Robust Position Observer for Sensorless Direct Voltage Control of Stand-Alone Ship Shaft Brushless Doubly-Fed Induction Generators

The aim of this paper is to investigate an adaptive sensorless direct voltage control(DVC)strategy for the stand-alone ship shaft brushless doubly-fed induction generators(BDFIGs).The proposed new rotor position observer using the space vector flux relations of BDFIG may achieve the desired voltage control of the power winding(PW)in terms of magnitude and frequency,without any speed/position sensors.The proposed algorithm does not require any additional observers for obtaining the generator speed.The proposed technique can directly achieve the desired DVC based on the estimated rotor position,which may reduce the overall system cost.The stability analysis of the proposed observer is investigated and confirmed with the concept of quadratic Lyapunov function and using the multi-model representation.In addition,the sensitivity analysis of the presented method is confirmed under different issues of parameter uncertainties.Comprehensive results from both simulation and experiments are realized with a prototype wound-rotor BDFIG,which demonstrate the capability and efficacy of the proposed sensorless DVC strategy with good transient behavior under different operating conditions.Furthermore,the analysis confirms the robustness of the proposed observer via the machine parameter changes.

某电力推进船舶轴系腐蚀断裂机理分析

为了研究电力推进调查船螺旋桨轴腐蚀断裂的原因,通过低倍试验、化学成分分析、硬度测试、样件力学性能试验等方式验证了取样产品的制造质量,通过腐蚀案例样件的形貌分析发现样件腐蚀具有典型的局部腐蚀特点,并发现样件腐蚀断面存在垢质,通过进一步X射线衍射分析获得垢质主要组成成分,并通过能谱分析检测到垢质中含有腐蚀性元素,检测后将螺旋桨轴腐蚀原因归因为垢下腐蚀。通过不锈钢腐蚀过程分析,讨论加速不锈钢局部腐蚀的多种因素,并对电力推进船舶常见的轴电流加速腐蚀的现象进行讨论,认为杂散电流是电力推进船舶各类腐蚀的重要风险,但存在难以捕捉和测量的困难,需要开展进一步研究。

碳纤维复合材料在某舰船推进轴系中的设计研究

针对碳纤维复合材料重量轻、强度大、吸振能力强的特性,以某舰船推进轴系为研究对象,对碳纤维复合材料在推进轴系中的应用进行研究。基于Ansys Workbench的ACP模块对碳纤维复合材料进行铺层建立了碳纤维轴段计算分析模型。通过对不同铺层方案、不同搭接长度、不同连接方法进行分析,研究不同情况下的碳纤维轴段抗扭转与抗拉压能力,寻找碳纤维轴系的设计方案,最后将设计出的碳纤维轴系与纯钢轴进行对比研究,形成碳纤维轴系设计分析流程。研究表明,当碳纤维轴段选用混合连接且搭接长度为160 mm,铺层方式为[(15°/45°/60°/90°/-60°/-45°/-15°);14;]时,能显著提高此推进轴系的抗扭转和抗拉压能力,碳纤维轴系较于普通纯钢轴轴系自重轻,有较好减振能力。所得结果可为后续同类型推进系统的设计与计算校核提供参考。

融合声场和电场的舰船轴频特征提取方法研究

轴频声场和轴频电场均与舰船螺旋桨转动密切相关,本文提出将这2种物理场进行融合提取舰船的轴频特征。首先,分别利用DEMON谱分析和功率谱分析方法提取轴频声场和轴频电场的线谱,之后将所提取的线谱进行融合和净化,最后利用最大公约数法提取轴频特征。为验证所提方法的有效性,利用多艘船舶的实测声场和电场数据进行验证。结果表明,同一艘船舶轴频声场和轴频电场的线谱具有一定频率对应关系,将声场和电场的轴频相关线谱进行融合可有效弥补单一物理场存在线谱丢失的情况;融合声场和电场后,舰船轴频估计的准确性和稳定性优于单一物理场。

一种基于CATIA V6的轴系三维设计方法

本文基于CATIA V6软件平台,设计针对船舶轴系的三维建模方法。文章将船舶轴系设计需求和三维参数化建模相结合,考虑技术实现难点,利用多级骨架,实体建模,二次开发等多种CATIA软件功能,逐步提高船舶轴系设计过程中建模效率,模型关联性,三维出图质量。在实际建模应用中体现出此方法在模型迭代更新,建模效率、质量等方面有显著优越性。此设计建模方法可结合实际工程需求,适用于除船舶轴系的其它回转体结构机械乃至更多种复杂机械设备的设计。

船舶轴带无刷双馈发电机关键技术研究

针对额定功率为5kW的小型内河船舶轴带无刷双馈发电机系统,基于有限元分析法,建立船舶轴带无刷双馈电机数学模型;针对定子绕组选用3Y/△联结绕组设计,可灵活调整每相支路槽号,显著降低三相绕组不对称对电磁性能的不利影响;设计了一款深槽加导条式凸极转子,并对深槽的深度和宽度进行优化设计,结合有限元分析,探讨了无导条和加导条对该凸极转子磁场调制性能的影响;模拟船舶主柴油机驱动轴带无刷双馈发电机运行工况,进行了样机对拖试验,验证了设计方法的可行性。

弹性支撑轴系的位移特性

针对新型弹性支撑轴系安全性中存在的位移特性问题,提出一种基于稳健加权的最小二乘等效面法,用以综合衡量轴系弹性形变和位移。建立轴系有限元法模型,通过顶举法验证其有效性。通过耦合静力分析得到轴系及支撑结构的弹性形变规律、不同转速轴系的挠曲分布状态和弹性支撑轴系的轴承变位规律,采用阈值灵敏度分析方法得到空气弹簧承载特性关于静力输入载荷的灵敏度。结果表明:等效线面法可用于评价系统和轴承的位移特性;艉轴承位移变化中垂向位移特性的变化最大,推力轴承次之;推力会引起较大的弹性支撑结构纵垂耦合形变。研究结果可为船用大型弹性支撑结构的安全性改进设计提供参考。

带倾角长艉轴的新型安装方法

若船舶艉轴长度过大,则无法直接从艉轴支架与艉轴管之间的空间将艉轴送入艉轴管;若轴系中心线与船舶基线存在倾角,则无法将艉轴直接水平送入艉轴管。针对上述情况,利用专用工装托架和模块化运输车,对带倾角长艉轴的安装过程进行分解。以长度为17 m、倾角3°的艉轴为例进行三维仿真模拟。结果表明,所提出的安装方法可行。

职业院校实训教学方法的探索与研究

探讨数字化背景下混合式教学方法在职业院校实训教学中的应用效果,以武汉船舶职业技术学院在2022年全国职业院校船舶主机和轴系安装技能大赛中获得一等奖为背景,深入分析了“以赛促教、以赛促学、以赛促改,岗课赛证”创新模式的实际效果,展示了如何有效提升实训教学质量。通过船舶主机和轴系安装课程案例,详细阐述了大赛成果转化为实训教学创新的具体方法和步骤,结果表明,此方法不仅优化了教学资源,还促进了竞赛与实训教学的有效融合,推进了实训设备的升级改造,并加强了校企合作与产教融合。

基于动刚度法的水面船舶桨-轴-船体耦合系统

为分析在低频段内船体两侧螺旋桨激励相位差对船体振动的影响,基于动刚度法建立水面船舶桨-轴-船体耦合系统的横向振动3梁耦合模型。将动刚度法的计算结果与有限元法进行对比,表明动刚度法具有良好的精度。分析桨-轴-船体耦合系统的垂向固有振动特性。在低频段内该系统主要表现为船体梁的振动,推进轴系对船体梁的固有特性影响较小。对左右双桨分别施加不同相位差的单位垂向简谐力,计算由各轴承位置输入至船体梁的功率流。结果表明,双桨激励相位差的增大会使输入至船体梁的功率流变小。因此,在对桨-轴-船体耦合系统的横向振动控制方面,应重点关注双桨激励相位差较大时的工况。

抬浮力打捞工程船艉轴轴承热力学有限元仿真

以12000 t抬浮力打捞工程船为例,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件中的热力学模块对艉轴轴承的散热情况进行研究。介绍轴系布置和艉轴管空舱,分析油膜建立情况下的艉轴轴承热平衡和工作压力分布,进行轴系与艉轴管空舱的热力学有限元仿真。仿真结果满足艉轴轴承的相关要求,并在实船试航中得到验证,表明可取消常规的艉轴管冷却水舱。

极限载况下的船舶艉轴变形安全状态评估

针对船舶设计建造阶段轴系校中计算不能完全覆盖实际运营极限工况的问题,以某半潜船极限载况实船航行为例,利用直接计算法得到波浪中航行时的船体变形,提出一种实船航行艉轴变形安全评估方法。该方法基于设计波法确定船体波浪载荷,利用全船有限元计算船体艉轴变形,依据规范采用轴系校中的方法评估艉轴安全,并通过船舶装载手册验证数据的可靠性,是一种有效完整的艉轴变形安全模拟评估方法。

某平台供应船CPP舵桨装置应用

CPP舵桨是一种新型的可调螺距螺旋桨的Z型传动装置,螺旋桨的推力方向可在水平面内任意改变,且可实现其推力大小与其方向合理配合,改进了船舶传统推进装置结构形式,大幅提升了船舶的操纵性和灵活性,适用性强,市场应用前景广。文章以某57 m海上平台供应船的轴系布置与设计为例,阐述CPP全回转舵桨推进装置的结构特点、性能,以及其在海上平台的应用,并根据船舶布置要求对轴系布置进行优化设计,满足了海上平台供应船对机动性及操纵性的要求。

82300 DWT多用途船混合电力系统设计应用

针对配置有高压岸电系统、储能系统、轴带发电机以及储能系统等多种能源运行模式复杂实船设计及应用情况,以82300多用途船作为研究对象,研究储能系统、高压岸电系统组成、设备配置、系统运行模式要求等方面的内容,同时结合本船甲板的四台吊机的操作负荷情况,通过合理的设置,使其达到最优负荷分配,结果表明,通过合理系统设计、配置,可以满足多种供电设备协调工作,使船舶处于最优供电情况,以减少船舶的排放和能耗损失。

基于轴系振动特性的轴承磨损容许量计算方法

为增加舰船维修间隔期、降低推进轴系维修成本,需要准确预测舰船推进轴系轴承允许磨损值。本文中建立一种考虑轴系轴承表面不均匀磨损情况下的轴系振动计算理论模型,通过该模型研究舰船轴系轴承长度、刚度和磨损量对舰船轴系固有频率的影响规律;基于以上振动计算理论模型建立一种轴承磨损允许量计算方法,并对实船开展轴系轴承的允许磨损值分析计算。结果表明:本文中建立的计算方法可以有效预测轴系轴承最大允许磨损量;轴系振动固有频率随轴承刚度系数的降低而降低,随轴承长度的减小而降低,随磨损量增加而降低;考虑螺旋桨附连水质量,舰船轴系固有频率会降低约8%~10%。

面向船舶轴系智能安装的法兰激光扫描点云分割研究

[目的]激光扫描技术用于船舶轴系智能安装,具有非接触式、高速率扫描、高精度成像的优势,其中激光点云数据包含空间物体的大小、位置和方向信息。点云分割能大幅减小数据的计算规模,提高对接法兰相对位姿的测量效率。[方法]采用深度学习理论研究点云分割,制作法兰类零件的点云数据集,利用PointNet模型进行训练,分别从Dropout正则化、学习率衰减和点云数据增强3个方面制定优化策略,并在船舶轴系智能安装台架上进行实验验证。[结果]模型的收敛结果趋于稳定,其中训练集的准确率为0.88,验证集的准确率为0.65,法兰点云分割实验呈现清晰的轮廓边缘。[结论]表明该方法具有良好的收敛性能和泛化性能,提高了轴系智能安装的效率。

基于虚拟阻抗的船舶轴带逆变器并联控制

分析了采用下垂控制方法时并联运行的逆变器不能实现功率均分的原因,对此提出一种新的改进策略,通过设计自适应的虚拟阻抗来实现逆变器合并阻抗达到匹配,并使逆变器的合并阻抗满足功率均分和抑制环流的重要条件,并采用小信号模型分析法进行稳定性分析和参数优化。利用MATLAB/Simulink对所提方法进行了仿真验证,表明方法在理论上的正确性,具有一定的工程可行性。

复杂环境下船舶轴系推力信号辨识模型分析

为解决复杂环境下的船舶轴系推力信号辨识问题,提出一种基于时频分析和深度学习的轴系推力信号辨识模型。该模型首先以短时傅里叶变换(STFT)方法对轴系推力信号与环境干扰信号的时频特征进行提取,以频段分析方法对两种信号的频率(周期)和能量等关键特征进行计算;然后以循环神经网络(RNN)方法对模型中2种信号的关键特征进行充分训练,得到经泛化后的深度学习辨识模型;最后,基于实验室模拟实船的轴系推力信号与环境干扰信号数据对模型进行仿真试验和验证。验证结果表明,该模型在复杂环境干扰下施加恒定推力与动态推力时均具备良好的辨识能力,可为船舶轴系推力信号辨识技术的研究提供参考。

舰船推进轴系轴承载荷识别与标定方法

针对目前舰船推进轴系轴承服役载荷与设计载荷差别大、现有轴承载荷识别方法精度低等问题,开展舰船推进轴系轴承载荷识别法的优化与精度提升研究。基于转轴应变信号建立推进轴系轴承载荷识别力学模型,提出综合有限元法与三弯矩法的轴系轴承载荷识别法的仿真验证方法,分析载荷识别精度的影响因素和影响规律,完成轴承载荷识别系统的标定试验,获得轴承载荷识别的修正模型。研究结果表明:轴承载荷识别值与三弯矩法计算值最大相对差小于3%;应变测试误差对轴承载荷识别精度的影响较大;识别模型中后尾轴承等效支点位置取值对相邻轴承的载荷识别值影响较为明显;载荷识别误差随应变修正系数增加存在先减小后增大的现象,当应变修正系数取值在1.08~1.11时,轴承载荷识别相对误差从10%减小到1%以下,识别精度得到大幅提升。

舰船轴系设计状态评估方法研究

为解决轴系设计阶段各方案的评价标准问题,提高舰船轴系寿命周期的效费比,在分析状态评估方法研究现状的基础上,给出轴系方案评价指标体系构建方法及指标权重计算方法,提出轴系设计状态模糊综合评价方法。以某轴系2种方案为对象,建立轴系设计状态评价指标体系,应用三角模糊层次分析法和熵权法确定指标主客观权重,采用“加法”集成法确定各评价指标的综合权重,应用模糊综合评价法对2种方案进行综合评价,可得方案1和方案2的优良率分别为0.515 0和0.715 6,差等级率分别为0.086 5和0.041 3。研究成果可为轴系设计质量的提高提供新的理论支撑。