[发明专利]一种节能的船舶可调桨系统机桨匹配控制方法

说明书

本发明公开了一种节能的船舶可调桨系统机桨匹配控制方法，涉及可调桨领域，该方法以主机燃油耗油量为目标值，充分考虑了主机的外负荷特性、万有特性和桨的效率特性，以及船机桨匹配的特点，用图谱分析和数值分析相结合的方法，寻找在不同目标航速下的机桨匹配工况点，可以保证推进系统在最低耗油状态下工作，在保证可调桨系统正常工作的情况下达到节能效果，与传统的可调桨控制模式相比，使用该可调桨系统控制方法控制时节油特性极为明显。

技术领域

本发明涉及可调桨领域，尤其是一种节能的船舶可调桨系统机桨匹配控制方法。

背景技术

可调桨系统由于具有技术可靠性、使用维护稳定性和价格优势，已经被广泛应用于公务船、调查船和货船等主流船舶上，现有的可调桨系统控制方式主要有以下两种：

1、独立控制方式：主机转速和螺旋桨螺距通过各自的操纵手柄分别进行独立的控制，其过程控制方法较为简单，燃油消耗量很高。

2、传统的联合控制方式：在额定航速的50％以内对船速进行控制时，主机转速稳定在主机齿轮箱合排转速附近，通过调节螺旋桨螺距实现船速和航向的改变；在50％的额定航速至额定航速范围对船速进行控制时，将可调桨固定在最大螺距比，通过调节主机转速实现船速和航向的改变。控制方式较为智能，但是目前的联合控制方式都不是以推进系统耗油量为目标值的，因此燃油消耗量往往也不低。

由此可见，目前可调桨系统的控制方式都不是以推进系统耗油量为目标的，而推进系统是船舶航行的第一动力，其燃油消耗占船舶燃料消耗的绝大部分，在船运行业不景气，自然能源日益匮乏的国际大背景下，若能最大限度的降低燃油消耗、降低大气污染，将是一件利国利民的大事。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种节能的船舶可调桨系统机桨匹配控制方法，该控制方法可以保证推进系统在最低耗油状态下工作，在保证船舶可调桨系统正常工作的情况下达到节能效果。

本发明的技术方案如下：

一种节能的船舶可调桨系统机桨匹配控制方法，该方法包括：

确定船舶在航行过程中的各个参考航速，参考航速包括船舶的最小航速和最大航速之间的至少两个航速；

对于每个参考航速，确定船舶在参考航速下的船体有效功率和船舶阻力；

确定船舶以参考航速航行时的各个参考桨转速，参考桨转速包括船舶的最小稳定桨转速与最大稳定桨转速之间的至少两个桨转速，最小稳定桨转速是主机转速为最低稳定转速时对应的桨转速，最大稳定桨转速是主机转速为额定转速时对应的桨转速；

对于参考航速对应的每个参考桨转速，根据参考航速、参考航速下的船舶阻力以及参考桨转速计算得到参考桨转速对应的螺距比和敞水效率；

根据参考桨转速对应的敞水效率和参考航速下的船体有效功率计算得到主机功率，并根据主机功率和参考桨转速计算得到在参考航速下，参考桨转速对应的单位小时耗油量；

根据各个参考航速下，各个参考桨转速对应的单位小时耗油量确定船舶可调桨系统的机桨匹配关系，机桨匹配关系包括船舶以各个航速航行时，使得船舶的单位小时耗油量最小的桨转速及其对应的螺距比；

在船舶的航行过程中，控制船舶可调桨系统按照机桨匹配关系工作。

其进一步的技术方案为，根据参考航速、参考航速下的船舶阻力以及参考桨转速计算得到参考桨转速对应的螺距比和敞水效率，包括：

根据参考航速和参考桨转速计算螺旋桨进速系数，根据船舶阻力和参考桨转速计算螺旋桨总推力系数；

根据螺旋桨进速系数和螺旋桨总推力系数确定参考桨转速对应的螺距比和敞水效率。