摘 要

主锅炉是舰船上最早实现自动控制的装置，是蒸汽动力船舶动力装置的重要组成部分。它是蒸汽动力装置的动力输出源，为确保主锅炉能准确的协调主汽轮机的负荷变化，要求其具备蒸发量大、产生的蒸汽压力高和自动化程度高的特点。这使船舶主锅炉的燃烧控制、给水调节和过热蒸汽温度调节等过程更为复杂，操作难度也加大。这就要求舰船轮机员具有较高的管理操作水平，而通过仿真培训可以规范工作流程，可以提高轮机员分析问题、解决问题的能力。

本文针对船舶主锅炉的各个组成系统及其工作特点，根据质量守恒定律、能量守恒定律以及热力学基本理论建立了船舶主锅炉流网系统的数学模型，仿真过程为：首先对根据数学模型建立仿真模块，然后将各个仿真模块搭建成系统，最后对整个系统进行调试以达到仿真精度的要求。在数学模型的基础上基于Simuworks软件对船舶主锅炉流网系统进行仿真。

关键词：船舶主锅炉；流网系统；建模；Simuworks.

Abstract

Marine main boiler is an important part of the ship's power plant, it is the first to achieve automatic control of one of the devices on the ship. The boiler is the power output source of the ship's power plant. To ensure that the main boiler can accurately coordinate the load variation of the main steam turbine, it has the characteristics of large evaporation, high vapor pressure and high degree of automation. These features make the ship main boiler combustion control, water regulation and superheated steam temperature adjustment process is more complex, the operation is also very difficult. It is important for the boiler operator to operate the boiler safely and efficiently.

This paper introduces the system and its working characteristics of the main boiler of the ship. Under some assumptions, the mathematical model of the main boiler boiler network is established by applying the law of mass, energy conservation and basic theory of thermodynamics. Based on the mathematical model, Using the Simuworks software to simulate the main boiler boiler network. The simulation process is as follows: Firstly, the parameters of each module in the simulation model are set, and then the whole system is debugged to meet the requirements of simulation accuracy.

This feature is the use of Simuworks software to build the simulation model can

simulate the operation of the boiler in detail, you can make the operator more intuitive to grasp the operation of the boiler process.

Key Words: Marine Main Boiler; Flow network system; Modeling; Simuworks.目 录

摘要 3

Abstract 4

第一章 绪论 7

1.1概述 7

1.2研究背景 7

1.3计算机仿真技术发展概况 8

1.4本文研究工作目的和任务 9

第二章 船舶主锅炉流网系统概述 10

2.1船舶主锅炉的组成 10

2.1.1锅炉本体的组成 10

2.1.2锅炉辅助设备 11

2.2船舶主锅炉基本工艺流程 12

2.3船舶主锅炉自动控制与安保系统 13

2.3.1锅炉水位自动控制 13

2.3.2锅炉点火时序控制 13

2.3.3锅炉燃烧自动控制 14

2.3.4锅炉安保系统 14

2.4船舶主锅炉流网系统组成 14

2.4.1燃油系统 14

2.4.2给水系统 15

2.4.3空气系统 15

2.4.4烟气系统 15

第三章 燃油锅炉流网系统数学建模 16

3.1仿真技术概述 16

3.1.1仿真模型概述 16

3.1.2仿真建模步骤 16

3.2锅炉流网系统模型 17

3.2.1日用油柜模型 18

3.2.2燃油滤器模型 18

3.2.3供油泵模型 18

3.2.4鼓风机模型 18

3.2.5给水泵模型 19

3.2.6省煤器（经济器）模型 19

3.2.7空气预热器模型 20

第四章 Simuworks环境下主锅炉流网系统模型搭建 21

4.1Simuworks的简介 21

4.1.1SimuBuilder的特点 21

4.1.2 SimuEngine的特点 23

4.1.3 SimuManager的特点 24

4.2船用主锅炉流网系统Simuworks仿真的实现 25

4.2.1给水系统仿真模型 26

4.2.2燃油系统仿真模型 27

4.2.3空气系统仿真模型 28

4.2.9锅炉流网系统仿真模型 28

4.3仿真结果分析 29

第五章总结 31

5.1毕设期间完成的任务 31

5.2展望与不足 31

参考文献 32

第一章 绪论

1.1概述

在科学技术高速发展的今天，仿真与建模技术被广泛应用在许多领域上并逐渐成为一种新兴的社会生产力，对实际系统以及假想系统应用计算机来进行仿真受到人们越来越大的重视。总结近代系统仿真技术发展的特点，不难发现现代仿真技术已经取得了很大进展，不仅在航空、航天、航海、电力等领域应用水平逐渐提高，而且开始应用到社会、经济、生态系统等领域^[1]。

在交通领域，对于各类复杂的交通运输设备的动、静态性能的研究一直受到国内外同行的重视。从机械设备的运行分析，到车船的运行模型，再到轮机模拟器所要求的正确处理复杂故障的能力，都可以让我们认识到仿真技术可以节约成本、降低试验中可能出现的风险，同时又可真实的反应试验结果。因此，建模与仿真几乎覆盖了现代社会的各个领域。船舶主锅炉是船舶动力装置的动力源，而动力装置又被称为是船舶的“心脏”。燃油主锅炉通过在炉膛内燃烧燃油加热锅炉给水，生成高温高压的过热蒸汽进而驱动汽轮机工作。在电子、计算机等技术高速发展的今天，自动化技术在船舶主锅炉上的应用程度逐渐提高，使得其给水过程、燃烧过程中的自动调节系统非常复杂，对锅炉的水位以及燃烧程度的控制更加困难。为了适应这些变化，这就要求管理操作人员更加深刻理解其工作原理，同时更熟练的操作船舶主锅炉。应用计算机仿真技术，既可以通过建立仿真锅炉培训管理操作人员，也可在设备运行时对其进行性能分析，使装置运行时具有较高的经济性。

1.2研究背景

由于船舶航行环境的不确定性，要求锅炉负荷可以及时、准确的应对环境变化，这都依靠锅炉自动控制系统的灵敏性和稳定性。虽然船舶动力装置的控制系统已经有了很大的进步，调节系统经过了很大的改进，但是自动控制系统也变的越来越复杂。随着锅炉调节系统、自动控制系统越来越复杂，船上工作人员的操作方式与之前也变的不同。据有关资料显示，由于人为操作不当导致的事故在所有船舶事故中占80%，为了使船舶主锅炉可以安全、平稳的运行，工作人员既要有掌握足够的专业知识，同时又必须受过完整的操作方法的训练；不仅掌握装置的结构及其设备的工作原理，还要具有足够的操作经验和应对并处理事故的能力。计算机仿真技术的发展使操作人员对各个系统在各种情况下的运行状态掌握的更加熟练。随着经济全球化的发展，世界航运业的发展也越来越快，部分学校开设了航海类专业，这些院校以培养船舶操作人员为目的，为船员培训专业知识同时传授操作技能。锅炉中的压力很大是十分危险的设备，在学员学习过程中由于实际操作经验不足，可能造成燃烧、爆炸等事故，使学员的人身安全受到威胁。专业理论的教学只能使学员掌握锅炉的理论知识，学员缺少足够的实际操作机会，也就更不可能教会学员如何解决可能出现的事故。由于现实种种因素的束缚，仿真锅炉可以为学员的训练提供一个操作平台。建立船舶主锅炉的仿真模拟器可以使学员对装置的运行原理掌握的更加深刻，提高了学员的实际操作水平，同吋节约了成本，使锅炉可以更加高效、安全的运行。对于船舶锅炉，在国内，2001年大连海事大学结合其“211”工程项目—基于虚拟现实的现代轮机模拟器，将船舶锅炉模拟器作为一个子项目进行建模和开发，又在2003年应用计算机软件开发技术和硬件接口技术在Windows 98系统平台下运用VisualBasic集成开发环境对船舶辅锅炉进行了仿真^[1]。在国外，已经有人采用模块法的集中参数建模方法对小型船的锅炉进行了建模与仿真，但是模块的划分有一些粗糙，所以精度不能完全满足实际要求。

1.3计算机仿真技术发展概况

仿真技术是以计算机等设备为工具，通过对实际系统或假想系统建立模型开展科学研究的一种方法。在进行仿真开发工作时，其核心部分是对对象建立数学模型，建立满足一定精度要求的数学模型一直是仿真过程中最重要的部分同时也是仿真开发者最核心的工作。