船舶动力装置控制技术发展.ppt

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1、船舶动力装置控制技术发展船舶动力装置控制技术发展 1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述 1.1 1.1 船舶类型船舶类型 1.2 1.2 船舶推进方式船舶推进方式2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2.1 2.1 推进装置推进装置 2.2 2.2 辅助装置辅助装置3 3柴油机推进基本原理和控制技术柴油机推进基本原理和控制技术 3.1 3.1 固定螺距桨固定螺距桨 3.2 3.2 可调螺距桨可调螺距桨 3.3 3.3 主机遥控主机遥控4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.1 4.1 智能化柴油机智能化柴油机 4.2 4.2 柴油机电控技术柴油机电控技术 4.3 4

2、.3 电子注油技术电子注油技术 4.4 4.4 电子调速技术电子调速技术 4.5 4.5 可调螺距控制技术可调螺距控制技术 4.6 4.6 船舶减摇控制技术船舶减摇控制技术1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述1.1 1.1 船舶类型船舶类型（1 1）客渡船：）客渡船：洲际邮轮洲际邮轮 车客渡轮车客渡轮 内河客轮、游轮内河客轮、游轮美国皇家加勒比公司美国皇家加勒比公司海洋自由号、海洋解放号、海洋独立号海洋自由号、海洋解放号、海洋独立号船长船长339339米，船高米，船高7272米，米，18171817间客房、排水量间客房、排水量1616万吨，万吨，可搭载可搭载43704370名客人和名客人和1

3、0001000名船务人员。名船务人员。1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述烟大轮渡公司烟大轮渡公司渤海渤海1 1号、渤海号、渤海2 2号、渤海号、渤海3 3号、渤海号、渤海4 4号号船长船长182.6182.6米、宽米、宽24.824.8米，总吨位米，总吨位2270022700吨，有吨，有5 5条火车车道，车道总长度条火车车道，车道总长度768768米。单航次可米。单航次可载运一列载运一列5050节节8080吨重的货运列车、吨重的货运列车、5050辆辆2020吨载重汽车、吨载重汽车、2525辆小汽车和辆小汽车和480480名旅客。名旅客。1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述“中远亚洲中远亚

4、洲”号号，1111万吨，长万吨，长349349米，宽米，宽45.645.6米，可装载米，可装载1001006262个集装箱。个集装箱。“中海高速中海高速”号号，3 3万吨万吨，长长176176米，宽米，宽2828米，十层甲板舱，最大运力米，十层甲板舱，最大运力32903290车位。车位。“新埔洋新埔洋”号号，30.830.8万吨，满载总排水量万吨，满载总排水量3535万多吨，甲板长万多吨，甲板长333333米。米。“兰梅兰梅”号，号，20.620.6万吨，长万吨，长299.92299.92米，宽米，宽5050米，航速为米，航速为1515节。节。v v（2 2）货船：）货船：集装箱轮集装箱轮 滚

5、装轮滚装轮 油轮油轮 杂散货轮杂散货轮 液化气轮液化气轮 大鹏昊大鹏昊，14.714.7万立方米装载量，长万立方米装载量，长292292米，米，宽宽43.3543.35米，型深米，型深26.2526.25米，航速米，航速19.519.5节。节。1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述（3 3）工程船：）工程船：起重船起重船 运架船运架船 疏浚船疏浚船 敷管船敷管船 破冰船破冰船 “蓝鲸蓝鲸”75007500吨全回转起重船，长吨全回转起重船，长241241米，米，宽宽5050米，深米，深20.420.4米，航速米，航速1111节。节。“天一天一”30003000吨海上运架船，长吨海上运架船，长90

6、90米，宽米，宽4040米。米。“泰安口泰安口”1800018000吨半潜船，长吨半潜船，长156156米，宽米，宽32.232.2米，米，深深1010米，下潜深度米，下潜深度1919米，航速米，航速1414节。节。“DLS-4200DLS-4200”铺管铺管船，长船，长197197米，宽米，宽43.443.4米，深米，深19.619.6米。作业水米。作业水深深300300米，甲板堆管米，甲板堆管70007000吨，铺管能力吨，铺管能力2525公里公里/天天。“新海龙新海龙”自航耙吸式疏浚船，长自航耙吸式疏浚船，长153153米，宽米，宽2727米，型深米，型深1111米，米，最大挖深最大挖深

7、3535米，舱容米，舱容1288812888立方米。立方米。“雪龙雪龙”，破冰船，长，破冰船，长167167米，宽米，宽2222米，型深米，型深13.513.5米，排水量米，排水量2100021000吨，吨，航速航速1818节，能以节，能以1.51.5节航速连续破冰节航速连续破冰1.21.2米前行。米前行。（4 4）特种船：）特种船：科考船科考船 环境监测船环境监测船 保洁船保洁船1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述1.2 1.2 船舶推进方式船舶推进方式 （1 1）螺旋桨推进）螺旋桨推进吊舱推进吊舱推进艉轴推进艉轴推进Z Z型推进型推进螺旋桨形式：螺旋

8、桨形式：固定螺距桨（固定螺距桨（FPPFPP）可变螺距桨（可变螺距桨（CPPCPP）螺旋桨推进的最高航速约螺旋桨推进的最高航速约40kn40kn1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述（2 2）喷射推进）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水船。目前的最高航速可达到70kn70kn。水流喷射形式水流喷射形式:间歇式喷水推进；间歇式喷水推进；底板式喷水推进；底板式喷水推进；尾板式喷水推进；尾板式喷水推进；舷外喷水推进。舷外喷水推进。1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述“海腾海腾

9、0101”号智能高速无人水面艇号智能高速无人水面艇重重点点实实验验室室研研发发的的“海海腾腾0101”号号智智能能高高速速无无人人水水面面艇艇，艇艇长长10.510.5米米，宽宽3.63.6米米，满满载载排排水水量量8.58.5吨吨，吃吃水水0.80.8米米。喷喷水水推推进进，最最大大航航速速4040节节，巡巡航航速速度度3030节节。由由艇艇体体、推推进进系系统统、能能源源系系统统、导导航航系系统统、通通讯讯系系统统、控控制制系系统和任务系统等组成。统和任务系统等组成。1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述 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利用高压空气在船底和水面

10、间形成气垫，使船体全部或部分垫升而实现船舶高速航行现船舶高速航行,又称气垫船。又称气垫船。气垫船型式气垫船型式：全垫升气垫船全垫升气垫船 侧壁式气垫船侧壁式气垫船（3 3）气垫）气垫ZUBRZUBR级气垫船能够搭载三辆坦克、十级气垫船能够搭载三辆坦克、十辆装甲运兵车，或在时速超过辆装甲运兵车，或在时速超过6363节的节的情况下搭载情况下搭载500500名士兵。名士兵。（4 4）磁流体推进）磁流体推进 电电磁磁流流体体推推进进是是一一种种新新型型船船舶舶推推进进方方式式。其其原原理理是是，在在相相互互垂垂直直的的电电场场和和磁磁场场中中产产生生电电磁磁力力，其其反反作作用用推推动动船船舶舶前前进

11、进。它它改改变变了了传传统统的的机机械械推推进方式，使船舶成为真正进方式，使船舶成为真正“安静安静”型船舶。型船舶。1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述1 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述磁流体推进磁流体推进分类分类外磁式：外磁式：直流推进直流推进 交流推进交流推进内磁式（封闭的磁场）：内磁式（封闭的磁场）：直管式（矩形或环形）直管式（矩形或环形）螺旋管式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 1现代民用船舶概述现代民用船舶概述日日本本于于19911991年年秋秋建建成成了了“大大和和1 1号号”试试验验船船（排排水水量量185

12、185吨吨，海海水通电功率水通电功率3420kw3420kw ）；）；中中科科院院电电工工所所在在国国家家863863计计划划资资助助下下,1998,1998年年建建成成一一艘艘超超导导螺螺旋旋式电磁流体推进试验船（式电磁流体推进试验船（HEMS-1HEMS-1）。）。关键技术：关键技术：高温超导技术高温超导技术 磁体技术磁体技术2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 船舶动力装置组成：船舶动力装置组成：推进动力装置（主机推进动力装置（主机+传动设备传动设备+推进器）；推进器）；辅助动力装置（发电机组辅助动力装置（发电机组/辅助锅炉辅助锅炉/压缩空气）；压缩空气）；机舱自动化系统。

13、机舱自动化系统。2.1 2.1 推进动力装置推进动力装置 （1 1）蒸汽机推进：蒸汽发生器）蒸汽机推进：蒸汽发生器+汽轮机汽轮机+螺旋桨螺旋桨（2 2）内燃机推进：低速柴油机）内燃机推进：低速柴油机+螺旋桨螺旋桨 （主要生产商（主要生产商MAN B&WMAN B&W，SULZERSULZER，WartsilaWartsila）（3 3）电力推进：电动机）电力推进：电动机+螺旋桨螺旋桨 （4 4）混合动力推进：内燃机）混合动力推进：内燃机+电动机电动机+螺旋桨螺旋桨 汽轮机汽轮机+电动机电动机+螺旋桨螺旋桨船舶船舶推进推进与航向控制与航向控制2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 艉

14、轴艉轴推进推进：推进控制与航向控制不相关推进控制与航向控制不相关2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 Z Z型型推进推进或吊舱推进：或吊舱推进：推进控制与航向控制相关推进控制与航向控制相关2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 （1 1）主要用于军船：核动力航母、舰艇）主要用于军船：核动力航母、舰艇（2 2）核动力破冰船）核动力破冰船（3 3）论证中的新一代民用船舶）论证中的新一代民用船舶主要问题：主要问题：（1 1）安全性）安全性（2 2）低速工况下的效率提升）低速工况下的效率提升汽轮机推进汽轮机推进2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 二冲程低速大功

15、率柴油机二冲程低速大功率柴油机扫排气系统扫排气系统燃油系统燃油系统滑油系统滑油系统冷却水系统冷却水系统空气系统空气系统内燃机内燃机推进推进四冲程中速柴油机四冲程中速柴油机2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 二冲程低速大功率柴油机二冲程低速大功率柴油机的工作循环的工作循环2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2

16、 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2.2 2.2 辅助动力装置辅助动力装置 （1 1）汽轮发电机组）汽轮发电机组（2 2）柴油发电机组）柴油发电机组（3 3）轴带发电机组）轴带发电机组（4 4）辅助锅炉）辅助锅炉2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 发电机组调频调压发电机组调频调压2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 频率与有功功率调整频率与有功功率调整2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 电压与无功功率调整电压与无功功率调整2 2船

17、舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 柴油发电机组柴油发电机组2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 轴带发电机组轴带发电机组对于对于FPPFPP，解决恒频恒压问题：，解决恒频恒压问题：（1 1）采用旋转换流机组）采用旋转换流机组 （2 2）采用电力电子变流）采用电力电子变流2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 轴带发电机轴带发电机组的稳频稳压组的稳频稳压2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 辅

18、助锅炉辅助锅炉2 2船舶动力装置组成、类型船舶动力装置组成、类型 锅炉锅炉蒸汽压力与水位调节蒸汽压力与水位调节3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 3.1 3.1 主机主机+固定螺距桨固定螺距桨（FPPFPP）主机起动：压缩空气，发火点（约主机起动：压缩空气，发火点（约30%30%额定转速）额定转速）主机制动：压缩空气主机制动：压缩空气主机换向：时序转换主机换向：时序转换180180度度主机调速：调节油门开度（调速器）主机调速：调节油门开度（调速器）3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 3.2 3.2 主机主机+可调螺距桨可调

19、螺距桨（CPPCPP）主机起动：压缩空气，发火点（约主机起动：压缩空气，发火点（约30%30%额定转速）额定转速）主机制动：压缩空气主机制动：压缩空气换向：负螺距换向：负螺距调速：调节油门开度或调节螺距调速：调节油门开度或调节螺距3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 3.3 3.3 主机遥控系统主机遥控系统 船船舶舶主主机机遥遥控控（Marine Marine main main engine engine remote remote controlcontrol）是是离离开开机机旁旁在在驾驾驶驶台台或或集集中中控控制制室室对对主主机机进进行行远远距距离离操操

20、纵纵的的一一种种方方式式。是是实实现现无无人机舱的必备条件之一。人机舱的必备条件之一。在在操操纵纵部部位位（驾驾驶驶台台或或集集中中控控制制室室）发发出出的的操操车车信信号号与与主主机机的的执执行行机构之间设置一套综合的逻辑与控制回路机构之间设置一套综合的逻辑与控制回路：组合逻辑回路组合逻辑回路；时序逻辑回路时序逻辑回路；反馈控制回路反馈控制回路；安全保护回路。安全保护回路。气气动动遥遥控控系系统统：在在集集中中控控制制室室遥遥控控主主机机，利利用用气气动动阀阀件件所所组组成成的的各各种种逻逻辑回路和控制回路实现。辑回路和控制回路实现。电电动动遥遥控控系系统统：在在驾驾驶驶台台遥遥控控主主机机

21、，发发送送的的是是电电信信号号，经经电电动动逻逻辑辑回回路路处处理理后后，再再经经电电气气转转换换器器转转换换成成气气压压信信号号并并由由集集中中控控制制室室的的气气动动逻逻辑辑回路来操纵主机。回路来操纵主机。3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 以以SIEMENSSIEMENS-33-33系列机舱自动化系统为例系列机舱自动化系统为例3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 起动控制起动控制3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术

22、 3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 停车控制停车控制3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 换向控制换向控制3 3柴油机推进系统基本原理和控制技术柴油机推进系统基本原理和控制技术 4 4柴油机推进控制新技术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“十一五十一五”国家科技支撑计划重大项目国家科技支撑计划重大项目“船舶关键技术开发船舶关键技术开发”课题，包括了五个子课课题，包括

23、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。造技术和电子控制技术等。（1 1）课题一）课题一“大功率智能型船用柴油机研制大功率智能型船用柴油机研制”柴油机电子控制系统；柴油机电子控制系统；柴油机电子调速系统；柴油机电子调速系统；电子控制注油器系统；电子控制注油器系统；电控柴油机液压执行模块；电控柴油机液压执行模块；设计技术研究。设计技术研究。（2 2）课题三）课题三“船舶机舱自动化系统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；低速和中高速主机遥控系统关键技术研究

24、；全船监测报警系统关键技术研究；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；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。机舱自动化数字平台综合管理系统。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.1 4.1 智能化柴油机智能化柴油机 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&WMAN B&W智能化柴油机的智能化柴油机的“智能化智能化”构成。构成。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （1 1）运行模式）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对应于不同转速

25、、负荷和排放的要求，控制系统给出最优的运行方式。方式。根据柴油机工况监视来决定其运行。根据柴油机工况监视来决定其运行。提高主机效率提高主机效率确保主机安全确保主机安全控制主机排放控制主机排放4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （2 2）工况监测）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。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。热负荷过高，故

26、障早期预报，并采取相应对策。扫排气监视4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （3 3）运行控制）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。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；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，保持优良性降低燃油和滑油消耗，在整个负荷范围内油耗

27、最佳，保持优良性能。能。注油器包括应急鼓风机控制4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.2 4.2 柴油机电控技术柴油机电控技术 （1 1）电子控制主要功能：）电子控制主要功能：控制喷油控制喷油 控制排气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 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （2 2）共轨控制）共轨控制 智智能能化化柴柴油油机机的的燃燃油油喷喷射射、排排气气、起起动动、气气缸缸润润滑滑等等都都使使用用电电子子控控制制。传传统统的的

28、用用于于直直接接驱驱动动螺螺旋旋桨桨的的曲曲柄柄连连杆杆机机构构将将继继续续保保持持，但但是是整整个个凸凸轮轮轴轴及及其其驱驱动动机机构构、换换向向伺伺服服驱驱动动机机构构、排排气气门门的的驱驱动动装装置置和和燃燃油油泵泵都被取消。都被取消。燃油共轨；燃油共轨；滑油共轨；滑油共轨；排气共轨；排气共轨；起动空气共轨。起动空气共轨。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 在在传传统统的的燃燃油油喷喷射射系系统统中中，将将喷喷油油压压力力、喷喷油油定定时时、喷喷油油量量的的控控制制集集成成一一体体。而而在在共共轨轨系系统统中中，将将这这三三部部分分独独立立，分分别别控控制制。各各缸缸有有一一

29、个个控制装置（控制装置（CUCU），控制系统集中控制（），控制系统集中控制（EUEU）。）。各各个个喷喷油油嘴嘴可可以以不不同同的的形形式式组组合合，使使得得喷喷油油形形式式多多样样化化，可可实实现现预预喷喷射射，3 3次次喷喷射射和和顺顺序序喷喷射射。共共轨轨系系统统能能够够有有选选择择性性地地切切断断某某单单个个喷喷油油器器，在低转速运行时喷射所需的油量很少且雾化较好。在低转速运行时喷射所需的油量很少且雾化较好。在在这这种种状状况况下下，共共轨轨系系统统能能有有序序地地使使用用3 3个个喷喷油油器器，最最低低稳稳定定转转速速达达12rpm12rpm，低负荷运行时无烟，低负荷运行时无烟，并且

30、在其他负荷时对并且在其他负荷时对NOxNOx排放没有影响。排放没有影响。燃油燃油共轨共轨4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 燃油消耗率下降燃油消耗率下降结构简单，重量减轻结构简单，重量减轻平衡各缸排气温度平衡各缸排气温度低速航行时无烟运行低速航行时无烟运行极低的最低稳定转速极低的最低稳定转速常规二冲程低速柴油机常规二冲程低速柴油机 燃油燃油共轨柴油机共轨柴油机4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.3 4.3 电子注油技术电子注油技术 柴柴油油机机气气缸缸润润滑滑是是整整个个润润滑滑系系统统的的一一个个重重要要组组成成部部分分。气气缸缸滑滑油油消消耗耗是是柴柴油油机机运

31、运行行的的一一大大笔笔花花费费，特特别别对对于于大大缸缸径径柴柴油油机机。所所以以气气缸缸润润滑滑研研究究的的目目的的是是降降低低气气缸缸滑滑油油的的消消耗耗量量，而而又又要要保保持持满满意意的的活活塞塞环环/缸缸套套的的磨损率和维持或改进检修期限。磨损率和维持或改进检修期限。（1 1）执行机构的控制）执行机构的控制 气气缸缸油油必必须须在在正正确确的的位位置置和和时时间间注注入入气气缸缸，以以求求效效果果最最佳佳。这这对对于于传统的注油器是不可能的，所以开发新的电子注油器。传统的注油器是不可能的，所以开发新的电子注油器。（2 2）气缸油注油喷射量和喷油定时）气缸油注油喷射量和喷油定时 各各缸

32、缸注注油油量量由由在在一一定定转转速速下下调调节节注注油油次次数数来来控控制制。所所谓谓间间断断润润滑滑是是指指每每次次注注入入相相对对大大的的油油量量，保保证证在在整整个个气气缸缸周周围围有有最最佳佳分分布布。精精确确的的定定时时可可保保证证所所有有气气缸缸油油直直接接送送到到活活塞塞环环所所需需之之处处。涉涉及及到到喷喷油油频频率率的的确确定定等一系列控制策略细节。等一系列控制策略细节。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.4 4.4 电子调速技术电子调速技术 柴柴油油机机调调速速控控制制经经过过了了机机械械式式调调速速器器、全全制制式式液液压压调调速速器器、电电子子调调速器

33、速器、具备喷油定时的电子调速器四、具备喷油定时的电子调速器四个阶段。个阶段。目目前前，数数字字式式电电子子调调速速系系统统的的功功能能已已不不仅仅仅仅是是完完成成柴柴油油机机调调速速这这一一功功能能。诸诸如如工工况况限限制制、安安全全保保护护、状状态态监监测测、故故障障报报警警和和诊诊断断、增增压压控控制制、冷冷却却水水温温控控制制、配配气气定定时时控控制制、变变速速齿齿轮轮箱箱控控制制、调调距距桨桨控控制制、负负荷荷分分配配控控制制、喷喷油油正正时时控控制制、燃燃油油/空空气气比比例例控控制制等等。调调速速技技术术向向智智能能化化方向发展。方向发展。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新

34、技术 4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （1 1）电子调速器原理框图）电子调速器原理框图4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 直接油门调节直接油门调节比例比例-积分调节积分调节微分调节微分调节4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （2 2）死区控制）死区控制4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （3 3）执行器位置伺服控制）执行器位置伺服控制 4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （4 4）调速器安全保护限制）调速器安全保护限制 4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.5 4.5 可调螺距控制技术可调螺距控制技术 可调螺距桨在实

35、际应用中存在以下问题：可调螺距桨在实际应用中存在以下问题：实船调距桨的船实船调距桨的船-机机-桨匹配，设计时根据一般原则确定的，难桨匹配，设计时根据一般原则确定的，难以达到在实际船以达到在实际船-机机-桨优化匹配的目的。桨优化匹配的目的。不能适应船舶负载多变的现实，其结果是：在船舶不同工况下，不能适应船舶负载多变的现实，其结果是：在船舶不同工况下，给定主机功率和转速不能获得最大航速；给定航速时，不能获得最佳的给定主机功率和转速不能获得最大航速；给定航速时，不能获得最佳的节油效果。节油效果。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （1 1）给定功率（恒功率）下的最大航速控制）给定功率（恒

36、功率）下的最大航速控制 满足以下条件：满足以下条件：主机必须工作在标定功率外特性曲线上；主机必须工作在标定功率外特性曲线上；螺旋桨必须工作在优化螺距的最大效率点上；螺旋桨必须工作在优化螺距的最大效率点上；螺旋桨功率螺旋桨功率-速度曲线必须和船舶推进功率速度曲线必须和船舶推进功率-速度曲线相匹配。速度曲线相匹配。计算最大航速所对应的螺距，即计算最优螺距：计算最大航速所对应的螺距，即计算最优螺距：柴油机功率柴油机功率-转速特性转速特性 螺旋桨效率螺旋桨效率-进速特性进速特性船舶速度船舶速度-阻力特性阻力特性由此求得相应的螺距比。由此求得相应的螺距比。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术

37、（2 2）给定航速（恒速）下的最小油耗控制）给定航速（恒速）下的最小油耗控制 为保持一定航速为保持一定航速V V，主机可以有若干组输出功率，主机可以有若干组输出功率PE和转速和转速n组合满足组合满足需求，但各组小时耗油量不同。要想耗油最小，必须通过精确调节螺距需求，但各组小时耗油量不同。要想耗油最小，必须通过精确调节螺距比才能达到目的。其计算必须满足前述三项条件。比才能达到目的。其计算必须满足前述三项条件。船舶阻力船舶阻力-推进功率特性推进功率特性螺旋桨进速螺旋桨进速-效率特性效率特性不同进速下的螺旋桨功率不同进速下的螺旋桨功率-油耗率计算油耗率计算由最小油耗率求得相应的螺距比。由最小油耗率求

38、得相应的螺距比。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 4.6 4.6 船舶减摇控制技术船舶减摇控制技术 由于船舶横摇运动阻尼很小，所以船舶在风浪中会产生剧烈的横摇、纵由于船舶横摇运动阻尼很小，所以船舶在风浪中会产生剧烈的横摇、纵摇和艏摇，严重影响船舶的推进性能和操纵性能。摇和艏摇，严重影响船舶的推进性能和操纵性能。减摇鳍；减摇鳍；减摇水舱；减摇水舱；舵。舵。鳍鳍舭舭4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （1 1）船舶鳍减摇控制）船舶鳍减摇控制 船两舷安装减摇鳍，在鳍容量和鳍型以及相应的随动系统确定后，船两舷安装减摇鳍，在鳍容量和鳍型以及相应的随动系统确定后，减摇鳍的效果与采

39、取的控制策略密切相关。减摇鳍的效果与采取的控制策略密切相关。被动减摇，固定鳍；被动减摇，固定鳍；主动减摇，可调鳍。主动减摇，可调鳍。影响减摇效果的主要因素：影响减摇效果的主要因素：船舶运动模型是复杂的非线性运动；船舶运动模型是复杂的非线性运动；环境信息（风浪流）不完备，风浪流预报困难。环境信息（风浪流）不完备，风浪流预报困难。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （2 2）船舶舵减摇控制）船舶舵减摇控制 与减摇鳍相比，利用舵在操舵时产生的横摇力矩（或艏摇力矩）进与减摇鳍相比，利用舵在操舵时产生的横摇力矩（或艏摇力矩）进行减摇的舵减摇装置造价低，所占船内空间少，使用维修方便。故舵减行减

40、摇的舵减摇装置造价低，所占船内空间少，使用维修方便。故舵减摇技术引起了人们的广泛关注。摇技术引起了人们的广泛关注。操舵可以使舰船产生一个横倾力矩，舵减摇就是利用这个横摇力矩操舵可以使舰船产生一个横倾力矩，舵减摇就是利用这个横摇力矩来抵消波浪引起的横摇扰动力矩，即利用操舵产生的横摇来抵消波浪产来抵消波浪引起的横摇扰动力矩，即利用操舵产生的横摇来抵消波浪产生的横摇。生的横摇。影响减摇效果的主要因素：影响减摇效果的主要因素：舵减摇控制对于船舶参数高度敏感而很容易使减摇控制失败；舵减摇控制对于船舶参数高度敏感而很容易使减摇控制失败；舵所产生的转船力矩和横倾力矩同时存在，高度耦合；舵所产生的转船力矩和横倾力矩同时存在，高度耦合；低船速时舵效较差。低船速时舵效较差。4 4柴油机推进控制新技术柴油机推进控制新技术 （3 3）舵鳍联合控制）舵鳍联合控制 谢谢 谢谢 ！