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船用二回路系统多工况机桨运行匹配仿真

摘要

船用核动力系统设备众多，结构复杂，多采用四机四桨布局，在动态运行过程中负

荷变化范围大，工况变动频繁，需要船-机-桨的合理匹配和良好的稳动态性能，多桨船

存在部分螺旋桨脱轴和锁轴的特殊运行条件，因此对多工况负荷切换过程中船-机-桨之

间的匹配性和系统关键参数变化趋势的研究具有重要意义。

本文针对某船用核动力系统进行了仿真研究，基于GSE仿真平台，采用模块化建

模方法建立了蒸汽发生器、二回路系统各设备的仿真模型，并使用自编模块完成船桨仿

真模型的搭建，集成建立系统仿真平台，并通过与设计数据的对比完成系统的稳态验证。

在此基础上，在正常运行条件和锁轴、脱轴运行条件下，进行二回路系统负荷切换，完

成多工况变负荷动态趋势仿真，对正常工况和特殊运行工况下系统的变负荷特性进行分

析，并根据系统稳动态参数验证主机、螺旋桨和船的匹配性。

仿真结果表明：船用核动力仿真模型处于稳态运行时，关键参数仿真值与试验值的

误差均在5%以内，可以证明所建仿真模型具有较高精确度；船用二回路系统进行负荷

切换时，内外轴扭矩均未超过安全值，各项关键参数超调量均在合理范围，运行过程中

模型船机桨匹配性良好，主机耗汽量、主机功率、螺旋桨转速和船舶航速变化趋势一致，

首先主机功率达到稳定，随后内外轴螺旋桨转速达到稳定，由于船身质量大，船体所受

到阻力和惯性作用也较大，航速最后达到稳定。正常工况下，锚泊至正车100%负荷螺

旋桨转速加速需要580s，船体航速加速需要700s；正车20%负荷至正车100%负荷螺旋

桨转速加速需要480s，船体航速加速需要600s；正车100%负荷至正车20%负荷螺旋桨

转速减速需要250s，船体航速减速需要450s；正车20%负荷至锚泊，螺旋桨转速减速需

要400s，船体航速减速需要500s。船用核动力系统降正倒转换过程，内外轴螺旋桨转速

减速需要1050s，稳定值为-0.6；船体航速减速需要1200s。

关键词：船用二回路；仿真研究；机桨运行匹配；脱轴；锁轴

I

船用二回路系统多工况机桨运行匹配仿真

Abstract

Marinenuclearpowersystemhasalargenumberofequipment,complexstructure,and

mostlyadoptsfour-engineandfour-propellerlayout,whichrequiresawiderangeofload

changesandfrequentchangesinworkingconditionsduringdynamicoperation,andrequiresa

reasonablematchingofship-engineandpropellerandgoodstabledynamicperformance.Multi-

propellershipshavespecialoperatingconditionsofpartialpropellerdecouplingandshaft

locking.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythematchingbetweenship,engineand

propellerandthechangingtrendofkeyparametersinthemulti-loadswitchingprocess.

ThispaperconductssimulationresearchonaMarinenuclearpowersystem.Basedonthe

GSEsimulationplatform,amodularmodelingmethodisadoptedtoestablishthesimulation

modelofthestea