船舶非设计工况的机桨匹配研究

发布时间：2020-11-04 16:06

　　 随着设计制造与控制信息技术在船舶领域的快速发展,世界著名螺旋桨制造商LIPS公司被芬兰的W?rtsil?柴油机厂商收购,世界主要柴油机制造商MAN BW公司拥有螺旋桨设计和生产部门,这标志着船舶推进系统集成化逐渐成为船舶设计的必然趋势。“船机桨”匹配作为船舶推进系统集成的核心,对提高船舶营运的经济性和安全性至关重要。但是“船机桨”匹配一般基于船舶设计工况点,设计的主机以及螺旋桨参数在设计工况下运行最优,而船舶经常运行在非设计工况下,“船机桨”匹配性能以及主机最佳运行性能较难获得。因此本文在开展设计工况下的“船机桨”匹配研究的同时,还进行了非设计工况下主机-螺旋桨匹配特性的研究,确保船舶在非设计工况下能够满足船舶的设计与运行要求。本文基于Matlab/GUI环境建立了推进系统集成化设计平台,该平台具有船阻计算模块、船舶-主机匹配模块(初步匹配)、主机-螺旋桨匹配模块(终结匹配)以及螺旋桨校核模块。在船舶-主机匹配模块中研究了影响低速机设计工况点选取的三种因素;主机-螺旋桨匹配模块包含了传统回归拟合方法以及遗传算法的两种匹配方法,其中遗传算法作为船机桨匹配优化方法,将其与传统方法进行了比较。为了研究非设计工况下的船机桨匹配性能,本文基于MATLAB/Simulink环境下建立了非设计工况的推进系统仿真模型,并对平台基于传统回归拟合方法匹配的螺旋桨、基于遗传算法匹配的螺旋桨以及实际船舶采用的螺旋桨分别进行非设计工况仿真分析。本文根据38800DWT散货船的数据,利用匹配平台进行计算,其计算结果验证了平台的准确性,同时表明了基于遗传算法的匹配方法相比传统的回归拟合方法而言,能够匹配更大效率的螺旋桨,且计算流程相对简单。根据非设计工况推进系统仿真模型,针对设计工况、轻载工况以及重载工况三种工况进行仿真,仿真结果表明:非设计工况下实船采用的设计桨的机桨配合特性最优,其次是遗传算法匹配的螺旋桨,最后是传统方法匹配的螺旋桨。同时,传统方法匹配的螺旋桨在非设计工况下无法运行在主机限制线内,说明只根据设计工况进行匹配设计,会导致非设计工况下机桨匹配工作出现超出主机运行限制区域的问题,因此考虑设计工况点与非设计工况结合的机桨匹配具有重要意义。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U662
【部分图文】：

图 1. 1 MAN&ME 系列柴油机的减额输出研究的主要有几大低速机生产商，其程中的应用，通过研究主机功率点在出结论并对 ITTC 规定的轻运行裕度的研究主要从经济性出发，开展对低设计院的崔存刚等人研究了减额输出差额回归年限来确定减额输出点选在

齿轮箱以及传动轴将输出功率传递给螺旋桨，螺旋桨旋转产生推力以克服航行船舶阻力。1 2 341-主机；2-齿轮箱；3-传动轴；4-螺旋桨图 2. 1 船舶推进系统布置示意图船舶推进系统能量转换的物理模型如所示，发动机的输出量为转速engn 和扭矩减速齿轮箱和传动轴系，将发动机转速变为螺旋桨的转速Pn ，经过摩擦力矩的损机输出扭矩变成轴系输出扭矩shaftQ 。此外，螺旋桨输出的推力PT 由于推力减额成有效推力shT ，同时船速 Vsh又影响着螺旋桨的进速 VA，而进速决定着螺旋桨扭矩，构成了推进系统的一个闭环。

从船-机-桨的能量传递过程可以看出，船舶推进系统各设备的任何一个参数变化都会影响整个推进系统的能量关系，从而影响推进系统的性能，因此，需要对整个船-机-桨系统以及各个部分进行研究，从而使得船、机、桨三者能够良好的配合工作。为了满足工程计算的精准、快速、经济性和通用性等要求，本章基于 MATLAB GUI 搭建了船机桨匹配平台，该 GUI 平台的基本功能有以下六点：（1）船舶阻力计算模块：根据船型数据能够计算不同航速下的船舶阻力，同时可以绘制sR V阻力曲线以及Te sP V有效功率曲线，可以直观地表达船舶阻力以及有效功率随航速的变化关系。这样，对于缺少试航数据的船舶，也能够根据基本的船型数据计算其船舶阻力和船舶有效功率。（2）船-机-桨船舶-主机匹配模块：已知船速 V 和船舶的有效功率曲线（或船舶阻力曲线）根据设定的螺旋桨直径 D（或转速 N），来确定螺旋桨的最佳直径D（或转速n）、效率0η ，螺距比 P /D ，从而确定所需主机功率SP 。（3）船-机-桨主机-螺旋桨匹配模块：已知主机功率SP 、转速 n以及有效功率曲线之后，基于传统的回归拟合方法或者遗传算法两种方法来确定最高螺旋桨效率η 时的航
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵为民;预估压缩机中间冷却器和后冷却器的非设计工况[J];压缩机技术;2001年06期

2 李意民,王艳芬;离心式通风机非设计工况能量耗散研究[J];煤炭学报;1997年01期

3 杜建通,张荣玲;制冷系统在非设计工况下的运行特性及问题分析[J];流体机械;1999年08期

4 舒敏骅;刘厚林;谈明高;任芸;何晓锋;;不同比转数离心泵设计工况下湍流模型的适用性研究[J];中国农村水利水电;2011年02期

5 孟凡英;李春芳;孙琦;;偏离设计工况时离心泵内部流场的数值模拟[J];世界科技研究与发展;2012年01期

6 王晏平;黄镭;曹华歆;;设计工况下风机盘管空调系统选型的校核计算[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年02期

7 李俊;叶学民;王松岭;刘阳;;轴流式通风机非设计工况下流场的数值研究及性能预测[J];风机技术;2009年03期

8 史千;刘胜柱;陈元林;;混流式水轮机转轮非设计工况特性分析[J];大电机技术;2008年01期

9 陆志强;;机桨设计工况的最优选择[J];船舶工程;1991年02期

10 邬扬杰;压气机叶栅和级设计工况的选择[J];舰船科学技术;1983年06期

相关博士学位论文 前2条

1 张伟;叶片泵非设计工况叶轮内部流动分析和预测[D];上海大学;2011年

2 王际洲;燃煤发电机组热力系统机理模型及非设计工况运行特性研究[D];华中科技大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 王宸;船舶非设计工况的机桨匹配研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

2 刘斌;矩形流道内轴流风机非设计工况下流动和传热特性研究[D];合肥工业大学;2016年

3 张恒峰;基于流固耦合的离心泵动力学数值研究[D];大连交通大学;2012年

4 吴德民;复杂液氮洗装置的模拟分析与改造研究[D];大连理工大学;2006年

5 李泓运;复合材料螺旋桨的设计研究[D];中国舰船研究院;2014年

6 潘存华;房间空调器非设计工况下性能的实验研究[D];合肥工业大学;2008年

7 应光耀;潜油离心泵流场的数值分析[D];浙江大学;2004年

8 邱志明;用于低温余热发电系统的向心透平结构优化研究[D];郑州大学;2014年

9 黎慧青;离心泵汽蚀磨损失效分析对策措施研究[D];华南理工大学;2011年

10 谢东维;基于多工况船舶的螺旋桨计算机辅助设计[D];大连理工大学;2006年

本文编号：2870308