船舶動力裝置控制技術(shù)發(fā)展.ppt

1、船舶動力裝置控制技術(shù)發(fā)展，1現(xiàn)代民用船舶概要1.1船舶類型1.2船舶推進(jìn)方式，2船舶動力裝置構(gòu)成，類型2.1推進(jìn)裝置2.2輔助裝置， 3柴油機推進(jìn)基本原理和控制技術(shù)3.1固定螺距翼3.2可變螺距翼3.3本體遙控4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)4.1智能柴油機4.2柴油機電子控制技術(shù)4.3電子注油技術(shù)4.4電子調(diào)速技術(shù)4.5可變螺距控制技術(shù)4.6船舶減搖控制技術(shù)，1現(xiàn)代民用船舶概要，1.1船舶類型，(1) 客渡船：洲際郵輪客渡船內(nèi)河客船、游輪、美國皇家加勒比公司海洋自由號、海洋解放號、海洋獨立號船長339米，船高72米，1817室客艙，排水量16萬噸，可承載4370名客人和1000名船務(wù)人員。1現(xiàn)代民用船

2、舶概況煙大輪渡公司渤海1號、渤海2號、渤海3號、渤海4號船長182.6米，寬24.8米，總噸數(shù)22700噸，有5條列車通道，通道總長768米。 單航次可承載50節(jié)80噸貨物列車、50輛20噸裝載車、25輛轎車和480名旅客。 1現(xiàn)代民用船舶簡介，“中遠(yuǎn)亞洲”號，可裝載11萬噸、長349米、寬45.6米、10062個集裝箱。 “中海高速”號，3萬噸，長176米，寬28米，10層甲板室，最大運力3290車位。 “新埔洋”號，30.8萬噸，滿載總排水量35萬噸馀，甲板長333米。 “蘭梅”號，20.6萬噸，長299.92米，寬50米，航速15海里。 v、(2)貨船：集裝箱輪油輪浮游貨船液化氣輪、大鵬

3、昊、14.7萬立方米裝載量、長292米、寬43.35米、模深26.25米、航速19.5節(jié)。 1現(xiàn)代民間船舶概要；(3)工程船：起重船運架船疏浚船鋪管船破冰船，“藍(lán)鯨”7500噸全回轉(zhuǎn)起重船，長241米，寬50米，深20.4米，航速11節(jié)。 “天一”3000噸海上運輸船，長90米，寬40米。 泰安口18000噸半潛艇，長156米，寬32.2米，深10米，潛深19米，航速14節(jié)。 “DLS-4200”鋪裝船，長197米，寬43.4米，深19.6米。 作業(yè)水深300米，甲板裝載管7000噸，鋪設(shè)能力25公里/天。 “新海龍”自航耙式疏浚船，長153米，寬27米，模深11米，最大挖深35米，倉容128

4、88立方米。 “雪龍”、破冰船、長167米、寬22米、模深13.5米、排水量21000噸、航速18節(jié)、1.5節(jié)航速可以連續(xù)破冰1.2米前進(jìn)。 (4)特殊船：科學(xué)試驗船環(huán)境監(jiān)視船保養(yǎng)船，1現(xiàn)代民用船舶概要，1現(xiàn)代民用船舶概要，1.2船舶推進(jìn)方式，(1)螺旋槳推進(jìn)，吊艙推進(jìn)，艉軸推進(jìn)，z型推進(jìn)，螺旋槳形式：固定槳距槳現(xiàn)在的最高速度達(dá)到70kn。 水流噴射形式：間歇式噴水推進(jìn)底板式噴水推進(jìn)尾板式噴水推進(jìn)舷外噴水推進(jìn)。 1現(xiàn)代民用船舶概述，“海騰01”號智能高速無人水面艇重點實驗室研制的“海騰01”號智能高速無人水面艇，長10.5米，寬3.6米，滿載排水量8.5噸，吃水0.8米。 噴水推進(jìn)，最大航行速

5、度40海里，巡航速度30海里。 由艇體、推進(jìn)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)等構(gòu)成。 1現(xiàn)代民用船舶簡介，利用高壓空氣在船底和水面之間形成氣墊，墊上船體的全部或一部分實現(xiàn)船舶的高速航行，亦稱氣墊船。氣墊船型式：全墊氣墊船側(cè)壁式氣墊船，(3)氣墊、ZUBR級氣墊船可搭載3輛坦克、10輛裝甲兵車或時速超過63海里的500名士兵。 (4)磁流體推進(jìn)、電磁流體推進(jìn)是一種新型船舶推進(jìn)方式。 其原理是，相互正交的電場和磁場產(chǎn)生電磁力，其反作用使船舶前進(jìn)。 改變了傳統(tǒng)的機械推進(jìn)方式，使船舶成為真正的“安靜”型船舶。1現(xiàn)代民用船舶概述，1現(xiàn)代民用船舶概述，磁流體推進(jìn)分類外磁式：直流推進(jìn)交

6、流推進(jìn)，內(nèi)磁式(閉合磁場): 直管式(矩形或環(huán)狀)螺旋管式，從感應(yīng)電流看：電磁力推進(jìn)水流，從感應(yīng)磁場看：如展開的異步電動機，水流視為異步電動機中國科學(xué)院電工所在國家863修訂了援助，1998 、關(guān)鍵技術(shù)：高溫超導(dǎo)技術(shù)磁石技術(shù)，2船舶動力裝置構(gòu)成，類型，船舶動力裝置構(gòu)成：推進(jìn)動力裝置(本體傳動設(shè)備推進(jìn)器)輔助動力裝置(發(fā)電機組/輔助鍋爐/壓縮空氣)機艙自動化系統(tǒng)。 2.1推進(jìn)動力裝置，(1)蒸汽機推進(jìn)：蒸汽發(fā)生器蒸汽渦輪螺旋槳(2)內(nèi)燃機推進(jìn)：低速柴油機螺旋槳(主要廠家MAN BW，SULZER，Wartsila) (3)電力推進(jìn)：電動機螺旋槳(4) 2船舶動力裝置構(gòu)成，類型，艉軸推進(jìn)：推進(jìn)制2

7、船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、z型推進(jìn)或吊艙推進(jìn)：推進(jìn)控制與航向控制有關(guān)，2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型，(1)主要是軍船：原子能航母，艦艇(2)主要問題： (1)安全性，(2)低速工況下的效率提高，汽輪機推進(jìn)，2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)，類型，2沖程低速高功率掃氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、內(nèi)燃機推進(jìn)、四沖程中速柴油機的2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型(1)汽車發(fā)電單元(2)柴油發(fā)電單元(3)軸帶發(fā)電單元(

8、4)輔助鍋爐、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、發(fā)電單元調(diào)頻調(diào)壓、2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)、類型、頻率和有效功率調(diào)整、2船舶動力裝置2船舶動力裝置結(jié)構(gòu)2船舶動力裝置的結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置的結(jié)構(gòu)、類型、2船舶動力裝置的結(jié)構(gòu)、類型、軸帶發(fā)電單元、FPP解決了恒頻恒壓問題： (1)旋轉(zhuǎn)換流單元；(2)采用電力電子換流；(2)船舶動力裝置的結(jié)構(gòu)、類型、類型；鍋爐蒸汽壓力和水位3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)，3.1主機固定螺距葉片(FPP )，主機啟動：壓縮空氣，起火點(約30%額定轉(zhuǎn)速)主機制動：壓縮空氣主機換流：時間序列轉(zhuǎn)換180度主機調(diào)速：加速器開度調(diào)節(jié)(調(diào)速器)主機啟動：壓縮空氣，起火點(約30%

9、額定轉(zhuǎn)速) 本體制動：壓縮空氣換流：負(fù)俯仰調(diào)速：加速器開度調(diào)節(jié)或俯仰調(diào)節(jié)，3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)，3.3本體遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)船舶本體遠(yuǎn)程控制(marinemainengineremooon )無人飛機的必要條件之一。在操縱部位(駕駛臺或集中控制室)發(fā)出的操縱信號與本體執(zhí)行機構(gòu)之間設(shè)置綜合邏輯和控制電路：組合邏輯電路的時序邏輯電路反饋控制電路安全保護(hù)電路。 遙控系統(tǒng)：集中控制室遙控器本體，由氣動閥組成的各種邏輯回路和控制回路實現(xiàn)。 電動遙控系統(tǒng)：由駕駛臺的遙控器主機發(fā)送電信號，經(jīng)電動邏輯電路處理后，由電氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為氣壓信號，由集中控制室的氣壓邏輯電路操作主機。 3柴油機推進(jìn)系

10、統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)，以SIEMENS -33系列機艙自動化系統(tǒng)為例，3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)，起動控制，3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)，3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)，停車控制， 3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)、轉(zhuǎn)換控制、3柴油機推進(jìn)系統(tǒng)的基本原理和控制技術(shù)、4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)、中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司和中國船舶重工集團(tuán)公司主導(dǎo)的“十一五”國家科技支持訂劃重大項目研究目標(biāo)：通過引進(jìn)、消化吸收和革新，掌握智能船用低速機整體制造技術(shù)和電子控制技術(shù)等。 (1)課題1“大功率智能型船用柴油機開發(fā)”柴油機電子控制系統(tǒng)柴油機電子調(diào)速系統(tǒng)

11、電子控制注油器系統(tǒng)電子控制式柴油機液壓執(zhí)行機構(gòu)設(shè)定修正技術(shù)研究。 (2)課題3“船舶飛機自動化系統(tǒng)”低速和中高速主機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究全船監(jiān)視報警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究閥門遙控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究機艙自動化數(shù)字平臺綜合管理系統(tǒng)。4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)、4.1智能化柴油機、柴油機智能化體現(xiàn)在柴油機運行的監(jiān)控和控制上。 圖為MAN BW智能柴油機的“智能”結(jié)構(gòu)。 4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，(1)運行模式對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和排放要求，控制系統(tǒng)提供最佳的運行方式。 根據(jù)柴油機的運轉(zhuǎn)狀況監(jiān)視決定其運轉(zhuǎn)。 提高主機效率確保主機安全控制主機排放，4柴油機推進(jìn)新技術(shù)，(2)報告情況監(jiān)測報告不良和故障診斷，提

12、供對策，推薦柴油機操作，達(dá)到正常情況或進(jìn)行修理。 提高柴油機可靠性，在線監(jiān)測，保證各汽缸負(fù)荷均勻分配，防止熱負(fù)荷過高，提前預(yù)報故障，采取相應(yīng)對策。掃氣監(jiān)視、4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，(3)運行控制包括燃料噴射、排氣閥、汽缸潤滑油和增壓。 其中既有預(yù)先選擇的控制功能，也有在情況監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)選擇的控制功能。 提高排放控制的靈活性，滿足不同的排放控制要求，降低燃料和滑油的消耗，滿足更嚴(yán)格的環(huán)保要求和今后改善的可能性，在全負(fù)荷范圍內(nèi)燃料消耗最佳，保持優(yōu)異的性能。 包括緊急鼓風(fēng)機控制在內(nèi)的注油器，4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，4.2柴油機電子控制技術(shù)，(1)電子控制主要功能：噴射控制排氣，柴油機控制單元(EU )

13、 :設(shè)定值控制柴油機轉(zhuǎn)速優(yōu)化柴油機的保護(hù)(過載和故障保護(hù))燃燒，適應(yīng)運行狀況、4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)、(2)共軌控制智能柴油機的燃料噴射、排氣、起動、汽缸潤滑等都使用電子控制。 以往用于直接驅(qū)動螺旋槳的曲柄連桿機構(gòu)將繼續(xù)保持，但凸輪軸整體及其驅(qū)動機構(gòu)、換流伺服驅(qū)動機構(gòu)、排氣閥的驅(qū)動裝置和燃料泵將被廢止。 燃油共軌滑油共軌排氣共軌啟動空氣共軌。4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，傳統(tǒng)燃料噴射系統(tǒng)集噴射壓力、噴射正時、噴射量控制于一體。 另一方面，在共軌系統(tǒng)中，獨立地分別控制這三個部分。 每個氣缸都有控制裝置(CU )，控制系統(tǒng)集中控制(EU )。 各種噴油嘴可以以不同的形式組合，使噴油嘴形式多樣化，可以實現(xiàn)

14、預(yù)噴射、三次噴射、順次噴射。 共軌系統(tǒng)能夠有選擇地切斷某個單一的噴射器，低旋轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)時噴射所需的油量少霧化好。 在這種情況下，共軌系統(tǒng)可有序使用3個噴射器，最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速達(dá)到12rpm，低負(fù)荷運行時無煙，其他負(fù)荷時不影響NOx排放。 燃料共軌，4柴油發(fā)動機推進(jìn)控制新技術(shù)，燃耗降低結(jié)構(gòu)簡單，重量減輕平衡各汽缸的排氣溫度低速航行時無煙運行極低的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，通常的2沖程低速柴油發(fā)動機燃料共軌柴油發(fā)動機，4柴油發(fā)動機推進(jìn)控制新技術(shù)，4.3電子注油技術(shù)柴油機的汽缸潤滑是潤滑系統(tǒng)整體的重要組成部分汽缸的油消耗在柴油機的運轉(zhuǎn)上花費很多錢，特別是在大直徑柴油機上。 因此，汽缸潤滑研究的目的是在降低汽缸滑油的消耗

15、量的同時，維持良好的活塞環(huán)/汽缸孔的磨損率，維持或改善檢修期間。 (1)執(zhí)行機構(gòu)的控制油缸油必須在最有效的位置和時機注入油缸。 因為這在以往的注油器中是不可能的，所以開發(fā)了新的電子注油器。 (2)汽缸油注油噴射量和噴射正時各汽缸注油量通過以一定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)注油次數(shù)來控制。 間歇潤滑是指一次注入相對較大的油量，確保氣缸周圍全體的最佳分布。 在正確的正時，保證所有的油缸油直接到達(dá)活塞環(huán)需要的地方。 關(guān)于噴射頻率的決定等一系列的控制戰(zhàn)略的詳細(xì)情況。 4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)、4.4電子調(diào)速技術(shù)、柴油機調(diào)速控制經(jīng)過了機械式調(diào)速器、全方式液壓調(diào)速器、電子調(diào)速器、具有噴射定時的電子調(diào)速器4個階段。 目前，數(shù)字電

16、子調(diào)速系統(tǒng)的功能不僅僅是完成柴油機調(diào)速的功能。 例如，情況限制、安全保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)視、故障警報和診斷定、增壓控制、冷卻水溫控制、配氣正時控制、變速齒輪箱控制、俯仰控制、負(fù)荷分配控制、噴射正時控制、燃料/空氣比例控制等。 調(diào)速技術(shù)向聰明的方向發(fā)展。 4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，(1)電子調(diào)速器原理框圖，4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，直接加速器調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)微分調(diào)節(jié)，4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，(2)死區(qū)控制，4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，(3) 執(zhí)行機構(gòu)位置伺服控制4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)、4.5可變節(jié)距控制技術(shù)、可變節(jié)距槳在實用上根據(jù)實船節(jié)距槳的船-機-槳匹配、設(shè)定修正時的一般原則決定，難以達(dá)到實船-機-槳優(yōu)化匹配的目的。 不能應(yīng)對船舶負(fù)荷變化的現(xiàn)實，結(jié)果，在船舶的不同狀況下，規(guī)定的主機功率和轉(zhuǎn)速不能得到最大速度的規(guī)定速度，得不到最佳的節(jié)油效果。 4柴油機推進(jìn)控制新技術(shù)，(1)規(guī)定功率(恒定功率)下的最大航速控制，滿足以下條件：主機必須在額定功率外特性曲線上工作