船舶动力装置控制技术发展.ppt

1、船舶动力装置控制技术发展，1现代民用船舶概要1.1船舶类型1.2船舶推进方式，2船舶动力装置构成，类型2.1推进装置2.2辅助装置， 3柴油机推进基本原理和控制技术3.1固定螺距翼3.2可变螺距翼3.3本体遥控4柴油机推进控制新技术4.1智能柴油机4.2柴油机电子控制技术4.3电子注油技术4.4电子调速技术4.5可变螺距控制技术4.6船舶减摇控制技术，1现代民用船舶概要，1.1船舶类型，(1) 客渡船：洲际邮轮客渡船内河客船、游轮、美国皇家加勒比公司海洋自由号、海洋解放号、海洋独立号船长339米，船高72米，1817室客舱，排水量16万吨，可承载4370名客人和1000名船务人员。1现代民用船

2、舶概况烟大轮渡公司渤海1号、渤海2号、渤海3号、渤海4号船长182.6米，宽24.8米，总吨数22700吨，有5条列车通道，通道总长768米。 单航次可承载50节80吨货物列车、50辆20吨装载车、25辆轿车和480名旅客。 1现代民用船舶简介，“中远亚洲”号，可装载11万吨、长349米、宽45.6米、10062个集装箱。 “中海高速”号，3万吨，长176米，宽28米，10层甲板室，最大运力3290车位。 “新埔洋”号，30.8万吨，满载总排水量35万吨馀，甲板长333米。 “兰梅”号，20.6万吨，长299.92米，宽50米，航速15海里。 v、(2)货船：集装箱轮油轮浮游货船液化气轮、大鹏

3、昊、14.7万立方米装载量、长292米、宽43.35米、模深26.25米、航速19.5节。 1现代民间船舶概要；(3)工程船：起重船运架船疏浚船铺管船破冰船，“蓝鲸”7500吨全回转起重船，长241米，宽50米，深20.4米，航速11节。 “天一”3000吨海上运输船，长90米，宽40米。 泰安口18000吨半潜艇，长156米，宽32.2米，深10米，潜深19米，航速14节。 “DLS-4200”铺装船，长197米，宽43.4米，深19.6米。 作业水深300米，甲板装载管7000吨，铺设能力25公里/天。 “新海龙”自航耙式疏浚船，长153米，宽27米，模深11米，最大挖深35米，仓容128

4、88立方米。 “雪龙”、破冰船、长167米、宽22米、模深13.5米、排水量21000吨、航速18节、1.5节航速可以连续破冰1.2米前进。 (4)特殊船：科学试验船环境监视船保养船，1现代民用船舶概要，1现代民用船舶概要，1.2船舶推进方式，(1)螺旋桨推进，吊舱推进，艉轴推进，z型推进，螺旋桨形式：固定桨距桨现在的最高速度达到70kn。 水流喷射形式：间歇式喷水推进底板式喷水推进尾板式喷水推进舷外喷水推进。 1现代民用船舶概述，“海腾01”号智能高速无人水面艇重点实验室研制的“海腾01”号智能高速无人水面艇，长10.5米，宽3.6米，满载排水量8.5吨，吃水0.8米。 喷水推进，最大航行速

5、度40海里，巡航速度30海里。 由艇体、推进系统、能源系统、导航系统、通信系统、控制系统、任务系统等构成。 1现代民用船舶简介，利用高压空气在船底和水面之间形成气垫，垫上船体的全部或一部分实现船舶的高速航行，亦称气垫船。气垫船型式：全垫气垫船侧壁式气垫船，(3)气垫、ZUBR级气垫船可搭载3辆坦克、10辆装甲兵车或时速超过63海里的500名士兵。 (4)磁流体推进、电磁流体推进是一种新型船舶推进方式。 其原理是，相互正交的电场和磁场产生电磁力，其反作用使船舶前进。 改变了传统的机械推进方式，使船舶成为真正的“安静”型船舶。1现代民用船舶概述，1现代民用船舶概述，磁流体推进分类外磁式：直流推进交

6、流推进，内磁式(闭合磁场): 直管式(矩形或环状)螺旋管式，从感应电流看：电磁力推进水流，从感应磁场看：如展开的异步电动机，水流视为异步电动机中国科学院电工所在国家863修订了援助，1998 、关键技术：高温超导技术磁石技术，2船舶动力装置构成，类型，船舶动力装置构成：推进动力装置(本体传动设备推进器)辅助动力装置(发电机组/辅助锅炉/压缩空气)机舱自动化系统。 2.1推进动力装置，(1)蒸汽机推进：蒸汽发生器蒸汽涡轮螺旋桨(2)内燃机推进：低速柴油机螺旋桨(主要厂家MAN BW，SULZER，Wartsila) (3)电力推进：电动机螺旋桨(4) 2船舶动力装置构成，类型，艉轴推进：推进制2

7、船舶动力装置结构、类型、z型推进或吊舱推进：推进控制与航向控制有关，2船舶动力装置结构、类型，(1)主要是军船：原子能航母，舰艇(2)主要问题： (1)安全性，(2)低速工况下的效率提高，汽轮机推进，2船舶动力装置结构，类型，2冲程低速高功率扫气系统、燃料系统、滑油系统、冷却水系统、空气系统、内燃机推进、四冲程中速柴油机的2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置2船舶动力装置结构、类型、2船舶动力装置结构、类型(1)汽车发电单元(2)柴油发电单元(3)轴带发电单元(

8、4)辅助锅炉、2船舶动力装置结构、类型、发电单元调频调压、2船舶动力装置结构、类型、频率和有效功率调整、2船舶动力装置2船舶动力装置结构2船舶动力装置的结构、类型、2船舶动力装置的结构、类型、2船舶动力装置的结构、类型、轴带发电单元、FPP解决了恒频恒压问题： (1)旋转换流单元；(2)采用电力电子换流；(2)船舶动力装置的结构、类型、类型；锅炉蒸汽压力和水位3柴油机推进系统的基本原理和控制技术，3.1主机固定螺距叶片(FPP )，主机启动：压缩空气，起火点(约30%额定转速)主机制动：压缩空气主机换流：时间序列转换180度主机调速：加速器开度调节(调速器)主机启动：压缩空气，起火点(约30%

9、额定转速) 本体制动：压缩空气换流：负俯仰调速：加速器开度调节或俯仰调节，3柴油机推进系统的基本原理和控制技术，3.3本体远程控制系统，是实现船舶本体远程控制(marinemainengineremooon )无人飞机的必要条件之一。在操纵部位(驾驶台或集中控制室)发出的操纵信号与本体执行机构之间设置综合逻辑和控制电路：组合逻辑电路的时序逻辑电路反馈控制电路安全保护电路。 遥控系统：集中控制室遥控器本体，由气动阀组成的各种逻辑回路和控制回路实现。 电动遥控系统：由驾驶台的遥控器主机发送电信号，经电动逻辑电路处理后，由电气转换器转换为气压信号，由集中控制室的气压逻辑电路操作主机。 3柴油机推进系

10、统的基本原理和控制技术，以SIEMENS -33系列机舱自动化系统为例，3柴油机推进系统的基本原理和控制技术，起动控制，3柴油机推进系统的基本原理和控制技术，3柴油机推进系统的基本原理和控制技术，停车控制， 3柴油机推进系统的基本原理和控制技术3柴油机推进系统的基本原理和控制技术、转换控制、3柴油机推进系统的基本原理和控制技术、4柴油机推进控制新技术、中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司主导的“十一五”国家科技支持订划重大项目研究目标：通过引进、消化吸收和革新，掌握智能船用低速机整体制造技术和电子控制技术等。 (1)课题1“大功率智能型船用柴油机开发”柴油机电子控制系统柴油机电子调速系统

11、电子控制注油器系统电子控制式柴油机液压执行机构设定修正技术研究。 (2)课题3“船舶飞机自动化系统”低速和中高速主机远程控制系统的关键技术研究全船监视报警系统的关键技术研究阀门遥控系统的关键技术研究机舱自动化数字平台综合管理系统。4柴油机推进控制新技术、4.1智能化柴油机、柴油机智能化体现在柴油机运行的监控和控制上。 图为MAN BW智能柴油机的“智能”结构。 4柴油机推进控制新技术，(1)运行模式对应不同的转速、负荷和排放要求，控制系统提供最佳的运行方式。 根据柴油机的运转状况监视决定其运转。 提高主机效率确保主机安全控制主机排放，4柴油机推进新技术，(2)报告情况监测报告不良和故障诊断，提

12、供对策，推荐柴油机操作，达到正常情况或进行修理。 提高柴油机可靠性，在线监测，保证各汽缸负荷均匀分配，防止热负荷过高，提前预报故障，采取相应对策。扫气监视、4柴油机推进控制新技术，(3)运行控制包括燃料喷射、排气阀、汽缸润滑油和增压。 其中既有预先选择的控制功能，也有在情况监视系统内选择的控制功能。 提高排放控制的灵活性，满足不同的排放控制要求，降低燃料和滑油的消耗，满足更严格的环保要求和今后改善的可能性，在全负荷范围内燃料消耗最佳，保持优异的性能。 包括紧急鼓风机控制在内的注油器，4柴油机推进控制新技术，4.2柴油机电子控制技术，(1)电子控制主要功能：喷射控制排气，柴油机控制单元(EU )

13、 :设定值控制柴油机转速优化柴油机的保护(过载和故障保护)燃烧，适应运行状况、4柴油机推进控制新技术、(2)共轨控制智能柴油机的燃料喷射、排气、起动、汽缸润滑等都使用电子控制。 以往用于直接驱动螺旋桨的曲柄连杆机构将继续保持，但凸轮轴整体及其驱动机构、换流伺服驱动机构、排气阀的驱动装置和燃料泵将被废止。 燃油共轨滑油共轨排气共轨启动空气共轨。4柴油机推进控制新技术，传统燃料喷射系统集喷射压力、喷射正时、喷射量控制于一体。 另一方面，在共轨系统中，独立地分别控制这三个部分。 每个气缸都有控制装置(CU )，控制系统集中控制(EU )。 各种喷油嘴可以以不同的形式组合，使喷油嘴形式多样化，可以实现

14、预喷射、三次喷射、顺次喷射。 共轨系统能够有选择地切断某个单一的喷射器，低旋转运转时喷射所需的油量少雾化好。 在这种情况下，共轨系统可有序使用3个喷射器，最低稳定转速达到12rpm，低负荷运行时无烟，其他负荷时不影响NOx排放。 燃料共轨，4柴油发动机推进控制新技术，燃耗降低结构简单，重量减轻平衡各汽缸的排气温度低速航行时无烟运行极低的最低稳定转速，通常的2冲程低速柴油发动机燃料共轨柴油发动机，4柴油发动机推进控制新技术，4.3电子注油技术柴油机的汽缸润滑是润滑系统整体的重要组成部分汽缸的油消耗在柴油机的运转上花费很多钱，特别是在大直径柴油机上。 因此，汽缸润滑研究的目的是在降低汽缸滑油的消耗

15、量的同时，维持良好的活塞环/汽缸孔的磨损率，维持或改善检修期间。 (1)执行机构的控制油缸油必须在最有效的位置和时机注入油缸。 因为这在以往的注油器中是不可能的，所以开发了新的电子注油器。 (2)汽缸油注油喷射量和喷射正时各汽缸注油量通过以一定转速调节注油次数来控制。 间歇润滑是指一次注入相对较大的油量，确保气缸周围全体的最佳分布。 在正确的正时，保证所有的油缸油直接到达活塞环需要的地方。 关于喷射频率的决定等一系列的控制战略的详细情况。 4柴油机推进控制新技术、4.4电子调速技术、柴油机调速控制经过了机械式调速器、全方式液压调速器、电子调速器、具有喷射定时的电子调速器4个阶段。 目前，数字电

16、子调速系统的功能不仅仅是完成柴油机调速的功能。 例如，情况限制、安全保护、状态监视、故障警报和诊断定、增压控制、冷却水温控制、配气正时控制、变速齿轮箱控制、俯仰控制、负荷分配控制、喷射正时控制、燃料/空气比例控制等。 调速技术向聪明的方向发展。 4柴油机推进控制新技术，4柴油机推进控制新技术，(1)电子调速器原理框图，4柴油机推进控制新技术，直接加速器调节比例积分调节微分调节，4柴油机推进控制新技术，(2)死区控制，4柴油机推进控制新技术，(3) 执行机构位置伺服控制4柴油机推进控制新技术、4.5可变节距控制技术、可变节距桨在实用上根据实船节距桨的船-机-桨匹配、设定修正时的一般原则决定，难以达到实船-机-桨优化匹配的目的。 不能应对船舶负荷变化的现实，结果，在船舶的不同状况下，规定的主机功率和转速不能得到最大速度的规定速度，得不到最佳的节油效果。 4柴油机推进控制新技术，(1)规定功率(恒定功率)下的最大航速控制，满足以下条件：主机必须在额定功率外特性曲线上工作