调距桨推进装置机桨优化匹配研究.docx

调距桨推进装置机桨优化匹配研究.docx调距桨作为船舶主推进动力装置的重要组成部分,在实船中得到了广泛的应用。STCW78/95公约'1978年海员培训、发证和值班标准国际公约(1995年修正)》已将调距桨船舶动力装置列为高级轮机员的必需培训项目。然而,国内船员対于调距桨的操纵与管理述不熟悉。从整体上看,国内调距桨的研究,无论是控制技术还是硬件方面都与先进国家有较人的差距。文章就国内外儿种主要调距桨推进系统的结构特点、工作原理、控制方式和特性进行分析比较,并具体介绍了冃前调距桨发展状况及发展方向。考虑到调距桨应用范围的广泛性、推进系统的复杂性、控制方式的多样性,结合实船操纵管理,本文首先貝-体分析了船舶调距桨推进系统的工作原理以及遥控系统的一些特点,然后针对联合控制模式这种应川广泛的调距桨遥控方式进行研究。研究了以减少耗汕量为目标的机桨匹配问题,其屮包括以“图谱法”确定螺旋桨的最高效率曲线,结合主机推进特性曲线分析耗油率对耗油虽的影响。通过对口动负荷控制方式的分析,解决联合控制模式中负荷调定以及如何消除和降低由于随机于扰(如海浪等导致船舶阻力状态的瞬变)可能导致的机桨失配的问题。第1章绪论1・1课题背景随着船舶动力装置的人型化、白动化、复杂化程度不断提高,对船舶推进装置的性能提出了更高的要求。首先从常规能源角度來看,石油作为一•种不可再生能源,伴随着人类近两百年的使用,已经日趋矩缺,原油价格不断上涨,极大地影响到船舶营运者的利益,客观上耍求我们提高推进性能;其次,一些特种船舶,包扌舌军舰,因其操纵性能及节能等特殊要求,也对船舶推进型式提出了更高的要求。所冇这些,都要求对传统的船舶推进装置进行革新。螺旋桨推进已成为船舶推进的主要形式。大多数商船都配置一个螺旋桨位子船尾部中心平面上。螺旋桨的最大效率可达70%左右,损失的30%可分成三部分t约10%是由于动量损失,1()%是由于摩擦,其余10%是由于螺旋桨尾流转动。改变推进器的形式对以减少多种不同的损失。例如,使用I古I定桨叶螺旋桨不可能在所有螺旋桨载荷状态下利用全部功率。而使用可调螺距螺旋桨时,这个闯题即可消除。用这种型式螺旋桨,任凭改变螺旋桨载荷(例如,没有拖曳口由航行状态、拖曳、重拖曳、破冰状态或船体、气候或水深条件的变化),主机功率总是可以被全部吸收。因此,使川调距桨的船舶可以捉高船舶整个营运期间的经济效益,同时满足一些船舶(在白由航行条件卜•想要有高速度和在拖曳或系泊试验条件下想要有大的拉力的船舶)-•种特殊的螺旋桨在国外出现已经有儿十年的历史了,随曹船舶制造技术以及具它相关技术的发展,其牛产技术随之不断发展进步。但调距桨及轴系由于要安装螺距调节机构及遥控系统,因此其构造及毅部结构较复朵,相应的设计制造工艺也受到液压等相关行业发展情况的制约,因而在各国的发展不太均衡。欧洲一些国家在这方面的研究工作开展得较早,不少人公司都有较为成熟的调距桨遥控系统及其配套产品,如KAMEWA、SCHOTEIL、WARTSILA、MAN-B&W等都有多年生产调距桨及其遥控系统的历史,其产品在航运市场上占有较大的份额,他们在机械、液压机构结构方而的特点基本相同,但具体的遥控系统却各具特点。现今比较有名的生产厂家及其产品有:徳国MAN-B&W公司研制的Alphatronic遥控系统,用于控制与二冲程或四冲程柴汕机相连的调距桨推进系统;瑞典Berg公司的ERC3000调距桨控制系统,棊于PLC微处理器技术,适用于各种船空的调距桨;丹麦伦索(Lyngso)公司的PCS2100推进控制系统,用于对连接到二冲程低速柴油机或四冲程屮速柴汕机的调距桨推进系统进行遥控;荷兰JohnCrane-Lips公司的LIPSTRONICR⑧系列遥控系统,用于遥控装备调距桨的侧推器、方位角推进器以及主推进装置;挪威Kongsberg(rOl)公司的AutoChief/型遥控系统,用于对与低速柴油机相连的调距桨系统进行遥控M。:苏州船用机械厂引进了kamEWA(现已被ROLLSROYCE公司并购)公司的调距桨技术,牛产的系列产品如KL40/3。ST调距桨电液遥控系统取得了船级社的认可,并经过了实船运行的考验。SCHOTTEL公司也在我国成立了肖特尔推进器有限公司,专门从事调距桨的研制生产。但国内从事调距桨研究的科研机构及人员较少:八十年代中期,大连海事大学的郭晨教授曾经做过基于单片机的调距桨遥控系统的仿真研究;九十年代中期,上海交通大学曾在建立三轴燃气轮机及调距桨推进装置的实时仿真模型的棊础上,采川MIRAGE并行数字仿真工作站进行了全数字实时仿真[71;九十年代末期,华东船舶工业学院的科研人员釆用MC68705R3单片机开发出了调距桨螺