一种加速四桨驱动船舶转弯的协控装置及其协控方法

摘要

一种加速四桨驱动船舶转弯的协控装置及其协控方法，其技术要点在于：包括中央协控单元，中央协控单元分别与四个驱动桨的子控制单元连接通信，所述的子控制单元分为前舱左机控制单元、后舱左机控制单元、前舱右机控制单元及后舱右机控制单元，四个子控制单元分别连接控制四个驱动桨上的调节阀，所述的调节阀分别为由前舱左机控制单元控制的前左阀、由后舱左机控制单元控制的后左阀、由前舱右机控制单元控制的前右阀及由后舱右机控制单元控制的后右阀。本发明适用于3~10万吨的船舶，其通过中央协控单元根据不同的舵角和航速进行逻辑运算，给四桨船舶的各动力单元分配不同动力输出的协控装置及协控方法，达到快速转弯的目的，其运行安全、平稳。

说明书

技术领域：

本发明属于船舶转弯的控制装置，具体涉及一种加速四桨驱动船舶转弯的协控装置及其协控方法。

背景技术：

我国目前大部分对机动性有要求的船舶为双桨驱动形式，由于双桨驱动总动力规模较小，无法满足大吨位船舶的动力需求，因此四桨驱动是未来大吨位船舶的主要驱动形式，而我国目前四桨驱动船舶的转弯方法仍沿用了双桨驱动船舶的转弯方法，即保持各桨的目标转速不变，单纯采用调整不同舵角的形式进行转弯，由于现有四桨驱动船舶的吨位远大于双桨驱动船舶，吨位至少为双桨驱动船舶的7至8倍，采用现有的转弯方法存在以下缺点：

1.转弯半径大，转弯时间长：四桨船舶吨位大，现有的动力方法内、外桨采用相同的动力分配，无法形成外桨相对于内桨的动力差，转弯半径大，转弯时间长。

2.存在安全隐患：传统的转弯方法舵角和航速不进入主机监控系统，船舶运行于高航速状态下，主机运行于高负荷状态，遇到紧急情况打大舵角时，船体由于吨位过大产生巨大的离心力，使船体向外侧产生较大倾斜，四桨的负荷扭矩瞬间产生较大变化，内桨由于负荷扭矩增大，内侧动力单元为保持主轴转速不变会逐步增加动力输出，从而可能有主轴超扭的危险；外桨由于负荷扭矩减小，如果仍保持原有的动力分配外侧动力单元可能有主轴超扭的危险。

发明内容：

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种加速四桨驱动船舶转弯的协控装置及其协控方法，它可实现快速转弯的目的，其运行安全、平稳。

本发明的目的是通过以下方式实现的：该加速四桨驱动船舶转弯的协控装置，采用的技术方案在于：包括中央协控单元，所述的中央协控单元分别与四个驱动桨的子控制单元连接通信，所述的子控制单元分为前舱左机控制单元、后舱左机控制单元、前舱右机控制单元及后舱右机控制单元，四个子控制单元分别连接控制四个驱动桨上的调节阀，所述的调节阀分别为由前舱左机控制单元控制的前左阀、由后舱左机控制单元控制的后左阀、由前舱右机控制单元控制的前右阀及由后舱右机控制单元控制的后右阀。

所述的中央协控单元分别通过四个动力分配单元为四个驱动桨的子控制单元分配动力，子控制单元按各自的动力分配单元所分配的动力来驱动各驱动桨上的调节阀。

该协控装置的协控方法为：

1）、当船舶的航速小于24节且向左打舵时，前左阀和后左阀的阀位输出均保持各自打舵前的蒸汽阀门开度不变；后右阀和前右阀的阀位输出增大，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和开大系数乘积之和；

2）、当船舶的航速小于24节且向右打舵时，前左阀和后左阀的阀位输出增大，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和开大系数乘积之和；后右阀和前右阀的阀位输出保持各自打舵前的蒸汽阀门开度不变；

3）、当船舶的航速大于24节且向左打舵时，前左阀和后左阀的阀位输出减小，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和关小系数的乘积之差；后右阀的阀位输出保持其打舵前的阀位输出不变，前右阀的阀位输出减小且等于其打舵前蒸汽阀门开度与超速保护值之差；

4）、当船舶的航速大于24节且向右打舵时，前左阀的阀位输出减小，且等于其打舵前蒸汽阀门开度与超速保护值之差；后左阀的输出范围保持其打舵前蒸汽阀门开度不变；后右阀与前右阀的阀位输出减小，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和关小系数乘积之差。

本发明的有益效果是：该加速四桨驱动船舶转弯的协控装置及其协控方法，适用于3~10万吨的船舶，其通过中央协控单元根据不同的舵角和航速进行逻辑运算，给四桨船舶的各动力单元分配不同动力输出的协控装置及协控方法，达

到快速转弯的目的，其运行安全、平稳。

附图说明：

图1是本发明的电气原理框图。

具体实施方式：

参照图1，该加速四桨驱动船舶转弯的协控装置，包括中央协控单元，所述的中央协控单元分别与四个驱动桨的子控制单元连接通信，所述的子控制单元分为前舱左机控制单元、后舱左机控制单元、前舱右机控制单元及后舱右机控制单元，四个子控制单元分别连接控制四个驱动桨上的调节阀，所述的调节阀分别为由前舱左机控制单元控制的前左阀、由后舱左机控制单元控制的后左阀、由前舱右机控制单元控制的前右阀及由后舱右机控制单元控制的后右阀。所述的中央协控单元分别通过四个动力分配单元为四个驱动桨的子控制单元分配动力，子控制单元按各自的动力分配单元所分配的动力来驱动各驱动桨上的调节阀。

本发明的具体内容是在动力监控系统中设置一个中央协控单元，将舵角和航速信号引入该中央协控单元，中央协控单元根据不同的舵角和航速，分别通过四个动力分配单元对四个子控制单元进行不同的动力分配，四个动力分配单元再根据中央协控单元发出的不同的动力分配值以及本单元的反馈信号（包括主机转速、主轴扭矩和蒸汽阀门开度反馈）对四个驱动桨上的调节阀进行动力输出。

该协控装置的协控方法为

1）、当船舶的航速小于24节且向左打舵时，前左阀和后左阀的阀位输出均保持各自打舵前的蒸汽阀门开度不变；后右阀和前右阀的阀位输出增大，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和开大系数乘积之和；

2）、当船舶的航速小于24节且向右打舵时，前左阀和后左阀的阀位输出增大，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和开大系数乘积之和；后右阀和前右阀的阀位输出保持各自打舵前的蒸汽阀门开度不变；

3）、当船舶的航速大于24节且向左打舵时，前左阀和后左阀的阀位输出减小，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和关小系数的乘积之差；后右阀的阀位输出保持其打舵前的阀位输出不变，前右阀的阀位输出减小且等于其打舵前蒸汽阀门开度与超速保护值之差；

4）、当船舶的航速大于24节且向右打舵时，前左阀的阀位输出减小，且等于其打舵前蒸汽阀门开度与超速保护值之差；后左阀的输出范围保持其打舵前蒸汽阀门开度不变；后右阀与前右阀的阀位输出减小，且分别等于各自打舵前蒸汽阀门开度与舵角和关小系数乘积之差。

预先设计在的子控制单元的控制逻辑如下表所示：其中x为转弯时的舵角信号，z为打舵前的蒸汽阀门开度反馈值，y为经过逻辑运算后的最终阀位输出，k1为高航速转弯时最内侧桨的关小系数，k2为高航速转弯时内侧第二桨的关小系数，k3是低航速转弯时外侧第二桨的开大系数，k4是低航速转弯时最外侧桨的开大系数， m为高航速下转弯最外侧桨的超速保护值，k1、k2、k3、k4都是在调试阶段确定的，其中k1>k2,k4>k3。

以下以蒸汽机的阀门开度是0～100％为前提，通过实施例1和实施例2对本发明的具体实施方式进行说明：

实施例1

 某船舶正常时蒸汽机的蒸汽阀门开度处于0～100％区间内，船舶以18节的航速直线航行，稳定时蒸汽机的蒸汽阀门开度均为40％，驾驶室开始打15^o的左舵，1min后舵角归零，根据前期调试得到开大系数(k3)=0.3，关小系数(k4)=0.9，超扭保护。采用本专利方法首先由中央协控单元对航速和舵角信息进行判断，并给四个单元分配不同的动力，一旦舵角不为零，立即按照附表的方法进行动力分配：

前舱左机控制单元：阀位输出始终保持不变，蒸汽阀门开度仍为40％；

后舱左机控制单元：阀位输出始终保持不变，蒸汽阀门开度仍为40％；

后舱右机控制单元：阀位输出=（40+15×0.3）％=44.5％；

前场右机控制单元：阀位输出=（40+15×0.9）％=53.5％。

当1min后舵角归零后，船舶完成转弯动作，四个动力单元重新回到打舵前的均匀动力分配，蒸汽阀门开度均为40％。

实施例2

某船舶正常时蒸汽机的蒸汽阀门开度处于0～100％区间内，船舶以26节的航速直线航行，稳定时蒸汽机的蒸汽阀门开度均为80％，驾驶室开始打15^o的右舵，1min后舵角归零，根据前期调试得到关小系数(k1)=1.2，(k2)=0.9，m=4.5。采用本专利方法首先由中央协控单元对航速和舵角信息进行判断，并给四个单元分配不同的动力，一旦舵角不为零，立即按照附表的方法进行动力分配：

前舱左机控制单元：阀位输出=（80-4.5）％=83.5％；

后舱左机控制单元：阀位输出始终保持不变，蒸汽阀门开度仍为80％；

后舱右机控制单元：阀位输出=（80-15×0.9）％=66.5％；

前场右机控制单元：阀位输出=（80-15×1.2）％=62％。

当1min后舵角归零后，船舶完成转弯动作，四个动力单元重新回到打舵前的均匀动力分配，蒸汽阀门开度均为80％。