[發明專利]螺旋槳及軸系起動過程狀態模擬系統及方法

有效

• 申請號: 201410373890.0
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104276258B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 郭豐澤;趙同賓;曾憲友;董新宇;蘇曉明;顧愛中
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一一研究所;上海齊耀系統工程有限公司
• 主分類號: B63B9/00
• 分類號: B63B9/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,楊志兵

技術領域

發明涉及一種模擬系統，具體涉及一種螺旋槳及軸系起動過程狀態模擬系統，屬于船舶動力系統技術領域。?

背景技術

目前常見的螺旋槳模擬裝置通常是用負載電機作為主體來進行的，其原理如圖1所示。通過控制負載電機(通常是直流發電機)的電樞電壓和電流(通常是給定電壓而控制電流)，在軸系轉速為ω時，使負載電機軸上形成所需的負載轉矩M_L。此外，針對監測的軸系轉速ω，可以通過控制負載電機的電壓和電流，使負載轉矩M_L按預先設定的M_L-ω曲線(螺旋槳特性曲線)進行，從而實現對螺旋槳負載的模擬。?

一般來說，在已有明確的螺旋槳特性參數的情況下，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載特性。但該種模擬裝置存在以下缺點或不足：?

(1)無法模擬螺旋槳及軸系起動過程的負載(轉矩)?

用電機模擬螺旋槳負載的本質是通過控制電壓和電流使電機形成與當前轉速下所模擬螺旋槳相同的轉矩。也就是說，是先有轉速ω，才有對應的負載轉矩M_L，這與實際過程是相反的。實際上，在一定的輸入扭矩下，是螺旋槳的負載決定了轉速的變化。對于靜態過程來說，上述模擬可行；但對于動態過程來說，特別是對于某些轉速未知的工況，上述模擬裝置由于無法預知轉速變化，從而無法給出相應的扭矩。?

在如圖2所示的螺旋槳推進系統中，原動機(主機或推進電機)起動后通過離合器接排帶動螺旋槳及軸系起動，如果離合器滑摩時間較長(軟接排，軟接排時，離合器的主動端和從動端同步時間較長；通常會用在PTO/PTI柴電混合動力推進系統設計中)，則螺旋槳和軸系側的轉速是未知的，前述的負載電機無法模擬這種工況下螺旋槳及軸系的負載。?

(2)無法模擬動態過程中的螺旋槳及軸系的慣量加速轉矩?

在原動機帶動或通過離合器帶動螺旋槳及軸系起動過程中，有以下關系式：?

Md-ML=Jdωdt]]>

其中：M_d為主動轉矩，即原動機(直接帶動)或離合器摩擦片被動副(原動機通過離合器帶動)的轉矩；?

M_L為負載轉矩，對于圖2所示的螺旋槳及軸系來說，M_L＝M_P+M_f；其中M_P是螺旋槳的附水轉矩，M_P與螺旋槳及軸系的轉速ω有關，在螺旋槳幾何形狀、進速系數一定的情況下，M_p∝ω²；M_f是螺旋槳及軸系的摩擦力扭矩，M_f取決于摩擦力的大小，在軸系軸承潤滑良好的情況下可認為是定值或分區間定值(轉速不同，潤滑性能可能有所差別，摩擦系數不同)。?為慣量加速轉矩，其中J是螺旋槳及軸系的轉動慣量，是螺旋槳轉動慣量和軸系轉動慣量之和。?

上述中，摩擦力扭矩M_f是定值，螺旋槳的附水轉矩M_P是螺旋槳和軸系轉速ω的函數，在螺旋槳特性明確的情況下，都是可以模擬出的。但對于原動機通過離合器軟接排帶動螺旋槳及軸系的起動過程來說，由于起動過程中螺旋槳和軸系轉速ω(與原動機轉速不同)的變化是未知的，無法通過負載電機這種方式來進行模擬。?

(3)負載電機起動過程的轉矩模擬本身很難實現?

由于發電機在起動過程中(特別是低轉速)特性并不是很穩定，因此即使采用原動機直接帶動(螺旋槳及軸系轉速ω與原動機轉速相同)，在起動過程中也是很難通過控制電壓和電流實現對螺旋槳負載(轉矩)M_L的模擬。?

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種螺旋槳及軸系起動過程狀態模擬系統，能夠實現螺旋槳及軸系起動過程狀態(包括負載和轉速)的模擬；同時通過改變裝置參數，能夠實現不同功率級別螺旋槳及軸系的起動過程負載模擬。?

所述螺旋槳及軸系起動過程狀態模擬系統包括模擬槳、模擬軸系、螺距調節機構、推力軸承、慣性元件和摩擦力轉矩施加機構；外圍設備為離合器和推進電機。?