电力推进型船舶（精选12篇）
电力推进型船舶 篇1
0 引言
伴随船舶工业的发展和电力技术的进步, 船舶电力推进的发展已经有100多年的历史。近20年来船舶电力推进技术发展迅速, 已经在船舶推进领域形成了较为明显的特点, 正日益成为船舶工业研究的热门话题。
1 船舶电力推进系统的组成和应用
船舶电力推进动力组成目前主要有两种形式, 一种是柴油机-电力推进相结合的混合动力推进, 另一种是全电力推进。船舶电机推进装置包括以下几个主要部分:发电部分, 推进部分以及控制系统。几大部件主要有原动机, 发电机, 电动机, 螺旋桨以及控制单元。船舶电力推进简图如图1。
船舶电力推进技术的应用领域广泛, 目前主要应用于以下船舶:邮轮、渡轮、破冰船、水面战舰、潜艇、各种工程船、侧推器辅助控位浮式采油设施和油货轮等。
2 船舶电力推进系统的特点
2.1 船舶电力推进系统主要具有以下优点
1) 由于可以优化发动机或者发电机组负荷, 所以能够有效降低船舶的燃油消耗和排放。发电机组可以在高负载时以较高的效率运行。特别是应用在运行工况负荷变化较大的船舶上, 例如, 对许多动力定位船来说, 其行驶操作的时间和进行控位/机动操纵的时间通常各占一半。
2) 由于多引擎的冗余, 推进系统的可靠性高。即使一台发电机组故障, 仍然有足够的动力保持船舶的安全操作。
3) 降低了生命周期成本, 从而降低运营和维护的成本。如果船舶的运行模式相对来说比较平稳, 则使用电力推进系统经济效益不明显, 但对于多重运行模式的船舶, 使用电力推进系统的经济性较好。
4) 通过部署特殊的推进器, 如全方位角推进器或吊舱式推进装置, 改善的船舶的机动操纵能力和位置保持能力。
5) 动力装置占用的船体空间较少, 增加了船舶的有效载荷。
6) 由于推进器通过电缆提供电力供给, 因此可以不与原动机布置在一起, 这样就可以更加灵活的选择推进器的位置。
7) 由于缩短了传动轴的长度, 而且固定原动机的转速, 加上所采用的特殊螺旋桨使水流更加均匀, 削弱了空泡现象, 从而使得整个推进系统的噪声和振动大为减轻。
8) 高效的性能和高的电机转矩, 可以使系统在低转速的情况下提供最大扭矩。如在结冰条件下航行则具有一定的优势。
2.2 电力推进系统也存在一些缺点
1) 初期成本较高。现代电力推进系统的发展还处在初期阶段, 装备电力推进系统的船舶投资成本增加, 如果采用全船电力推进所需的初期成本比机械推进高20%以上。
2) 能量转换损耗增加。由于不是原动机与螺旋桨的直接传动, 一般经过两次能量转换, 加大了船舶满载时的传输损耗。
3) 管理与专业人才的缺乏, 对于使用电力推进系统的新用户, 缺少管理该种船舶的经验, 同时电力推进系统对于船舶电气工程师的要求更高。
虽然电力推进系统有以上缺点, 但是总体来说, 电力推进系统的优势更为明显, 随着电力推进技术的不断发展以及相关管理经验的积累, 船舶电力推进技术肯定将日益受到各方的重视。
3 船舶电力推进发展展望
3.1 发电技术
目前的船用柴油发电技术已经十分成熟, 但是排放的废气以及产生油水混合物, 都会对环境造成污染, 所以人们正在努力寻找除传统发电机以外的其它发电技术。自1939年开始, 人们开始对电化学电池产生较大的兴趣。电化学电池被称之为燃料电池, 它的原理是通过某种燃料和氧气发生反应, 产生电力以及水和热量。燃料电池发电时不发生燃烧, 以氢燃料电池为例, 几乎不会产生环境污染。燃料电池结构较柴油发电机更为紧凑, 船舶空间利用率更高。并且由于是由燃料反应直接转换成电能, 因而燃料的效率叫传统内燃机相比也要高。另外, 由于不需要运动部件, 也大大降低了噪声的产生, 同时提高了可靠性。
目前, 各类燃料电池的研究都在进行之中, 如:磷酸燃料电池、质子交换膜或者固体聚合物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱燃料电池、直接甲醇燃料电池、锌空气燃料电池以及质子陶瓷燃料电池等。
所有这些燃料电池就目前来看生产和维护的成本都高, 使得发电成本增高。而且目前的燃料电池还只能在一些低功率的场合应用。虽然燃料电池的应用前景十分广阔, 但是还需要不断的研究改进和提高性能。
3.2 推进技术
吊舱式推进器 (又称POD推进器) 是近20年来发展起来的一种船舶电力推进技术, 是目前船舶推进系统研究开发领域引人注目的焦点。POD推进器是将推进系统置于船外, 节省了大量的舱内空间, 提高了船舶的经济效应, 具有很大的市场发展潜力。目前, 世界上一些从事电力推进产品开发的公司都在吊舱式推进器这一领域加大研究投入, 开发出了具有各自特点的新产品, 各公司研发的典型吊舱式推进装置见表1。
采用吊舱式推进器的共同优点是可以缩短轴线的长度, 增加有效载荷能力, 缩短船舶建造周期。另外, 吊舱式推进器的使用可以改善船舶进出港口的操纵性能。在未来新型战舰的研制和论证过程中, POD推进器被一些发达作为首选方案, 军事应用前景广阔。
近年来世界上还涌现出一些不使用螺旋桨提供推进动力的电推船舶, 这些船舶使用新型推进器, 旨在降低船舶的振动和噪声, 为电力推进技术展开新的研究方向。
喷水推进是船舶电力推进方式中的一种, 与常见的螺旋桨推进方式不同, 喷水推进的推力是通过推进水泵喷出水流的反作用力来获得, 并通过操纵舵以及导航设备分配和改变喷流方向来实现船舶的操纵。喷水推进的优点主要有:抗空泡的能力强, 振动和噪声小, 推进效率高, 适应变工况能力强, 操纵性能优异等。当然, 喷水推进也有缺点, 航速较低时效率不高, 价格较高等等。对于军舰来说, 采用喷水推进能获得不错的战舰效果, 引起了海军大国的研究兴趣。
另一种不使用螺旋桨提供推力的电推船舶是磁流体推进器船舶。磁流体推进是利用海水中电流和磁场见的相互作用使海水运动而产生的一种推进方法。其实就是把海水当作一种导电体, 在水流通道内建立起磁场, 向海水通电, 此时流道中的海水就会受到磁场中的电磁力运动, 其反作用力就会推动船舶运动。该种推进器可以通过调节电流大小来控制船舶速度, 通过改变电流的方向来实现对船舶航向的操纵。磁流体推进和喷水推进的有些相似, 振动和噪声都比较小, 也避免了螺旋桨高速旋转时形成的空泡效应影响。但是磁流体对于电磁铁心电磁铁性能要求较高, 推进效率不高, 目前还需要进一步的研究和改进。
4 结语
在未来的船舶推进领域, 虽然电力推进还不能完全取代其他船舶推进方式, 但是, 它所占有的比例将越来越大, 随着自动控制水平和电子电力技术的不断提高, 船舶电力推进技术的发展必然会越来越快, 应用的领域也将越来越广。把握船舶电力推动的未来发展方向, 必将带来巨大的经济以及社会效益。21世纪必将迎来船舶电力推进发展的黄金时代。
参考文献
[1]马聘.吊舱推进技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2007.
[2]栾胜利.船舶电力推进技术的发展[J].船电技术, 2009 (4) :46-49.
[3]孔庆福, 吴家明, 贾野, 陈国均.船舰喷水推进技术研究[J].船舰科学技术, 2004 (6) :28-30.
[4]苑淑云.船舶交流磁流体推进新方法研究[D].哈尔滨工程大学, 2007.
[5]俞文胜.船舶电力推进未来发展方向[J].世界海运, 2007 (3) :43-45.
电力推进型船舶 篇2
摘要：近几年，我国在航运方面发展比较迅速，主要与现代国内外贸易日益增长存在着密切的关系，在航运经济发展时，船舶极易引发诸多的电气事故，一旦发生此类电气事故，就会构成严重的经济损失，也会造成一定的人员伤亡，社会影响恶劣。通常情况下，船舶电气事故的发生，主要是船舶的电力系统故障而引发的，如继电保护装置失灵、线路绝缘性差、设备绝缘能力差与短路等问题突出，容易引发火灾。为满足需求，必须重视对船舶电力系统的科学性管控，做好继电保护工作是关键。本文针对船舶电力系统继电保护分析展开了分析与探究。更多电力论文相关范文尽在职称论文发表网。
关键词：电力论文
实现船舶自动化，大大减轻船员劳动量。然而，就目前船舶电力系统运行情况的分析，了解到电力系统极易出现故障，最终会威胁船舶电力系统运行的高效性。若想实现传播电力系统运行的高效性与安全性，必须要重视继电保护工作，以降低故障的发生概率。
1船舶电力系统继电保护的基本任务及具体要求
1.1电力系统出现故障
从电力系统运行的具体情况来看，应从电能发生、输送、配置、应用等角度出发，对电力系统整体进行全方位的监控，进而满足电力发展的实际需求[1]。在电力系统中，变压器、发电机、断路器、主配电板、输电线路与用电设备等都属于一次设备，也是产生电能、实现电能传输的重要设备。电力系统在运行的过程中，极易发生各类安全事故，且在任何条件下都可能出现故障，其中，短路问题最为突出。通常情况下，短路主要表现为两相短路、三相短路、单相接地短路、两相接地短路与发电机短路等[2]。导致短路问题出现的主要原因有机械设备被严重损伤、绝缘层被破坏与基本操作不科学等。电力系统多种故障的发生，过负荷问题较为突出，此类故障一旦出现问题，会让绝缘的温度逐步升高，也会加速绝缘层的老化，也会让设备受到严重破坏，最终会引发火灾问题。1.2继电保护的基本任务在各设备间，电与磁存在着密切的联系，不正常情况与故障问题的发生，会让电力系统出现一系列的事故，最终会严重威胁电力企业的实际发展。在继电保护时的主要任务为：若主配电板、输电线路、变压器、发电机等出现短路或过量负载问题时，应在最短时间内将存在故障的设备借助断路器予以断开，以脱离电力系统，能保证不存在故障的部分正常运行，进而降低故障设备损坏度，还可降低对邻近设备供电系统所构成的影响，进而保证电力系统高效、稳定的运行。
1.3继电保护的基本组成
继电保护主要是由测量元件、执行回路与逻辑环节三个部分所组成的。若物理量出现突变，通过测量之后，及时确定好故障范围与基本类型，从逻辑判断来判断断路器跳开的次数与时间，然后让执行回路发出一定的信号与跳闸脉冲。
1.4继电保护的运行原理
电力系统继电保护装置的运行，其原理为借助被保护设备前期与后期一些物理量的突变情况，一旦突变量达到一定参数值，借助逻辑判断，能及时发出信号与跳闸脉冲。例如，借助被保护设备故障发生后期电流的.不断增大，以达到电流保护的效果;借助降低电压来达到低电压保护效果;借助不对称短路发生负序电流与电压，以形成负序保护效果。
2船舶电力系统继电保护措施
2.1发电机继电保护
在发电机继电保护方面，所要保护的内容主要包括短路、过载、钱呀与你功率保护。(1)过电流保护。实施过电流保护时，主要包括短路与过载两个层面。短路就是发电机运行时所出现的故障，而过载则是发电机在运行过程中所出现的不正常状态。(2)短路保护。短路就是在交流电中，处在不同相导体进行直接性的接触与碰触。三相四线的实施，主要包含单相、双相与三相短路三种情况。通常情况下，短路的发生主要是由于绝缘层被损坏、绝缘层老化与操作失误等问题而引发的。在发电机内部，极易出现一系列的短路故障，但是发生概率不是很高，在此针对发电机外部进行短路保护。一旦发生短路，电流会大大增加，这会对设备、发电机等形成破坏，滋生短路故障后，要从发电机至短路点间会形成很大电流，在开展短路保护时，应借助自动化开关内的过电流脱扣器来进行保护与操作。具体航运船舶电力系统的行业文件规范来看，短路延时保护所产生的动作电流为发电机而定电流的3-5倍，整个工作电流的时限设定为0.2-0.6s，确定好时间后，发电机就会出现跳闸现象。(3)过载保护。若船舶电力系统中的基本运行机组具体容量无法充分满足负载增加的情况，极易使得发电机出现过载现象，一旦出现过载现象，会让发电机的电流或功率等超出额定参数值。若在过载条件下，会让整个机组发热，极易引发绝缘层老化或零部件质量受损等问题，也会缩短原发动机的具体使用使命。实施过载保护时，要加强对发电机机组的保护，且保证机组不会受到损伤，且不可对供电进行中断。从发电机本身着手，其具有过载电流承担效能，1.1倍的额定电流时限为2h，1.25倍的额定电流时限为0.5h，1.35倍的额定电流时限为0.08h。实施过载保护时，应开展适当的延时，若发电机属于无自动分级卸载类装置，其在过载保护时，动作电流能够被整定成额定电流参数值的1.25%-1.35%，延迟的时间为18s左右。
2.2主配电板与配电设备的保护
为实现对电能的科学性控制，合理分配好发电机内的电能，还要准备一定的配电设备。若想达到理想主配电板保护效果，应发挥好配电装置的重要作用，进而提升船舶电力系统运行的高效性与稳定性。配电装置的安全运行，应及时配备好电路运行所需的信号指示器、开关、调节电器、保护电器与测量仪表等。此外，还要加强对负载分路、主电源等的科学性控制与保护。
3结束语
综上所述，为促进船舶的高效运行，降低故障的发生概率，减少经济损失，必须加强对船舶电力系统的安全保护，及时应对好故障问题，以实现船舶自动化运行的高效性与科学性。实施船舶电力系统继电保护工作时，应加强对发电机、主配电板与配电设备故障等的保护，应对好短路、过载与过电流等问题，以保证船舶运行机组运行的安全性。
参考文献：
[1]宋立范.船舶电力系统继电保护的研究[J].科技创新导报,(18):99.
海运船舶电力推进系统的鲁棒控制 篇3
关键词：船舶电力系统，鲁棒控制， 线性矩阵不等式
中图分类号：TP13 文献标识码：A
Robust Control for the marine ship power propulsion system
Li Hong-xing， Lu An-shan
（College of Physics and Electrical Engineering ， Qinzhou University， Qinzhou， Guangxi 535000 China）
Abstract： This paper studies the design of robust state feedback controller for mathematic model of marine ship generation systems. Its purpose is to deduce sufficient conditions of the existence of controller with Lyapunov stability theory. At last we utilize MATLAB software to get disturbance attenuation level and obtain the unit step response curve. The result demonstrates that the design methods of robust controller for marine ship generation systems is feasibility.
Key words： Marine ship generation systems，Robust control，Linear matrix inequality
1 引言
海运船舶是海上交通的主要运输工具，正向大型化、深水化方向发展，而其电力系统又是海运船舶的核心，是一种复杂的控制系统，具有高阶、强耦合等电力系统的一般共性，又具有电站容量小，受电动机负载影响大的特殊性，目前受到很多学者的关注。如船舶电力推进系统稳定性分析与控制[1]一文分析了不同参数下推进电机的稳定情况， 设计一种直流母线电压前馈控制器;文献[2]阐述了受到大负荷扰动后，船舶电站的参数将发生较大变化.从发电柴油机、电力负荷、发电机及励磁调节系统方面建立柴油机瞬时转速的动态模型。深潜艇推进电动机的控制研究[3]，应用鲁棒控制方法来处理推进感应电动机磁场定向下的矢量控制问题来抑制转子电阻参数摄动和洋流、海浪引起的转矩波动对深潜艇推进电机调速系统的影响;张利军等[4]通过鲁棒L2干扰抑制控制方法解决电力系统中励磁与调速的协调控制问题，也有学者对船舶动态定位系统[6]和航迹跟踪系统[7]进行鲁棒控制研究。鲁棒控制在解决系统模型参数具有不确定性问题时有其自身的优点，本文主要考虑海运船舶电力系统模型参数存在凸多面体不确定性的情况下，设计鲁棒控制器，使系统稳定且满足性能。
2 问题描述
考虑如下线性时变系统：
考虑系统（2）和上面的假设，定理得证。
4 仿真研究
考虑分散励磁式电力系统的数学模型[5]，在系统存在凸多面体不确定性的情况下的模型参数如下：
5. 结论
本文考虑了船舶电力系统的不确定模型，设计状态反馈鲁棒控制器。利用MATLAB软件求解控制器的增益K与扰动抑制度，仿真结果表明该方法设计的状态反馈控制器是可行的。
参考文献
[1] 吕世家，罗耀华，游江，康少波.船舶电力推进系统稳定性分析与控制[J].大连海事大学学报.2012， 38（3）：27-30.
[2] 常勇，胡以怀，崔秀芳. 船舶电站负荷扰动下轴系瞬时转速的动态仿真[J].船舶工程. 2010， 32（4）：33-37.
[3] 游江，赵国良，罗耀华，付斌.深潜艇推进电动机的H∞控制研究[J].船舶工程. 2006，28（6）：13-17.
[4] 张利军，孟杰，兰海.计及螺旋桨负载的船舶电力系统协调控制设计[J].控制理论与应用.2011，28（4）：531-537.
[5] 刘维亭，王德明.基于Riccati法的舰船电力系统鲁棒励磁控制研究[J].电机与控制学报. 2004，8（4）：338-341.
[6] DU Jialu， YANG Yong. A robust adaptive neural networks controller for maritime dynamic positioning system[J]. 2013， （06）：128-136.
[7] ZHU Qi-dan，YU Rui-ting，XIA Gui-hua， LIU Zhi-lin. Sliding-mode robust tracking control for underactuated surface vessels with parameter uncertainties and external disturbances[J]. Control Theory & Applications. 2012，29（7）：64-68.
作者简介：
电力推进型船舶 篇4
一、船舶电力推进系统中的电机技术
从电力推进系统的电机技术进行分析, 电力推进系统中的电机有同步电机, 也有异步电机, 从承受能力上进行分析, 同步电动机在转矩扰动的承受能力上优于异步电机。电力推进系统中的同步电机, 可以针对海上风浪造成的转矩变化做出迅速的反应, 其在工作的过程中, 因为自身带有磁场, 所以可以在低频下进行稳定的运行, 而船舶的推进速度, 有非常宽的调整范围。所以从性能上进行综合分析比较, 在船舶电力推进系统中可以采用同步电机技术。
随着同步电机技术的发展, 形成了永磁同步电机技术, 将同步电机自带的磁场、磁密度和磁力提升, 使得这种磁力可以长久稳定的发展。从当前船舶电力推进系统中同步电机技术的应用进行分析, 其具有以下优点:
1.新产生的永磁性同步电机, 代替了以往船舶电力推进系统中使用的转子铁芯和励磁系统, 将船舶电力推进系统中电机的体积和重量有效的降低。
2.永磁性同步电机, 在船舶电力推进系统中的应用, 将系统中的铁损、铜损等降低, 提升了船舶电力推进系统的运行效果, 这种高效率的运行优势, 是其他形式的电机无法取代的。
3.永磁性同步电机中的磁性是恒定的, 其电磁转矩和电枢电流是正相关的关系, 所以在运行的过程中, 可以通过对电力推进系统的电流进行调节, 进而实现对其电磁转矩的调节和控制, 操作非常简单。
随着科学技术的发展, 船舶电力推进系统中的电机技术也会不断的发展和完善, 具有更完善的性能, 工作效率更高, 在船舶中的应用, 将有效的提升船舶海航运行的安全性。
二、船舶电力推进系统中的电子变频技术
在船舶电力推进系统中, 电子变频技术保证了电力推进系统的电力来源, 电子变频器采用的是大容量全控型电力电子器件, 例如IGBT, 这些电力电子器件, 具有耐高压性、大电流等特点。当前在船舶电力推进系统中采用的电子变频技术, 其变频的方式主要有交交变频和交直交变频。
交交变频其输出电压并不是平滑的正弦波, 其电压是由多个干段电源的电压拼接而成的, 在电压输出周期中, 存在的干段电源越多, 电压在传播周期中产生的波形就越接近正弦波。在船舶电力推进系统中大功率电机使用中, 在低频下工作时, 交交变频具有良好的性能, 非常适用。交交变频的使用优点有:
1.在低频下工作时, 具有良好的性能。
2.在开始启动时, 产生的转矩较大, 而且转矩的传输非常均匀。
交直交变频在工作的过程中, 采用的是全控制电子器件, 在一定的工作规律下, 完成导通和断开, 将电压转变成电压脉冲。交直交变频是由整流系统和逆变系统组成的, 其在工作的过程中, 只能和同步电机配合运行, 其性能略低于交交变频, 但是这种变频技术也有自己的优势, 例如具有较高的电网功率因数等。
在船舶电力推进系统中使用的电子变频技术, 具有两个显著的特点: (1) 在船舶电力推进系统中, 使用电子变频技术, 将推进电动机的绕组转变为双套电枢绕组, 在每一组绕组中都有一个变频器, 可以独自的进行工作。在其工作的过程中, 也可以向船舶电力推进系统的电动机提供电力来源, 保证电机的正常运行。 (2) 在船舶电力推进系统中, 使用电子变频技术, 将其中的能源进行回馈, 有效的提升了船舶电力推进系统的能源利用率。
三、船舶电力推进系统中的谐波控制技术
在船舶电力推进系统中, 使用变频技术, 不管是采用哪种变频器, 在其使用的过程中, 导通和断开, 会使得电网中的电压和电流出现脉动, 产生谐波, 对电网进行污染。电网中产生谐波, 将严重的影响电网的供电质量, 使得电力推进系统中电机发热症状加剧。电力推进系统中的控制系统, 受到谐波的影响, 使得控制信号产生畸形, 出现控制偏差, 进行造成船舶电力推进系统的控制不准确。
1.为了降低谐波对船舶电力推进系统产生的影响, 在电力推进系统中, 增加谐波控制技术, 减少谐波对船舶电力推进系统的电网、设备等造成的影响。目前在船舶电力推进系统构建的过程中, 采用的谐波控制技术主要有:
(1) 增加谐波滤波器
在电力系统中设置谐波滤波器, 将电网中产生的滤波进行滤去。
(2) 将船舶电力推进系统中的电流机组进行转换
在船舶电力推进系统中, 变频器的导通和断开, 影响着电网的电压和电流, 使得电网中出现谐波。为了消除谐波产生的影响, 将电力推进系统中的电流机组进行转换, 使得系统中的旋转变流机组单独作为电力推进系统的供电设备, 将电力推进系统中的敏感区域和其他设备进行完全的隔离, 降低谐波产生的危害。
(3) 增加系统中脉动的数量
对船舶电力推进系统电网产生的谐波进行抵制和降低, 可以增加变频器整流和逆变中的脉动数量, 对谐波进行有效的控制。
以上都是船舶电力推进系统中谐波控制技术, 其在船舶电力推进系统中的应用, 提升了运行的安全性。例如某船舶在海上推进运行中, 变频器的导通和断开, 对系统电网中的电压和电流产生了影响, 产生较大的脉动, 使得电网产生谐波, 影响着船舶推进的稳定性和安全性。将谐波控制设备开启后, 对电网中产生的谐波进行分量, 对电压、电流等产生的谐波进行了消除, 保证了船舶推进运行的安全。
小结
在船舶电力推进系统的构建中, 涉及到很多高新技术的应用, 这些技术的应用, 对船舶电力推进技术产生了巨大的影响。为了提升船舶推进的稳定性和灵活性, 构建性能更为优良的电力推进系统, 必须采用先进的科学技术, 提升电力推进系统中的各项技术性能, 提高船舶推进运行的安全性。
摘要：科学技术的发展推动电力推进技术的进步, 随之也受到了国内外的广泛关注。电力推进技术的发展, 其功能更加完善和可靠, 应用范围也不断的扩大。当前电力推进技术的各项高效性能已应用在船舶电力推进系统中, 本文针对船舶电力推进系统构建中的关键技术, 以及相关内容进行了分析研究。
关键词：船舶电力推进系统,谐波控制技术,电机技术,变频技术
参考文献
[1]马昭胜.小型船舶电力推进系统几个关键技术研究[J].中国修船, 2013 (03) :17-19.
[2]李楠.现代船舶电力推进系统的发展[J].中国水运 (下半月) , 2009 (01) :1-2.
[3]陈林, 罗孝学.船舶电力推进的现状及其关键技术分析[J].武汉航海 (武汉航海职业技术学院学报) , 2008 (02) :3-5.
[4]高鹗任文江.船舶动力装置设计.1991.
电力推进型船舶 篇5
电气工程及自动化
船舶推进电机在线监测系统设计
一、选题背景及意义
船舶电机在线监控和保护是为了保障船舶在行驶过程中电机能够正常运行的系统。是近几年国内外探讨的热点之一。
众所周知，电机是各种设备的核心部分，有了它设备才能运行并进行各种复杂的工作。电机好比人类的心脏，心脏停止跳动了，人这整个系统也就处于了停滞状态。但是有时候心脏虽然在跳动，但是它也有可能存在一些不安因素，影响到了整个系统正常快速的运行。各种机械设备也如此，当电机中的一些小元件或者电路出现了微小的变化，都可能影响到整台设备的正常运行。特别是一些贵重的电机，如发电机，逆变设备等，若定子或者转子发生故障，经济损失就相当大了。而作为船舶上使用的各种电机，当发生故障时，由于船上没有完整的维修设备，一般都必须运送到船厂进行维修。这样一来对船舶的安全和经济效益都有很大的损失。如果在船舶上有一套能对船舶发电机进行实时监控的设备，能够立即分析出电机状态及发生的是什么类型的故障就能方便进行及时的维修，减少经济损失。
本课题正是基于以上所分析的内容，以船舶推进电机为对象，对监测系统的运行可能性进行研究并加以实现，保障船舶的安全运行和人员的生命财产安全，减少海上出现事故的可能性，降低运行费用，提高经济效益。
二、国内外研究现状及发展趋势
1987年，特纳提出了电机状态监测的概念。21世纪以来，在船舶电机中状态监测技术已成了电机进一步发展的最重要任务之一。具体有两方面原因促成了这种需要：首先，应该说船舶电机设备是船舶的心脏，它的正常运行时保障船舶以及人身安全的的首要条件，如果电机发生故障，尤其是正在海上运行的时候发生故障，其后果将是不堪设想的。这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为显著，而设备本身价格就十分昂贵并需要消耗大量维护费用，而电机状态监测技术的运用就可以大大降低意外事件的发生，减少损失，为延长机器运行寿命和保障运行安全提供了大量有参考和利用价值的信息。另外，计算机技术、传感器技术、信号处理技术以及各种新科技的发展使得对电机设备实施有效的状态监测成为可能。随着状态监测系统在可靠性、实时性、经济性和智能性方面的进一步提高，状态监测技术将在电力系统中获得广泛应用。然而，我们对状态监测的很多方面仍了解不深，研究工作主要还是集中在监测系统的实时性、可靠性和灵敏度等方面。
一般来说，状态监测可分为三个基本步骤：1、数据采集；2、数据分析及特征提取；3、状态评估或故障诊断及分类。近20多年来，电机状态监测与故障诊断技术得到了快速的发展，国际大电网会议自20世纪80年代以来的历届年会中，也将电机的状态的监测和诊断列为旋转电机委员会的中心议题之一。国内外广大科技工作者纷纷致力于电机状态监测与故障诊断这一课题的研究。电机状态检测与故障诊断为电机维修工作提供了强大的技术支持，为实现电机预测维修提供了必要的前提条件和技术手段，在技术层面上使传统的预防维修上升到了预测维修的高度。
但是，电机状态检测与故障诊断研究尽管已经取得了一定的成果，仍然主要是以传统的陆用电机为主。而由于船舶电机工作的环境要比一般陆地条件恶劣得多，船舶存在着连续机械振动和冲击，经常处于倾斜和摇摆状态。而船体内部普遍温度高、湿度大，空气中又含有盐雾、油雾等腐蚀和污染气体，特别是无限航区远洋船舶的环境气温变化较大，这些环境条件是一般陆用电机难以承受的。
在船舶电机领域，目前国内外对于船舶电机状态监测与诊断研究的应用相对少，并且受制于实船工作环境的限制，其研究结果一般仅限于实验平台上的短期演示，距离实用化的预测性维修还有一定距离，因此在具有更大应用前景上的研究才刚刚开始。
本课题研究的主要目的，正是从实用化的角度出发，深入地探讨和分析上述推进电机预测性维修所必须解决的关键技术问题，研制面向过程、旨在保障安全运行的集中管理式推进电机在线状态监测与诊断系统，实现船舶电机预测性维修，满足实际船舶电机运行的要求。
三、研究的基本内容，研究步骤、方法及措施：
本课题主要研究内容为：以船舶推进电机为对象，对监测系统的运行可能性进行研究并加以实现，意在加强电机故障的可预见性，实行船舶推进电机预测性维修，保障船舶的安全运行，减少海上出现事故的可能性，降低运行费用，提高经济效益。
研究内容一、船舶推进电机参数的监测
状态监测的方法依据状态检测手段的不同而分成：振动分析法、噪声监测法、轴承回油温度及瓦块温度的监测、压力监测法、油液分析法、轴位移监测法等。课题将针对推进电机开展深入研究，选择合适的监测方法，对定子电流、温度、电压等重要运行参数实行在线检测，并将就最佳参数条件的获得开展深入的基础研究。
研究内容二、船舶推进电机运行故障诊断
按照诊断的方法原理，目前常用的故障诊断可分为：时频诊断法、统计诊断法、信息理论分析法及其它人工智能法、模糊诊断、灰色系统理论诊断及集成化诊断。诊断结果将直接影响到后续的预测性维修决策。课题将编写参数计算软件得到功率、功率因数和力矩等参数，输出诊断结果，并通过显示模块在线显示出电机运行状态，为预测性维修提供实施依据。
研究内容三、船舶推进电机故障可预见性维修
根据参数所显示的数据进行分析整理，诊断运行中出现的故障，评估电机当前运行的状态及将来可能产生的状态，并以此制定维修计划。
四、参考文献
[1]
刑会敏．基于单片机船舶电力推进电机监测系统[D]．上海：上海海事大学，2006．
[2]
李楠．现代船舶电力推进系统的发展[J]．中国水运，2009，9(1)：1~2．
[3]
马宏忠．电机状态监测与故障诊断[M]．北京：机械工业出版社，2007．
[4]
顾仁明，任玉环．几种预测船舶电机故障的新方法[J]．中国航海，1995：71~77．
[5]
黄文启．陆用电机和船舶电机安全使用的不同要求[J]．江苏船舶，2004：25~27．
[6]
刘艳妮，胡忠平，邱阿瑞等．基于虚拟仪器的船舶电机测试与监测系统[J]．船舶，2008：51~54．
[7]
邱赤东，任光．船舶电机早期故障检测方法的研究[J]．系统仿真学报，2009：277~281．
[8]
易明枢，梁启雄．船舶电机异常振动与噪声的检查及消除方法[J]．武汉造船，1996：48~50
[9]
邱赤东，任光．基于小波包变换与粗糙集的船舶电机定子故障诊断方法[J]．大连海事大学学报，2007：81~85+90．
[10]
邱赤东，谭跃，任光．基于多窗谱分析的船舶电机轴承故障检测方法[J]．大连海事大学学报，2008：135~139．
[11]
金显贺,王昌长,王忠东.一种用于在线检测局部放电的数字滤波技术[J]．清华大学学报（自然科学版），1993：62~67．
[12]
上海电气集团股份有限公司.一种船舶电力推进虚拟仿真系统：中国，CN200620162420.0
[Ｐ]．2007．
[13]
上海海事大学．一种船舶推进系统以及航行控制方法：中国，CN200810034634.3[Ｐ]．2009.[14]
上海海事大学．中小型电力推进船舶嵌入式推进控制装置及其控制方法：中国，CN200810034693.0[Ｐ]．2009．
[15]
GB/T
13030-1991．船舶电力推进系统技术条件[S]．中国：CN-GB，1991．
[16]
BS
IEC
60092-501-2007．船用电气装置．专用装置．电力推进装置Electrical
installations
in
ships
Special
features
Electric
propulsion
plant
[S]．英国：GB-BSI，2008．
[17]
GB/T
22190-2008．船舶电气设备
专辑
电力推进系统[S]．中国：CN-GB，2009．
[18]
JIS
F8073-1986．船舶用电气装置．第501部分：专用部件．电力推进装置Electrical
installations
in
ships
Part
501
Special
features
--
Electric
propulsion
plantフネヨウデンキセツビ
ダイ５０１ブ
コベツキテイ
―
デンキスイシンセツビ[S]．日本：JP-JISC，1986．
[19]
韩兴强．预防性及预测性维修的论述[J]．民营科技，2009：38．
[20]
推进船舶特案免税登记建议 篇6
【关键词】 特案免税;综合试验区;船舶登记;船舶检验;船舶融资租赁
2009年4月,国务院发布《关于推进上海加快发展现代服务业和先进制造业建设国际金融中心和国际航运中心的意见》,确立上海建设国际航运中心的战略目标,并在国际航运中心建设的主要任务和措施部分进一步明确:研究借鉴航运发达国家(地区)的航运支持政策,提高我国航运企业的国际竞争力。实施国际航运相关业务支持策略,将中资方便旗船特案减免税政策的执行截止日期由2009年6月30日延至2011年6月30日。如何借鉴航运发达国家(地区)的航运支持政策,利用国际航运发展综合试验区的政策环境,进一步推进船舶特案免税登记,是当前迫切需要研究解决的问题。
1 船舶特案免税登记政策执行概况
2007年6月12日,原交通部发布2007年第18号《关于实施中资国际航运船舶特案免税登记政策的公告》,颁布实施我国的船舶特案免税登记政策。根据交通运输部2009年《关于延长中资国际航运船舶特案免税登记政策的公告》,中资方便旗船特案减免税政策的执行日期为2007年7月1日至2011年6月30日。至2009年4月,财政部先后发布4批享受进口税收优惠政策的中资方便旗船舶清单,共有50艘船舶通过财政部审批。
2 船舶特案免税登记政策执行效果
2.1 积极效果
(1)直接效果。增加五星旗国际航线船舶登记艘次和运力,扩大我国船队规模。目前,中国籍国际航线船舶共艘,新增的特案免税登记船舶50艘,占现有国际航线船舶4.9%。
(2)经济效益和社会效益。特案免税登记船舶增加人员就业机会,集聚航运人才,其经营所得促进国内经济增长,其产生的登记费、检验费和企业管理税费直接增加国家财政收入。
(3)辐射效应。登记船舶增多有助于增强港口集疏运能力,船舶交易中介、船舶金融、船舶保险及其他辅助机构均可能因此迁入船舶注册地,从而带动注册地航运业整体发展,从税费、就业、人力资源等方面发挥航运产业辐射效应。
2.2 存在问题
船舶特案免税登记政策实施至今,我国仍有大量船舶(占我国国际航运船舶总运力一半以上)在境外进行方便旗登记。劳氏船级社的统计数据显示,截至2008年10月底,巴拿马籍船舶注册数量达艘,所属国家(地区)及比例分别为:日本52%,希腊10%,韩国7%,中国7%,中国香港5%,中国台湾5%。由此可见,仅中资巴拿马“方便旗”船舶就达571艘。船舶特案免税登记政策执行中存在的主要问题如下。
2.2.1 审批手续过于繁琐
现行特案免税登记船舶需办理的手续共有11项之多,涉及交通运输部、船舶登记机关、中国船级社、商务部、申请方所在地海关、船舶进境地海关、船舶登记地海关等多个部门,且其中一些部门无明确的办结时限规定。航运企业普遍反映申请手续繁琐,即使在较为顺利的情况下全部办妥至少需6个月时间。以海关办理免税进口手续为例,按照一般货物通关监管模式实行实物通关,仅办理海关通关通常就需2周时间。对于具有高度流动性的国际航行船舶来说,停航损失巨大。
2.2.2 政策吸引力不强
(1)现行特案免税登记政策适用的船舶仅限于符合一定船龄要求的中资国际航线船舶,新造船舶被排除在外。(2)财政部将中资船舶限定于国内资本投资的船舶,民企境外资本被排除在中资范围之外,民企投资船舶的回归因而受限。(3)特案免税船舶回国内登记后,原则上应继续从事国际航运,如果从事国内沿海运输仍需经交通运输部特别批准,无法享受普通五星旗船舶同等待遇。此外,海关要求办理特案免税登记的船舶在海关监管期(8年)内不得转让。这些规定在一定程度上削弱政策的吸引力。
2.2.3 船舶营运环境有待改善
特案免税登记政策仅解决中资方便旗船舶进口关税的问题。与航运发达国家和地区的船舶营运环境相比,我国登记船舶的营运环境还存在诸多不足:(1)缺乏针对特案免税船舶的优惠财税政策,较高的税率(企业营业税3%,所得税25%)增加回国登记船舶的营运成本,增加金额可能远大于特案免税所免除的一次性进口关税和进口增值税。(2)国内融资方式单一,融资成本较高,并且对境外融资有严格限制。绝大部分大型民营国际航运企业均在境外(包括香港)融资,这使得一部分航运新生力量不愿在国内发展。目前国内的航运金融产品主要有货币贷款、融资租赁、股票和企业债券等,船旗国政府或船厂的低息贷款、航运基金、航运期货和期权等产品国内尚未开发。(3)按照《中华人民共和国船舶和海上设施检验条例》等法规规定,船舶回国登记只能选择中国船级社作为法定检验机构。这种做法不能适应国际货主对于船级的较高要求,既降低船舶与国际同行的竞争力,又提高船舶的保险费用。(4)国内较为严格的外汇管制政策和审批制度影响船舶融资资本项目的申请和企业的设立。(5)国内船舶保险业发展较为落后,险种单一、投保成本较高且强制国内投保,与航运业国际化程度较高的现状不相适应。(6)国内海事司法及保障体系尚不成熟,国际认可度不高,影响营运船舶与国际同行的竞争。
3 推进船舶特案免税登记的意义
首先,在优惠政策刺激下,到上海港登记注册的船舶数量将日益增多,上海的集疏运能力也将相应增强,登记中心的辐射效应将进一步带动航运产业全面发展。其次,调整企业注册地条件后,一些船舶交易中介、船舶金融、保险以及相关辅助机构迁入注册地,将带动注册地航运业整体发展,从税费、就业、人力资源培育与聚集等多方面显现航运中心的辐射效应。最后,登记船舶量的增加将推动航运中心产业升级,不仅提供与国际接轨的良好契机,也促使境内外资本、技术及人才流入上海和整个长三角地区,增加上海国际航运中心经济活力。
4 推进船舶特案免税登记建议
4.1 优化流程
4.1.1 简化审批环节
(1)船舶特案免税登记资格经交通运输部初审汇总、财政部审定后,批文下发给申请人且同时发至船舶登记机关和船舶登记地海关;(2)由船舶登记地海关依据财政部批文和商务部《旧船舶进口技术评定书》全面负责办理船舶进口关税和监管手续;(3)由船舶登记机关接受船舶所有人预申请,出具受理登记证明或同时核发1～3个月的临时国籍证书,以便船舶所有人申办境外登记注销、船舶进关、船舶境内检验和登记等手续;(4)简化特案免税登记船舶入籍检验程序。
4.1.2 简化进口环节
(1)取消《旧船舶进口技术评定书》申请程序,简化《中华人民共和国自动进口许可证》申请程序。因中资国际航运特案免税登记船舶名单已经交通运输部初审汇总、财政部审定并以批文形式下发,对这些船舶不具备进口许可审查的必要,建议取消这个审批环节,由交通运输部海事局在登记船舶质量控制环节通过船舶检验对特案免税登记船舶进行质量控制,而商务部机电产品进口手续可直接依据财政部批文简化办理。(2)由船舶登记地海关依据商务部《中华人民共和国自动进口许可证》和船舶登记机关签发的特案免税登记船舶受理登记证明或临时国籍证书,协调船舶进关港口、申请人所在地、船舶登记地等3地海关免税进关和监管手续。
4.1.3 改进办理方式
特案免税登记政策下的船舶申请手续应区别于普通船舶,各相关部门可在审批时予以特殊处理,以便为企业节约时间成本。
4.2 与上海国际航运综合试验区实施对接
利用位于国际航运综合试验区的有利政策环境,加大对中资国际航运方便旗船舶的吸引力。特案免税登记船舶可以转由国际航运发展综合试验区内的国际航运企业经营,从而享受区内国际航运企业的优惠政策。
4.2.1 调整国际航运企业船舶登记注册条件
《中华人民共和国船舶登记条例》及其实施说明将部分中外合资企业和中资企业船舶排除在外。为扩大我国远洋船队规模,吸引更多中资、中外合资方便旗船舶回归,建议降低入驻国际航运发展综合试验区航运企业的船舶登记门槛,突破现有法律框架对企业注册资本的限制,将船舶登记条件调整为:中方出资额不低于40%的中国境内企业法人的船舶以及境外中资企业在境内投资开办航运企业的船舶。并且规定,该登记条件适用于从事国际运输的船舶,不适用于沿海和内河船舶。在紧急情况下,经中华人民共和国海事局审批,后者方可从事国内沿海运输。
4.2.2 建立船舶融资租赁登记制度
航运业具有高投入、高风险和高利润的特点,随着金融产品的多样化,近年国内船舶融资租赁业逐步得到发展。船舶融资租赁兼具买卖、信贷和租赁性质,它以“融物”形式实现“融资”目的,具有独特的法律性质。船舶融资租赁业国内市场潜力巨大。考虑到我国船舶融资租赁业今后的发展,宜结合上海国际航运中心和国际金融中心的建设,首先在国际航运综合试验区开展船舶融资租赁登记,促进这种融资方式的健康发展。在这种登记模式下,船籍港应当依据承租人的住所地确定。这种做法的有利之处有:(1)在承租人和出租人住所地不一致的情况下,可避免在承租期内须到融资出租人住所地办理船舶登记、船舶检验,而在租购后又转到融资承租人住所地办理船舶登记、船舶检验的情况发生,经营管理更为便利。(2)融资承租人在承租期内即可享受国际航运综合试验区给予国际航运企业的优惠政策,如免征企业营业税等。
4.2.3 控制登记船舶质量
(1)扩大船舶检验机构选择范围。对于船舶安全和技术标准的有效监管是降低航运风险、确保航运经济收益的基本保障,船舶入级是其中的关键环节之一。考虑到上海港成为亚太地区枢纽港口和物流中心的发展定位,对国际航运综合试验区国际航线船舶的检验机构也可适度放开。建议将检验机构的选择范围扩大至包括中国船级社在内的国际船级社协会(IACS)认可的10个正式成员。目前这10家机构中已有8家在上海、青岛、广州等地建立代表处。引入国外船级社,将区内国际航线船舶技术检验交由这些海运发达国家的船舶检验机构处理,既保障船舶检验质量又有利于各国船级社之间开展竞争,促进船级社船舶检验质量的提高。
(2)建立登记船舶安全检查制度。对航运综合试验区登记注册的船舶,建立登记前船舶安全检查制度和登记后年度船舶安全检查制度。控制登记船舶质量是上海国际航运中心建设的重要方面,其目的是提升上海港注册船舶品质。
4.3 适时设立上海国际船舶登记中心
电力推进型船舶 篇7
Saber是一个通用型仿真软件, 既可以进行系统级的仿真, 也可以进行分系统级的仿真, 还可以一直深入到元器件级进行仿真, 而它所具有的混合技术能力, 使之所仿真的领域涉及电子、电力电子、机电、机械、光电、光学、液压等。Saber仿真软件几乎具有所有通用器件的接近实际的模型库, 利用Saber软件就可摒弃原来的连通用器件也编写程序的做法, 势必节省大量人力物力[1]。
1短路故障仿真
实际船舶配电系统是一个很复杂的电力分配、保护系统, 它不仅涉及到系统的电力分配问题, 还应考虑到系统在各种故障状况下的保护功能。比如在短路情况下, 系统在大电流冲击下应能自动脱扣跳闸, 保护设备不受冲击损害。本系统的Saber仿真模型采用简化的方法, 主要考虑系统的保护功能, 利用Saber能很好的支持数模混合电路的仿真能力, 搭建该模块[2]。控制开关的门电路在Saber中是由数字电路实现的, 该门电路可以实现断路后的锁存以及重新设定功能。设置锁存电路是为了防止系统在外界干扰下的误动作, 保证系统在已合闸或跳闸后保持原状态, 不会因干扰或人为的误操作而导致系统故障。锁存电路如图1, 短路故障仿真结果波形如图2所示:
2谐波分析
在船舶交流电网中当有非线性负载接入电网并投入运行时, 比如变压器、旋转电机、整流器、变频器等, 必然会在电网中导致谐波的产生, 从而污染电网, 影响其他用电设备的正常运行, 具体到电力推进船舶, 大功率的高频开关器件自然成为谐波的主要源头;电网中的谐波将导致发电机的铜耗和铁耗增加, 引起发电机过热, 同时由谐波产生的磁场与基波磁场相互作用而产生脉动转矩, 会加大发电机震动和噪音, 这些都对发电机的正常运行不利。为了改善以上情况, 必须对船舶电网进行谐波分析, 找出影响电网的主要因次谐波, 以设计合适的滤波器消除相应谐波。
Saber有专门的针对电力系统时域信号的频域分析工具如, Fourier分析, FFT分析, IFFT分析等分析方法, 在仿真分析的同时能计算相关波形的谐波畸变率THD的值并显示在计算报表中, 为从系统角度分析谐波提供的依据。
在滤波器设计方面, 以无源滤波器设计为例, 我们采用谐振臂滤波器, 主要针对5次、7次谐波进行滤波。三相主电路上每相都设置相同的滤波电路 (如图3) , 其仿真分析结果波形如图4所示:
根据仿真软件Saber所提供频域内的傅立叶分析功能, 能对滤波前后的情况做出准确的分析计算。
3电动机矢量控制策略研究
根据转子磁场定向矢量控制系统的数学模型, 异步电动机的控制经过M、T坐标变换可以等效成直流电动机的控制。异步电动机的矢量控制方法很多如电流滞环型矢量控制、电压空间矢量控制、转差型矢量控制等等, 各种方法有其各自的应用场合, 各有千秋。我们可以应用Saber仿真工具搭建所需比较的控制系统仿真模型, 通过比较仿真所得波形比较不同控制系统的优缺点[3]。
另一方面, 针对每种控制方法, 如何进行优化使得转速响应尽量快, 超调尽量小, 电机转矩响应波形和电压、电流波形平稳是我们需要研究的另一课题。Saber提供了一个实时仿真工具SaberRT, 它在传统的离线仿真基础上增加了在线实时仿真功能。
SaberRT工具界面如图5所示。图中左边两个滑块可以在仿真进行时实时改变给定速度设定值和给定负载设定值, 右边的结果显示窗口可以有仪表或波形图等多种显示方法, 可实时显示仿真模型中任意节点根据实时给定的转速、转矩设定值的响应波形。显示的方法如图中所示有两种, 一种是当时的实时数据, 另一种即有实时变化也有历史波形如图中下方的电机一相电流随负载变化响应波形。SaberRT为详细分析电机控制策略在不同工况下的工作情况提供了方便的工具, 为优化控制策略提供了依据。
4螺旋桨负载特性分析
船舶螺旋桨负载主要有自由航行特性、系泊特性、反转特性三种情况, 可以应用Saber软件的插值工具根据不同情况的负载计算公式创建不同情况下的负载仿真模型, 同时利用Saber数模混合仿真的特点, 实现不同负载工况之间的自由切换, 使得所建船舶电力系统模型能用来分析船舶在任意工况下的响应。以电压空间矢量控制的电动机为推进电机的船舶电力系统为例, 建立带螺旋桨负载特性的系统仿真模型如图6所示:
在分析上面系统时, 同样可以借用前面介绍过的SaberRT工具, 将原动机的转速设定值和螺旋桨负载设定值设为实时控制信号源, 在仿真进行过程中根据需要实时改变相关设定值, 观察系统各节点响应波形, 对所需分析船舶电力系统的各个节点做出全面的评价, 其实时分析的结果可以作为优化系统数学模型的重要依据。
5 小结
本文针对船舶电力推进系统的特点, 利用Saber软件具有集数模混合仿真、机械电力电子混合仿真的特性, 较全面的介绍了Saber软件在电力系统谐波分析、短路故障模拟、电机控制系统分析、螺旋桨负载特性分析等方面都有很好的表现, 同时, Saber软件还有与Matlab软件的接口模块, 借助Matlab强大的计算和控制系统设计功能, Saber软件在船舶电力系统分析中将有更大的作为。
摘要：根据船舶电力推进系统的特点, 深入分析了Saber仿真软件在船舶电力系统短路故障模拟、电机控制系统分析、螺旋桨负载特性等方面的应用研究。
关键词：SABER,电力推进系统,电力电子
参考文献
[1]王红梅, 黄华飞, 唐春霞.Saber仿真在电力电子技术教学中的应用[J].装备制造技术, 2007, (01) .
[2]杨志勇.柴油机主推进动力装置船舶余热利用系统优化设计[D], 武汉理工大学硕士学位论文, 20041, 2.
电力推进型船舶 篇8
1 船舶电力推进自动控制系统设计与研究的重要性
近年来, 随着我国微机控制技术与交流变频技术和电力电子技术的不断发展, 交流电机的应用技术得到推广。在此发展背景下, 我国的船舶电力推进自动化控制系统在推进功率以及实际的运行效率和运行系统稳定性、可靠性等方面都发挥了重要作用。其应用范围在不断扩大的同时, 我国船舶电力自动化控制系统也从传统的军用系统逐渐扩展到民用系统及河运和海运系统中, 从而展示了其巨大的市场发展前景。
在我国大型的船舶控制自动化系统中经常采用永磁式同步电动机作为其推进器的推进电动机, 但与中小功率电力推进系统相比, 船舶电力自动化控制系统需要综合考虑其性能的优越性以及性价比等相关影响因素。就我国目前的实践应用情况看, 采用较多的电力推进系统是专用型的变频异步电动机。这类中小型的电力推进自动化控制系统一般主要由配电装置系统以及柴油系统和含滤波器的变频控制系统及异步电动机等不同运行装置组成;其中还包括了其它相关的负载系统以及操作控制系统单元。本文重点研究设计的船舶电力推进自动化控制系统中还包括了模拟负载系统。
2 船舶电力推进自动控制系统推进设计要求
2.1 船舶电力推进自动控制系统推进功能要求
由于船舶电力推进自动化控制系统直接面向电力主推进变频控制器装置, 因此在设计过程中主要实现的自动化控制功能如下所示:
2.1.1船舶电力推进自动控制系统操作指示功能
启、停控制系统:船舶电力推进自动化控制推进系统既可以在驾驶室进行遥控操作控制, 也可以在变频器柜展开就地操作控制。
船舶电力推进工作模式选择:船舶电力推进控制输出信号的变频器工作模式选择主要包括功率模式、转矩模式以及速度模式三种。为了确保船舶电力推进控制器在同一时刻只能输出一种模式选择信号, 该系统中可以通过转速连续调节推进控制器, 就能够根据车钟的实际运行转速指令, 对螺旋桨转速进行连续调节, 在这一控制过程中还包含了临界转速避让功能。因此, 船舶电力推进自动化控制系统的实际工作状态指示、变频器、电动机还有控制系统的工作状态检测及显示都能够实现自动化推进控制。除此之外, 系统还可以对各种故障状态进行实时显示及报警等。
2.1.2船舶电力推进系统的连锁控制功能
船舶电力推进系统的联锁控制:船舶电力推进系统可以实现变频器的启、停控制, 但是在此运行过程中必须与车钟“手柄不在零位”的信号进行联锁控制, 因此船舶电力推进系统能对实际的运行错误操作流程发出声光报警信号。
船舶电力推进系统的安全保护功能:船舶电力推进系统在驾控台可以设置相应的紧急停车按钮, 当系统运行时一旦出现危险, 可立刻强制停机。
2.2 船舶电力推进自动控制系统推进性能设计要求
推进船舶自动化控制系统运行和工作的重要组件是螺旋桨, 因此在设计时要确保螺旋桨的运行工作特性与船舶电动机的运行工作特性频率一致, 从而提升整个船舶电力推进自动化控制系统的运行性能。但通过设计研究发现, 电动机的机械特性以及螺旋桨的运行特性存在很大差异, 因此在设计过程中应该重点满足螺旋桨反转性特征以及系缆性特征和自由航行特征等三大设计要求, 从而结合螺旋桨的不同设计性能参数要求进行空载设计。
3 船舶电力推进自动控制系统设计与研究过程
结合上述两种系统设计性能要求和系统推进功能要求, 本文设计研究中采用一种www.abb.com的ACS-800矢量自动控制变频器, 通过对船舶中的异步电动机定子中的电流矢量进行科学控制和测量, 利用电磁原理分别对船舶电力推进自动化控制系统中的转矩电流以及异步电动机的励磁电流进行有效控制, 最终达到对电动机转矩进行自动化控制的设计目的。因此, 从其设计以及应用原理分析, 这种自动化控制系统能够对船舶电力推进异步自动化控制系统进行参数监测以及动适应、识别等, 该设计系统在对自动异步电动机系统运行参数进行辨识之前能够对系统中的有效矢量以及系统运行组件进行算法控制及转矩切换控制、运行功率控制等。
从总体的设计思路中可以看出, 船舶电力自动控制系统中的变频器是通过系统中相关的模拟量输入板块进行有效控制, 而该系统结构中的设计经过实践表明, 模拟量板块中的标准信号输入是通过PLC自动化控制系统来实现的, 首先系统中的模拟量通过网络输入到系统的端子中, 经过自动化控制系统的数据信息采集以及控制实时传输通信, 使PLC中的信号经过系统传输发送至上位机中, 由此通过上位机的信号传输, 经过PLC电力推进自动控制系统实现变频器信号的传输和控制, 从而使我国船舶电力推进自动控制系统高效安全运行。
4 结束语
综上所述, 随着我国经济水平的不断发展以及航海技术的进一步提升, 人们对于船舶的舒适性以及操纵性和推进功率等相关的要求在不断提高, 特别是对于一些特大型的邮轮以及工作船舶等, 传统的柴油动力系统已经难以满足当前船舶运输事业的发展, 因此需要通过对船舶电力推进自动控制系统进行研究, 从而促进我国航海事业的不断发展。
摘要：全电力推进船舶是当前国际造船业发展过程中的一个热点, 迄今为止我国尚无此类船舶的推进控制类产品。因此, 本文重点对船舶电力推进自动控制系统设计的相关内容进行研究分析, 结合全电力推进船舶的实际特点, 通过模块化设计使船舶自动控制系统具有更高可靠性及可扩展性、集成性。
关键词：船舶,电力推进,自动控制系统,设计,研究
参考文献
[1]郑元璋, 冯宁, 李海量.全电力推进船舶推进控制技术研究[J].中国航海, 2007 (04) :92-95.
[2]俞万能, 李素文, 马昭胜.小型船舶电力推进控制系统的研发[J].中国航海, 2011 (03) :18-23+48.
[3]林治国, 高孝洪, 高海波.舰船电力推进变频调速实验系统[J].船舶工程, 2010 (04) :38-40+48.
船舶推进主轴转矩检测系统研究 篇9
船舶的主推进装置主要以柴油机作为动力源。柴油机作为一个曲柄连杆机构必然导致船舶推进系统工作的不连续性。船舶推进主轴输出转矩是一个周期性的交变转矩。同时也由于螺旋桨不均匀的推力以及轴系旋转的陀螺效应, 会导致船舶轴系在正常运行中会出现一系列的振动。传统柴油机转矩测试系统主要以水力和电力测功器间接测得, 且只适用于校正和整修环节[1]。对于柴油机推进轴系转矩实时检测系统, 它受到风浪、螺旋桨、扭振等客观因素的影响较多, 由于转矩测量的准确性和可靠性直接关系到主动力装置的故障诊断和船机桨的匹配情况, 设计一套可行的柴油机主动力推进装置轴系转矩的实时在线监测系统就显得尤为重要。
目前, 在转矩测量方面比较成熟的技术主要是应变片式和磁电相位式。由于磁电相位式转矩测量系统需要将测量单元介入到轴系环节, 显然不适用于大型船舶推进装置。应变片式以其结构简单、可操作性强、灵敏度高、适应性强等特点在大型转矩测量系统中得到广泛应用[2]。本文即选用应变片作为实时转矩监测系统的主要传感器。
1 在线转矩监测系统的整体方案
该在线转矩监测系统主要有非接触供电模块、转矩测量模块和数据采集输出模块组成, 如图1 所示。
非接触供电模块通过电能短距离无线传输, 在最大可能降低对轴系旋转影响的前提下, 为传感器测量模块提供持续电能。转矩测量模块固定在柴油机曲轴上, 采用应变片组成惠斯通差动全桥电路。数据发送端将检测到的转矩信号经过模数转换后, 无线发送给连接在工控机上的接收模块。在工控机上采用VS2010 开发环境、C#.NET设计图形化界面, 以实现数据分析和处理, 并将柴油机曲轴转矩以动态化的曲线实时显示。
2 检测系统具体模块的实现
2.1 转矩检测电路
传统轴功率的测量采用能量转换法, 而在实时监测系统中, 通常采用的是传递法。传递法的优点在于能最大限度地减小检测模块对轴系旋转的影响[3]。应变片法就是一种最常用的检测转矩的传递法。它的基本原理是将应变片紧贴于扭轴表面, 扭轴表面的变形将直接影响应变片的电阻。只要测得应变片电阻的变化, 根据转矩与形变程度的对应关系就可以得到实时转矩的变化。具体的实现原理图如图2 所示。
根据力学理论, 转矩作用在转轴之上, 表面主应力方向与轴向成45°和135°。故在贴设应变片时, 应在轴向45°和135°方向各固定两片应变片。然后将它们 (R1、R2, R3、R4) 连接成图2 中的全桥电路。U0为直流激励输入信号, U1为测量信号输出。
由应变片传感器的基本原理, 形变 ε 影响应变片电阻的变化 ΔRi, 它们之间的关系为
一般应变片比例系数K=2~2.5, R=100~500Ω, ΔRi<<R, 桥式电路略去高阶微分, 可推出
即由应变片组成的差动全桥电路信号输出与应变成近似的线性关系
差动全桥一方面可以补差温度影响, 另一方面可增大信号检测的灵敏度。RS为可变电阻, 用于模数转换的电桥灵敏度调节, 调整系统标定和仪表尺度之间的便利关系。
2.2 非接触供电模块
传统的便携式轴功率测试仪器, 大部分采用的是电池供电, 在需要实时检测转矩的环境中, 不适用于采用电池作为数据采集和发送的电源。非接触式供电主要采用旋转感应式供电。所谓旋转感应式供电就是将传统变压器的原副边分离, 磁路通过气隙较小的空气耦合, 达到传送电能的目的。转轴在振动较小的情况下, 可以近似认为旋转感应式变压器原副边距离不变。
如图3 所示旋转感应式供电模块, 原边和副边铁芯均设计为圆形。原边固定在底座上, 磁路在铁芯通过空气耦合。尽管转轴旋转, 但磁路基本不变, 所有对转轴形成阻力也微乎其微。相对于普通变压器, 由于存在气隙, 会有部分磁感线泄漏, 效率会稍微降低。但可以通过高频逆变器控制原边充磁电流的磁场频率来提高效率, 如图4 所示。
对于高频逆变放大的频率并不是越高越好, 尽管可以提高幅边感应电势, 但磁场频率也会使电涡流增大, 发热量会增加, 同时电力电子开关的电力损耗、开关噪声也会大大增加, 使电磁场畸变, 严重影响电能的传输质量。为达到效率和电能质量最优化, 需要在高频放大模块采取微控制器控制的软开关技术, 搭建和优化供电系统的谐振频率, 已达到降低输入交变磁场的频率和实现真正高效供电的目的。
2.3 数据无线传输模块
旋转机械的参数检测, 数据传输的方式有两种:集流环式和无线传输。集流环式不适用于无间歇的长期在线监测[4]。在本课题中, 采用基于Zigbee的无线数据传输技术。Zigbee是一种主要用于工业物联领域的无线通信技术。它具有可靠性高、超低功耗、实现简单、成本较低等优点, 缺点是有效传输距离短和数据传输速率低, 但作为旋转轴系的转矩测量对传输距离的要求并不高, 且数据流量也并不太大, Zigbee技术的低功耗可以有效减轻非接触供电的负担, 高可靠性可以有效克服轴系振动、环境潮湿、电磁干扰等困难。
无线收发数据的核心模块采用的是支持Zigbee协议的TI公司的CC2530 芯片。CC2530 具有极高的接收灵敏度和抗干扰能力。无线数据的传输过程主要是应变片测量电路获得转矩信号, 经过数模转换后, 经过串口通信端口传送给数据处理部分, 相应数据经过简单处理后交由虚线数据发送端发出。接收端固定在底座上, 接收芯片接收到信号后将完整数据经过串口通信线传递给工控机, 然后由工控机上的数据分析和处理软件存储或动态图形显示出来。
特别需要指出的是Zigbee模块的配置, 在通信时, 应变检测模块上的数据发射的CC2530 频点务必要与连接在工控机上的数据接收模块的频点一致, 整个系统才可以正常工作。
3 实验分析
转矩监测系统的实验台架, 实际是选用电动机代替柴油机作为主动力。电动机有变频器控制, 以达到调速输出, 并在电动机的输入端连接功率表, 用功率除以转速可得输出转矩, 用以复核监测系统误差。试验台架结构示意图如图5。
在轴系的中间试验轴上贴设应变片。贴设应变片之前应严格清洁转轴表面, 并严格按照轴向45°和135°的方向固定。贴设完毕后, 需用万用表测量是否出现短路或断路的情况。如果出现上述情况, 应变片的实际电阻将会改变, 测量的准确性会受到很大影响, 需要重新贴设应变片。
将各处连接准确无误地完成后, 就可以开始通电进行检测试验。经实验测试, 实验结果与计算转矩的相对误差不超过3%。工控机图形界面输出如图6 所示。
根据实验结果可知, 系统在实验环境下可以相对准确地完成对转矩的在线监控, 并绘出反映转矩变化的动态曲线。
4 结语
整个船舶曲轴转矩测量系统3 个组成模块中, 应变片转矩测量方法虽然对应变的安装和校正要求比较高, 但它是目前公认较为成熟的一种转矩测量方法[5];Zigbee无线通信技术在工业控制和物联网领域应用十分广泛, 技术也相对成熟。只有非接触供电技术目前处于发展阶段, 目前比较先进的无线充电技术要求用电设备和充电设备充分接近, 对于旋转的船舶轴系做不到这一点, 但可以通过加装环形铁芯减小磁阻, 提高供电的效率。系统经过实验验证是可以稳定、可靠运行的。在整个实验研究中同时也存在一些不足, 例如船舶推进轴系存在较大振动, 轴系振动会导致旋转变压器的磁阻发生变化, 影响供电质量, 从而影响监测系统稳定性。不足之处还有待进一步完善。
参考文献
[1]朱建元.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社, 2008.
[2]徐筱欣.船舶动力系统[M].大连:大连海事出版社, 2007.
[3]李利瑶.船舶轴功率测量系统的误差分析与应用研究[D].武汉:武汉理工大学, 2012.
[4]陈峻.船舶动力装置测试技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2006.
继续推进我国船舶工业科技创新 篇10
目前, 我国船舶工业已经能够设计各类先进的散货船、油船、集装箱船, 形成了一批标准化、系列化船型。掌握了液化石油气 (LPG) 船、液化天然气 (LNG) 船、化学品船、汽车滚装船等高技术船舶的设计。基本掌握了超大型浮式生产储油装置 (FPSO) 的关键技术, 具备了自主设计大型自升式钻井平台和半潜式海洋平台的能力。在这一系列科研成果的推动下, 我国船舶工业取得了突飞猛进的发展, 国际市场占有率迅速提高, 到2009年底我国造船三大指标 (造船完工量、新接订单量、手持订单量) 分别占世界份额的30.2%、48.5%和38.7%, 新接订单和手持订单已经全面超越日本和韩国, 位居世界第一。
然而, 我国船舶工业技术水平与世界先进水平相比仍有较大差距, 自主创新能力仍然薄弱, 核心技术尚未完全掌握。我国船舶工业产业规模近年来迅速扩大, 主要得力于主流船型建造能力的快速扩张。主流船型建造市场技术成熟, 进入门槛低, 竞争激烈, 受当前金融危机影响也尤为明显。与日本、韩国接近100%的船舶配套设备国产化率相比, 我国船舶配套设备的国产化率不足50%, 导致我国不得不从国外进口大量先进的船舶配套, 加之国产配套设备的原始技术大都来自于国外 (见表1) , 严重影响了我国船舶工业的盈利能力和国际竞争力。与此同时, 一些老牌的发达国家虽然已经逐步退出了船舶制造行业, 但其仍在不断地加强船舶基础共性技术的研发, 牢牢掌握着船舶工业发展的原动力, 占据着造船产业链的高端。例如仅有300余人法国GTT公司掌握着LNG船的尖端技术, 韩国每建造一艘LNG船就需向其交纳约1000万美元的专利使用费, 这与韩国船厂的利润相当。此外, 发达国家不断推动PSPC、限制温室气体减排等多个国际新公约的出台, 为我国船舶工业发展筑起了一道道技术壁垒。
再者, 自2008年金融危机以来, 世界船舶工业发展陷入低潮。2009年成交量仅有4219万载重吨, 仅为2007年27240万载重吨的15%, 这种局面为历史罕见。我国作为世界造船大国深受影响, 新船成交几乎停滞, 手持船舶订单量持续下降, 新船价格也出现较大幅度下滑, 而且企业现有订单面临的撤单风险也日益严重。加之最近几年我国造船能力快扩充速, 目前已达到7000万载重吨的规模, 占全球需求量的70%。造船能力严重过剩, 部分企业生产断线将不可避免。
船舶工业是我国的战略性产业, 在保证国民经济稳定发展和国家安全持续维护方面具有举足轻重的作用, 国家历来重视, 出台了数个规划对船舶工业进行支持 (见表2) 。同时, 船舶工业也是国内高加工工业中为数不多的具有相当国际竞争力的产业, 能在经济全球化的演进中加速发展和壮大, 进而推动钢铁、机械、电子、化工、专业化服务等在内的上游产业发展, 提升我国大型技术装备研发、制造、集成与基础工业的技术水平, 优化我国国民经济的产业结构。然而, 我国船舶工业发展的后劲不足, 发展乏力的疲势业已显现, 严重影响了我国综合国力的提升。
全旋回推进器船舶的引航操纵 篇11
【摘 要】 基于全旋回推进器船舶的操纵特性，比较分析该类型船舶与传统船舶在车舵控制和车舵显示两个系统方面的不同，阐述该类型船舶引航信息交流的内容及其重要性。结合引航实践工作，借鉴国外船舶操纵资料，提出全旋回推进器船舶在独立机动模式和航行模式下不同引航操纵指令的特点，强调引航员应加强与船舶驾驶人员的信息交流，提高自身引航技术，以适应全旋回推进器船舶。
【关键词】 全旋回推进器；引航；船舶操纵；信息交流
0 引 言
全旋回船舶推进器的发展经历了半个多世纪。20世纪80年代以来，越来越多的全旋回推进器被广泛应用于港作拖船。近年来，随着船舶技术和船舶装备制造业的发展，大功率的全旋回推进器不仅仅应用于港作拖船、远洋工作船和轮渡船等，大型邮轮、军舰等也在使用。全旋回推进器船舶相较传统桨舵船舶，具有更加机动灵活的操纵性能，传统的船舶操纵车钟、舵角指令已经不能满足该类型船舶引航操纵的需要。
1 船舶操纵特性
1.1 车舵控制系统
大多数全旋回推进器船舶的车舵控制系统由最基本的全旋回推力方向控制装置和自动驾驶仪两个部分组成，全旋回推力方向控制装置又分为随动控制和独立控制两种工作模式。一些远洋救助船、工作船的驾驶台在船首和船尾方向上各配有一套全旋回推进器方向控制装置，以满足正向和反向行驶的操纵需求。在计算机技术迅猛发展的今天，许多先进的全旋回推进器船舶配备了由计算机自动控制的动力定位系统（DPS），在定位模式下可以实现船舶的全球定位系统（GPS）位置和艏向始终固定。
由于生产厂商的不同，独立机动全旋回推力方向控制装置的形式也各式各样：转速控制一体双手柄、转速控制分离双手柄、双转速控制单手柄、推杆式方向控制等。由于全旋回推进器船舶的操纵装置复杂多样，使传统的引航操纵指令无法运用，给此类型船舶的引航操纵造成诸多不便。
对于全旋回推进器船舶的操纵模式，笔者认为，通常可划分为以下三种：（1）在靠离码头或者特殊作业时，采用手柄控制各个推进器的推进方向和推力（该模式可称为独立机动模式）；（2）在长航线行驶时，使用随动控制或自动舵航行（该模式可称为航行模式）；（3）使用计算机自动控制的DPS（该模式可称为定位模式）。
1.2 车舵显示
全旋回推进器船舶的车舵显示与传统船舶的车钟、舵角显示完全不同，前者显示的是推进器的推力大小和推进方向，不存在倒车的车钟指令和满舵的舵角，而是360€叭轿坏母拍睢@纾琒CHOTTEL公司研发生产的全旋回推进器方向显示器（见图1）与传统船舶的舵角显示器不同，该显示器直观地显示了螺旋桨推进方向，顶部的三角形箭头指示代表推进器的推力方向。理解和认知推力方向控制装置、车舵显示器显示方向、推进器实际推进方向三者之间的关系是驾驶和操纵全旋回推进器船舶的基础。
1.3 操纵性能
依托全旋回推进器的推进特性，装置全旋回推进器的船舶可以完成传统船舶无法实现的灵活机动作用。由于功率更大的全旋回推进器对船体结构要求更高，采用全旋回推进器的船舶通常会在船尾配备两部全旋回推进器、船首配备涵道式侧推器或全旋回推进器，以充分发挥此类型船舶灵活机动的作用；一些特殊船体结构的船舶甚至会在船体前后或者各个浮体下方安装多个全旋回推进器，使其充分发挥机动性能。
一艘船尾装备两部全旋回推进器、船首配备侧推器的船舶，可通过操纵推进器向不同方向推进，做出微速前进、微速后退、反向行驶（后退）、原地旋回、向左（右）后方旋回、向左（右）侧横向移动等船舶操纵动作（见图2）。
2 引航信息交流
在引航工作中，由于不少船员尤其是新船交接船员对全旋回推力方向控制装置不熟悉而按照传统船舶的左右舵思维操纵舵柄，以致操反舵现象频繁出现，给该类型船舶的引航作业带来极大安全隐患。
2.1 引航信息交流的内容
全旋回推进器与传统推进器在工作和操作模式上存在较大的差异，因此，引航信息交流的内容和要点也有所不同，除了常规的港口水文气象（潮汐、风力、能见度等）、泊位概况、拖船配备条件、带解缆顺序等内容，引航员应更多地关注全旋回推进器船舶驾驶人员的操纵熟练程度以及全旋回推力方向控制、显示系统的特点等。
与传统推进器船舶不同，全旋回推进器船舶不存在螺旋桨倒车换向的问题，因此，在船舶操纵性能的交流方面，引航员应当向船方了解：各推进器的功率大小、安装位置、推力方向控制装置的响应时间、水平方向旋转速率等。
此外，引航员还必须仔细核对全旋回推力控制装置、显示器显示方向与推进器实际推进方向的对应关系。全旋回推进器船舶存在多种不同形式的全旋回推力方向控制装置，在执行引航任务时，尤其是面对陌生的操纵装置时，引航员必须加强与船舶驾驶人员的沟通交流，了解其操纵的熟练程度，正确传达引航操纵指令，注意检查和确认各个推进器的推进方向，避免出现错误操纵，造成引航事故。
2.2 引航信息交流的重要性
由于全旋回推进器船舶配备了比传统船舶更先进、更复杂的船舶操纵控制系统，引航员与船长之间的信息交流，尤其是针对船舶操纵控制系统的信息交流显得十分重要。充分的引航信息交流是全旋回推进器船舶引航作业安全的前提条件和重要保障。
对于引航员来说，全旋回推进器船舶代表新型船舶发展方向，给船舶操纵带来了新的模式，仅通过一些理论培训很难弥补实际操作能力方面的不足，因此，引航员与船长的交流不仅有助于自身综合素质的提高，而且有利于安全引航。[1]
2.3 两种操纵模式下的引航操纵指令
笔者通过借鉴英国引航协会的《全旋回船舶操纵手册》探讨全旋回推进器船舶的引航操纵指令。
2.3.1 独立机动模式
独立机动模式通常发生在全旋回推进器船舶靠离码头或者特殊作业期间。在引航工作中，大部分全旋回推进器船舶的驾驶人员具备多年操纵经验，技术娴熟。在这种情况下，引航员可以使用一些引航意图指令指导驾驶人员的操纵，通过驾驶人员的操作实现引航员需要的船舶操纵意图。
独立机动模式下，引航操纵意图指令有：前进和后退、微速前进和后退、原地旋回、横向移动、横向快速移动、横向慢速移动、左（右）后方旋回等。
2.3.2 航行模式
在开阔水域航行时，全旋回推进器船舶可以使用随动控制或者自动操舵系统，这时，引航员可以下达航向指令，如航向***、改变航向到***、把定航向等，与传统船舶的引航操纵相同。
在狭窄航道等条件复杂的水域航行时，全旋回推进器船舶的操舵一般使用随动控制的工作模式。全旋回推进器车舵显示系统与传统船舶大相径庭，而且高速航行时太大的舵角可能会造成船舶严重横倾，传统的舵令不适用于指挥该类型船舶航行，因此，引航员使用的操纵指令通常为：左转/右转、加快/减慢/保持旋转速率等。
由于全旋回推进器船舶的推进器没有传统的车钟号令，在船速控制上，引航员可以直接向船舶驾驶人员下达如船速10 kn的速度指令。
3 结 语
全旋回推进器的广泛使用，使引航员更加频繁的接触此类型船舶的引航操纵。针对全旋回推进器船舶的操纵特点，引航员应当更加细致地做好引航信息交流工作，仔细核对推进器推进方向，确保全旋回推进器船舶的引航安全。鉴于目前引航界尚无统一的全旋回推进器引航操纵指令标准，且多个推进器的操纵指令相对复杂，如何准确作出全旋回推进器的引航指令，是引航员面临的一个全新课题。
参考文献：
电力推进型船舶 篇12
1 课程内容与特点
“船舶阻力与推进”是船舶工程核心的专业课之一, 属于“船舶原理”系列课程, 具有专业性强、实用性强、课程结构层次清晰、理论体系成熟等特点。是从事船舶设计、生产和科研必备的系统专业知识。它由“船舶阻力”和“船舶推进”两部分组成。通过对“船舶阻力”的课堂教学, 培养学生深刻地系统地理解船型对阻力的影响;掌握阻力计算或估算方法并具有一定分析和解决船舶阻力问题的能力。通过对“船舶推进”的课堂教学, 培养学生深刻地理解螺旋桨的工作原理和各主要因素对螺旋桨性能的影响, 对螺旋桨在使用中出现的问题, 具备一定分析和解决问题的能力。
参考现用的教材:盛振邦、刘应中主编, 上海交通大学出版社出版的《船舶原理》 (上) (下) , 如图1所示, “船舶阻力与推进”课程内容丰富, 知识点密集, 具有很强的实践性, 有大型作业和课程设计, 又有试验内容。学生缺乏工程实践经验, 使得学习的主动性和积极性受到了一定的影响。
2 教学模式改革
2.1 教学内容
根据该学校的培养目标和课程教学大纲的要求, 依托教材, 结合工程实际, 确定教学内容。选用合适的教材十分重要, 应遵循以下三个原则, 首先是优先原则:优先选用“21世纪课程教材”, 国家级重点建设教材, 国家级规划教材, 省级以上各类获奖教材, 国家教学指导委员会推荐教材, 近三年出版 (再版) 或印刷的新教材, 以及知名出版社出版的教材。其次是择优、择新原则:树立精品意识, 在同类教材中, 通过比较, 选用质量最好的教材。第三是适用原则:要结合学科、专业特点, 根据培养目标, 选用适合人才培养的教材。
将教材内容梳理、归纳, 加强与工程实际的结合, 合理的继承与保留传统成熟的教学内容, 及时有机地纳入新知识、新技术。根据教学内容的重要程度、教材情况、课程课时分配等因素, 利用无限的网络来丰富有限的教材, 以图形、声音和视频等现代教育技术手段表现出来, 教材与拓展内容适当组合, 有增有减, 有机地将教学内容连接成一个整体。
充分发挥学生的主观能动性, 通过提问、讨论、作业等形式督促学生的理解程度和效果, 提高教学质量。同时, 还应以学生为主体, 鼓励学生主动思考, 使学生具备分析和解决实际问题的能力, 每部分教学内容结束之后, 要求学生自主概括和总结, 师生互动交流, 提炼重要的或典型的内容, 从而提高课程教学水平。
2.2 教学形式
针对该校“培养上手快、后劲足的应用型人才”的培养目标, 教学形式贴近用人单位人才需求, 以培养学生的实践能力、综合素质为重点, 以就业为导向, 利用学校和用人单位两种不同的教育资源和教育环境条件, 在整个教育教学的过程中将学习与工程实际融汇贯通, 培养具有较高实践能力和创新精神的人才。
首先应注重激发学生的学习兴趣。此为先提条件, 学生学习有兴趣, 学习热情即会高涨, 学习效果也就有了保证。学习新内容之前, 先将工程实际问题呈现在学生面前, 调动学生学习的欲望, 建立分析、解决问题的兴趣, 使枯燥抽象的理论知识有了载体、有了依托, 变得有血有肉。
其次要重视强化学生过程参与。常规的教学主动权在教师手中, 往往是你教我学, 你灌我受, 事倍功半。而强化学生过程参与是指把课堂的部分主动权教给学生, 让学生变被动为主动, 主动思考、主动分析并解决问题。探索小组互助学习、组间竞争学习、师生互动学习等模式, 形成师生之间, 生生之间相互良好互动, 互相学习、互相促进, 进而推进课堂教学进程。
第三要注意增强学生工程实际能力。课堂上教师主动将已经成熟的结论和知识点教授给学生, 同时, 引导学生积极参与思考, 将问题提出给学生, 学生思考、分析、解决问题的过程, 即历经、体验了工程实际过程的分析问题过程, 能逐步培养学生解决实际问题的能力。通过多个实例的学习与积累, 学生不仅收获了专业知识, 更提高了理论联系实际的能力, 还提升了解决工程实际问题的思维与能力。
2.3 教学手段
高校作为人才培养的源头活水, 应提高专业教师的专业素质和工程实践能力, 增加专业教师与企业合作、交流的机会和时间, 适当及时增减教学内容, 改进教学方法和手段。采用多媒体课件、影像资料、课程实验及工程实践等多种多样的教学手段。图、文、声并茂的课件可以把枯燥抽象的讲授过程变得形象而生动, 不仅降低教师教学强度与难度, 而且简化了学生的学习过程, 有效激发学生的学习兴趣。对课程的主要内容采用直观、生动和形象的多媒体动画进行演示, 将抽象的概念形象化, 提高学生学习兴趣和教学效率。此外, 还需不断开发网络教学资源, 利用学校公共网络平台, 建立了与学生教学互动的机制, 为学生提供良好的自主学习环境。充分利用综合性实验、教学案例、视频案例、淮海讲坛和企业参观、实习等实践教学条件, 培养、提升学生的实践能力。另外, 还可以借助专题研究和大学生科技创新项目研究等活动载体, 培养学生的学术兴趣和研究能力。
2.4 考核方法
在考核评价上, 应摒弃以往单一闭卷考试的形式, 变“应试考试”为“水平考试”。采用考试与考查相结合的形式, 综合评价学生的学习效果。注重过程教育与管理, 让学生深切感受学与不学不一样, 实践与不实践不一样, 认真与应付不一样。结合毕业设计环节所涉及的“船舶阻力与推进”内容的应用, 利用典型例子, 分组设计、计算、讨论, 再进行组组交流、分析、研讨, 最后教师进行概括、总结, 如此不仅会进一步促进学生对后续专业课程的投入和学习态度及方法的修缮, 而且会使学生为工程设计打下良好的基础。
3 结语
结合该校人才培养方案, 课程教学大纲要求和当前选用教材的实际情况, 教学内容、教学形式、教学手段、考核方法等多方面改革创新与实践并举, 方能实现“船舶阻力与推进”课程教学模式改进。通过课程学习, 使学生对船舶设计、如何实现出船舶的快速性拥有了一定的理论知识和实践经验。对于后续如“船舶设计原理”等专业课程的理解及掌握奠定了扎实的知识基础。如此举一反三。学生可以为将来参加工程工作打下了坚实的基础。
摘要：基于该校人才培养目标定位情况, 结合船舶与海洋工程专业人才培养方案、课程教学大纲要求、所选用教材以及学生毕业后的就业面向等实际情况, 以“船舶阻力与推进”课程为研究对象, 分析课程内容与特点, 从教学内容、教学形式、教学手段、考核方式方法等方面展开研究, 提出课程教学模式改革建议。
关键词：船舶工程,阻力与推进,教学模式,实践与研究
参考文献
[1]杨启.船舶与海洋工程创新人才培养体系构建和研究性教学改革初探[J].船海工程, 2011 (4) .
[2]魏莉洁, 张磊.海洋工程船的发展对船舶工程专业教学的要求[J].科技信息:学术研究, 2008 (15) .
[3]谢永和, 王伟.地方性高校船舶与海洋工程专业人才培养模式的研究与探索[J].浙江海洋学院学报 (自然科学版) , 2008 (12) .
[4]胡乃辉.浅析“十一五”船舶与海洋工程的发展前景[J].广东造船, 2007 (1) .