摘 要

我国航运事业发展进入新时代，对船舶安全可靠运行提出了新要求。其中燃油作为船舶航行的动力来源，油料品质的好坏显得尤其重要，而目前由于全球能源危机，品质较差的重油得到了广泛的使用。为了解决这一矛盾，需要我们对蝶式分离机的净化能力和可靠性进行进一步提高，新一代蝶式分离机采用了电主轴传动形式，具有良好的稳定性，为了进一步分析这种分离机的工作性能，从而对其设备选型和系统设计提供优化建议，对其进行数学建模与仿真分析是很有必要的。

本课题以工业和信息化部高技术船舶科研项目《新一代蝶式分离机质量品牌提升》为依托，开展蝶式分离机的建模与仿真分析方法研究。根据新一代分离机的工作机理，通过模块化建模，将分离机拆分为几个简单的部分进行数学模型的搭建，其中主要有分离机模型、管网模型和时序逻辑控制模型。并借助simuengine仿真平台中的基本算法程序库和图形模块库进行仿真实现，利用fortran编程语言对其数学和逻辑关系进行代码编写，并录入仿真平台进行模拟运行和操作，实现分离机仿真系统的功能。将运行得出的流量，转速和压力等参数曲线与实际进行比对，验证所建立的分离机仿真系统的精确性，得到仿真分析结果。

关键字：新一代蝶式分离机；数学模型；时序控制模型；仿真平台；系统功能仿真；fortran语言

Abstract

The development of China's shipping industry has entered a new time, which puts forward a lot of new requirements for the safe and reliable operation of the ships. Moreover, fuel oil is the power source of ship navigation, so the quality of oil is particularly important. At present, due to the global energy crisis, the heavy oil which has a poor quality has been widely used in ships. In order to solve this contradiction, we need to improve the purification ability and reliability of the separator. The new generation of butterfly separator make use of the motorized spindle to transform power, which has a good stability. In order to further analyze the performance of the separator and put forward some good advice for equipment selection and system design. It is necessary to build up the mathematical modeling and to analyse the simulation.

Based on the high-tech ship scientific research project of the ministry of industry and information technology "improving the quality brand of the new generation butterfly separator", this paper studies the modeling and simulation methods of the butterfly separator. According to the working mechanism of the new generation separator, the separator is divided into several simple parts through the modular modeling to build the mathematical model, including the separator model, pipe network model and timing logic control model. And with the aid of basic algorithm library and graphics module library in the simuengine simulation platform, the simulation system would be built up and the code would be written by the use of the FORTRAN programming language to achieve their logical relations.Then the code would be put into the simulation platform to complete the simulation operation and achieve the separator simulation system functions. The flow rate, speed and pressure curves obtained from the operation are compared with the actual conditions to verify the accuracy of the separator simulation system established. finally, the simulation results will be obtained also.

Key words: The new generation butterfly separator; Mathematical model; Timing control model; Simulation platform; System function simulation; FORTRAN language

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 相关领域研究现状 1

1.2.1 国内外模拟仿真技术研究现状 1

1.2.2 国内外轮机模拟器研究现状 2

1.3 本论文研究内容和技术路线 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 本论文技术路线 3

第2章 新一代蝶式分离机工作机理 6

2.1新一代蝶式分离机结构 6

2.2 新一代蝶式分离机基本工作原理 8

2.3 分离机自动控制过程 9

2.3.1 分离机自动控制单元组成 9

2.3.2 分离机自动控制的工作时序 10

2.4 本章小结 11

第3章 新一代蝶式分离机的数学建模 12

3.1 分离机模型 12

3.1.1 分离机分离模型 12

3.1.2 油水分界面模型 14

3.1.3 异步电机电主轴模型 16

3.1.4 分离机电机电流模型和转速模型 18

3.2 分离机管网模型 21

3.2.1 管路的数学模型 21

3.2.2 供油泵模型 22

3.2.3 分离机加热器模型 23

3.3 分离机时序控制模型 25

3.4 新一代蝶式分离机模型的联立以及实现 26

3.5 本章小结 27

第4章 新一代蝶式分离机的仿真实现 29

4.1 仿真工具介绍 29

4.1.1 SimuEngine 的主要功能和特点 29

4.1.2 SimuBuilder 的主要功能和特点 30

4.1.3 模型搭建过程 30

4.2 分离机模型的实现 31

4.3 分离机仿真系统EPC50时序控制模型的实现 31

4.3.1 启动时序 32

4.3.2 分离时序 33

4.3.3 排渣时序 35

4.3.4 停机时序 37

4.4 本章小结 39

第5章 总结与展望 40

5.1 总结 40

5.2 展望 40

参考文献 41

致 谢 43

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

我国航运事业进入新时代，科学技术迅速发展，但随之而来的能源问题则更应受到重视，石油危机是航运事业继续前进所要解决的重要问题。兼顾船企运营支出与安全管理有效性，例如减少燃油消耗，降低维护成本，提高船舶运行安全，是船企所关心的不变的话题^[1]-[2][3]。如何更好的突破困境，势必要将眼光投向科技时代的产物，即自动化，智能化和信息化。

在远洋运输上，企业和公司为了降低运输成本，提高经济效益，价格相对低廉的重油得到了最为广泛的应用，但重油中所掺杂的杂质或水分会对内燃机的做工工况和使用寿命造成极其恶劣的影响，不仅会磨损腐蚀缸套和气阀，而且还会影响内燃机的燃烧定时，造成气缸过热，喘振或者功率低下，严重时甚至会引起内燃机停机^[2]。内燃机被称为船舶的心脏，燃油作为船舶的血液^[1]-[2][3]，分离机净化能力的好坏显得尤为重要，分离机作为油料净化系统中的核心设备，其工作过程的可靠性影响着船舶动力设备和其他辅助设备的正常工作和运行，并间接影响着船舶航行安全。当前更为劣质的重油大量投入使用对油料净化系统提出了更高的要求，如何在提高分离机可靠性与稳定性的同时，兼顾其分离效率和质量，成为对分离机性能进行优化首要应该解决的问题。与此同时，一个可靠而效率优良的滑油分离机也可以供给船舶各运动部件合乎质量要求的滑油，大大减少磨损，防止卡死同时有效散热。

我国蝶式分离机研制具有四十多年的历史经验，我国制造业的发展变革对分离机技术的提高提供了坚实的基础，在分离机的应力分析和腐蚀分析以及稳定性研究上取得了重大进展。但分油机控制系统仍存在些许不足，为了进一步提高国产蝶式分离机的可靠性，选用了电主轴代替皮带传动驱动分离机工作，为了提升新一代蝶式分离机的品牌质量和实船应用推广，通过对蝶式分离机建模与仿真，进一步分析分离机的性能，从而对碟式分离机的设备选型、系统设计和性能等提出优化建议。为此，本课题以工业和信息化部高技术船舶科研项目《新一代蝶式分离机质量品牌提升》为依托，开展蝶式分离机的建模与仿真分析方法研究。