船舶推进装置工程应用技术分析

船舶推进技术是船舶工程应用技术中传统的配套方向,追上和缩小其与国外技术及产品的差距是工程应用技术攻关的主要目标。从目前各类型船舶对推进装置及相关技术的需求焦点出发,回顾和分析当前国内船舶推进技术的发展现状、已经形成的基本能力和技术热点方向。研究表明,通过多年的持续科研投入和产品攻关,我国船舶推进技术在工程应用方面形成了系统性的技术体系,为各型船舶推进装置的配套能力提升建立了技术保障,解决了工程应用的大量技术性问题。该研究可为船舶推进装置工程应用技术的发展提供参考。

船舶推进电机预测磁链控制研究

为解决船舶推进电机传统预测控制中涉及的权重系数的整定和优化问题,以及推进电机在预测控制下的无速度传感器问题,提出使用自适应预测磁链控制。首先分析预测转矩控制的控制性能和原理,并将改控制方式中的以控制磁链和转矩为目的转化为对等效定子磁链的控制,从而形成预测磁链控制;同时引入自适应控制算法以实现电机的无速度传感器控制;最后对推进电机的传统控制方式和自适应预测磁链控制进行仿真对比研究。预测磁链控制可以成功消除对权重系数的整定工作及其影响,且有着很好的启动性能、减少了谐波分量、降低了磁链和转矩脉动。同时,自适应控制算法对各个工况的转速观测精度都很高。自适应预测磁链控制对异步电机有着优良的控制效果,且具有很好的稳态特性和鲁棒性,可提高船舶推进电机的控制性能。

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

船舶推进技术

当前,面对全球航运业蓬勃发展、能源储备日益减少以及全球环保意识不断的增强的大背景,船舶动力系统的核心--推进新技术的发展成为行业内外关注的焦点。这不仅关乎航运业的可持续发展,也直接影响全球经济的运行效率和环境质量的改善。在持续发展建设海洋强国、提高海洋资源开发能力、发展海洋经济以及保护海洋生态环境的背景下,传统的船舶推进技术确实面临着无法满足当前高效、节能、环保等多重需求的挑战。因此,发展具备高效、节能、减振、节约空间和多能源并网等优势的船舶推进技术成为当务之急。

船舶推进系统中的涡轮机械性能优化与仿真分析

针对船舶推进系统中的涡轮机械,通过建立涡轮机械的数学模型,采用计算流体动力学方法对其进行数值模拟,分析其内部流场特性和性能参数。在此基础上,运用多目标优化算法优化涡轮机械的关键几何参数,提高其效率和可靠性。经仿真验证,优化后的涡轮机械性能得到明显改善,可为船舶推进系统的优化设计提供重要参考。

包含多控制位置的船舶推进操控系统可靠性

以某控制1套轴桨及2套吊舱设备的船舶推进操控系统为研究对象,建立不同控制位置的控制面板可靠性框图,对推进操控系统可靠性进行分析。经分析得出:在最低限度有效的情况下,平均故障间隔时间为16360 h;在全控制位置有效的情况下,平均故障间隔时间为11140 h。通用控制面板、HMI设备、迷你手轮等的可靠度对系统可靠性的影响最大。

基于模糊滑模速度调节器的船舶推进电机矢量控制系统研究

基于传统PI速度调节器的船舶推进电机矢量控制系统广泛应用于推进电机的转速调节,但是在推进负载受到外部扰动时,系统的动态响应速度和稳定性仍然不够理想。本文提出一种基于模糊滑模速度调节器的新型船舶推进电机矢量控制系统,并在Matlab/Simulink中建立了模糊滑模速度调节器以及整个矢量控制系统的仿真模型。仿真结果表明,和基于传统PI速度调节器的船舶推进电机矢量控制系统相比,采用该控制系统的异步电机在电机转速调节时拥有更快的响应速度和更小的超调量,并且对负载的转矩波动具有较强的鲁棒性。

船舶推进课程的“一融四合”教学模式研究

针对当今主动学习大势所趋,互联网教学快速发展,传统工业知识缺乏更新,工科人才人文素养急需建设,物理实验教学常常受限的时代特点,结合船舶推进课程内容,探索形成“一融四合”教学模式。在“启发、探究、讨论、参与”教学方法融入传统教学的基础上,实现线上/线下学习相配合,前沿/基础学习相结合,专业/素养学习相融合,虚拟/真实实验相联合。以期为学生提供优质的教学体验。

船舶推进轴系扭转振动概述

推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,其在运转过程中会不可避免地产生振动,并引起主机、传动装置振动,从而诱发船体结构振动。为避免影响船舶航行性能和安全性,对轴系扭转振动产生的原因及轴系扭转振动计算方法进行着重论述,并总结介绍轴系扭转振动的消减措施,旨在深入浅出、通俗易懂地使读者了解船舶推进轴系扭转振动。

船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究

提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。

船舶推进轴系冲击响应

采用有限元与数值仿真相结合的方法 ,建立推进轴系垂向冲击响应计算的数学模型 ,导出了在加速度冲击输入条件下轴系垂向冲击响应数值仿真方法 ,并通过一个工程计算实例阐述了该方法的适用性。

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用Newmark法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。Newmark法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。

船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

以某柴油机推进轴系为例,建立了扭转-纵向冲击有限元模型,加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应,研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应,并与无耦合轴系结果进行对比,分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明,扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大,但它明显地影响了冲击响应,扭纵耦合下,单一类型(扭转或纵向)冲击会同时激发纵向和扭转振动,并且引起较大的位移和扭矩波动,威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。

带齿轮副船舶推进轴系动态响应仿真研究

为更好分析及准确判断船用齿轮箱故障,以某江海直达货船推进轴系为研究对象,建立带齿轮副推进轴系的扭转振动模型,运用齿轮副时变啮合刚度理论计算方法,分析齿轮副在故障态下啮合刚度的变化,拓展传统推进轴系瞬态响应计算。基于有限元分析与信号处理软件得到考虑时变啮合刚度时正常态与故障态下带齿轮箱推进轴系瞬态响应频谱,并分析频谱中故障频率的成分与特点,为完整推进轴系齿轮副故障分析提供依据。

轴承润滑特性对船舶推进轴系校中的影响

径向轴承及推力轴承处边界条件的准确建立是船舶推进轴系校中计算的重点与难点。基于流体动压润滑理论,分析不同运行工况下考虑轴颈倾斜的径向轴承润滑特性,将轴承间隙、油膜厚度、支承基座及船体柔性以等效轴段挠度的形式计入轴系校中过程,并与刚性支承、弹性支承模型计算结果进行对比分析;计算因推力轴段转角、支承基座变形而引起的推力轴承附加力矩,并分析其对轴系校中的影响;建立轴承润滑与轴系校中耦合计算方法。结果表明:由径向轴承间隙、轴颈倾斜而引起的支点位置改变、润滑油膜厚度、推力轴承处附加力矩对轴系校中具有重要影响。

波浪载荷对船舶推进轴系的影响

针对用二维方法分析波浪对推进轴系影响时,只能计算纵向弯曲变形,且精度不高的问题,通过对某散货船进行三维有限元建模,基于PATRAN命令语言(PCL)进行编程,计算作用于船体有限元的波浪压力,并进行自动加载分析.在不同海况下,计算船体变形情况,分析了推进轴系处船体的相对变位及其对轴承负荷的影响.结果表明:在4级及4级以下海况时,波浪对轴线处船体变位影响较小;波浪对轴线处船体变位影响随海况增加而增加,在8级海况以上时,轴线处船体变位最大值超过4 mm,将对推进轴系各轴承负荷造成巨大影响;在航向角为30°时,3个方向的相对变位都有所增加.

外载荷作用下船舶推进系统非线性动力学分析

以某船推进系统为研究对象,应用有限元和子结构缩减法,建立了包含主机、轴系、螺旋桨及简易轴承座的船舶推进系统非线性多体动力学模型。对该系统在额定功率下燃气压力和螺旋桨激振力的作用进行了多体动力学计算。分析了螺旋桨、轴系等的受力情况及位移随曲轴转角的变化。结果表明,艉轴后轴承处轴系受力与位移呈现两端大中间小的分布情况,螺旋桨竖直向下位移最大值为2.86mm,轴向位移最大值为1.18mm,相对角位移最大值为0.087rad。该方法为分析和提高船舶推进系统可靠性及其优化等提供了重要参考。

船舶推进系统能量耗散建模与分析

建立船舶推进系统能量耗散分析模型,运用仿真的方法对船舶推进系统整个航次内的能量耗散进行研究。通过对推进系统能量传递过程进行分析,将能量耗散因素分为固定能量消耗和额外能量消耗;分别对坐标系、环境模型、船体运动和推进系统进行研究,建立推进系统能量分析模型;结合欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium Range Weather Forecasts,ECMWF）的气象信息,对目标船在新加坡—香港航线上的航行过程进行仿真研究。计算实例显示：在轻浪海况、主机设定负荷为70%时,推进系统固定能量消耗所占比例为86.7%-89%,主要受航速影响;额外能量消耗占11%-13.3%,受海况、操舵及航线综合影响。利用该模型对不同航线进行分析,可预报航期,并对航线中导致能耗升高的因素进行分析,为优化航线设计提供依据。

船舶推进轴系扭振数据采集及处理系统

从验证扭振信号采集和故障监测的准确性和可靠性的目的出发,设计了一套船舶推进轴系扭振数据采集及处理系统。同时,以齿盘和光电开关组合为传感器,NI的信号调理箱、数据采集卡等为主要器件实现了扭振信号采集;并采用Visual C++编程开发了故障监测与分析软件,实现了对扭振信号的实时采集和处理。实验研究结果表明,该方案实现了设计的目标,较好地满足了教学和科研的需求。

船舶推进轴系动态校中与仿真研究

本文建立了船舶推进轴系动态校中与仿真的物理模型、数学模型和仿真模型，编制了相应的计算机程序，并在轴系动力学试验台上对仿真结果进行了试验验证。