论文摘要
针对现有船舶推进方式的不足,同时结合现代船舶的发展需要,提出船舶综合液压推进原理(IHP),即通过液压泵将多台主机(两台及以上)输出的机械能转变为液压油的压力能,经功率叠加以及分配后,分别驱动螺旋桨(液压马达)、舵机、船舶侧推装置以及其它辅助装置,应用轴带发电机取代船舶辅机。基于船舶综合液压推进原理,设计一船舶综合液压推进装置,通过其工况配合特性曲线对该装置的工况配合特性规律进行分析,提出恒功率与变功率联合控制策略(CVCC),当综合液压推进船舶在采用CVCC控制方法以后,无论是在轻载或者重载工况下,船舶主机都可发出设计功率,具有非常优良的工况配合特性。为对综合液压推进装置传动效率进行分析,建立传动系统的效率模型,通过该模型对系统压力、温度、管径以及泄漏系数等参数对传动效率的影响规律进行仿真分析。结果表明系统传动效率可以达到0.85,系统压力、温度、管径以及泄漏系数对系统效率影响显著。在泄漏系数不变的情况下,随着管径的增大,传动效率逐渐增大,取得效率最大值的区域将从高温高压区移动至低温高压区,最后移动至低温低压区;随着泄漏系数的增大,效率在逐渐降低,传动效率取得最大值的区域将从低温高压区移动至低温低压区。虽然IHP系统的传动效率比直接推进系统(DP)要低,但当船舶实际工况偏离设计工况一定量时,IHP系统的总效率将比DP系统要高,综合液压推进装置重量与体积的大幅减小以及轴带发电机的采用将有力地提高综合液压推进船舶的经济性。为进一步提高液压系统传动效率,提出液压系统热能回收利用方法并设计热能回收利用装置,通过该装置可将液压系统运行过程中产生的热能回收后重新回馈到液压系统中,而不是将其通过冷却等方式直接散失掉。在对综合液压推进装置工况配合特性、控制策略以及传动效率分析、优化的基础上,开发一模拟试验台,并建立船舶综合液压推进系统的动态数学模型,通过试验台对该数学模型进行修改与验证。基于该数学模型将综合液压推进系统与直接推进系统进行仿真对比实验,结果表明综合液压推进系统的机动性明显优于直接推进系统,并具有优良的工况配合特性,CVCC控制策略对IHP系统是有效的;同时对IHP系统参数响应情况进行了分析,结果表明油液温度、载重量以及海水密度对系统动静态特性影响比较明显,油液弹性模量的变化对船舶的动、静态特性影响不太明显。由于船舶综合液压推进装置具有机动性高、工况配合特性好、工作模式多、功率重量比大、安全可靠性好、过载保护能力强以及可进行惯性能回收等突出优点,将成为某些大型船舶、工程船舶以及特种船舶的首选推进方式之一。