摘 要

随着船舶制造业、机械制造业、液压、电子技术的高速发展，调距桨（Controllable pitch Propeller）因为具有多方面的优点而在现如今的航运业得到了普遍的发展，在主机运行中不用换向便可顺利快速的完成正倒车切换，对不可换向主机具有重大意义，同时也可以通过调节螺旋桨的螺距来改变船舶的航速，可以在很大程度上延长主机的寿命；在不同的工况下，可以通过调节螺距使主机的推进效率达到最高，充分有效的吸收主机的全部输出功率，因此大力推进调距桨在航运业的发展刻不容缓。为满足自动化船舶的要求，调距桨的控制系统是作为自动化船舶不可缺少的一部分，本文在研究海内外调距桨推进装置控制系统的根本上，完成调距桨推进装置的构成及控制系统的主要控制方法，系统的总体结构设计及功能，系统的硬件总体设计和控制系统软件设计内容。

关键词：调距桨；螺距；效率；控制系统

Abstract

With the rapidly development of shipbuilding industry, machinery manufacturing, hydraulic technology, electronic technology, pitch propeller in today's shipping industry has been widely used because it has many advantages，completed in line diesel engine operation can be smoothly and quickly without having to switch the steering positive reversing switch，it is of great significance to the non-exchange diesel engine，meanwhile，we can change the speed of ship by adjusting the pitch of propeller, so it can extend the life of diesel engine in a large part .In different working condition , to get the highest propulsion efficiency of the diesel engine we can adjust the pitch, absorb the entire power output of the diesel engine effectively. Therefore, vigorously promote the development of controllable pitch propeller in urgent shipping industry. To meet the requirements of ship automation, pitch propeller control system as an integral part of the ship automation. Based on the study abroad pitch propeller control system on the base unit, complete the composition of controllable pitch propeller unit and main control method of control system , the overall structural design and function of the system, the overall design of the hardware and software of control content system.

Key words: controllable pitch propeller; pitch; efficiency; control system

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1论文研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3论文的主要工作 3

第2章 调距桨的概况及工作特点 4

2.1调距桨概述 4

2.1.1调距桨推进装置的结构组成 4

2.1.2调距桨的主要控制方式 4

2.2调距桨的工作原理 5

2.3调距桨的工作特点 6

2.3.1调距桨的推进特性 6

2.4本章小结 8

第3章 CPP控制系统结构和功能的总体设计 9

3.1系统的总体结构和主要功能 9

3.2系统的整体方案 10

3.2.1系统控制中心 10

3.2.2机旁控制台、集控室、驾驶台 10

3.2.3信号输入输出连接中心 10

3.2.4液晶显示屏 11

3.2.5螺距的控制 11

3.2.6操纵手柄的随动控制 11

3.3本章小结 11

第4章 CPP控制系统的硬件设计 12

4.1硬件系统 12

4.1.1硬件系统的结构 12

4.1.2硬件系统功能 12

4.1.3机旁控制站的结构及功能 13

4.1.4集控站和驾控站 13

4.2模块输入／输出信号 14

4.2.1驾控模块控制量 14

4.2.2集控模块控制量 14

4.2.3处理模块采集信号 14

4.2.4机旁模块采集控制量 14

4.3本章小结 15

第5章 CPP控制系统的软件设计 16

5.1 CPP遥控系统的组成及功能 16

5.2系统控制的总体流程 16

5.2.1备车与完车程序流程 17

5.2.2集控驾控切换流程 17

5.2.3联合控制 20

5.2.4主机的负荷控制 22

5.2.5其他控制 22

5.3遥控系统的设计 22

5.3.1手柄基本控制算法设计 22

5.3.2螺距控制算法设计 23

5.3.3负荷控制设计 23

5.4软件的可靠性设计 23

5.5本章小结 24

第6章 总结和展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1论文研究背景及意义

进入21世纪之后，全球的航运业迅猛的发展起来，与此同时，船舶行业也是发展的十分迅速，可调距螺旋桨现在已经由最开始的只有少数船舶应用到如今已经广泛的使用在各类船舶中了，在海内外应用的十分普遍，已经形成了一种发展趋势，在军舰中、民用船舶中、商品船舶中调距桨已经逐步的成为了定距桨的替代品。调距桨相比定距桨的优点还是有很多的，船舶在海洋中航行的时候经常会遇到风浪，使船舶航行时遇到的阻力经常会发生变化，但是，使用调距桨的船舶，任凭轮船在航行中遇到的阻力发生怎样的变化，都可以通过调节调距桨的螺距来维持一个恒定的输出转矩，这样主机的转速就基本上不会发上很大的变化，同时，主机的输出功率也基本保持恒定不变，由此我们可以看出，调距桨可以用调节螺距和调节转速的方法来控制船舶的航行速度，而定距桨船舶只能通过改变主机的转速来改变船舶航速，由此看来，从控制船舶航速方面分析，调距桨船舶就显得十分灵敏，不仅如此，调距桨船舶的紧急停船时间和制动时的滑行距离也只是定距桨船舶的40%左右，当船舶在机动航行和其他工况运行时就会大大增加船舶的可靠性，同时也大大减小了船舶发生碰撞事故的可能性。我们知道，调距桨船舶的主机转速是基本不变的，因为可以通过调节螺距来改变船舶航速，因此，主机在航行中可以驱动其他设备如轴带发电机。在一些工程船中，船舶可以将主机的全部的输出功率传递给调距桨，这样就可以使船舶以全速前进，等船舶航行到目的地后，可以将调距桨的螺距调节到零度这样使船舶的航速为零，而此时主机转速可以仍然保持不变，把主机的输出功率全部输入到其他辅助设备上去；一般在航行过程中主机的转速会固定在最合适的值附近，而调距桨的推力方向可以靠调节螺距的正负来改变，因为安装调距桨的主机的起动次数会大大减小，在很大程度上降低了主机运动部件的磨损程度和损坏程度；某船厂曾经对两艘仅仅安装不同螺旋桨其他的设备完全相同的船舶进行实验统计，结果发现，在同一个航次、航行里程中两艘船的起停次数相差了超过二十多倍，定距桨船舶的起停次数超过2400次，而调距桨船舶的起停次数只有102次，相差了24倍左右；安装调距桨的船舶的操纵系统更加简便，比定距桨的遥控系统更容易实现，因为调距桨可以在主机不停止运转的条件下进行正车、倒车等运行情况。

调距桨有三个基本特性如下^[1][2]：

1. 船舶在航行时不管主机在何种工况下运行，只要改变螺距，调节到最合适的螺距，调距桨就可以吸收利用主机的全部输出功率，这样主机基本在恒定转速下运行。

(2)当调距桨的螺距和转速不同时，船舶可以得到大小不一样的推力，从而会得到船舶理想的航行时速。