CN113345310A

CN113345310A - 船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台

Info

Publication number: CN113345310A
Application number: CN202110577151.3A
Authority: CN
Inventors: 樊红; 李兴河; 陈昊; 雷俊松; 周瑞平
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2041-05-26
Also published as: CN113345310B

Abstract

本发明公开了一种船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台，包括物理装置试验组件和测试控制系统；物理装置试验组件包括工作电机驱动控制器、工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A、并入电机驱动控制器、并入电机、扭矩传感器B、燃气轮机转子模拟件B、同步自动离合器、并车齿轮箱、扭矩传感器C、负载电机驱动控制器和负载电机；各电机驱动控制器与测试控制系统相连；工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A和并车齿轮箱的输入轴通过联轴器依次连接。本发明的有益效果为：根据船舶燃燃联合动力推进装置的试验需求，采用伺服电机模拟船舶原动机和推进器，加入实际传动系统物理部件，使得试验装置更加接近于实际船舶联合动力推进装置运行工况，仿真精度高。

Description

船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台

技术领域

本发明涉及模拟试验设备，具体涉及一种船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台。

背景技术

现有船舶多采用燃燃联合动力系统作为船舶推进装置，这种设计能够有效地减少船舶尺寸、提高功率范围，并且具有维护性佳、机动性能好、操作灵活等诸多优越性。因此，掌握船舶燃燃联合动力推进装置的动态运行特性，是设计开发性能可靠、运行稳定机组控制系统的关键。

传统的计算机数字仿真虽然配置灵活，但在模拟过程中推进装置的运行工况做了很多线性假设，实际上在船舶动力推进系统中却存在着非常多非线性因素的干扰，仿真精度低；而全物理试验台采用实物模拟，试验调试过程存在很多风险，且造价及运行成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种精度高、成本低的船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台。

本发明采用的技术方案为：一种船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台，包括物理装置试验组件和测试控制系统；所述物理装置试验组件包括工作电机驱动控制器、工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A、并入电机驱动控制器、并入电机、扭矩传感器B、燃气轮机转子模拟件B、同步自动离合器、并车齿轮箱、扭矩传感器C、负载电机驱动控制器和负载电机；所述工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A和并车齿轮箱的输入轴通过联轴器依次连接；所述并入电机、扭矩传感器B和燃气轮机转子模拟件B的输入轴通过联轴器依次连接；所述同步自动离合器的输入轴与燃气轮机转子模拟件B的输出轴相连，同步自动离合器的输出轴与并车齿轮箱的另一输入轴相连，并车齿轮箱用于将两个输入轴的输入扭矩合并，并车齿轮箱的输出轴、扭矩传感器C、负载电机通过联轴器依次连接；所述工作电机驱动控制器、并入电机驱动控制器和负载电机驱动控制器均分别与测试控制系统相连，控制对应电机启停。

按上述方案，所述测试控制系统包括测控仪和上位机；所述测控仪内含控制器，测控仪的测量输入接口分别与三个扭矩传感器的转速、扭矩信号输出端连接；所述上位机与测控仪的测量输出接口连接；上位机通过测控仪通讯接口与工作电机驱动控制器、并入电机驱动控制器及负载电机驱动控制器连接，向各驱动控制器发送控制信号。

按上述方案，所述上位机包括试验特性建立模块和试验过程监测模块；试验特性建立模块用于向用户提供燃气轮机和螺旋桨运行特性曲线库，使用户按照试验方案建立工作电机、并入电机及负载电机的运行曲线；试验过程监测模块用于在试验过程中通过测控仪获得工作电机、并入电机和负载电机的运行参数，并根据用户输入的命令随时通过控制器传输至电机驱动控制器，从而控制对应电机的运行。

按上述方案，所述上位机还包括试验数据显示模块，所述试验数据显示模块用于显示通讯接口上传的工作电机、并入电机及负载电机的扭矩、转速试验数据。

按上述方案，所述物理装置试验组件还包括工作台，所述工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A、并入电机、扭矩传感器B、燃气轮机转子模拟件B、同步自动离合器、并车齿轮箱、扭矩传感器C和负载电机均安装在工作台上。

按上述方案，燃气轮机转子模拟件A和燃气轮机转子模拟件B均为组合惯性轮。

本发明的有益效果为：本发明根据船舶燃燃联合动力推进装置的试验需求，基于转子系统动态特性相似的半物理试验仿真方法，以计算机数学模型与在线运行模拟的物理实物相结合的方式，采用计算机仿真船用燃气轮机和螺旋桨模型，伺服电机实时运行模拟其运行状态，加入实际传动系统物理部件，使得试验装置更加接近于实际船舶联合动力推进装置运行工况，仿真精度高。利用本发明对船舶燃燃联合动力推进装置进行仿真试验，能保证燃气轮机联合动力系统动态特性的高精度模拟，大量减少全物理试验台的试验调试量，而且可以进行数字仿真状态下无法进行的仿真，大幅度提高了试验安全性以及经济性。同时，利用本发明可以通过上位机建立各类船舶原动机和负载模型，模拟多种船舶联合动力推进装置，可进行船舶联合动力装置总体性能和零部件的性能研究，完成多种教学实验和科研实验。本发明中，构成模拟试验台的各分部件均为常见机械设备，造价及运行成本低，经济性好。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例中物理装置试验组件的整体结构框图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的D-D剖视图。

图4为本实施例的控制示意图。

图5为本实施例的工作流程示意图。

其中：1、测试控制系统；2、物理装置试验组件；3、并入电机；4、扭矩传感器A；5、燃气轮机转子模拟件B；6、同步自动离合器；7、并车齿轮箱；8、扭矩传感器C；9、负载电机；10、工作电机；11、扭矩传感器A；12、燃气轮机转子模拟件A；13、工作台。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台，包括物理装置试验组件2和测试控制系统1；所述物理装置试验组件2包括工作电机驱动控制器、工作电机10、扭矩传感器A11、燃气轮机转子模拟件A12、并入电机驱动控制器、并入电机3、扭矩传感器B4、燃气轮机转子模拟件B5、同步自动离合器6、并车齿轮箱7、扭矩传感器C8、负载电机驱动控制器和负载电机9。本实施例中，工作电机10与并入电机3模拟燃气轮机工况，负载电机9模拟螺旋桨工况；燃气轮机转子模拟件A12和燃气轮机转子模拟件B5均为组合惯性轮，可采用手动增减惯性盘实现不同惯量输出。

本发明中，如图2～4所示，所述工作电机驱动控制器与测试控制系统1相连，控制工作电机10启停；所述工作电机10、扭矩传感器A11、燃气轮机转子模拟件A12和并车齿轮箱7的输入轴通过联轴器依次连接；所述并入电机驱动控制器与测试控制系统1相连，控制并入电机3启停；所述并入电机3、扭矩传感器B4和燃气轮机转子模拟件B5的输入轴通过联轴器依次连接；所述同步自动离合器6的输入轴与燃气轮机转子模拟件B5的输出轴相连，同步自动离合器6的输出轴与并车齿轮箱7的另一输入轴相连，并车齿轮箱7用于将两个输入轴的输入扭矩合并，并车齿轮箱7的输出轴、扭矩传感器C8、负载电机9通过联轴器依次连接；扭矩传感器A11用于监测工作电机10的输出扭矩、功率及转速信号；扭矩传感器B4用于监测并入电机3的输出扭矩、功率及转速信号，扭矩传感器C8用于监测负载电机9的输出扭矩、功率及转速信号。

优选地，所述物理装置试验组件2还包括工作台13，所述工作电机10、扭矩传感器A11、燃气轮机转子模拟件A12、并入电机3、扭矩传感器B4、燃气轮机转子模拟件B5、同步自动离合器6、并车齿轮箱7、扭矩传感器C8和负载电机9均安装在工作台13上。

本发明中，测试控制系统1包括测控仪和上位机；所述测控仪内含控制器(为嵌入式控制器，内置测试程序)，测控仪的测量输入接口分别与三个扭矩传感器的转速、扭矩信号输出端连接，组成Ethernet网的网络测试系统；所述上位机通过测控仪测量输出接口与测控仪连接；上位机通过测控仪通讯接口与工作电机驱动控制器、并入电机驱动控制器及负载电机9驱动控制器连接，向各驱动控制器发送控制信号。

本发明中，同步自动离合器6、并车齿轮箱7以物理实体运行，燃气轮机通过两台同型号电机模拟，螺旋桨通过另一型号电机模拟。在试验过程中，控制器将运行参数传输给对应的电机驱动控制器，控制工作电机10和并入电机3运行，并通过并车齿轮箱7带动负载电机9运行，通过同步自动离合器6和并车齿轮箱7实现并车与解列过程；工作电机10、并入电机3和负载电机9的实时转速与扭矩通过扭矩传感器测量以数字量的形式传输给测控仪，通过通讯接口传输至上位机。

优选地，所述上位机包括试验特性建立模块和试验过程监测模块；试验特性建立模块用于向用户提供燃气轮机和螺旋桨运行特性曲线库，便于用户按照试验方案建立工作电机10、并入电机3及负载电机9的运行曲线；试验过程监测模块用于在试验过程中通过测控仪获得工作电机10、并入电机3和负载电机9的运行参数，还可根据用户输入的命令随时通过控制器传输至电机驱动控制器，从而控制对应电机的运行。本实施例中，燃气轮机和螺旋桨运行特性曲线为现有技术。

优选地，所述上位机还包括试验数据显示模块，所述试验数据显示模块用于显示通讯接口上传的工作电机10、并入电机3及负载电机9的扭矩、转速试验数据。

试验系统的运行时在上位机的控制下进行，根据设计的试验方案，上位机通过控制器将燃气轮机和螺旋桨试验运行特性曲线下载至电机驱动控制器中，并控制试验全过程；通过测控仪监测试验数据并上传给上位机，供用户查看试验结果。本发明的工作过程如图5所示：

首先，上位机将设置的燃气轮机和螺旋桨试验运行特性曲线下载至电机驱动控制器中，调节工作电机10及负载电机9至初始状态，并启动工作电机10，设置工作电机10与负载电机9的运行模式，输入根据试验方案改变工作电机10与负载电机9运行状态，对单燃气轮机带动螺旋桨工况进行试验测试；由单燃气轮机带动螺旋桨工况选择是否进行双机并车试验，启动并入电机3，并车完成后根据负荷分配双机承担相应负荷，根据试验方案改变工作电机10、并入电机3及负载电机9运行状态，对并车过程和双燃气轮机带动螺旋桨工况进行试验测试；由双燃气轮机带动螺旋桨工况选择是否进行解列试验，进行负载转移，根据试验方案改变工作电机10、并入电机3及负载电机9运行状态，对解列过程进行试验测试。试验过程在上位机控制并观察试验结果，测试结束后，向电机驱动控制器发送停机命令，试验结束。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种船舶燃燃联合动力推进装置模拟试验台，其特征在于，包括物理装置试验组件和测试控制系统；所述物理装置试验组件包括工作电机驱动控制器、工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A、并入电机驱动控制器、并入电机、扭矩传感器B、燃气轮机转子模拟件B、同步自动离合器、并车齿轮箱、扭矩传感器C、负载电机驱动控制器和负载电机；所述工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A和并车齿轮箱的输入轴通过联轴器依次连接；所述并入电机、扭矩传感器B和燃气轮机转子模拟件B的输入轴通过联轴器依次连接；所述同步自动离合器的输入轴与燃气轮机转子模拟件B的输出轴相连，同步自动离合器的输出轴与并车齿轮箱的另一输入轴相连，并车齿轮箱用于将两个输入轴的输入扭矩合并，并车齿轮箱的输出轴、扭矩传感器C、负载电机通过联轴器依次连接；所述工作电机驱动控制器、并入电机驱动控制器和负载电机驱动控制器均分别与测试控制系统相连，控制对应电机启停。

2.如权利要求1所述的模拟试验台，其特征在于，所述测试控制系统包括测控仪和上位机；所述测控仪内含控制器，测控仪的测量输入接口分别与三个扭矩传感器的转速、扭矩信号输出端连接；所述上位机与测控仪的测量输出接口连接；上位机通过测控仪通讯接口与工作电机驱动控制器、并入电机驱动控制器及负载电机驱动控制器连接，向各驱动控制器发送控制信号。

3.如权利要求2所述的模拟试验台，其特征在于，所述上位机包括试验特性建立模块和试验过程监测模块；试验特性建立模块用于向用户提供燃气轮机和螺旋桨运行特性曲线库，使用户按照试验方案建立工作电机、并入电机及负载电机的运行曲线；试验过程监测模块用于在试验过程中通过测控仪获得工作电机、并入电机和负载电机的运行参数，并根据用户输入的命令随时通过控制器传输至电机驱动控制器，从而控制对应电机的运行。

4.如权利要求2所述的模拟试验台，其特征在于，所述上位机还包括试验数据显示模块，所述试验数据显示模块用于显示通讯接口上传的工作电机、并入电机及负载电机的扭矩、转速试验数据。

5.如权利要求1所述的模拟试验台，其特征在于，所述物理装置试验组件还包括工作台，所述工作电机、扭矩传感器A、燃气轮机转子模拟件A、并入电机、扭矩传感器B、燃气轮机转子模拟件B、同步自动离合器、并车齿轮箱、扭矩传感器C和负载电机均安装在工作台上。

6.如权利要求1所述的模拟试验台，其特征在于，燃气轮机转子模拟件A和燃气轮机转子模拟件B均为组合惯性轮。