船舶动力装置控制技术发展,1现代民用船舶概述 1.1 船舶类型 1.2 船舶推进方式,2船舶动力装置组成、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 固定螺距桨 3.2 可调螺距桨 3.3 主机遥控,4柴油机推进控制新技术 4.1 智能化柴油机 4.2 柴油机电控技术 4.3 电子注油技术 4.4 电子调速技术 4.5 可调螺距控制技术 4.6 船舶减摇控制技术,1现代民用船舶概述,1.1 船舶类型,（1）客渡船： 洲际邮轮 车客渡轮 内河客轮、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间客房、排水量16万吨，可搭载4370名客人和1000名船务人员。,1现代民用船舶概述,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，总吨位22700吨，有5条火车车道，车道总长度768米。单航次可载运一列50节80吨重的货运列车、50辆20吨载重汽车、25辆小汽车和480名旅客。,1现代民用船舶概述,“中远亚洲”号，11万吨，长349米，宽45.6米，可装载10062个集装箱。,“中海高速”号，3万吨，长176米，宽28米，十层甲板舱，最大运力3290车位。,“新埔洋”号，30.8万吨，满载总排水量35万多吨，甲板长333米。,“兰梅”号，20.6万吨，长299.92米，宽50米，航速为15节。v,（2）货船： 集装箱轮 滚装轮 油轮 杂散货轮 液化气轮,大鹏昊，14.7万立方米装载量，长292米，宽43.35米，型深26.25米，航速19.5节。,1现代民用船舶概述,（3）工程船： 起重船 运架船 疏浚船 敷管船 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吨海上运架船，长90米，宽40米。,“泰安口”18000吨半潜船，长156米，宽32.2米，深10米，下潜深度19米，航速14节。,“DLS-4200”铺管船，长197米，宽43.4米，深19.6米。作业水深300米，甲板堆管7000吨，铺管能力25公里/天。,“新海龙”自航耙吸式疏浚船，长153米，宽27米，型深11米，最大挖深35米，舱容12888立方米。,“雪龙”，破冰船，长167米，宽22米，型深13.5米，排水量21000吨，航速18节，能以1.5节航速连续破冰1.2米前行。,（4）特种船： 科考船 环境监测船 保洁船,1现代民用船舶概述,1现代民用船舶概述,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： 固定螺距桨（FPP） 可变螺距桨（CPP）,螺旋桨推进的最高航速约40kn,1现代民用船舶概述,（2）喷射推进,喷射推进有着螺旋桨推进不具备的优点，应用于高速、高性能、浅吃水船。目前的最高航速可达到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发的“海腾01”号智能高速无人水面艇，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，最大航速40节，巡航速度30节。由艇体、推进系统、能源系统、导航系统、通讯系统、控制系统和任务系统等组成。,1现代民用船舶概述,利用高压空气在船底和水面间形成气垫，使船体全部或部分垫升而实现船舶高速航行,又称气垫船。,气垫船型式： 全垫升气垫船 侧壁式气垫船,（3）气垫,ZUBR级气垫船能够搭载三辆坦克、十辆装甲运兵车，或在时速超过63节的情况下搭载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，在相互垂直的电场和磁场中产生电磁力，其反作用推动船舶前进。它改变了传统的机械推进方式，使船舶成为真正“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 交流推进,内磁式（封闭的磁场）： 直管式（矩形或环形） 螺旋管式,从感应电流看：电磁力推动水流,从感应磁场看：类似被展开的异步电动机,水流看作是异步电动机的转子,1现代民用船舶概述,日本于1991年秋建成了“大和1号”试验船（排水量185吨，海水通电功率3420kw ）；中科院电工所在国家863计划资助下,1998年建成一艘超导螺旋式电磁流体推进试验船（HEMS-1）。,关键技术： 高温超导技术 磁体技术,2船舶动力装置组成、类型,船舶动力装置组成： 推进动力装置（主机+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+汽轮机+螺旋桨（2）内燃机推进：低速柴油机+螺旋桨 （主要生产商MAN B&W，SULZER，Wartsila）（3）电力推进：电动机+螺旋桨 （4）混合动力推进：内燃机+电动机+螺旋桨 汽轮机+电动机+螺旋桨,船舶推进与航向控制,2船舶动力装置组成、类型,艉轴推进：推进控制与航向控制不相关,2船舶动力装置组成、类型,Z型推进或吊舱推进：推进控制与航向控制相关,2船舶动力装置组成、类型,（1）主要用于军船：核动力航母、舰艇（2）核动力破冰船（3）论证中的新一代民用船舶,主要问题：（1）安全性（2）低速工况下的效率提升,汽轮机推进,2船舶动力装置组成、类型,二冲程低速大功率柴油机,扫排气系统,燃油系统,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,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,二冲程低速大功率柴油机的工作循环,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2.2 辅助动力装置,（1）汽轮发电机组（2）柴油发电机组（3）轴带发电机组（4）辅助锅炉,2船舶动力装置组成、类型,发电机组调频调压,2船舶动力装置组成、类型,频率与有功功率调整,2船舶动力装置组成、类型,电压与无功功率调整,2船舶动力装置组成、类型,柴油发电机组,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,2船舶动力装置组成、类型,轴带发电机组,对于FPP，解决恒频恒压问题： （1）采用旋转换流机组 （2）采用电力电子变流,2船舶动力装置组成、类型,轴带发电机组的稳频稳压,2船舶动力装置组成、类型,辅助锅炉,2船舶动力装置组成、类型,锅炉蒸汽压力与水位调节,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,3.1 主机+固定螺距桨（FPP）,主机起动：压缩空气，发火点（约30%额定转速）主机制动：压缩空气主机换向：时序转换180度主机调速：调节油门开度（调速器）,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,3.2 主机+可调螺距桨（CPP）,主机起动：压缩空气，发火点（约30%额定转速）主机制动：压缩空气换向：负螺距调速：调节油门开度或调节螺距,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,3.3 主机遥控系统,船舶主机遥控（Marine main engine remote control）是离开机旁在驾驶台或集中控制室对主机进行远距离操纵的一种方式。是实现无人机舱的必备条件之一。,在操纵部位（驾驶台或集中控制室）发出的操车信号与主机的执行机构之间设置一套综合的逻辑与控制回路： 组合逻辑回路； 时序逻辑回路； 反馈控制回路； 安全保护回路。,气动遥控系统：在集中控制室遥控主机，利用气动阀件所组成的各种逻辑回路和控制回路实现。,电动遥控系统：在驾驶台遥控主机，发送的是电信号，经电动逻辑回路处理后，再经电气转换器转换成气压信号并由集中控制室的气动逻辑回路来操纵主机。,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,以SIEMENS -33系列机舱自动化系统为例,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,起动控制,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,停车控制,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,换向控制,3柴油机推进系统基本原理和控制技术,4柴油机推进控制新技术,由中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司牵头的“十一五”国家科技支撑计划重大项目“船舶关键技术开发”课题，包括了五个子课题。研究目标：通过引进、消化吸收与创新，掌握智能船用低速机整机制造技术和电子控制技术等。,（1）课题一“大功率智能型船用柴油机研制” 柴油机电子控制系统； 柴油机电子调速系统； 电子控制注油器系统； 电控柴油机液压执行模块； 设计技术研究。,（2）课题三“船舶机舱自动化系统” 低速和中高速主机遥控系统关键技术研究； 全船监测报警系统关键技术研究； 阀门遥控系统关键技术研究； 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对柴油机运行的监测与控制。图示为MAN B&W智能化柴油机的“智能化”构成。,4柴油机推进控制新技术,（1）运行模式 对应于不同转速、负荷和排放的要求，控制系统给出最优的运行方式。 根据柴油机工况监视来决定其运行。,提高主机效率确保主机安全控制主机排放,4柴油机推进控制新技术,（2）工况监测 报告不良状况及故障诊断，提供对策，推荐柴油机的操作，直到重新达到正常工况或进行维修。 增加柴油机可靠性，在线监测，保证各缸负荷均匀分配，防止热负荷过高，故障早期预报，并采取相应对策。,扫排气监视,4柴油机推进控制新技术,（3）运行控制 包括：燃油喷油、排气阀，气缸润滑油和增压。其中有的控制功能是预先选择的，有的控制功能则由工况监测系统选择。 提高排放控制灵活性，满足不同排放控制的要求，以适应更严格的环保要求以及今后改进的可能性； 降低燃油和滑油消耗，在整个负荷范围内油耗最佳，保持优良性能。,注油器,包括应急鼓风机控制,4柴油机推进控制新技术,4.2 柴油机电控技术,（1）电子控制主要功能： 控制喷油 控制排气,柴油机控制单元（EU）： 设定值控制柴油机转速； 保护柴油机(过载和故障保护)； 优化燃烧，与运行工况匹配； 柴油机的起、停、反转程序； 液压伺服供油（润滑油）； 辅助鼓风机和增压。,4柴油机推进控制新技术,（2）共轨控制 智能化柴油机的燃油喷射、排气、起动、气缸润滑等都使用电子控制。传统的用于直接驱动螺旋桨的曲柄连杆机构将继续保持，但是整个凸轮轴及其驱动机构、换向伺服驱动机构、排气门的驱动装置和燃油泵都被取消。 燃油共轨； 滑油共轨； 排气共轨； 起动空气共轨。,