螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)及方法，屬于船舶動(dòng)力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。該模擬系統(tǒng)包括模擬槳、與模擬槳相連的模擬軸系、以及設(shè)置在模擬軸系上的慣性元件和摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)。其中螺距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)模擬槳的螺距，慣性元件用于調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使其與待模擬的螺旋槳及軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一致；所述摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩，使其與待模擬的螺旋槳及軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩一致。采用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)(包括負(fù)載和轉(zhuǎn)速)的模擬；同時(shí)通過(guò)改變裝置參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同功率級(jí)別螺旋槳及軸系的起動(dòng)過(guò)程負(fù)載模擬。
【專(zhuān)利說(shuō)明】螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 發(fā)明涉及一種模擬系統(tǒng)，具體涉及一種螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)，屬 于船舶動(dòng)力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前常見(jiàn)的螺旋槳模擬裝置通常是用負(fù)載電機(jī)作為主體來(lái)進(jìn)行的，其原理如圖1 所示。通過(guò)控制負(fù)載電機(jī)（通常是直流發(fā)電機(jī)）的電樞電壓和電流（通常是給定電壓而控 制電流），在軸系轉(zhuǎn)速為《時(shí)，使負(fù)載電機(jī)軸上形成所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩A。此外，針對(duì)監(jiān)測(cè)的 軸系轉(zhuǎn)速《，可以通過(guò)控制負(fù)載電機(jī)的電壓和電流，使負(fù)載轉(zhuǎn)矩I按預(yù)先設(shè)定的MfW曲 線(xiàn)（螺旋槳特性曲線(xiàn)）進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋槳負(fù)載的模擬。
[0003] -般來(lái)說(shuō)，在已有明確的螺旋槳特性參數(shù)的情況下，這種模擬裝置可以模擬船舶 正常航行、緊急倒航、停船等工況中螺旋槳的負(fù)載特性。但該種模擬裝置存在以下缺點(diǎn)或不 足：
[0004] (1)無(wú)法模擬螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程的負(fù)載（轉(zhuǎn)矩）
[0005] 用電機(jī)模擬螺旋槳負(fù)載的本質(zhì)是通過(guò)控制電壓和電流使電機(jī)形成與當(dāng)前轉(zhuǎn)速下 所模擬螺旋槳相同的轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，是先有轉(zhuǎn)速《，才有對(duì)應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩I，這與實(shí)際過(guò) 程是相反的。實(shí)際上，在一定的輸入扭矩下，是螺旋槳的負(fù)載決定了轉(zhuǎn)速的變化。對(duì)于靜態(tài) 過(guò)程來(lái)說(shuō)，上述模擬可行；但對(duì)于動(dòng)態(tài)過(guò)程來(lái)說(shuō)，特別是對(duì)于某些轉(zhuǎn)速未知的工況，上述模 擬裝置由于無(wú)法預(yù)知轉(zhuǎn)速變化，從而無(wú)法給出相應(yīng)的扭矩。
[0006] 在如圖2所示的螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)中，原動(dòng)機(jī)（主機(jī)或推進(jìn)電機(jī)）起動(dòng)后通過(guò)離合 器接排帶動(dòng)螺旋槳及軸系起動(dòng)，如果離合器滑摩時(shí)間較長(zhǎng)（軟接排，軟接排時(shí)，離合器的主 動(dòng)端和從動(dòng)端同步時(shí)間較長(zhǎng)；通常會(huì)用在PT0/PTI柴電混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中），則螺旋 槳和軸系側(cè)的轉(zhuǎn)速是未知的，前述的負(fù)載電機(jī)無(wú)法模擬這種工況下螺旋槳及軸系的負(fù)載。
[0007] (2)無(wú)法模擬動(dòng)態(tài)過(guò)程中的螺旋槳及軸系的慣量加速轉(zhuǎn)矩
[0008] 在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)或通過(guò)離合器帶動(dòng)螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程中，有以下關(guān)系式：

【權(quán)利要求】
1. 一種螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬槳、模擬軸系、螺 距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、推力軸承、慣性元件和摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)；外圍設(shè)備為離合器和推進(jìn)電機(jī)； 所述模擬槳為螺距可調(diào)的螺旋槳；所述模擬軸系包括一個(gè)以上同軸相連的連接軸；模 擬軸系的一端與模擬槳相連，另一端與離合器相連；所述離合器通過(guò)聯(lián)軸器與推進(jìn)電機(jī)相 連，其中推進(jìn)電機(jī)用于模擬原動(dòng)機(jī)； 在所述模擬軸系上，模擬槳與離合器之間依次設(shè)置有螺距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、推力軸承、慣性元 件和摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)；其中螺距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)模擬槳的螺距，推力軸承用于承受 模擬槳的系柱推力，慣性元件用于調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使其與待模擬的螺 旋槳及軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一致；所述摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的摩擦 力轉(zhuǎn)矩，使其與待模擬的螺旋槳及軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩一致； 當(dāng)待模擬的螺旋槳及軸系為原動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)時(shí)，所述離合器接排，由推進(jìn)電機(jī)直接帶 動(dòng)模擬槳和模擬軸系；當(dāng)待模擬的螺旋槳及軸系為通過(guò)離合器軟接排時(shí)，先將推進(jìn)電機(jī)起 動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速后再進(jìn)行高速接排。
2. 如權(quán)利要求1所述的螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述螺距 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為軸式配油器。
3. 如權(quán)利要求1所述的螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述慣性 單元為設(shè)置在模擬軸系上的圓盤(pán)，通過(guò)調(diào)整圓盤(pán)上連接的慣性塊的個(gè)數(shù)、質(zhì)量及旋轉(zhuǎn)半徑 調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；所述摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)為與所述圓盤(pán)壓緊的撓性壓 板，通過(guò)調(diào)整撓性壓板對(duì)圓盤(pán)的壓緊力調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩。
4. 螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬方法，其特征在于：該方法所采用的模擬系統(tǒng)包括 模擬槳、與模擬槳相連的模擬軸系、以及設(shè)置在模擬軸系上的慣性元件和摩擦力轉(zhuǎn)矩施加 機(jī)構(gòu)； 視待模擬的螺旋槳及軸系為實(shí)際系統(tǒng)，所述螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬指對(duì)實(shí)際 系統(tǒng)負(fù)載和轉(zhuǎn)速的模擬，所述負(fù)載包括螺旋槳的附水轉(zhuǎn)矩MP、螺旋槳及軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩 Mf和螺旋槳及軸系的慣量加速轉(zhuǎn)矩； 步驟一：計(jì)算實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳及軸系的附水轉(zhuǎn)矩參數(shù)As、慣量加速轉(zhuǎn)矩參數(shù)Bs和摩 擦力轉(zhuǎn)矩參數(shù)Cs ; 其中：附水轉(zhuǎn)矩參數(shù)As= n"KQsPsDs5，為實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳的相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，K Qs 為實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，P s為實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳所在敞水環(huán)境中水的密度，Ds為 實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳的直徑；慣量加速轉(zhuǎn)矩參數(shù)B s = Js，Js為實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳及軸系的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量；摩擦力轉(zhuǎn)矩參數(shù)Cs為實(shí)際系統(tǒng)中螺旋槳及軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩； 步驟二：將模擬槳置于敞水環(huán)境中，通過(guò)推進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)模擬軸系和模擬槳起動(dòng)，按設(shè)定 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行模擬槳和模擬軸系，此時(shí)模擬槳及模擬軸系的慣量加速轉(zhuǎn)矩參數(shù)Bm為0，計(jì)算 模擬槳及模擬軸系的附水轉(zhuǎn)矩參數(shù)Α π和摩擦力轉(zhuǎn)矩參數(shù)，其中An = η P J)/，η M為 模擬槳的相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，KQm為模擬槳的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，P m為模擬槳所在敞水環(huán)境中水的密度， Dm為模擬槳的直徑；Cm為模擬槳及模擬軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩； 步驟三：調(diào)整模擬槳的螺距，從而改變模擬槳的轉(zhuǎn)矩系數(shù)KQm，使Am = As ;通過(guò)摩擦力轉(zhuǎn) 矩施加機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的摩擦力，使Cm = Cs ; 步驟四：離合器接排，用推進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)模擬槳及模擬軸系起動(dòng)，控制推進(jìn)電機(jī)按設(shè) 定規(guī)律升速，從而計(jì)算模擬槳及模擬軸系的慣量加速轉(zhuǎn)矩參數(shù)Bs，Bs = Js，Js為模擬槳及模 擬軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 步驟五：通過(guò)慣性單元調(diào)節(jié)模擬螺旋槳及模擬軸系的慣量，使Bm = Bs ; 步驟六：用調(diào)整好的模擬系統(tǒng)模擬實(shí)際螺旋槳及軸系的起動(dòng)狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求4所述的螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬方法，其特征在于：通過(guò)設(shè)置 在模擬軸系上的軸式配油器調(diào)節(jié)模擬槳的螺距。
6. 如權(quán)利要求4所述的螺旋槳及軸系起動(dòng)過(guò)程狀態(tài)模擬方法，其特征在于，所述慣性 單元為設(shè)置在模擬軸系上的圓盤(pán)，通過(guò)調(diào)整圓盤(pán)上連接的慣性塊的個(gè)數(shù)、質(zhì)量及旋轉(zhuǎn)半徑 調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；所述摩擦力轉(zhuǎn)矩施加機(jī)構(gòu)為與所述圓盤(pán)壓緊的撓性壓 板，通過(guò)調(diào)整撓性壓板對(duì)圓盤(pán)的壓緊力調(diào)節(jié)模擬槳及模擬軸系的摩擦力轉(zhuǎn)矩。
【文檔編號(hào)】B63B9/00GK104276258SQ201410373890
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】郭豐澤, 趙同賓, 曾憲友, 董新宇, 蘇曉明, 顧愛(ài)中 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所, 上海齊耀系統(tǒng)工程有限公司