36000dwt多用途船动力系统集成方案设计研究

根据36000dwt多用途船主推进系统任务书和船级社要求,基于船型参数,分别运用HydroC omp软件和Ship Power软件进行船舶阻力计算及对比分析,以获取船舶阻力;基于船舶阻力,运用HydroC omp软件进行船机桨匹配初始设计,以获取主机功率及螺旋桨最佳转速;综合考虑主机功率、螺旋桨最佳转速、初始投资、油耗、质量及功率储备等因素进行主机选型分析,以确定主机型号;基于主机型号及船舶阻力,运用HydroC omp软件进行船机桨匹配终结设计,以获取螺旋桨桨径、螺旋桨平均螺距、螺旋桨盘面比及螺旋桨效率等主要参数;基于船级社规范进行轴系初步设计,以确定轴系轴径并最终完成该船方案设计研究。研究结果表明,该方案设计不仅满足设计任务书要求,还可据此确定主机型号、轴系和螺旋桨的基本参数,完成动力系统的报价,进行主机、轴系毛坯及螺旋桨等长周期零部件的订货。     

螺旋桨基本设计与图谱应用

螺旋桨的选型是船舶建造设计中基础且非常重要的工作,分为初步选型和最终选型2个步骤。通过在工作中的实际案例介绍螺旋桨选型的具体方法,从船模试验得出的船体阻力数据建立螺旋桨的初步选型算出所需主机功率,从主机功率最终确定螺旋桨的最终选型,以最佳直径比为指标的选型方法来交互计算螺旋桨转速和直径两个变量,并最终选出最佳螺旋桨。     

船机桨匹配及数值仿真

对于一个确定船舶的船、机、桨系统,其主机特性曲线、螺旋桨有效推马力曲线和航速在不同的螺旋桨转速下具有特定的对应关系,根据其对应关系和船机桨运行参数、几何参数及其相关性能曲线,可以由任意两个已知数据求得另一个数据以及螺旋桨的推力、桨轴转矩和船舶航行状态。文中根据这个原理,可以实现船机桨之间的匹配。匹配过程中本文采用MMG操纵运动非线性数学模型,参考相关经验公式和数值算法求解运动微分方程,并考虑各种海况对船舶运动的影响,来模拟船舶实际操纵性运动。最后,在VisualC++平台上结合Fortran计算程序,实现船机桨系统的匹配仿真。     

动力系统集成方案设计研究

根据某外贸船主推进动力系统任务书和船东要求,基于该船的设计参数,运用Ship Power、Nav Cad软件进行船舶阻力计算并进行比较,以获得船体有效功率曲线。再应用自主开发的动力模块设计平台软件,对该船的动力系统进行机桨匹配设计计算,获取主机推荐装机功率及螺旋桨最佳效率和最大航速等指标。通过设备选型,可最终确定动力系统设计方案。实践证明,该设计平台软件可方便的为船舶动力系统的集成设计提供参考和指导。     

船舶螺旋桨轻转裕度探讨

针对船舶装机功率下降而螺旋桨轻转裕度未随之更改导致在恶劣海况下主机无法输出足够功率的问题,讨论螺旋桨轻转裕度。探讨轻转裕度对船舶相关性能的影响,包括恶劣海况下的功率储备、操纵性及快速跨越主机转速禁区等。此外,讨论节能装置对轻转裕度的影响。     

基于调距桨推进系统的稳态特性仿真

为有力支撑船舶推进系统的优化改进,预测系统稳态特性,建立柴油机、齿轮箱、轴系、调距桨等子系统的数学模型,并在Simulink软件平台上搭建推进系统仿真模型。利用船模试验结果验证仿真模型的准确性,基于典型设计工况下的系统控制参数对稳态特性进行计算,分析了船、机、桨匹配参数对船舶动力性和经济性指标的影响。结果表明:当螺距比一定时,随着主机转速的增大,全船航速随之呈现增大趋势;当主机转速一定时,随着螺距比减小,全船航速变得越来越小;合理选取主机转速和螺旋桨螺距比时,可以实现船舶的最大航速。     

2160kW海洋救助拖船推进装置工况匹配分析

通过船、机、桨三者之间关系的分析，将实测的柴油机带动螺旋桨的推进特性入主机功率允许工作区域图中，从而判断２１６０ｋＷ海洋救助拖船螺旋桨选配设计不合理。按拖轮使用的主要工况考虑一定的储备，削边修正螺旋桨，使船舶主机长期安全营运。     

船舶推进中两种动态平衡的研究

为了明确船舶推进中功率、力等各物理量之间的平衡关系,正确使用船舶主机防止其超负荷提供相应的理论依据,文章分析了螺旋桨的推力与船舶航行阻力的动态平衡过程.推导了螺旋桨转速、船舶的航速、螺旋桨的相对进程以及螺旋桨所消耗的功率等各物理量之间的关系,即:当螺旋桨的相对进程一定时,船舶的航速与螺旋桨的转速成正比,螺旋桨消耗的功率与其转速的三次方成正比;而当螺旋桨的转速一定时,随船舶航行阻力系数的增大,船舶的航速将减小,螺旋桨消耗的功率将增大.最后,在上述理论分析的基础上,进一步讨论了螺旋桨的转速发生变化时,船舶的航行经济性问题.     

高速船艇推进系统的设计

大、中型船艇设计航速的不断增大向设计人员提出了新的要求,要求选择在整个航行过程中能经济地满足舰艇有关性能要求的推进系统。船体以及推进器的综合水动力特性形成了船艇营运环境下速度-推力间的对应关系。对每一种推进器类型和推进器数量来讲,这样的一种速度-推力间对应关系就要求舰艇应具有某一特定的输入功率和转速。所要求的输入功率和转速与舰艇的航行模式也有很大关系,即舰艇在恒定速度运行、加速运行以及拖带物体运行情况下所需要的输入功率和转速是不同的。大多数船舶采用固定螺距全浸式螺旋桨。水面推进器适用适用于航行速度很高的船舶,而高速航行的大型船舶上越来越多地采用喷水推进器。本文根据全浸式螺旋桨、水面推进器以及喷水推进器第三种推进器的水动力特性来讨论能符合船舶航速要求的主机制动功率（BHP）与推进器转速间的关系。本文列举了一个预报航速、输入功率以及推进器转速等船舶性能的例子,其中包括了发动机特性以及制动功率（BHP）与转速间的关系。本文的后半部分还根据发动机的特性论述了在单体船上分别采用以上三种类型推进器时在功率需求方面所出现的差别。     

基于CAN总线的调距桨控制系统研究

可调螺距螺旋桨(简称调距桨CPP)是船舶推进系统的主要设备,调距桨能在所有工况下充分吸收主机的全功率,提高螺旋桨效率,并实现螺旋桨与主机转速的最佳匹配.它有良好的机动与操纵性能且易于实现遥控,在多种船舶上得到广泛应用.基于CAN总线的调距桨控制系统,结构简单,成本低,可靠性高,具有很好的推广价值.     

渔船动力装置优化配置的研究

以8154型拖网渔船为例,利用螺旋桨设计软件系统,对不同螺旋桨转速、不同主机功率以及不同作业工况下的船、机、桨参数进行了分析。显示在条件允许范围内,低转速、大直径的螺旋桨可以改善渔船的作业性能;主机不能一味追求增大功率,应选择满足设计要求的合理主机功率。     

基于EEDI Ⅲ要求的某新巴拿马型散货船主机选型

针对新巴拿马型散货船主机选型和满足船舶能效设计指数（EEDI）Ⅲ的问题,对新巴拿马型85 000 t散货船主机最小装机功率的评估方法和EEDI进行分析和计算。获取主机最小装机功率参数,对低转速主机机型进行选型,合理选择主机约定最大持续功率（Specified Maximum Continuous Rating,SMCR）和转速,降低主机功率储备和单位油耗。在仅预留适当的主机功率裕度且不配置额外的节能设施或不采用环保新能源的设计方案措施下,确保船舶满足EEDI Ⅲ的要求,为85 000 t散货船主机选型和设计提供参考。     

重载情况下船舶及主机加速问题分析

针对目前一些船舶在恶劣海况下遇到的加速问题，以及通过转速禁区时间过长的问题，从螺旋桨匹配和主机内部设计两方面进行原因分析。围绕转速禁区功率裕度，结合相关案例，从轻螺旋桨裕度、转速禁区及MAN主机输出扭矩能力等方面入手，提出改进措施。     

船舶主机快速通过转速禁区的方法及计算验证

受全球气候变暖、资源危机、贸易保护主义影响，节能降耗、转型升级、创新发展是船舶行业发展的必经之路。国际海事组织IMO推出了船舶能效设计指数EEDI并于2013年1月1日正式生效^[1]。该法案的生效对于船舶主机功率点的选择产生了较大影响，运营方纷纷选择主机降功率使用以满足EEDI要求。然而主机在降功率使用的情况下，加速性能显著降低，无法快速通过转速禁区，使船舶轴系的安全性产生了巨大的隐患。该文在对转速禁区内主机加速性能下降的现象进行了理论分析，并从主机控制系统、螺旋桨设计、轴系设计等方向寻求解决方法，最后用计算结果进行验证，使船舶在安全稳定运行的同时能满足各船级社规范要求。     

船舶调距桨推进系统的建模与仿真

介绍了集装箱船舶可调螺距桨推进仿真系统,建立了主机、螺旋桨转速、液压离合器和螺距控制的数学模型.依据容积法模型建立了柴油机仿真的实时算法及PID调速器、螺距、螺旋桨推力及船舶阻力实时仿真模型,设计了调距桨推进系统机旁、集控室和驾驶室的控制逻辑和软硬件设备.对调螺距、主机供油、主机转速、船舶航速的仿真结果与实船推进系统相似.用Visual Basic语言在Windows 2000操作系统上开发了包含仿真软件及人机界面的轮机模拟器系统,并成功应用于船员实操培训和轮机工程专业本科生教学.     

低负荷工况下调距桨的使用

调距桨装置可使螺旋桨在任何工况下都能吸收主机功率,但调距桨装置的使用并不是不受限制的,尤其是低负荷工况下的使用。不合理的使用调距桨装置(螺距和转速的匹配)可能会引起螺旋桨效率和空泡性能下降。本文以低负荷工况为常用工况的某型船为例介绍了调距桨装置的设计,对低负荷工况运行调距桨的设计具有参考和借鉴意义。     

低负荷使用工况调距桨的设计和试验验证

调距桨装置可使螺旋桨在任何工况下都能吸收主机功率,但调距桨装置的使用并不是不受限制的,尤其是低负荷工况下的使用。不合理地使用调距桨装置(螺距和转速的匹配)可能会引起螺旋桨效率和空泡性能下降。文章以低负荷工况为常用工况的某型船为例,介绍了调距桨装置的设计和试验验证,对低负荷工况运行调距桨的设计具有参考和借鉴意义。     

螺旋桨锁制状态阻力的估算

多桨船有时只有部分螺旋桨工作,即有一个桨或几个桨处于锁制状态或水轮机状态。螺旋桨被锁制时的阻力是相当大的,甚至可占船体阻力的百分之五十以上。为了确定部分螺旋螺旋桨锁制状态下其他螺旋桨的转速、吸收功率和船舶航速,需要准确地估算螺旋桨在锁制状态的阻力.通过模型试验可以获得锁制状态螺旋桨的阻力.对于     

旧船舶主机降速运行的情况下对螺旋桨的改进设计

主机降速运行后引起燃烧恶化，导致柴油机维修费用提高．设计小型号的螺旋桨或采用螺旋桨随边切割技术，可以改善机桨匹配，从而更好地发挥柴油机功率和提高其经济性．     

重新评价低速机主机轴带发电机(定距桨系统)的节能及经济性

在定距桨系统中的低速机主机轴带发电机与常规柴油发电机的燃油耗量比较时,必须在等航速下把采用轴带发电机时的主机额定输出和采用柴油发电机时的主机额定输出与船型、螺旋桨的设计转速,以及在主机额定输出区中所选的额定输出点联系起来作为整体考虑。作者提出主机轴带发电机与柴油发电机相比较的节能精确计算法。按此计算法,轴带发电机未必有节能效果。