调距桨推进装置机桨优化匹配研究.docVIP

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，国内船员对于调距桨的操纵与管理还不熟悉。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大的差距。 文章就国内外几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，并具体介绍了目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，本文首先具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用广泛的调距桨遥控方式进行研究。研究了以减少耗油量为目标的机桨匹配问题，其中包括以“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量的影响。通过对自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干扰(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大型化、自动化、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来看，石油作为一种不可再生能源，伴随着人类近两百年的使用，已经日趋短缺，原油价格不断上涨，极大地影响到船舶营运者的利益，客观上要求我们提高推进性能；其次，一些特种船舶，包括军舰，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。所有这些，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lO％是由于动量损失，10％是由于摩擦，其余10％是由于螺旋桨尾流转动。改变推进器的形式可以减少多种不同的损失。例如，使用固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，没有拖曳自由航行状态、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，使用调距桨的船舶可以提高船舶整个营运期间的经济效 益，同时满足一些船舶(在自由航行条件下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)的特殊要求. 1．2国内外的研究现状 1．2．1国外的研究现状 调距桨作为一种特殊的螺旋桨在国外出现已经有几十年的历史了，随着船舶制造技术以及其它相关技术的发展，其生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杂，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，不少大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-BW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、液压机构结构方面的特点基本相同，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： 德国MAN-BW公司研制的Alphatronic遥控系统，用于控制与二冲程或四冲程柴油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，基于PLC微处理器技术，适用于各种船型的调距桨； 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中速柴油机的调距桨推进系统进行遥控；荷兰John Crane-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(即原来的Norcontr01)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。 1．2．2国内的研究现状 我国于八十年代中期开始引进国外的调距桨生产技术：苏州船用机械厂引进了KAMEWA(现已被ROLLS ROYCE公司并购)公司的调距桨技术，生产的系列产品如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基础上，采用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