, 完成《燃气涡轮喷气发动机构造基础》、《燃气涡轮喷气发动机实训指导书》等核心课程和其他课程的建设。

2. 加强核心课程教材和精品课程的建设

教材建设是课程体系建设和教学内容改革的关键, 按照CCAR66部和CCAR147部的行业标准和课程标准, 完成《燃气涡轮喷气发动机构造基础》、《燃气涡轮喷气发动机实训指导书》等核心课程和其他课程教材的编写。

民航高职教学对于教材的要求很高, 它要求要有包含高新技术的高水准的教材和讲义。目前, CCAR147部规定的培训大纲中, 燃气涡轮发动机这一模块包括有:基本知识、发动机性能、进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管、滑油系统、燃油控制、空气系统、启动和点火、指示系统、操纵系统、APU、安装。笔者认为, 在教材的重新编写过程中, 应该涵盖大纲的全部内容, 并做到内容编排系统化;而在教学过程中, 教师要不断获取最新的知识和技术信息, 及时更新教学讲义, 确保教学内容对过去具有诊断性, 对现实具有指导性, 对未来具有预测性, 这样才能真正的带领学生适应民航发展的需要。

精品课程建设是高等职业院校教学质量与教学改革工程的重要组成部分。开展《燃气涡轮喷气发动机构造基础》等核心课程的精品课程建设, 使其具有科学性、先进性、教育性、整体性、有效性和示范性, 做到精品课程建设与教学资源开发相结合, 以精品课程促进教材建设, 以教材建设带动精品课程建设。

3. 加强试题库的建设

试题库建设的目的是使课程建设、教材建设的成果能够程序化、标准化, 便于教考分离、教学质量控制和学生自主学习。完成《燃气涡轮喷气发动机构造基础》等核心课程和其他课程独立的试题库软件开发和试题编写。

按照CCAR66部、CCAR147部基础执照和基本技能的考试标准和形式, 分为笔试、口试和实作 (技能) 考试, 按模块、按课程每次考试都由计算机随机抽题, 各专业主干课程的考试也按此方法进行。这样, 既可以保证考试统一标准, 又可以完全实行教考分离, 符合民航行业人才培养规格的标准, 以适应民航飞机维修工程发展的要求。

4. 加强实践教学软件建设

加强实验、实训、实习三个关键环节, 特别是实践教学的软件建设, 校内实训基地主要按照CCAR66部和CCAR147部的要求做好基本技能训练项目的开发、训练规程 (实训指导书) 的编制、试题库的建立、考官和教员的培训等。

制定以职业能力为主要内容的质量标准和各项实践技能的考核标准, 强化实践教学的过程监管, 使实践教学与职业资格证书和技术等级证书相结合;在学校建立职业技能鉴定所, 开展面向全体学生的职业技能鉴定工作, 把实训教学与职业技能鉴定结合起来。

5. 注重学生实际动手操作能力的培养

飞机维修行业涉及到大量具体的拆装、分解、测试、修理工作。本行业的行业特性决定了用人单位对毕业生有较高的动手能力的要求, 单纯的理论已经不能适应民航高职学生的学习要求。因此, 《飞机动力装置》课程体系的设置就要在实践方面有所加强, 加强理论与实践相结合。在理论教学的同时, 进行实践教学。即:理论教学与实习同步进行, 并利用录像和多媒体等现代教学手段进行教学。强调职业技能的培养, 让学生在实践中学习理论, 使学生更好地理解发动机工作原理, 了解发动机的构造。

综上所述, 我们按照“课程教学目标服从专业培养目标, 专业培养目标基于民航行业标准, 课程教学内容符合课程教学目标;课程教学方法适合课程教学内容需要;课程教学手段服务课程教学方法”的要求, 基于民航行业标准, 以民航生产单位实际需要为导向, 努力做好飞机动力装置课程体系的改革。总之, 只要我们坚持不懈地去探索与实践, 一定会把民航高职教学水平提高到一个崭新的高度, 使我们的学生走上社会就可以有自己的用武之地。

参考文献

[1]袁立凤, 卢莹.谈高职教学的创新[J].中国教育研究与创新, 2004, (7) .

[2]姚虹华, 廖正非, 武智慧.航空服务专业课程体系改革探索[J].成都航空职业技术学院学报, 2008, (3) .

[3]张晓林.高等职业技术学院实训浅议[J].安徽电气工程职业技术学院学报, 2008, (3) .