带轴带发电的船舶推进系统动态性能仿真研究

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1、＼Ｉ分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文带轴带发电的船舶推进系统动态性能仿真研究硕士研究生：赵晨指导教师：丁宇副教授：学科、专业．轮机工程论文主审人：李晓波教授哈尔滨工程大学２０１７年１２月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文带轴带发电的船舶推进系统动态性能仿真研究硕士研究生：赵晨指导教师：丁宇副教授学位级别：工学硕士学科、专业：轮机工程所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADiss

2、ertationfortheDegreeofM.EngSimulationInvestigationofShipPropulsionSystemwithShaftGeneratorDynamicPerformanceCandidate:ZhaoChenSupervisor:AssociateProf.DingYuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:PowerEngineeringDateofSubmission:December,2017DateofOralExamination:

3、March,2018University:HarbinEngineeringUniversity带轴带发电的船舶推进系统动态性能仿真研究摘要随着全球能源危机，石油价格不断上涨，船舶的运营费用在不断增长。船舶轴带发电机可以充分利用船舶主机的功率储备，部分或完全替代传统的柴油发电机为全船供电，达到节约运营成本的目的。为了使带轴带发电机输出的电能稳定，可选用可调螺距螺旋桨与轴带发电机的组合方式，保持船舶主机在恒转速模式下运行。船舶主机、轴带发电机和调距桨等有不同的工作特性，在配合运行时不仅要考虑单个部件的工作特性，还需要考虑整体系统的配合特性。因此，本文对带轴带发电机的船

4、舶推进系统进行仿真建模研究，并应用于13000吨化学品船，研究整体系统的动态性能。本文首先介绍了同步发电机的原理，理论推导出同步发电机的数学模型，基于ZFC6506-44E三相自励无刷同步发电机，在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型，并进行动态仿真和台架实验验证；然后基于实验数据和理论分析，建立了柴油机扭矩模型以及柴油机调速器模型；其次，研究荷兰瓦根宁B系列螺旋桨的图谱规律，并结合13000吨化学品船螺旋桨模测试数据，得到该船调距桨的敞水特性曲线；最后又综合考虑船舶阻力、伴流和推力减额等因素，通过轴系转动平衡和船体纵荡平衡建立带轴带发电机的船舶推进系统

5、仿真模型。考虑到轴带发电机的运行条件，需保证船舶主机以恒转速模式运行，本文通过控制螺旋桨的螺距来实现主机恒转速模式下的船舶调速，分析了船舶调速过程中船舶推进系统及轴带发电机的动态性能，结果表明：通过控制螺距来实现船舶调速时轴带发电机频率、端电压等性能参数的动态性能均满足船舶电力规范要求，即轴带发电机可以稳定运行。同时，对船舶电力负载突变时，研究了推进系统的动态性能，仿真结果表明：随着突变的电力负载的增加，推进系统的主要性能参数的波动范围越大，但是最大波动值在系统的调节范围之内，船速的最大波动值为0.005%，可近似认为在轴带发电机调节负荷时，对船舶航速没有影响。本论

6、文建立的仿真模型和结果分析对轴带发电机设计和在船舶推进系统中的应用提供理论支撑。关键词：船舶推进系统；轴带发电机；可调螺距螺旋桨；仿真建模；动态特性带轴带发电的船舶推进系统动态性能仿真研究AbstractWiththeglobalenergycrisis,theoilpriceshaveroseincreasingly,leadingtoagrowingofship'soperatingexpenses,andtheshipshaftgeneratorcanmakefulluseoftheengine’spowerreserve,whichcanpartiallyo

7、rcompletelyreplacetheconventionaldieselgeneratorsforshippowersupply,soitcanhelpsavetheoperationcost.Inordertomakeshaftgeneratorprovidestablepower,thecontrollablepitchpropellercanbeusedwithshaftgenerator,tokeeptheship'smainengineworkingonconstantspeedmode.Themainengine,propellerandsha