论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 海洋应用对推进系统设计者提出了严峻挑战，需要非常注意提高能源效率和环境绩效。能量存储技术，如动力电池和超级电容器，越来越成熟。近年来，大容量储能系统（ESS）的应用极大地推动了船舶推进系统的进步。本文介绍了不同典型储能系统在船舶推进系统设计中的优势和应用场景，即ESS混合动力推进系统，ESS交流推进系统和ESS直流推进系统。详细描述了这些典型的ESS推进系统的组成、运行模型和特点。针对一艘游轮，比较了3种推进系统方案，即传统的交流电力推进系统方案，采用ESS的交流电力推进系统方案和采用ESS的直流电力推进系统方案，并且发电机组和储能单元根据船舶的运行条件进行匹配。根据不同推进系统的实际运行情况，设计了配电控制策略和充放电控制策略，以提高燃油效率。通过仿真分析了3种推进系统的性能，主要关注燃料消耗。必须更加注意直流推进系统的仿真模型。直流系统由变速发电机、直流母线、推进电动机和储能单元组成。模拟必须考虑包括ESS充电/放电策略的变速控制策略以提高能量效率。基于仿真结果，与传统的交流电力推进系统和交流电力系统相比，采用ESS的直流电力系统可以降低8.11％和9.48％的燃料消耗。目前，具有储能系统的电力系统主要用于游轮和渡轮。随着控制策略的进一步优化，带有ESS的推进系统可用于更复杂的工作条件。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 本文介绍了Damen Road Ferry 8117 E3（DRFe 8117 E3）的开发。DRFe 8117 E3采用混合动力推进和发电系统设计，包括一个电动推进系统和一个电池组。首尾同型渡船的容量为47辆汽车，它是设计用于运行穿越时间在10到60分钟之间的线路。 本文解释了混合动力供电系统的选择，并详细阐述了整个开发过程。总体而言，遵循整体方法，这意味着主要选择基于市场要求，而系统的配置和控制是专门为船舶的操作而设计的。因此，从市场需求中提取指标以进行定量比较。开发过程的一部分是硬件在环测试，它可以在板载安装之前验证主系统功能。这样可以减少昂贵的调试时间，从而实现高质量的系统。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 到2030年，世界银行已制定了ZERO常规天然气燃烧目标。今天，全球每年的燃烧量估计为1500亿立方米，相当于欧盟年度天然气消费量的30％，这导致每年约有4亿吨二氧化碳排放。俄罗斯拥有这些凝析气体产量最高的170亿桶油当量。理论上，这种能量足以产生25年62GW的功率，具有燃料灵活的动力装置。燃烧气体是石油开采的侧流，其中通常比直接气田具有更重的气体。因此，瓦锡兰一直在研究低黏度燃料的燃油喷射技术。需要新的液体燃料气体高压泵送设备和燃料喷射系统以使LG发动机能够使用“柴油燃烧”过程运行。瓦锡兰燃气柴油的历史可追溯到20世纪90年代初，可以说这一新发展是公司内LPG经验的延伸。燃料精炼厂是一种低成本解决方案，因为燃料可以直接从井中使用。 燃料系统设计者需要考虑以下液态凝析油操作性能范围。运动黏度在0.1cSt-1.5cSt之间，沸点特性在100kPa -42℃至360℃之间。这通常需要供油泵在30℃下把油压缩至12bar以使在大多数情况下获得液态油。燃油喷射系统设计者还需要考虑压缩性需要2倍的能量来达到与LFO相同的压力。此外，十六烷指数估计低于2，远低于轻质燃料油（LFO），即45～55。乙醇和甲醇十六烷值通常为5。最后但并非最不重要的一点是，低润滑性能会产生需要克服的磨损挑战。 选择柴油发动机而不是otto概念符合燃料灵活性，避免爆震和普通发动机输出额定值的需要，无论是使用LFO备用燃料还是低黏度燃料。喷射系统由瓦锡兰设计并获得专利©，它使用共轨引燃喷射来实现一致的点火，以及单独的共轨（CR）液体气体喷射。2个喷射系统组合在一个共同的喷射器支架中。2个喷嘴系统组合成‘Siamese’双胞胎。2个CR系统的额定压力均为2000 bar。在低黏度燃料供应损失的情况下，主侧喷射可以切换到作为备用燃料的LFO。本文进一步描述了安全系统。 为了开发这样的燃料喷射系统，必须设计和建造注入试验台和外部液化气厂。本文将描述液体丙烷的第一个250小时测试系列。喷嘴座磨损是最初的挑战，需要开发无摩擦涂层和新的耐磨材料。 介绍了W6L32LG发动机的首次实验室实验及其工作性能。2019年实验室发动机发展计划用于燃料系统验证。瓦锡兰发动机开发的下一章开启......

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 燃料电池可能在未来的重型应用（船舶、铁路、卡车等）的动力和推进中发挥重要作用。对于具有高动态要求的主推进系统，采用H2燃料的PEM技术是正确的方法，但对于船舶应用而言，燃料柔性SOFC也可能起作用。 SOFC是一种高温燃料电池，能够在任何常规（柴油、汽油、CNG和LPG）和可再生燃料上运行。它非常适合覆盖酒店的船舶负载，甚至可以为混合动力系统（电池/燃料电池）提供推进能量。特别有趣的是将SOFC与采用冷却器耦合以提供电能，加热和冷却。 AVL在过去几年中开发了一种规模较小（～10kW）的系统。它采用天然气（或沼气），电效率高达60％。已经实施了对普遍适用和高燃料灵活性的显著改进，以能够利用多种可再生燃料，例如生物气，来自生物质气化的产物气和合成柴油。 这项工作介绍了AVLs SOFC CCHP（联合冷却，加热和动力）系统开发的现状，特别关注运输应用（海洋）。该系统是在由奥地利部BMVIT（FFG编号：843835）资助的“SOFCool”项目中开发的。 除了高电效率之外，热量之外产生冷却功率的选择是非常有吸引力的，因为它将在运输部门中实现新的应用领域，例如适用于货物运输和船舶集装箱，另一方面装载在船上和火车上的酒店需要同时产生电能，热量和冷却能。 下面的文章显示了AVL使用IKTS堆栈模块开发的SOFC系统与TU Graz开发的吸收式热泵的耦合。来自SOFC的废气热量在> 200°C时可用于操作热驱动热泵。SOFC废气热量在吸收式热泵的发生器中传递到热泵过程以产生冷却功率。为了最大化SOFC CCHP系统的冷却效率，重要的是在吸收式热泵工艺中尽可能多地利用SOFC废气热量，并且优化吸收式热泵本身的能效比。在这种情况下，研究了吸收式热泵工艺的冷水和冷却水温度对系统尺寸和系统总效率的影响。冷水和冷却水温度是根据冷却能的温度水平和来自热泵工艺的热量。可以证明，对于运输应用中所需的冷水和冷却水温度，电能和冷却能之间可以实现一个4~6的比率。该分析展示了系统的灵活性和以需求为导向，同时产生电力、热量和冷却能力。 由于液体燃料仍广泛被用于运输，平台的燃料能力从天然气扩展到柴油。SOFC的电效率和废气热输出都取决于燃料。因此，系统性能及其对热泵过程的影响进一步研究了液体燃料的运行。为了实现> 60％的高电效率，使用基于阳极气体再循环的创新柴油蒸汽重整过程。在这种情况下，将显示特定的柴油蒸汽重整测试结果。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 随着内燃机市场的不断发展和市场动态的变化，原始设备制造商越来越需要支持跨越柴油、燃气和双燃料应用的新发动机架构。为不同的开发环境维护多个平台是一项支持和开发挑战。伍德沃德认识到了这一市场需求，并开发了下一代控制平台——大型发动机控制模块（LECM）——灵活、模块化、发动机安装和船舶认证。 LECM提供可扩展的架构，可灵活定制控制硬件架构以满足每个应用的需求，同时在发动机线上的相同硬件平台上实现标准化。LECM平台变种为发动机控制（空气/燃料控制、排气管理和后处理）、排气系统温度监控、爆震检测，基于实时压力的燃烧诊断监控和控制，以及支持点火的驱动程序、喷射和微型发动机点火提供集成和独立解决方案——所有功能都在一个模块中。 LECM提供整套应用软件，包括交钥匙解决方案、协作开发和开放平台。开放式开发环境轻松支持OEM软件和OEM应用程序框架。此外，海事认证和全套关键认证使LECM成为适用于发电、采矿和船舶等多种最终用户应用的发动机系列的理想选择。 该平台采用功能强大的数字核心设计，包括以太网，以支持基于连接和网络安全的工业互联网未来。功能强大的数字核心架构不仅支持增强的数据记录功能，还支持实时分析、诊断和预测功能，使OEM能够访问和解释越来越多的可用数据。 LECM是设计用来满足大型发动机的长产品生命周期要求。伍德沃德更新列表，提供过时管理，并维护可在新数字核心上重复使用的软件编码包，使OEM能够将其工程预算用于新的发动机技术。本文将扩展产品架构，产品型号，以及应用和系统功能如何满足未来客户需求例如提高发动机效率，减少排放，发动机保护，燃料灵活性和工业互联网。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 在过去几年中，船舶和发动机设计已经采取了若干技术增量措施。由于极端的竞争、波动的市场和成熟的技术，今天即使是更大的船只也会产生有限的利润。数字化是提高发动机和船舶效率，提高资产可用性和创建新业务模式的技术机会。预计数字化将对航运生态系统产生巨大影响，例如在物流集成系统、港口运营、导航系统等方面。然而，利用正确的专业知识和对机械和船舶数据进行适当的收集和分析，可为船舶经营人提供明确的价值。 即使数据收集本身没有解决任何问题，也需要以正确的方式收集数据，以获得有价值的分析的前提条件。因此，WinGD在发动机支持范围内囊括数据收集监控单元（DCM），专门用于收集和可视化发动机和船舶数据。然后，考虑发动机性能和部件监控、故障排除，以及发动机诊断系统（EDS）软件的预测性维护要求，分析发动机数据，该软件专门用于分析主发动机数据。分析是3个不同分析级别的复杂编排的结果，即：热力学、基于技术诀窍和机器学习。这种分析的组合和编排提供了完整的发动机诊断图像和独特且宝贵的发动机专业知识，可以从机械和船舶数据中创造价值。 热力学分析的目标是监控发动机性能，它基于发动机的详细热物理过程模型，为每个船舶发动机定制。发动机模拟热力学模型为任何可能的发动机运行设置、环境条件和燃料类型提供“参考”发动机性能。该模型针对每个单独的发动机单独调整，并使用来自该发动机的车间测试的记录数据进行校准，使用海上试验数据进一步验证。该模型不断计算理想的发动机性能，并定义“参考最佳条件”，该条件根据船上实时测量的环境和运行条件而变化。因此，该模型是运行中真实发动机的数字双胞胎。基于分析的专业知识是建立在发动机设计专业知识的基础上，并且包括特定的机械数据，这些数据与作为发动机专家隐含知识的一部分的规则集合和算法相关。 另一个数据分析层基于对使用技术收集的数据执行的高级分析，并定义信号之间的相关性以预测引擎组件故障，并生成可操作的见解。使用的分析基于专业知识、统计和预测模型，以及机器学习算法。 故障排除应用程序为客户提供有关如何在发生警报或故障时解决发动机问题的说明。它报告问题，相关警报列表，识别所涉及的部件并自动提供受影响组件的图纸和文档。当预测特定组件的寿命终止时，系统将通知操作员允许及时交付更换部件。该应用程序将整个发动机的备件码本集成到EDS中。它可用于创建零件订单以请求交付给外部供应商。发动机数据分析可实现预测性维护。因此，发动机维护计划基于实际情况和预测变得动态，而不是机器运行基于时间的调度。EDS维护帮助客户获得维护计划的概述并记录所有维护操作。该系统旨在有效利用船东自己的技术专长、岸上人员和属于一个船队的其他船舶的经验。根据船东的要求，系统可以配置为不仅允许共享历史数据，还允许与姐妹船和分配的专家共享实时发动机性能。与传统方法相比，这可以显著提高故障排除效率，还为船员自我解决的案例添加了“虚拟体验”，实际上增加了船员对主发动机的意识和信心。与发动机诊断系统一起，可以直接向运输公司提供远程支持。使用收集的数据可以快速解决问题，优化引擎，提供操作建议，并协调进一步的技术支持。作为该服务的一部分，支持中心定期提供有关机器健康状况的报告，包括最佳发动机运行建议。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 智能系统在发动机和车辆控制中的应用，使得在运行过程中对发动机部件和车辆部件的监控要求大大提高，从而使系统在车载诊断和避免突发故障方面的重要性大大提高。本文介绍了一种监测主轴承和连杆轴承的轴承监测系统，以及其所需记录测量的无线信号传输。通过这种方法，可以在所有发动机条件下保证操作安全，并且可以预测所需的维护程序。 串联应用中轴承失效的主要原因是磨损、过载和颗粒的存在。一种记录轴承当前状态作为物理量的可靠方法是测量轴承温度。这种测量所需的技术必须满足定义的快速响应方法的挑战，该方法用于尽可能靠近轴承表面测量温度，以便预先检测潜在问题并利用传感器实现高温和机械负载稳定性。此外，还需要快速的无线数据信号传输，以便测量连杆轴承等移动部件。为了满足这些要求，格拉茨的LEC开发了一种高度灵活、强大的遥测系统，用于无线数据传输，并使用传统的热电偶传感器进行测量，以及使用薄膜技术进行预定的快速温度和压力测量。 轴承温度由遥测系统在LEC的多缸发动机试验台上测量;在MAN商用车辆上研究了应用和操作范围。稳态运行中的测量结果可作为温度水平的指标和新设计措施的基础，而在瞬态条件下的调查可提供对实际运行性能的深入了解。使用了3种不同的测量点方法。将一个热电偶作为参考施加到轴承的后部，一个热电偶直接定位在润滑间隙中，并且将多个热电偶的矩阵布置放置在润滑间隙中以研究高应力区域中的温度分布。这些试验测试的结果用于开发模型，并且还可以用于创建用于弹性流体动力学模拟的图。下一步是在发动机试验台的真实条件下，采用基于薄膜技术的新型温度测量方法进行比较测量，并将其与之前试验和模拟的发现进行比较。为了使曲轴传动中的摩擦最小化，使用该方法测量不同粘度等级的润滑剂，并且呈现温度和摩擦之间的折衷。该方法的应用允许扩展轴承设计的限制，以及结合发动机控制的串联应用中的发动机的曲轴驱动的监控。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 由于国际航运活动的增加，人们越来越关注能源消耗和环境影响。在这方面，国际海事组织已通过法规对源自海洋船舶燃料燃烧产生的温室气体排放实施限制。此类法规是根据能效设计指数和能效运行指标引入的，该指标对所有现有和新建船舶生效。船舶推进系统的广泛电气化被认为是提高车载能量系统效率的非常有前途的解决方案。但是，随着时间的推移，海上运输方面的能源效率将更加严格。因此，开发了各种能效改进策略以确保完全符合增量紧固限制。 全电动船舶的节能策略涉及电力管理和智能控制，其中包括能量存储以优化各种发电源之间的功率分配。电力电子转换器的进步也使得可以增强DC配电的趋势。由于不需要在特定频率（50/60 Hz）下同步所有发电机并因此允许发动机以最佳旋转速度运行，因此使用DC系统的动机在于更高的发动机效率。诸如电动吊舱系统之类的非传统推进器的广泛使用不仅仅是因为它们在操纵能力方面的优越性，而且由于最大化流体动力学效率而获得了大量的燃料节省。采用液化天然气的双燃料柴油电力推进器也是一种经过充分证明的解决方案，因为燃料的碳氢比低，因此可以减少温室气体排放。或者，可再生能源（例如风能和光伏电池）的集成在技术上是可行的，并且已被提议作为船舶辅助系统的替代清洁电力选择。 本文对文献中发布的能效改进策略进行了回顾。拟议的战略包括能源储存和可再生能源系统的整合，从传统交流系统向直流配电的过渡，通过智能控制算法优化发电调度，应用非常规推进器，实施双燃料柴油电力推进更换传统柴油发电机和执行船舶能效管理计划提供的各种操作实践。本次审查的目的是介绍船舶能效的概念，并确定有潜力纳入全电船的有希望的措施。还介绍了最新研究重点和挑战的内容。结果显示效率增益存在显著差异，因此建议将各种基于技术的方法与操作实践相结合，以实现船舶减排的全部潜力。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 为了开发满足环境保护局规定的铁路四级法规的新型机车，电动柴油机（EMD）选择了使用伍德沃德共轨燃油系统对现有H型发动机进行现代化改造的战略。共轨喷油器（CRI）的初始设计规格是每循环最高250MPa的操作压力和2820mm³柴油的最大可用喷射量。这使其成为该压力水平市场中最大的CRI，这给开发团队带来了额外的挑战。该文件描述了如何解决包装、结构、气蚀和可制造性问题。它还描述了其他需要特别关注和团队合作的市场要求如长使用寿命和燃料清洁度和燃料沉积物的稳健性。 喷油器架构 EMD 1010发动机架构的CRI主要是坚固耐用的螺线管。强磁力使得喷油器对控制阀的液压和机械变化的敏感性随时间变化。这有助于最小化喷油器在使用寿命中的性能漂移。控制阀采用零静态泄漏，使喷油器的液压效率高达95％，这对整个发动机燃油系统的设置具有相当大的优势。阀门设计使喷油器对燃料系统中颗粒的存在具有鲁棒性，并具有降低燃料沉积风险的特征。作为改造项目的一部分，CRI必须设计成具有房间限制，以适应发动机的气缸盖，该发动机正在进行现代化改造而不是从头开始精确设计。喷射量要求和发动机的可用空间对封装集成蓄能器体积构成了真正的挑战。针对市场趋势，在整个燃料系统的密集液压模拟的帮助下，设计了相对较小的蓄能器，其具有29次全进样量。蓄能器容积和系统的其他部件经过优化，以最大限度地减少压力波动，并确保在整个加油循环期间喷油器喷嘴处所需的柴油供应。喷嘴设计必须解决以下问题：由于包装困难导致的几何约束，最小化囊孔体积以保持低碳氢化合物排放，流动区域最大化，以及流体流动的优化以保持低水平的空化，除了高应力条件。 发展战略 发动机制造商和零部件制造商之间的密切合作关系允许在短时间内使用第一个原型进行发动机测试。这也是解决一个改造项目的推广难题的关键，同时最大化与其他现有CRI的组件通讯。工作压力高达250 MPa的设计迫使团队回顾在较低压力下工作的类似产品所使用的开发和验证指南。 CRI的机械和液压设计由强化分析工作驱动。结构FEA以及精细的材料选择是赋予这些尺寸和高操作压力的喷油器结构坚固性和耐用性的关键。1D分析用于优化喷油器性能和建立更复杂的3D计算流体动力学（CFD）模拟模型。使用耗费低计算资源并且可以快速生成结果的3D CFD模型使在测试硬件之前可以研究多个设计迭代。 系统集成和电子产品 在伍德沃德系统试验台上测试了代表性的喷油器样品，该试验台再现了发动机的完整燃料系统。所产生的数据集在不同的负载条件下运行而不燃烧燃料，从而允许在发动机的每个气缸处具有喷油器性能的特征。通过该工作缸，生成了作为主要操作发动机变量的特定偏移量。这些数据与在线路测试结束时为每个喷油器获得的数据一起加载到发动机控制单元（ECU）中。ECU能够为每个喷油器计算喷射正时，使得喷射量精确地适合于每个运行条件的预设标称值。这不仅为发动机提供了均匀的喷射图像，而且还简化了生产线上喷油器的设置。开发的技术还可以允许使用电子设备来缩短生产线末端测试并降低喷油器的性能漂移，从而延长其使用寿命。

脱碳和数字化等全球趋势正在推动海事和发电产业的发展。能效优化和减排仍是供应商能源解决方案的主要发展目标。但同时，在航运和发电产业，越来越多的客户需求与法规存在着博弈。作为一个解决方案，MAN能源解决方案中心开发了下一代大缸径柴油发动机：4X/60发动机系列。 在赫尔辛基举行的2016年CIMAC大会上介绍了新型发动机的基本原理。现在，将对MAN 4X/60系列发动机进行更进入的研究，研究是如何结合最先进的技术实现发展的。本文将阐述如何通过将已有应用与模块化发动机的概念相结合，以实现最佳整体解决方案。基于大部分近期45/60发动机的工作和数据，可以得知创建集成解决方案将需要考虑哪些技术、工厂概念、应用程序和客户需求，以及经历哪些开发步骤。 在发动机开发阶段，会考虑不同的排放后处理系统，例如高压或低压SCR系统。为几种不同应用程序提供灵活解决方案的另一个关键因子是智能自动化系统。新开发的分散自动化系统SaCoS 5000不仅是实现这些要求的铺路石，也是为发电厂和海事部门提供数字化服务的敲门砖。 发动机与其他必要系统、模块的集成和组合，形成一个整体工厂的概念，是MAN 4X/60系列发动机的研发目标之一。不同的排放后处理系统、不同的燃料类型和世界各地不同的运行场所，催生了大量的应用。处理这些问题的关键是强化多种方式的管理，一直贯穿整个开发过程。作为解决方案供应方，优化前置时间和降低复杂性是他们采取的主要措施。因此，本文将从发电系统解决方案的角度，阐述MAN的最新电站设计。