船舶主机功率储备余量快速计算方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶主机功率储备余量快速计算方法，包括如下步骤：定义主机功率储备余量的物理概念；推导主机标准功率输出曲线公式；根据螺旋桨轻转余量定义构建螺旋桨轻转余量曲线X轴量与主机标准输出功率曲线X轴量的关系式并推导螺旋桨轻转余量曲线公式；根据船舶系桩拉力定义构建船舶系桩拉力曲线X轴量与螺旋桨轻转余量曲线X轴量的关系式并推导船舶系桩拉力曲线公式；将所述船舶系桩拉力曲线公式代入所述主机转速禁区内功率储备余量计算公式，推导出主机转速禁区内功率储备余量的快速计算公式。本发明专利技术从定量的角度给出了主机功率储备余量的计算方法，保证了船舶的安全稳定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
船舶主机功率储备余量快速计算方法


[0001]本专利技术涉及船舶主机功率计算领域，尤其涉及一种船舶主机功率储备余量快速计算方法。

技术介绍

[0002]受全球气候变暖、资源危机等因素影响，国际海事组织IMO推出了船舶能效设计指数EEDI，该法案的生效对于船舶主机选型产生了深远的影响，船厂纷纷选择主机降功率使用以满足EEDI要求，主机在降功率使用的情况下，出现了船舶通过转速禁区时间过长等一系列问题。
[0003]现阶段，船舶通过转速禁区时间过长问题的研究尚处于探索阶段，没有明确的参数定义以及相对应的计算方法。在船舶需要快速通过转速禁区或在恶劣海况下，如主机没有足够的功率储备余量，将增加船舶通过转速禁区的时间并降低船舶的操控性能，给船舶运行带来极大的安全隐患。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，提供一种能够快速计算主机功率储备余量的计算方法，通过对转速禁区功率储备余量的定义，同时考虑螺旋桨轻转余量、船舶系桩拉力和主机基本参数等，计算推导出船舶在转速禁区内的功率储备余量，保证了船舶的安全稳定。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种船舶主机功率储备余量快速计算方法，其步骤包括：
[0006]S1：定义船舶转速禁区内功率储备余量为：在船舶转速禁区大端，主机最大输出扭矩与船舶阻力的差值/船舶阻力，所述船舶转速禁区内功率储备余量的计算公式为：
[0007]y
PM
＝100％*(y
L
‑
y
B
)/y
B
[0008]式中，y
L
为主机最大输出扭矩，在实际计算中表示主机限制功率输出曲线Y轴量；y
PM
为转速禁区内主机功率储备余量；y
B
为船舶阻力，在实际计算中表示船舶系桩拉力曲线Y轴量；
[0009]S2：根据船舶主机功率与转速的关系式推导出主机标准功率输出曲线公式，所述主机标准功率输出曲线公式为：
[0010][0011]式中，y
s
为主机标准功率输出曲线Y轴量，y
s
＝G
m
/G1，其中G
m
为主机额定功率，G1为主机瞬时功率；x
s
为主机标准功率输出曲线X轴量，x
s
＝z
m
/z1，其中z
m
为主机额定转速，z1为主机瞬时转速；
[0012]S3：根据螺旋桨轻转余量定义构建螺旋桨轻转余量曲线X轴量与主机标准输出功率曲线X轴量的关系式为：
[0013]x
p
＝x
s
/(1+P)
[0014]式中，x
p
为螺旋桨轻转余量曲线X轴量，P为螺旋桨轻转余量百分比；
[0015]S4：推导螺旋桨轻转余量曲线公式为：
[0016][0017]式中，y
p
为螺旋桨轻转余量曲线Y轴量；
[0018]S5：根据船舶系桩拉力定义构建船舶系桩拉力曲线X轴量与螺旋桨轻转余量曲线X轴量的关系式为：
[0019]x
B
＝x
p
/(1
‑
B)
[0020]式中，x
B
为船舶系桩拉力曲线X轴量，B为船舶系桩拉力系数百分比；
[0021]S6：推导船舶系桩拉力曲线公式为：
[0022][0023]式中，y
B
为船舶系桩拉力曲线Y轴量；
[0024]S7：将所述船舶系桩拉力曲线公式代入所述主机转速禁区内功率储备余量计算公式，推导出主机转速禁区内功率储备余量的快速计算公式为：
[0025][0026]优选方式下，所述主机限制功率输出曲线公式由多项式拟合得到，所述多项式的具体公式为：
[0027][0028]式中，a、b、c、d、e分别为各单项式的系数。
[0029]优选方式下，所述船舶主机功率与转速的关系式为：
[0030]G＝C*z3[0031]式中，G为主机功率，C为常数，z为主机转速。
[0032]本专利技术的有益效果为：本专利技术能够在仅仅已知螺旋桨轻转余量、船舶系桩拉力和船舶转速禁区的情况下就能计算出主机转速禁区内功率储备余量，简化了计算步骤，为设计阶段的主机选型、螺旋桨设计、轴系设计等提供了理论依据，为船舶的安全稳定运行奠定了坚实的基础。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的转速禁区主机功率储备余量计算方法流程示意图；
[0034]图2为本专利技术的主机功率储备余量快速计算方法相关曲线示意图。
具体实施方式
[0035]具体实施例：
[0036]本专利技术在船舶设计阶段，根据主机基本参数可以得出主机标准功率转速曲线和主机功率转速限制曲线，然后通过螺旋桨轻转余量、船舶系桩拉力的设定参数推导船舶系桩拉力曲线，通过转速禁区功率储备余量的定义，计算分析出船舶在转速禁区内的功率储备余量，从定量的角度给出了主机功率储备余量的计算方法。如图1所示，本专利技术一种船舶主机功率储备余量快速计算方法，其具体步骤如下：
[0037]一、船舶主机转速禁区内功率储备余量定义及公式
[0038](1)通常意义下，主机输出扭矩大于船舶阻力的数值越大，船舶的功率储备余量越大，则船舶的加速性能越好；船舶的加速性能越好，则通过转速禁区的时间越短。
[0039]基于主机限制功率输出曲线同主机标准功率输出曲线之间的特定关系，X轴数值越大，两者差值占比越小，主机功率储备余量越低，因此选择安全裕度更高的转速禁区大端，即转速禁区内储备余量最小值更安全。
[0040]据此分析，定义如下。
[0041](2)船舶转速禁区内功率储备余量定义：在船舶转速禁区大端，主机最大输出扭矩与船舶阻力的差值/船舶阻力。
[0042](3)在实际计算中，主机最大输出扭矩即是主机限制功率输出曲线对应的点，船舶阻力即是船舶系桩拉力曲线对应的点，据此推导出船舶转速禁区内主机功率储备余量计算理论公式：y
PM
＝100％*(y
L
‑
y
B
)/y
B
，式中，y
PM
为转速禁区内主机功率储备余量；y
L
为主机限制功率输出曲线Y轴量；y
B
为船舶系桩拉力曲线Y轴量。
[0043](4)上述基本公式定义完毕后，下述内容将依据各参数实际意义及已有的理论公式完成公式推导，使其具备开展实际应用的条件。
[0044]二、主机标准输出功率比值与主机转速比值的公式
[0045](5)船舶主机功率与转速的关系为：G＝C*z3，式中G为主机功率；z为主机转速；C为常数。
[0046](6)按上述公式推导，式中G
m
为主机额定功率；G1为主机瞬时功率；z
m
为主机额定转速；z1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
式中，G为主机功率，C为常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏印，杨述闯，刘永歆，唐传安，王旭，邱万涛，柯晓磊，唐志杰，徐广超，高尚，宫国玺，黄志勇，赵文亮，钟元吉，
申请(专利权)人：大连船舶重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：