船舶动力推进系统加速性能优化探究

黄备

启东中远海运海洋工程有限公司，江苏南通  226200

摘要：现阶段，船舶动力推进系统由于结构复杂，对系统性能要求高，因此在使用过程中不可避免地会出现一些不足。为此，需要进一步优化船舶动力推进系统的加速性能。下面本文就对此展开探讨。

关键词：船舶动力；推进系统；加速性能

1 船舶动力推进系统的重要性

在船舶行业发展过程中，优化动力推进系统可以满足人们对不同船舶需求。为了保障船舶行驶质量以及船舶运行稳定性，需要控制好船舶动力推进系统安装工艺。在安装船舶动力推进系统时，需要控制好工程施工质量。该安装工作比较复杂，整个过程涉及的环节比较多，施工存在难度，因此在安装时不可避免会面临一些问题。大部分施工单位过于注重安装效率和效益，对安装质量不够重视，因此必须要控制系统安装质量。同时，还需要提高人们对于安装质量和安装问题的重视度。另外，还需要加大力度监督管理安装过程，优化安装工艺监管体系，保证系统安装质量。

2 船舶动力推进系统构成分析

通过船舶动力推进系统，将船舶动力主机与动力副机形成的功，再通过推进器转换为航行推力。本文以装备了8台推进器的船舶动力推进系统为例展开研究。（1）可调螺距螺旋桨又称为调距桨，利用调距桨调节船舶桨叶和桨毂，在船舶推进电机转速固定情况下，通过调节调距桨螺距的大小，使得船舶推力与航行速度发生变化，满足船舶前进与后退的航行工况。船舶动力推进系统的调距桨设置于船尾，调距桨作为船舶动力推进系统的主推进器，为船舶移动提供动力。调距桨可以满足不同航行工况下的混合动力船舶航行需求，充分吸收船舶动力推进系统的功率，具有较高的动力利用率，可以延长船舶动力推进系统的使用寿命。调距桨无需调节船舶主机转速，仅通过调节螺旋桨参数，即可实现船舶在不同工况下的航行功能调节，通过螺旋桨提升船舶的操作性能。（2）船舶的横向推力利用侧推进器产生。可调距螺旋桨侧推和喷水推进侧推是为船舶提供侧推力的主要方式。调距桨侧推通过调节桨叶螺距，调节船舶推力大小。侧推进器具有操作简单的优势，对于具有较高灵活性与操纵性需求的船舶，在复杂工况下仍然可以利用侧推进器提升船舶的航行与作业能力。（3）全回转推进器可以围绕船舶立轴的轴线全方位旋转，为船舶提供不同的航行功能。利用全回转推进器，满足船舶高操作性能需求，为船舶动力定位的精准执行提供保障。吊舱推进器和Z型传动全回转推进器，是船舶动力推进装置常用的全回转推进器，二者具有相似的水动力性能。

3 加速性能优化策略

3.1船舶动力推进系统加速策略

依据上述所构建的船舶动力推进系统的数学模型，为船舶动力推进系统制定加速策略。利用调速器设置固定的主机转速，在动力设备的单位步长内，提升动力设备的速率。设置船舶动力推进系统加速过程如下：闭合船舶动力主机离合器，为动力主机设置固定的接排转速。动力推进系统稳定后，调节转速以恒定的增加率提升主机转速，利用传动系统将主机形成的转速和扭矩传送至定距桨，推进船舶加速。采用气体机转速控制方法，对船舶动力推进系统设置恒定升速率。将功率/扭矩控制方法应用于船舶轴带电机中。船舶动力推进系统采用恒升速率加速时，船舶船桨模型的轴功率输出实时结果，船舶动力推进系统设置不同的转速增加率。为了保障船舶动力推进系统加速过程中保持较高的稳定性。

3.2船舶动力推进系统加速性能优化策略

利用变频器超前控制方法，优化船舶动力推进系统加速响应的实时性。将船舶动力推进系统的变频率，与轴系转速的高采信号作为船舶动力推进系统加速性能优化的输入，计算船舶动力电机的输出功率。采用轴带电机扭矩控制方法控制船舶电机扭矩，船舶动力推进系统利用变频器采集船舶车钟手柄的最终位置，手柄的位置信号与船舶动力推进系统加速的目标转速对应，结合稳态负荷分配结果，确定船舶加速目标对应的船舶电机参数。为了保证加速稳定性，设定船舶电机每个循环转速下，扭矩增加限制为50N·m。通过以上过程，完成船舶动力推进系统加速性能优化。

4 结构与分析

为了验证船舶动力推进系统加速性能优化策略的有效性，进行仿真实验。实验选取某舱容为8000m3的货船作为研究对象。所选取船舶的设计航速为14.5kn，选取2台1800kW的气体推进主机作为船舶动力推进系统的动力主机。利用Matlab软件，模拟不同工况下船舶航行状况，验证所研究方法有效性。

设置船舶以低速工况、服务航速工况等不同工况航行，在船舶航行30s时，对船舶发出加速指令。采用本文方法优化船舶动力推进系统的加速性能，船舶加速的仿真结果如图1所示。

图1 船舶加速仿真结果

可以看出，本文方法采用变频器超前控制方法，对船舶加速性能进行优化，船舶的发动机转速和主机功率较为平稳，动力推进系统的加速性能优越。加速过程中发动机转速的跟随性较高，可以快速达到加速目标，具有较高的加速稳定性。不同工况下，船舶航行的加速性能良好，有助于提升船舶航行的实际应用性。可以看出，采用本文方法在不同工况模式对船舶进行加速性能优化，船舶的加速性能良好，可以保持稳定的速度变化。船舶动力推进系统接收加速信号后，快速调节船舶速度，保障船舶在较短的时间内满足加速目标需求。上述结果表明，本文方法具有较高的船舶动力推进系统加速优化性能，可以为船舶的稳定航行提供良好的基础。采用本文方法优化船舶动力推进系统的加速性能，船舶航行的燃油消耗率变化如图2所示。

可以看出，采用本文方法优化船舶加速性能后，相比于未采用本文方法的情况，船舶的燃油消耗率明显下降，验证本文方法可以提升船舶运营的经济性。实验结果表明，本文方法可以通过对船舶速度的控制，提升船舶航行的可靠性，降低船舶的燃油消耗率，实现船舶速度控制的稳定性。

图2  船舶燃油消耗率

5 结束语

针对船舶动力推进系统的加速性能，本文进行优化设计，提升不同工况下船舶航行的加速性能。通过实验验证，通过对船舶动力推进系统加速性能优化，船舶加速稳定性高，船舶航行的燃油消耗率下降幅度明显，可以实现船舶加速性能的优化。该方法具有较高的优化船舶航行加速性能的优势，适用于不同工况下，船舶航行的实际应用中。本文的研究旨在探究如何优化船舶动力推进系统的加速性能，通过改善船舶动力加速的效率，进一步提高船舶的性能和经济效益，同时减少船舶运行中相互之间的碰撞风险，降低海洋污染，实现可持续发展。

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