基于直翼全向推进器的新型船舶油电自混合动力系统研究

发布时间：2017-08-28 16:54

  本文关键词：基于直翼全向推进器的新型船舶油电自混合动力系统研究

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【摘要】：船舶的节能减排比其他交通运输起步晚,由于其航道负载变换频繁,如何在保证推进需求的前提下降低能耗是目前船舶运输迫切需要解决的问题。尤其是内河运输船舶,因航道状况复杂,运行模式多变、主机负荷变化频繁导致大量能源消耗。本文以桂林漓江的旅游船为背景,提出一套基于直翼全向推进器的混合动力推进系统,该系统能通过PLC完成柴-电自动混合,在保证推进需求的同时实现减排降噪的目标。本文综合分析了国内外混合动力船舶的研究现状,从推进器和主机动力源两个方面进行研究。应用力学分析和数值计算方法,在ANSYS中建立直翼全向推进器仿真模型,对其推进特性和动力需求的分析结果表明,该推进器能很好的适用于内河船舶混合动力系统。给出混合动力系统的整体设计,包括详细系统构架,能保证柴油机、电机即可单独推进也能混合推进,选用基于规则的功率能源管理策略,解决受到多种边界条件约束的能源分配问题,在此基础上结合项目背景,进行运行工况设计和指标计算,得到一个最优运行模式：在节油17.85%的情况下可以降噪5%。开发基于S7200PLC的混合动力控制系统,完成运行模式和工况自动切换程序。开发基于MCGS的混合动力监控系统,实现操作指令输入、数据实时显示、系统报警等人机交互的功能。在实验水池对本系统进行了试验,维持50%的电机输出扭矩时可持续放电13分钟,电机充电扭矩为15%的情况下,从50%的电池容量充至70%只需要10分钟,在验证了系统可行性的基础上,在桂林漓江航道上做了实船实验,实验结果表明本系统最低能实现节能10%,实现节能目标。经本文研究表明,该混合动力推进系统是一种高效的、节能的推进系统。
【关键词】：混合动力系统 直翼全向推进器 数值模拟 节能降噪 PLC控制 MCGS组态 实船试验
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 基于直翼推进器的新型船舶研究现状11-13
• 1.3 船舶能源动力系统13-19
• 1.3.1 混合动力系统国内外研究现状13-15
• 1.3.2 混合动力系统关键研究技术15-18
• 1.3.3 混合动力系统在内河船舶应用中的问题18-19
• 1.4 研究内容19-21
• 1.5 本章小结21-22
• 2. 混合动力系统推进装置特性研究22-33
• 2.1 直翼全向推进器操纵性22-23
• 2.2 推进理论对比分析23-25
• 2.3 直翼全向推进器数值模拟25-32
• 2.3.1 三维网格模型及网格划分26-29
• 2.3.2 数值模拟控制方程29-30
• 2.3.3 湍流模型和边界条件30-31
• 2.3.4 数值模拟结果31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3. 混合动力系统整体设计与分析33-59
• 3.1 混合动力系统整体设计33-39
• 3.1.1 动力耦合方式与分配原则33-35
• 3.1.2 系统框架搭建35-37
• 3.1.3 运行状态设计37-39
• 3.2 关键部件选型39-44
• 3.2.1 柴油机选型39-41
• 3.2.2 电机选型41-43
• 3.2.3 蓄电池选型43-44
• 3.3 系统功率分配计算44-49
• 3.4 系统指标计算49-57
• 3.4.1 系统航行路线规划49-50
• 3.4.2 油耗噪声费用计算50-57
• 3.5 本章小结57-59
• 4. 混合动力控制系统设计59-78
• 4.1 控制系统组成59-63
• 4.1.1 控制系统接线图61-62
• 4.1.2 控制系统选型表62-63
• 4.2 基于S7-200PLC的控制方法63-70
• 4.2.1 三种工作模式的控制实现63-65
• 4.2.2 工况自动切换的控制实现65-69
• 4.2.3 系统报警及保护69-70
• 4.3 基于MCGS的控制系统组态70-77
• 4.3.1 MCGS系统整体架构71
• 4.3.2 混合动力组态环境搭建71-77
• 4.4 本章小结77-78
• 5. 混合动力系统实验研究78-89
• 5.1 水池实验78-84
• 5.1.1 水池纯电力推进实验80-81
• 5.1.2 水池蓄电池充电实验81-83
• 5.1.3 水池混合动力推进实验83-84
• 5.2 实船实验84-88
• 5.2.1 实船纯电力推进实验85-87
• 5.2.2 实船混合推进实验87-88
• 5.3 本章小结88-89
• 6. 总结与展望89-90
• 参考文献90-93
• 附录一 作者简历93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张艺川;赵同宾;周晓洁;冯明志;;船舶柴电混合动力系统在电力助推模式下的性能仿真研究[J];柴油机;2015年03期

2 徐汇涛;;船舶动力装置发展研究[J];机电技术;2015年02期

3 高迪驹;黄晓刚;孙彦琰;黄细霞;;混合动力船舶电力推进试验平台设计[J];中国航海;2014年02期

4 任洪莹;张跃文;王迪;孙培廷;赵俊豪;;风翼—柴油机混合动力船舶定航速调节系统的设计[J];可再生能源;2013年05期

5 陈立剑;徐建勇;;太阳能光伏电力推进在船舶上的应用研究[J];船海工程;2013年02期

6 陈永道;;船舶动力系统现状及发展趋势[J];机械制造与自动化;2013年02期

7 李碧英;;航运业节能减排现状及其低碳发展的途径[J];工程研究-跨学科视野中的工程;2012年03期

8 齐永利;;船舶动力系统发展趋势研究[J];物流工程与管理;2012年08期

9 杨国豪;徐轶群;林荣模;;基于模糊评判的船舶能耗评估[J];中国航海;2011年04期

10 张敏敏;康伟;;一种混合动力电动船舶能源管理系统的设计[J];中国水运(下半月);2011年12期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 钟虎;ISG柴电混合动力汽车多能源管理策略研究[D];上海交通大学;2008年

2 童毅;并联式混合动力系统动态协调控制问题的研究[D];清华大学;2004年

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本文编号：748563