王得山

（蓬莱中柏京鲁船业有限公司， 山东 烟台 265601）

船舶的发展史就是其动力系统的发展进化史，动力系统的好坏直接关系到整个舰船的安全稳定航行。正是因为船舶的动力系统对于船舶至关重要，对于动力系统的改造优化也就成为船舶设计中值得重点关注和研究的问题。对于动力系统的优化设计，既要坚持科学的原则，又要根据船舶具体的类型和航行特点有所针对性，从而实现对船舶动力系统配置的合理优化。动力系统优化的主要方向就是对于能源控制技术的改良优化。不同的能源动力系统采用的控制技术也完全不同，对于船舶的航行速度，航行稳定性和航行安全性的要求也与日俱增，需要通过更加先进的方法对于船舶的动力系统进行全面的优化升级改造。在这样的背景下，人工神经网络作为目前人工智能领域最为常见的智能算法脱颖而出。

1 船舶动力系统的概念阐述

主要动力系统和辅助配套系统是构成船舶前进驱动的两大部分，这两部分相互协调工作，都需要进行科学的优化设计。

1.1 主要装置

主动力系统主要包括发动机，其中又涵盖了原始动力系统和辅助动力系统，原始动力系统又包括燃气轮机，汽油机，传动系统主要包括主推器，还有推进器，螺旋桨，泵式推进器，这部分结构主要功能是实现船舶的动力能转换。除此以外，配套装置还有离合器，减速器，管系设备以及轴系设备等。这些设备是为了保障传动装置能够更稳定的运行，同时能够保障船舶发挥良好的转向、制动和减震的作用。

1.2 辅助装置

除了原动系统，配套系统也是发动机必不可少的组成部分，发电机，锅炉和自动化操控装置构成了发动机配套系统，这些装置的主要目的是为了实现船舶的良好可操控性。

1.3 配置优化方案

众多精密复杂的机电设备组成的电气化系统构成了整个动力系统，这就会出现一个严重的设备间干扰问题。特别是大型电器设备运行会形成磁场，对于周围电器设备运行，特别是精密的设备运行产生影响。这就需要对于整个主动力系统电气系统进行设备结构的优化改造。为此需要配套不同的子系统，并且诸多子系统都要按照同样的原则进行设计，才能避免系统间内扰动，具体的国际标准系统设计方案如下：1） 首先对于动力系统目标进行优化，明确船舶动力系统所需要完成的目标需求，进行针对优化设计，主要从动力和经济两方面考虑，同时还需要兼顾安全和稳定性能；2） 进一步明确船舶所需要承载负荷需求，同时考虑船舶主要日常用途，航行线路特点以及特定性需求等；3） 根据船舶归属国家相关船舶设计规定，对于船舶的性能进行进一步的对比设计，制定一系列约束条件，从而保障船舶设计的合理性；4）根据之前确定好的最佳方案参数，在将技术可行性，建造成本，建造时间和性能指标等附加条件纳入考虑范围，最终确定船舶的动力系统优化设计方案。

2 船舶油电混合动力系统选型与布置

本文选用一艘船长20m 的公务艇，该船主要用于嘉陵江水域海事巡逻和港口航道管理，型深1.9m，吃水1.0m，满载排水量26.92t，全船钢制焊接，船舭部为半折角线型。根据动力系统改造任务书，公务艇续航力为20h，要求满载排水量下，柴油机、电动机联合推进时航速为30km/h；在纯电力推进模式下，续航时间需大于2h，巡航速度为14km/h。

基于油电混合动力不同配置形式的特点，采用节能效果良好且易于改造的并联系统对该船的动力系统进行改造设计，该系统主要由蓄电池、轴带电机、柴油机、动力分离/合成装置、能量管理模块和螺旋桨等组成。本文所设计的动力系统由柴油机和直流轴带电机共同驱动螺旋桨，电机前设有一个控制器，用于电池端电压和直流电机电枢电压的转换；柴油机和电机后面直接连接转矩分离/合成器，该转矩合成器通过内置行星齿轮来实现柴油机和电机转矩叠加，或者柴油机转矩的分离，行星齿轮能够有效的实现动力的输入和输出，且两者之间的运动相互不影响。此外，行星齿轮还具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大、传动平稳和传动效率高等优点。转矩分离/合成器也设变速齿轮，故而转矩分离/合成器也是一个减速箱，该装置的详细设计和制造由重庆齿轮箱公司完成。转矩合成器中输出的转矩直接传递给螺旋桨推动船舶。该系统有4 种工作模式可供选择，不同的工作模式对应不同的柴油机状态和蓄电池状态。本设计中，船舶远距离正常航行时，柴油机在额定功率下单独推进船舶；巡航过程由于慢速航行时，柴油机以额定功率运行，柴油机发出的多余功率可用于发电给蓄电池充电。

3 结语

将油电混合动力系统应用负载变化大的船舶上，相对于常规动力船，可有效降低船舶的柴油消耗和污染物排放。基于当前油电混合动力系统的研究成果，本文将并联式混合动力系统应用于一艘船长20m 的内河公务艇，为实现柴油机和电机转矩叠加和输出，本设计船中将行星齿轮内置到转矩合成器中，通过行星齿轮，有效、紧凑和平稳的完成了动力的输入输出。此外，为有效提高混合动力系统的运行效率和工作模式的切换，设计中采用模糊逻辑控制策略来对全船的动力系统进行控制管理。经计算，设计船的运行成本和污染物排放量相对同等船型降低了8.6%和10.48%，油电混合动力船节能减排优势明显。