[發明專利]具有動力適配調節器的船舶推進系統

無效

• 申請號: 01804968.0
• 申請日: 2001-01-08
• 公開（公告）號: CN1400946A
• 公開（公告）日: 2003-03-05
• 發明（設計）人: 岡特·蓋爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: B63H21/21
• 分類號: B63H21/21;B63H21/22;B63H23/24;H02P9/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 侯宇,陶鳳波

具有螺旋槳電動機的船舶螺旋槳的驅動裝置借助轉速調節器調節。在駕駛臺通過操縱桿規定轉速的額定值。在調節器進口前，在一個加法電路中，轉速額定值(給定參數)與當前的轉速值比較，以便由此確定調節誤差，此調節誤差輸入調節器。調節器的出口信號作為控制參數進入調整裝置，螺旋槳電動機通過此調整裝置與電源連接。

在用同步電機驅動時，調整裝置由變頻/變流器組成，它根據柴油發電機設備的發電機電壓，產生一個適當多相的和頻率可變的電源電壓。此變流器線路設計為，使變流器和同步電機聯接起來后與直流電機類似，它的電流通過直流調節器調整。進入直流調節器控制器進口的信號規定了直流電機消耗的電流。按相同的方式，調節器的控制信號規定了同步電機的工作電流。也可以用相同的方式向異步電動機供電能并可應用于船舶驅動。

現在已證明這種推進系統是比較剛性的，也就是說，即使在螺旋槳轉一圈時的微弱轉速波動也能被調整。

轉速波動或角速度改變的原因在于船舶螺旋槳在水中的特性，航行時水流過船身而且在空間上有不均勻的速度剖面。槳葉在其旋轉運動時部分通過在船尾處存在的艉鰭或尾軸架運動，而它們在其旋轉運動的其他部分遭遇水的其他流速。

流體力學認為，船舶螺旋槳上隨時間而變化的負載可用尾流場(伴流場)來描述。由船體上的艉鰭或尾軸架所引起的這種負載波動，表現出來就是螺旋槳尾流場的不均勻性，而這種不均勻性又反映為槳葉旋轉時波動的進程系數。

也就是說形成周期性的扭矩波動，它導致船舶螺旋槳波動的角速度，該角速度由轉速調節器或其下屬的電流調節器來調整，以便將船舶螺旋槳的轉速盡可能準確地保持為預選的轉速額定值不變。據矩波動的頻率等于軸轉速乘以螺旋槳葉片數。扭矩波動從驅動電機傳到地腳螺栓并因而傳給船體。在柴油發電機設備的情況下還產生扭矩反作用。由此使船體部件被此脈動扭矩的主波激勵振動，此外，基于機械方面的既定條件也不能忽視船體在相關頻率下發生共振的可能性。這種振動不僅令船上的人員感到厭煩，而且對船舶的整個結構及其裝載的貨物帶來嚴重的載荷，因此應加以避免。

迄今試圖用所謂的有限元法計算這種振動的薄弱環節，并將如此確定的危險區通過采用成噸的鋼來加強。這種方法一方面昂貴，另一方面減小了允許的裝載量和船上可利用的載貨容積，增加了燃料消耗量，并且除此之外至多能減少由驅動裝置產生的振動對材料的破壞作用，然而并不能從根本上排除這種作用。

為將船用螺旋槳的轉速盡可能準確保持為預選的轉速額定值所進行的轉速調節還會導致另一個負面效果。

因為尾流場的不均勻性完全反映為螺旋槳進程系數的波動，所以降低了螺旋槳的空泡安全性，因為螺旋槳的工作點可能接近其空泡極限或超過此空泡極限。尤其在船體上存在艉鰭或尾軸架的區域內，螺旋槳的工作點可能達到或超過空泡極限并因而引發產生空泡，它會導致船舶尤其是螺旋槳嚴重損傷。空泡還導致不允許的壓力波動和噪聲，這些尤其顯著降低了客輪、科研考察船和軍用船舶的利用價值和舒適性。

另外，由電動機驅動的船用螺旋槳可以非常迅速地調整轉速。轉速的這一快速調整也會導致在槳葉上產生空泡。在這種情況下，轉速調整的速度取決于船的航行速度，也就是取決于水沖擊螺旋槳的迎流速度。

因此采用加速發生器(Hochlaufgeber)，從調節技術看它們應位于操縱桿與調節器額定值進口之間。

當船用螺旋槳實際轉速增加時，顯著改變其動力特性(Dynamik)。由于螺旋槳曲線族(從系樁拉力曲線過渡到自由航行曲線)呈二次冪變化過程，在實際轉速上升時，船用螺旋槳允許的動力性能超比例地下降。

在先有技術中已知的船用螺旋槳驅動裝置中，由加速發生器確定的加速時間，隨著螺旋槳驅動馬達轉速的上升提高一至三級，以便將轉速過量保持在螺旋槳曲線允許范圍之內。

此外，電推進系統鑒于其功率需求還必須顧及發電機的勵磁。發電機勵磁的時間特性比船用螺旋槳電動機可能的動態特性慢。

在考慮到這兩種邊界條件的情況下，按先有技術將加速發生器作如下所述的設計：

從轉速為零開始，螺旋槳電動機起先不加限制地亦即最佳地加速。被螺旋槳消耗的功率在有恒定加速時間的加速過程中迅速增加并最終達到轉速調節器中的電流極限，以免柴油發電機設備過載。在加速發生器第一階段結束時轉換到另一個加速時間。由電驅動裝置提供使用的加速功率幾乎降回零。因此形成從柴油發電機設備提取功率的階躍式改變，柴油發電機設備應當但可能未必能適應這種改變。其結果是導致船舶電網內的頻率和/或電壓波動。