一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法与流程

本发明属于蒸汽驱动船舶的动力控制领域。

背景技术：

我国目前大部分对动力系统响应时间有要求的大吨位船舶为蒸汽驱动形式，由于蒸汽驱动船舶冷态启动的准备时间较长，因此对动力响应时间有要求的大功率蒸汽驱动船舶在短时间停泊、锚泊时一般保持热态备航的状态，以便随时转入航行状态。目前我国已有两艘大吨位蒸汽驱动船舶下水投入使用。

我国目前的大吨位蒸汽驱动船舶仍采用传统的电动盘车方法，即将蒸汽轮机和减速器与螺旋桨脱开，将电动盘车装置与蒸汽轮机和减速器连接，然后启动电动盘车装置，由电动盘车装置带动减速器和蒸汽轮机旋转，达到电动盘车的目的。采用现有的电动盘车方法存在以下缺点：

1.动力系统响应时间长：采用传统的电动盘车方法，一个完整的“航行—备航—复航”过程，需要主机速关阀关闭—螺旋桨脱开--电动盘车装置接入--启动电动盘车装置—电动盘车装置脱开—螺旋桨接入—主机速关阀打开一系列的操作，整个动力系统的响应时间至少在5～10分钟。

2.存在安全隐患：传统的电动盘车方法，主机速关阀需要频繁关闭开启、盘车电动装置需要频繁接入脱开，增加了设备的动作次数和磨损，从而导致安全隐患。在实际应用中就出现过由于频繁动作导致速关阀内漏及电动盘车装置无法及时脱开，影响动力系统的正常运行。

目前关于大吨位蒸汽驱动船舶的新的自动盘车方法目前尚未有任何报道，事实上，由于大吨位蒸汽驱动船舶是一种新型驱动形式，目前仅有两艘船舶采用此驱动形式，目前国内研究较少，也缺乏实际的使用和调试经验。申请人多年从事船舶动力控制方法的研究，并且在该两艘船舶的航行试验中进行了大量的动力系统的调试工作，在大吨位蒸汽驱动船舶的动力控制研究领域具有丰富的实际经验。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有电动盘车方法存在动力系统响应时间长和安全隐患的问题，本发明提供了一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法。

一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、实时采集主轴转速z，判断z是否小于或等于z1，判断结果为是，执行步骤二，结果为否，执行步骤四；

其中，z1表示开阀到关阀转换时的转速判断阈值；

步骤二、根据起车静扭矩s、△s1，获得目标阀位扭矩s+△s1为起车预设扭矩，通过进汽阀门开度—蒸汽输出扭矩曲线f(q)得到，目标阀位扭矩s+△s1所对应的主机进汽阀门的目标开度y＝f(s+△s1)，其中，q＝s+△s1，根据目标开度y＝f(s+△s1)给主机进汽阀门下达开阀指令，执行步骤三；

其中，q表示蒸汽输出扭矩变量，△s1表示起车预设扭矩与起车静扭矩s之差；

步骤三、获得扭矩阈值s+△s1-△s2，并实时采集主轴扭矩x，判断x是否小于或等于s+△s1-△s2，判断结果为是，进行快速开阀，使k＝k1；判断结果为否，进行慢速开阀，使k＝k2；

其中，△s2为开阀速率变化的临界扭矩与起车预设扭矩之差；

k表示启动盘车时的正车油动机目标进汽阀门开阀速率；

k1和k2均为开阀速率的预设值；

步骤四、使主机进汽阀门的目标开度y＝0，启动盘车时的正车油动机目标进汽阀门开阀速率k＝k3；

k3表示关阀速率的预设值。

优选的是，快速开阀的开阀速度在10mm/s至15mm/s范围内。

优选的是，慢速开阀的开阀速度在1mm/s至5mm/s范围内。

优选的是，△s1≥△s2。

优选的是，k1≥k2。

优选的是，△s1的取值范围为20kn·m至50kn·m。

优选的是，k3的取值范围是30mm/s至100mm/s。

本发明带来的有益效果是，本发明所述一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法，具体来说是一种不通过电动盘车装置，直接通过预置的起车静扭矩、进汽阀门开度—蒸汽输出扭矩曲线，以及采集的主轴扭矩和主轴转速等参数进行逻辑运算，给蒸汽驱动船舶的主轴提供恰当的起车阀位，并将峰值转速和持续时间控制在最佳范围内的自动盘车方法，达到在减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的目的，使动力响应时间减少了5至10分钟。

附图说明

图1为本发明所述一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、实时采集主轴转速z，判断z是否小于或等于z1，判断结果为是，执行步骤二，结果为否，执行步骤四；

其中，z1表示开阀到关阀转换时的转速判断阈值；

步骤二、根据起车静扭矩s、△s1，获得目标阀位扭矩s+△s1为起车预设扭矩，通过进汽阀门开度—蒸汽输出扭矩曲线f(q)得到，目标阀位扭矩s+△s1所对应的主机进汽阀门的目标开度y＝f(s+△s1)，其中，q＝s+△s1，根据目标开度y＝f(s+△s1)给主机进汽阀门下达开阀指令，执行步骤三；

其中，q表示蒸汽输出扭矩变量，△s1表示起车预设扭矩与起车静扭矩s之差；

步骤三、获得扭矩阈值s+△s1-△s2，并实时采集主轴扭矩x，判断x是否小于或等于s+△s1-△s2，判断结果为是，进行快速开阀，使k＝k1；判断结果为否，进行慢速开阀，使k＝k2；

其中，△s2为开阀速率变化的临界扭矩与起车预设扭矩之差；

k表示启动盘车时的正车油动机目标进汽阀门开阀速率；

k1和k2均为开阀速率的预设值；

步骤四、使主机进汽阀门的目标开度y＝0，启动盘车时的正车油动机目标进汽阀门开阀速率k＝k3；

k3表示关阀速率的预设值。

本实施方式中，s和f(q)是船舶主轴的固有特性，f(q)可以通过阀门配汽计算得到。

本发明属于一种减少蒸汽驱动船舶动力响应的自动盘车方法，具体来说是一种不通过电动盘车装置，直接通过预置的起车静扭矩、进汽阀门开度—蒸汽输出扭矩曲线，以及采集的主轴扭矩和主轴转速等参数进行逻辑运算，给蒸汽驱动船舶的主轴提供恰当的起车阀位，并将峰值转速和持续时间控制在最佳范围内的自动盘车方法，达到在减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的目的。

具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的区别在于，

快速开阀的开阀速度在10mm/s至15mm/s范围内。

具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的区别在于，

慢速开阀的开阀速度在1mm/s至5mm/s范围内。

具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的区别在于，△s1≥△s2。

具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的区别在于，k1≥k2。

具体实施方式六：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的区别在于，△s1的取值范围为20kn·m至50kn·m。

具体实施方式七：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种减少蒸汽驱动船舶动力响应时间的自动盘车方法的区别在于，k3的取值范围是30mm/s至100mm/s。

验证试验：

实施例1：某船舶通过试验获得起车静扭矩s为122kn·m,通过调试得到起车预设扭矩与起车静扭矩之差△s1为30kn·m，开阀速率变化的临界扭矩与起车预设扭矩之差△s2为20kn·m，扭矩差大时的开阀速率k1为10mm/s，扭矩差小时的开阀速率k2为2mm/s，关阀速率k3为50mm/s,开阀到关阀转换时的转速判断阈值z1为3rpm，以上参数为预设值。

当实时采集到的主机转速z小于或等于3rpm时，给主机进汽阀门下达开阀指令，首先计算目标阀位的扭矩为起车预设扭矩122kn·m+30kn·m＝152kn·m，通过进汽阀门开度—蒸汽输出扭矩曲线查找得到该扭矩对应的阀门开度为33mm，故得到主机进汽阀门的目标开度为33mm。

然后计算快速开阀与慢速开阀之间的扭矩阈值为122kn·m+30kn·m-20kn·m＝132kn·m，故当采集到的主轴实时扭矩小于或等于132kn·m时，进汽阀开阀速率为10mm/s；当采集到的主轴扭矩大132kn·m时，进汽阀门开阀速率为2mm/s。

当实时采集到的主机转速大于3rpm时，给主机进汽阀门下达关阀指令，关阀速率为50mm/s。

实施例2：某船舶通过试验获得起车静扭矩为215kn·m,通过调试得到起车预设扭矩与起车静扭矩之差为45kn·m，开阀速率变化的临界扭矩与起车预设扭矩之差为15kn·m，扭矩差大时的开阀速率为14mm/s，扭矩差小时的开阀速率为2.5mm/s，关阀速率为80mm/s,开阀到关阀转换时的转速判断阈值为5rpm，以上参数为预设值。

当实时采集到的主机转速小于或等于5rpm时，给主机进汽阀门下达开阀指令，首先计算目标阀位的扭矩为起车预设扭矩215kn·m+45kn·m＝260kn·m，通过进汽阀门开度—蒸汽输出扭矩曲线查找得到该扭矩对应的阀门开度为46mm，故得到主机进汽阀门的目标开度为46mm。

然后计算快速开阀与慢速开阀之间的扭矩阈值为215kn·m+45n·m-15n·m＝245kn·m，故当采集到的主轴实时扭矩小于或等于245kn·m时，进汽阀开阀速率为14mm/s；当采集到的主轴扭矩大于245kn·m时，进汽阀门开阀速率为2.5mm/s。

当实时采集到的主机转速大于5rpm时，给主机进汽阀门下达关阀指令，关阀速率为80mm/s。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。