船舶喷水推进监控系统的设计Word下载.docx

船舶喷水推进监控系统的设计Word下载.docx

《船舶喷水推进监控系统的设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶喷水推进监控系统的设计Word下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

目前,世界上著名的推进水泵生产厂家有瑞典的Kamewa公司、新西兰的Hamilton公司等。

管道系统:

管道系统主要包括进水口、进水格栅、扩散管、推进水泵进流弯管、出流弯管和喷口等。

舵及倒航组合操纵设备:

采用喷水推进的船舶不能靠主机、推进水泵的逆转来实现倒航,一般是通过设法使喷射水流反折来实现。

由于经喷口喷出的水流相对舵有较大流速,所以一般均采用使喷射水流偏转的方法来实现船舶的转向。

常见的舵及倒航组合操纵设备有外部导流倒放斗、外接转管倒放罩等。

控制系统：

喷水推进电控系统是喷水推进装置的重要组成部分,是确保喷水推进船舶推进和操纵性能的关键设备。

用来控制喷水推进装置的方向舵、倒航斗及喷水推进泵叶轮（原动机）的转速。

主要分为联控和分控二种控模式。

3、喷水推进的优缺点

2.1喷水推进的优点

1）运行平稳，水下噪声小。

2）抗空泡能力强，推进效率较高。

3）推进泵较螺旋桨更适用于重载荷以及限制直径的场合。

4）喷水推进适应变工况的能力强，在工况多变的船舶上能充分利用主机功率，延长主机寿命。

5）具有优异的操纵性和动力定位性能。

6）推进泵叶片在管道中不易损坏，可靠性好。

此外,与螺旋桨推进相比,喷水推进还具有吃水浅、浅水效应小、传动机构简单、附体阻力小、主机无需反转和保护性能好等优点。

2.2喷水推进的缺点

1）在航速低于25kn或叶轮直径不受限制时，喷水推进的推进效率一般较螺旋桨低。

2）由于增加了管道中水的质量，加大了船舶的排水量。

3）在水草或杂物较多的水域，进口容易出现堵塞现象而影响航速。

4）推进泵叶轮拆换较螺旋桨复杂。

5）价格较螺旋桨推进要高一些。

三、喷水推进控制系统设计

　　1、基本要求

喷水推进的控制系统由电遥控系统和液压伺服执行系统二大部分组成。

喷水推进器由戽和舵组成，遥控系统通过控制戽位来改变喷水方向，借助水的反作用力推动船舶前进或后退，通过控制主机转速来调节推进泵的转速使船获到推；

通过控制舵角使船向左（或右）改向，来获得舵效。

液压伺服系统包含两大功能：

①操作戽、舵机构②对推进器泵体的轴承进行润滑。

这两大功能由推进器厂商提供的液压动力包来完成。

一般地，喷水推进装置均由驾驶室遥控，操作人员在驾驶室进行操作，遥控系统通过电磁阀实现对操舵油缸和戽位油缸的动作，通过控制主机转速来调节推进泵的转速。

遥控系统包含闭环的联合控制系统和独立控制系统，开环的备用控制系统。

2、STI—VC2100监控系统总体设计

STI-VC2100监控系统采用“标准化”、“模块化”、“系列化”原则设计。

组态灵活，功能完善。

系统采用现场总线（CAN）网络，构成一个集控制、监测、安保及数据管理一体化的监控系统。

操作人员在驾驶室进行遥控操作，遥控系统通过冗余的CAN总线，把控制命令传输到各舱室的操舵控制器，戽位控制器和原动机（包括主机和离合器）控制器。

用来控制喷水推进装置的方向舵、戽位及原动机的转速，离合器的接脱排，从而控制喷水泵叶轮的转速。

下图为监控系统网络结构图：

3、监控系统组成

1）控制面板

控制控制板为一块综合显示、报警、转换和控制功能的面板,含以下功能:

显示:

电源指示；

液压装置工况显示。

转换:

操纵部位转换。

控制模式选择：

组合模式；

独立模式；

备用模式；

自动驾驶模式

报警:

电源故障报警;

液压系统故障综合报警;

主机故障综合报警。

控制:

各种故障的取消，越控，当主机严重故障及紧急状态下对主机应急切断。

记录及打印：

对故障，操纵动作等进行记录；

对车令实时打印。

2）组合操纵杆

使用组合操纵杆可以同时控制主机的转速、喷水推进装置方向舵的角度和喷水推进装置戽位的位置，可以实现控制船舶的速度、航向、平移、回转及倒航。

3）独立操纵杆

一只独立操纵杆单独控制喷水推进装置的方向舵，操纵船舶的航向。

另一只独立操纵杆控制倒车戽的位置和主机的转速

4）备有操纵板

系统的备用控制功能为非随动控制方式，通过独立的操作按钮，实施对主机转速、喷水推进装置方向舵的偏转角度和倒航斗收放位置的控制。

5）遥控控制器

遥控控制器根据控制面板的控制模式，分别读取操纵杆的车令信号，按照主机和喷水推进装置的联控曲线，实现主机转速与倒航斗位置最佳的联控匹配；

组合模式控制模式下，还能同时对舵角进行控制。

6）网关

对于配有与电罗经、雷达、卫导、计程仪、电子海图联接的自动驾驶装置、黑盒子系统等自动化要求高的船舶，通过网关可以与这些系统进行数交换。

7）操舵控制器

根据遥控控制器和备有操纵板的控制命令，与操舵反馈传感器的信号进比较，运算后把电信号送入电液换向阀,从而驱动操舵油缸。

8）戽位控制器

根据遥控控制器和备有操纵板的控制命令，与倒车戽反馈传感器的信号进比较，运算后把电信号送入电液换向阀,从而驱动倒车戽油缸。

9）原动机控制器。

根据遥控控制器和备有操纵板的控制命令，与主机转速反馈传感器的信号进比较，运算后把电信号送入调速器,调节主机。

对带有，离合器的传动装置，还要控制离合器的接脱排。

4、监控系统组成

喷水推进装置电控系统介绍

朱建中　王立祥

摘　要　本文着重就喷水推进装置电控系统的显示面板、选择控制板、综合控制杆、舵杆、后备面板和离合器控制作了较为详细的介绍,对船舶推进装置设计有一定参考价值。

关键词　喷水推进装置　电控系统

1　概　述

喷水推进电控系统是喷水推进装置的重要组成部分,也是确保喷水推进,船舶推进和操纵性能的关键设备。

MARIC在开展喷水推进技术研究的同时,也开展了对该系统的研究和试验。

应用微机对喷水推进装置进行遥控能大大提高系统的可靠性。

一般采用单片机或可编程控制器作为控制机,并按船舶控制的不同要求,配以不同的外围设备,实现对整个推进系统的遥控和管理。

控制系统可设驾驶室遥控台或左、右舷遥控台。

每个遥控台一般由中央处理机、显示器、后备控制面板、综合控制杆、转向手柄、控制选择面板等单元组成。

对于自动化要求高的船舶还配有与电罗经、雷达、卫导、计程仪、电子海图联接的自动驾驶装置、CRT显示、车钟打印管理系统及黑盒子系统等。

图1　喷水推进装置电气遥控系统

2　电气控制系统

喷水推进控制系统如图1所示。

由于左、右舷两套喷水推进装置控制系统相同,本图只画出一套,另一套等同。

为了提高系统的可靠性,左、右舷喷水推进装置分别由左舷中央处理机和右舷中央处理机控制,各自独立控制,但是控制信息两者可进行交换。

现就控制系统中的操作面板及装置的功能简述如下:

2.1　显示面板

主要显示主机转速和喷水推进装置的转向舵角及倒车戽的位置。

主机转速由主轴上速度传感器发出转速信号,经中央处理机处理后用作转速显示和供综合控制用。

转向舵角和倒车戽位置显示,分别由转向舵或喷咀液压装置及倒车戽液压装置上反馈变送器输出信号,经中央处理机逻辑运算后作为显示信号及综合控制用的信号。

2.2　选择控制板

选择控制板为一块综合显示、报警、转换和控制功能的面板,一般含以下功能:

电源指示;

驾驶室与机舱控制转换;

驾驶室左右舷控制板之间转换。

当主机的控制由机舱转换到驾驶室位置时对主机遥控;

当主机严重故障及紧急状态下对主机应急切断。

2.3　综合控制杆

此为一套把推进和操纵组合在一起的控制杆,能在驾驶台进行机动控制和遥控。

控制杆输出的信号经中央处理机逻辑处理后,分解为控制转向舵或转向喷咀电磁阀及控制倒车戽电磁阀的信号。

转向舵或喷咀是液压操纵的,能向两侧转动30°

因此电磁阀的开度能很有效地实现转向的控制。

改变推力方向是利用倒车戽来实现,倒车戽也是液压操纵的。

倒车戽电磁阀的开度,能使倒车戽处于不同位置,使向前/向下的喷流量改变,而不断改变正车或倒车推力的大小。

2.4　舵杆

当主机转速稳定,航向为单一前进方向时,驾驶人员使用舵杆操作左舵或右舵,使船正确前进到目的地。

有时为使驾驶人员能更方便地操作,而把舵杆装在座椅的扶手边。

2.5　后备面板

此为一套独立的后备操作系统,利用起停操作杆和按钮进行转向、倒车和主机转速控制,当主操作控制系统出现故障时,能完成主操作控制系统的所有操作控制。

2.6　离合器控制

通过板上按钮开关,输出控制信息到中央处理机,对主机/减速齿轮箱进行控制。

3　结束语

将船倒航和转向的设备联合在一起处理,这是喷水推进船舶操纵设备的主要特点,因此电控系统的设计应充分注意这一特点。

此外,还应注意以下几点:

3.1　供电系统

为了充分考虑供电的可靠性,一般遥控板设计为两路供电,一路由主配电板供电,另一路由专用蓄电池供电。

若有应急发电机系统,还应从应急配电板供一路电,并在此两路或三路电源之间没有自动转换装置或相应的功能。

当一路供电故障时,另一路能自动投入,保证船舶安全航行。

此外,液压系统也应设计为两路供电或具有备用泵,当运行泵压力下降或发生故障时能自动转换或备用泵立即自动起动。

3.2　接地

由于本系统为微机及电子系统,故要求电气设备及电缆应有良好的接地,并应采用良好屏蔽性能的电缆以求提高系统的抗干扰性能,保证系统可靠稳定地工作。

参考文献

1　金平仲.船舶喷水推进

2　丁浩宇.喷水推进系统.武汉造船,1993年,第2期

3　KAMEWA.卡米瓦公司喷水推进装置最先进的推进系统

高速双体客轮喷水推进器的操纵

王家新!

珠海高速客轮有限公司，广东,

随着高速双体客轮在我国沿海地区的广泛应用，瑞典生产的KaMeWa喷水推进器越来越为业内人士所熟悉。

为便于广大驾驶员掌握其操纵性能，现根据本公司实践作一介绍。

一、喷水推进器工作原理

喷水推进器由戽和舵组成，通过控制戽位来改变喷水方向，借助水的反作用力推动船舶前进或后退；

通过控制舵角使船向左（或右）改向。

舵角改变是通过电控三位四通阀控制舵油缸动作来进行的。

戽位改变则通过另一电控阀34控制戽油缸动作而实现。

驾驶台戽位电信号和主机转速信号是同时发出的，电信号被输送到电控中心单元之后，分成两路：

一路为主机转速信号，另一路为戽位信号。

操舵方式分左右舵联动和分动，两种方式选择靠两个开关。

如果主控制系统发生故障，可用备用控制系统来控制舵角、戽位和主机转速。

备用系统操纵控制位于加强台，按下加减速按钮!

或旋纽"

，产生电流信号送到主机调速器，手控备用戽、舵操纵杆左、右摆动产生舵位电信号，前、后摆动产生戽位电信号，戽、舵电信号直接输送到戽、舵电控阀。

和主操纵系统不一样，备用系统工作时，戽、舵均只有一路反馈信号输送到驾驶台，用以

显示戽位及舵角。

二、主操纵系统失效的几种情形

主操纵系统有三种情形不能使用。

1．控制系统出现电压故障（如中央控制单元保险丝断），中央单元的报警继电器将迅速释放且报警，同时戽、舵各自锁定在原位，主机转速下降至怠

速（空转）。

2．如果戽、舵实际位置不能及时跟踪驾驶台指令信号，且误差值超过5%，则1.5秒后故障检测器自动报警。

3．如指令信号、反馈信号线路出现故障，故障检测器迅速报警。

同时戽、舵锁定在当时位置，主机转速降至怠速。

三、主操纵系统向备用系统转换

当以上三种故障之一出现时，则主操纵系统不能使用，需转向备用系统操纵KaMeWa喷水推进器。

双体高速客轮左右片体有各自独立的推进系统和操纵系统，互不影响；

当独立操作时，右片体主机推进系统或喷水器操纵系统如出现故障，左片体的任何操作及显示都是正常的。

当采取联动操纵时，左右戽的状态、舵角大小及主机转速均视为一体。

当船舶靠离码头、进出港口或频繁避让时，由于机电设备负荷变动频繁，往往易发生故障。

当发生故障时，驾驶员应头脑清醒，心情镇定，首先把车速降低，操纵系统由联动方式（左右片体统一操纵）改变为分动方式（左右片体独自操纵），然后判断哪一片体出现故障。

驾驶员应选择单车稳定航向，降低航速，驶向宽阔安全水域，待故障类型清楚后再采取有效措施。

驾驶员应对本船FMEA测试报告（即：

船舶失灵方式和影响分析程序）全面理解，船舶发生故障时的应急处理才会更快速，措施才会更适当。

）KaMeWa喷水器故障种类很多，具体措施视操作者技术熟练程度而异。

如果一片体喷水器电路出现故障，驾驶员可将该片体操纵由主操纵系统转到备用系统。

若驾驶员操作熟练，可以双车运作和操纵。

使用备用系统要注意其特点及操作要点。

和主操纵系统相比，备用系统比主操纵系统效应缓慢，而且两者性能差异大，主要表现在：

当主操纵由零（中间）操左满舵再回到零（中间），驾驶台舵角显示器会显示舵角由零至左满舵，再回到零位置整个过程。

但备用系统用操纵杆操左满舵后，操纵杆回到原位置零#中间$时，实际舵角仍是左满舵，此乃备用系统与主操纵系统最大区别之一。

要舵角回复到零位时，必须把操纵杆向右摆动，还要留意舵角显示器的显示才能将舵角调整到零位或所需的舵角位置。

当主操纵器向前进方向推进时，戽位和转速会按设定模式打开喷水口和加速，戽先打开至最大开度，然后转速逐渐加至最高使用转速。

把主操纵器回复到原来零位，则戽位回零，主机车速降至怠速，但备用系统的操纵杆向前将戽位打开到预定位置，操纵杆回复到中间零位时，戽位实际位置仍停留在预定位置，如要将戽位回零，必须将操纵杆向后拉。

要清楚戽位变化情况就必须观察显示器的显示，喷水器操纵杆向前（后）打开戽位时转速不变，这是备用系统与主操纵系统最大差别，亦是驾驶员容易疏忽的一个环节。

主机转速设定。

当将主操纵系统转换到备用系统时，一定要留意转换后的主机转速。

备用系统主机转速调整现时船上主要是按钮式（也有部分船舶采用旋钮式），根据加减或正、负标准进行调整，驾驶员应根据当时情况而作出正确的选择。

值得提醒的是，当使用转速超过1300rpm,需要变换戽位由前进变为后退，或后退转为前进时，此时由于转速高，船尾会产生剧震。

由于使用备用系统转换戽位时，转速不能与戽位同步变化，所以在转换戽位时要将转速下调到适当位置，对这点很多驾驶员容易忽视。

戽位转换后如不加速，则造成转向困难，效应迟缓，这些应引起驾驶员重视。

驾驶员应掌握好主机转速与喷水器操纵之间联系，在船舶之间碰撞、船舶碰撞码头事故中，驾驶员倒车时没有掌握好喷水器，不知推向左还是右，甚至极少数驾驶员在关键时刻没有摆动喷水器，是造成事故主要原因。

当有车舵效应时，船舶往往都是向碰撞的一舷偏转，此时采用的倒车越大，偏转越快，碰撞角度增加越大。

此种情形下应当把操纵器由前进位置回零后，向后倒车，在加速的同时，将舵角即时推向有碰撞危险的一舷，当车舵产生效应后，船舶向碰撞的另一方向偏转，这样才能避免或减少碰撞的损失。

四、特殊情形下操纵方式

如果主操纵系统和备用系统都不能正常工作，如在宽阔安全水域，则可考虑在舵机房人工控制戽、舵电控阀，利用高频电话确保驾驶台和机房联系畅通，达到所需戽位和舵角。

如船舶航行于港内、通航密度大的水域和能见度不良情况下，主操纵应由联动方式转为分动方式。

如上述航区航行时船舶机电设备发行故障，导致主操纵系统不能使用，则关闭该片体操纵，采用单车操纵。

__监控总体设计

3监控系统简介

该监控系统是基于单片微处理器的遥控系统，通过冗余的CAN总线技术,连接驾驶室泵控制箱和泵旁控制箱，传输控制指令。

主要用来控制喷水推进装置的方向舵、倒航斗及喷水泵的叶轮（由柴油机驱动）的转速，离合器也由本系统进行控制。

本监控系统可同时控制多台喷水推进装置，控制站对每片体的喷水推进装置可进行联合控制或单独控制。

当通过控制手柄下达一个推进指令时，系统同时产生一个主机转速指令和一个倒航斗指令，倒航斗的转动位置和主机转速之间的关系可以通过设定的“联控曲线”来决定。

控制站的指示系统可持续地显示方向舵和导航斗的实际位置。

备用系统是对主控制系统的一个补充，备用系统是非随动类型的，它通过直接激活液压阀控制方向舵和倒航斗。

备用系统和主控制系统在供电上是相互独立的。

4监控系统原理、功能及操作模式

4.1监控系统原理

通过对喷水推进装置操纵方式的选择，操纵相应操纵手柄、手轮及开关按钮，向驾驶室泵控制箱输入相应的喷水推进装置方向舵和倒航斗以及主机转速的控制指令，根据设定的程序，输出控制指令至相应的泵旁控制箱，执行对相应喷水推进装置方向舵、倒航斗、离合器以及主机转速的程序控制功能。

通过计算机软件的编程，按照喷水推进装置联控曲线，可实现监控系统与喷水推进装置方向舵和倒航斗及主机转速、齿轮箱离合器接脱排状态的最佳匹配，确保喷水推进装置安全、可靠的运行。

4.2喷水推进装置联控曲线

船舶所需的推力由柴油机转速与喷水推进装置倒航斗位置共同决定，为了达到所需要推力，又保证装置的安全，按照柴油机和喷水推进装置各自特性要求，再根据一定的逻辑关系求得最佳联控曲线，实现柴油机转速与倒航斗位置最佳的联控匹配。

4.3监控系统控制功能

控制站设有操纵手柄和操纵手轮、控制选择模块、备用控制模块、离合器控制模块等，实现对喷水推进装置的下述控制及联锁功能：

a.操纵手柄控制

使用操纵手柄可分别控制各自片体的主机的转速、喷水推进装置方向舵的角度和喷水推进装置倒航斗的位置；

可以通过控制选择模块的按钮选择，选择设定控制手柄控制操纵一定的推进装置。

通过改变控制手柄的位置可以实现控制船舶的速度、航向、平移、回转及倒航。

b.操纵手轮控制

通过控制选择模块的按钮选择，操纵手轮可同时或单独控制片体的喷水推进装置的方向舵，操纵船舶的航向。

c.备用控制

控制站设有备用控制模块，系统的备用控制功能为非随动控制方式，选择备用开/关用于对所选泵组进行主控系统与备用系统的切换。

通过四方向自复位操纵杆及独立转速操作按钮，实施对主机转速、喷水推进装置方向舵的偏转角度和倒航斗收放位置的控制。

d.离合器控制

控制站设有离合器控制模块，用于对离合器的接排和脱排进行控制。

e.电子防碰撞功能

在主控系统工作情况下，系统通过计算机软件保证每片体的泵在任何操作方式下不会发生相互碰撞。

f.操纵手柄与离合器的联锁功能

当离合器处于脱排位置时，操纵手柄的操纵无效，只有当离合器处于接排位置时，操作手柄的操纵才有效。

4.4喷水推进装置操作模式

通过控制选择模块，可进行喷水推进装置控制模式和操舵模式的选择。

4.4.1控制模式的选择

a.独立模式

b.公共手柄模式

c.手轮模式

d.手轮和公共手柄模式

e.自动驾驶操纵模式

4.4.2操舵模式的选择

a.A侧喷水推进装置操舵模式

b.B侧喷水推进装置操舵模式

c.全部喷水推进装置操舵模式

4.5监控系统监测报警功能

控制站设有喷水推进装置方向舵偏转角度指示、倒航斗收放位置指示和动力推进装置的各种报警指示。

5CAN总线接口技术

现场总线在全世界范围内兴起，并迅速扩展到船舶领域，使船舶监控技术有了突破性发展。

目前在船舶工业中使用较多的有CAN、PROFIBUS等现场总线。

现场总线主要应用于设备长距离传输，以减少设备之间的传输电缆，借以提高系统的可维性及可靠性；

另外，由于采用了现场总线技术，系统可以根据需要方便的扩展多个控制站。

本监控系统在机舱设备与驾驶室设备之间采用了双CAN总线进行控制信号传输。

由于本系统采用冗余CAN总线，因此，如某一条总线发生故障，系统会送出“系统报警”信号，但不会影响喷水推进装置的控制功能。

当两条CAN总线都发生故障时，喷水推进装置监控系统发出“控制故障”报警，控制失效。

只有在故障修复，并按控制重新投入后，系统才能正常工作。

五、结束语

基于CAN现场总线的喷水推进装置的监控系统具有很高的实时性和可靠性，按需要可以组合出多种操船模式，大大提高了船舶的机动、灵活的技术性能。

可对系统中的设备进行灵活配置，组成各种小型系统（如只控制二台喷水推进装置），也可根据需要方便的扩展多个控制站，以满足不同用户的各种需求。

参考资料

1．孔庆福,吴家明,贾　野,陈国钧舰船喷水推进技术研究-舰船科学技术2004年6月

2．王立祥喷水推进及喷水推进泵-GM通用机械2007年第10期

3．李忠华喷水推进系统在高速船上的应用　　　世界海运1997年第5期

4．

5．主机遥控系统初步方案设计书-上海船舶运输科学研究所2007.9

主要参考文献

[1]阳宪惠，现场总线技术及其应用，清华大学出版社，1999年

[2]陈兆良，舰船机舱自动化，海军工程学院，1996

七、喷水推进技术的应用前景

（1）在民用船及高性能船上的应用　按FastFerryInt'

l统计，截止2003年的13年中，全世界共建造了655艘高性能船，包括双体船、三体船、穿浪艇等。

据统计，这655艘船中有75%采用喷水推进，另外25%采用螺旋桨或可调桨推进。

显然，喷水推进已经在轻型高速船上占有主导地位。

普通高速双体船、穿浪艇、三体船、单体船、侧壁式气垫船（SES）、高速货船